CN101003028A

CN101003028A - 江河淤砂综合利用零排放的方法

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Publication number: CN101003028A
Application number: CN 200610095240
Authority: CN
Inventors: 朱姝
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-11-28
Filing date: 2006-11-28
Publication date: 2007-07-25

Abstract

江河淤砂综合利用零排放的方法，任用开浆过筛，提选砾石加工空心砌块；重、磁选金属和稀有金属载体矿物，浮选石英、长石和稀散元素载体矿物，矿冶希土、稀散元素的钛、钪、铷、铯等；尾浆废液梯级沉淀，净水返回选矿(参见综合选矿工艺流程简图)。高硅尾砂加工微晶玻璃等高新材料，低硅尾砂和沉淀粉泥烧砖、加工水泥，从而达到零排放的目的。结合疏通河道，碍航浚疏、治理库区泥砂，社会效益显著，利率倍增。

Description

江河淤砂综合利用零排放的方法

本发明属于选矿技术，具体涉及固体物料分选、复合矿物原料粗加工、自然元素、金属矿物、非金属矿物和分散元素提取提纯、尾浆废液循环利用。

江河淤砂源于“三大岩系”岩、矿(符合工业指标的有用矿物或集合体)体的风化剥蚀、崩塌、滑坡、泥石流和人工爆破的松散物，在地球化学作用下形成的原生矿物和次生矿物，经由暴雨山洪冲刷冲击、滚跳悬浮地流动，不稳定矿物经溶解进入浊流迁移沉淀，稳定的金属、非金属矿物和稀有稀散元素的载体矿物在浪淘波击下，按比重、粒度、水流荷载力的大小依次沉降，辗转淤积，汇入山涧河谷。由于水流河道双重控制，淤砂基本分选成含重金属矿物(如长江上游干支砂金矿、南岭北江赣江钨锡矿、江河底部磁铁矿、钛铁矿、独居石等)砾石层、轻金属非金属矿物(如柘榴石、刚玉红宝石、绿柱石兰宝石、玛瑙、金刚石、长石、石英水晶等)砂砾层、砂泥层(如建筑用砂、粘土、釉泥)，任人采用和工业开发。但由于受单一的和狭义的“综合利用”经济技术指标、传统工艺和掠夺式无序开采经营理念的制约，造致污水四溢，尾矿横流。在山洪浊流冲刷冲击搬运堆积下，造致水质污染，河床上升，河道堵塞，航道阻断，库坝充填，洪涝灾害不断。倘施以整合开发，将淤砂开浆脱泥过筛、重选金属矿砂、除渍磁选、浮选(或电法，或研磨酸溶清洗除杂)非金属矿物尾浆废液梯级沉淀、净水返回选矿的“综合利用零排放”的工艺技术，分选的重金属、轻金属、非金属矿砂和复合矿物原料，加工建材、矿冶化工原料、胶塑陶瓷骨料、铸模造型用砂，不仅有利持续发展循环经济，还可在综合开发水利工程的基础上，做到人与自然和谐相处。与故有矿山建设相较，无需找矿勘探、开山废林采矿、爆破磨矿作业，投资少，见效快。只需选址定点、采样化验、矿物分析、粒级检测、构建设备设施，调整工艺流程，就可一劳永逸。江河淤砂整合开发，综合利用零排放，目前尚无文献报导。

本发明用于综合利用的原材料是江河淤砂，包括大小江河的河道淤砂、河滩淤砂和碍航浚疏、库尾卸荷、库区治理和河道疏通弃砂。

本发明采用1·开浆过筛、2·重选金属矿砂、3·除渍磁选(磁选)、4·浮选或破碎研磨酸溶清洗除杂、5·尾浆废液梯级沉淀，净水返回选矿五个工序(见附图)来实现淤砂综合利用零排放的目的。

l·开将过筛

1a·自然江河淤砂一般均伴有一些淤泥和泥团，需水冲洗方可干净。砂水比约6∶4。冲洗槽上平台，设置进水管和卸砂口。江河淤砂采集，需按自然状态切取或无漏水挖斗铲取，以防大比重矿物随水流失。

1b·过筛采用电动平板带出口的组合筛。筛孔自上至下初步定为40mm、20mm、15mm、10mm、5mm、3mm。大于40mm砾石，手选彩石和石英(加工硅砂、硅粉)，余皆破碎重筛，库存备用。40-5mm碎石(1b-1)是高强度路基和耐酸耐碱地基砼料。15-3mm碎砾(1b-2)和12％的425号水泥制浆滚裹拌匀，注模镇压，加工轻质、湿不胀、干不缩、高强度的空心砌块。5-3mm绿豆石是砼梁原料。

2·重选金属矿砂

重选方式方法多种多样，现以溜槽重选为例说明。含砂砾岩屑的泥浆进入溜槽后，在泥浆重力推动下，随着比重、粒度、流速流量、泥浆浓度的差异，在槽中滚、跳、悬浮地向下流动。为截留有用重矿物，确定轻、重砂比重界线(G＝3.5-4)，首先必须调整溜槽坡度，促使2a-1·重砂中的连体磁性矿物、无磁性金属矿物、希土矿物和稀散元素载体矿物沉降槽底滚动。2b-1·轻级砂中的岩屑、石英(石英砂又称硅砂)、长石、云母、绿泥石等跳动、悬浮，流出槽外。通过槽底重砂收集、矿物分析、光谱扫描、化验定量，再精选提纯。一般可按炭浆吸附糠金，磁铁电磁铁分选磁铁矿、粗铂矿、褐铁矿、钛铁矿、独居石、磷钇矿等强一弱磁性矿物，摇床除渣(微晶玻璃花岗岩原料)，重液(或其它)分离锆英石、金红石、锡石、白钨矿、褐帘石等矿物，最后精选出商品砂或冶炼出金属、金属氧化物、铁合金。例如：将含有糠金(灰灰金)的炭浆滤干灰化(或氰化还原、混汞升金)，硫酸化杂、熔融铸模，精金上市。铂和粗铂矿提纯与砂金类似；含钪钛铁矿用硫酸溶解，铁屑还原、冻结分离硫酸亚铁。利用温差(Tio₂溶于热浓硫酸，Sc₂O₃温度升高溶解度降低)、比重(钛G＝4.5、钪G＝3)等因素水解分离出Ti(OH)₄、Sc(OH)₃，分别煅烧出二氧化钛和三氧化二钪。TiO₂可用克鲁尔法加工海绵钛。不含钪，则可在溶液中加入盐酸和氯化钾，生成K₂TiCl₆。将其干燥加温至300℃，分解出四氯化钛(Ticl₄)；亦可使其结晶，用金属镁在较低温度作用下得到金属钛。若钛铁矿不含钪，还可用铝热法，冶炼钛铁合金。产品市场紧俏，价格昂贵：金红石2万元/t、钛铁矿69-70美元/t、钛白粉1.5万元/t、海棉钛8.2-13万元/t、钛铁合金3.5万元/t、氧化钪3.4万元/公斤、金184元/g。脱泥筛匀轻级砂粒(2-2)，加工空心砼砖、地砖、人行道砖和提选非金属矿砂。

3·除渍磁选(磁选)

3a·江河淤砂受各种溶液浸泡，各种大小不同的颗粒表面均有一层微薄渍垢，改变砂质性质。例如非磁性砂粒披上铁溶液氧化壳后，颗粒呈现弱磁性，影响磁选效果。故磁选前必须进行研磨、酸溶擦洗或超声波冲刷，促使砂粒表面渍垢脱落。颗粒表面光洁，磁选效果好。

自然界矿物可分为3b·磁性矿物(含铁、钴、镍、铬的矿物)和3b-4·非磁性矿物(自然金、辉银矿、锡石、石英、白云石、磷灰石、石膏、白钨、长石、白云母等)。磁性矿物分为其粉末可被磁铁吸引的3b-1·强磁性矿物(磁铁矿、钒磁铁矿、钒钛磁铁矿、粗铂矿、自然铁)、弱强磁性矿物(磁黄铁矿、铬铁矿、钛铁矿)和可被3b-2·弱电磁铁吸引的中磁性矿物(角闪石、黑云母、赤铁矿、褐铁矿、铌钽铁矿、辉石、软锰矿、硬锰矿、电气石、绿帘石、柘榴石等)与可被3b-3·强电磁吸引的弱磁性矿物(独居石、榍石、角内石、辉石、电气石、尖晶石、绿泥石等)。现代通用的是磁铁、铁氧体和希土钕铁硼强磁选机，并配有电磁激磁装置，用以精选铁矿砂、钛铁矿和非金属矿砂除铁。例如冶金设备机电制造厂用于提选弱磁矿物和环保系统的SHP型湿式油冷盘型强磁选机；有色冶金研究所制造的SLOn型立环脉冲高梯度强磁选机，为攀钢尾矿中0.045mm钛铁矿解决了回收问题，为甘肃陇南红柱石矿清除绿泥石……，均获得良好的选矿效果。磁选江河淤砂的目的，一是回收铁矿砂和钛铁矿、独居石等经济矿物，二是清除非磁性矿砂中的铁、钛、铬染色离子，故在机型筛选中，需结合选机磁路、磁力因素和矿砂比磁性系数抉择，或在订货时，要求厂方增加电磁强磁装置。

江河淤砂除源远流长的稳定矿物外，尚加入了部份来自附近迳流带来的松散物，分选出的强磁、弱强磁、弱电磁、强电磁矿砂，均应进行矿物分析、光谱分析，分别确定其稀有金属、金属、非金属矿物和稀散元素截体矿物含量与综合利用价值，并储存备用。例如：将选机磁选出的强、中、弱磁性矿砂与重砂磁选出的强、中、弱磁性矿砂分别混合精选；弱磁性低硅复合矿砂是水泥辅助原料。若未发现或无综合利用价值的稀散元素时，则与尾浆废液沉淀粉泥混合加工水泥、烧砖。3b-4·高硅复合矿物是提选硅砂、长石和加工陶瓷、空心砼砖、人行道砖、墙地砖和微晶玻璃原料，可按需分流。

4·浮选(含电法、研磨酸溶清洗除杂)非金属矿砂

地壳造岩矿物最多的是长石(占地壳重量55％)、石英(占地壳重量12％)，但长石为不稳定矿物，在江河淤泥砂中残余的仅部份碱性(钾、钠)长石。经脱泥过筛研磨除渍、重磁选的轻级砂，组份主要是稳定性强、分布广的石英，次为碱性长石、白云母等高硅的复合矿物。高硅复合矿物是微晶玻璃等高新材料的主要原料。据资料报导，高硅复合矿物加碱加有机质，升温150℃即可分解，大大地降低了熔点，开创了加工制造新途径。4-1·石英是玻璃、陶瓷、化工、冶金、造型、胶塑充填等主要原料，用途广泛。提选石英有电法、浮选、研磨酸溶清洗除杂等方法。为降低选矿成本，回收4-2·长石和4-3·含稀有金属锂、铷、铯的云母、绿泥石等矿物，氰氟酸浮选最可取(湖北长石矿已证实，技术经验可借鉴移植)。当长石含量少，无经济价值时，用研磨酸溶清洗除杂方法是简便可行的。硅粉越细，除杂越容易，价格越高。例如6”石英砂140-150元/t、70-100目400元/t、精制120目450元/t、600目白度92％的1200元/t。

5·尾浆废液梯级沉淀，净水返回选矿

综合选矿的尾浆废液进入沉淀池后，实质是一种含有岩矿粉屑、微细石英、粘土、胶体和络离子、电解质等溶质的复合溶液，其沉淀5-1·粉泥和5-2·粘泥是不用破碎研磨的直接的配料，烧制页岩砖和水泥的好原料。5-3·净水返回选矿，实际是污水再生利用。若有需求市场和纳米技术产业化，则可引用微米、纳米技术回收悬浮物中高膨胀率的蛭石、胶高岭石和高岭石(瓷纸原料)、硅胶，提高淤砂利用率。北京化工学院已在广西利用纳米技术，回收了铝土矿尾浆中的氧化铝。

现以长江三峡库尾重庆市区治理淤砂为例说明。据调查，江滩河床砂砾层、砂泥层交替厚数至四十米。其中砾石约20％、粘泥5％、砂约75％。砂粒以100目为主(约65-70％)，组份详见原重庆市建委科技处《特细砂砼与配比》第4页矿物组份(见下表)，化学成份据中国地质科学院尾矿研究中心化验结果(％)：Sio₂：62.05、A1₂O₃：9.17、Cao：7.39、MgO：3.33、K₂O：1.85、Na₂O：1.14、Fe₂O₃：2.73、FeO：2.20、TiO₂：1.11、MnO：0.18、P₂O₅：0.16，烧失量8.50。河砂中含磁性砂约14％，经重钢炉前化验室化验结果(％)：SiO₂：45.16、TFe：11.36、S：0.069、P：0.107、V：0.092、Ti：5.64。光谱分析，钪异常。1981年原重庆乡镇企业局统计金农淘金459.69两；广洋坝打井采样，重砂含金6.6962g/M³。用地(近电源、干线公路江岸坡地)2-3万平方米，投资2-3千万元，加工河砂10万吨/年，生产空心砌块26400m³(120元/m³)、120-270目硅砂30000t(400元/t)、长石3570t(112美元/t)、微晶玻璃花岗岩10000m²(80美元/m²)、页岩砖6000m³(150元/m³)、磁铁矿1000t(2200-2400元/t)、铁矿砂1000t(69-70美元/t)、二氧化钛1000t(钛白粉15000元/t，粗品按10000元/t)、氧化钪400公斤(32000元/公斤)。据攀钢综合利用电讯换算，江砂含钪5.4X10^-4％。总产值在4千万以上。重庆朝天门江砂8元/t，提高价值50倍。若处理库尾两江卸荷淤砂3千万吨，不仅对增长重庆经济、保养港口航道和市区环保有利，而且对维护三峡库容和江汉平原生态平衡带来良性效应。倘与沿江采砂场、砂砖厂合作，只需投资几十万元建条硅砂生产线模式，即可引资开发，滚动发展，对项目转产必将带来立竿见影之效。

矿物组成：

砂样产地	磁铁矿(％)	云母片岩及绿泥石片石	绿帘石(％)	蛭石(％)	石英及燧石(％)	长石(％)	其它
砂样产地	磁铁矿(％)	云母片岩及绿泥石片石	绿帘石(％)	蛭石(％)	石英及燧石(％)	长石(％)	其它	长江	1.8	28.8	0.6	0.3	57.5	6.8	角闪石、电气石、褐铁矿
嘉陵江		26.3	0.8	0.3	65.0	3.6	金红石、锆石、磷灰石	长江	1.8	28.8	0.6	0.3	57.5	6.8	角闪石、电气石、褐铁矿

附图是综合选矿工艺流程简图

附图(综合选矿工艺流程简图)说明

附图是“江河淤砂综合利用零排放的方法”的工艺流程平面示意简图，并非按场地、设施、设备正规设计用图，仅供审阅文字时结合参考。

平面图从淤砂与河水进入开浆槽后用带箭头的垂直断线连接1·开浆过筛-2·重选-3·除渍磁选-4·浮选-5·尾浆废液梯极沉淀，净水返回选矿。净水返回选矿管道用带箭头的直线连接净水池和开浆槽。沿途供水用带箭头横线连接供水管和选矿用水工序。工序用阿位伯数字代替。如“1”代表“开浆过筛”、“4”代表“浮选”等。辅助工序分别用“a”、“b”分开。如“1a”代表“开浆”。“1b”代表过筛等。工序功能分提选和排放两路，并以两条平行线和其两端“+”、“-”正负号分别表示。横线平行间距3mm。上条平行横线和“+”号表示回收，下条平行线和“-”号表示排放。回收物以工序功能符号带小阿拉伯数字表示。如筛余物“碎石”以“1b-1”表示，重选回收物“重砂”以“2a-1”表示，排放轻级砂以“2b-1”表示。并以与平行横线相接的垂直箭头指示。

工序“1b·过筛”下的“3mm”表示底筛孔径。筛余物(+)均＞3mm，通过“(-)”均＜3mm。工序“2·重选”下的“G＝3.5”表示流进溜槽通过物的比重界限，若端(+)号回收的重砂比重下限不低于3.5，左端(一)轻级砂最在比重不超过G＝3.5(或G＝4)。

Claims

1、一种用江河淤砂综合利用零排放的方法，其特征在于用开浆过筛、重选金属矿物、除渍磁选、浮选(含研磨酸溶除杂等其它方法)非金属矿物、尾浆废液梯级沉淀，净水返回选矿等五个工序来完成。

2、按照权利要求“1”的方法，其特征在于它的原料是江河淤砂，包括大小江河的河道淤砂、河滩淤砂和河道疏通、航道浚疏、充填库坝弃砂。

3、按照权利要求“1”所述的方法，其特征在于开浆过筛是将江河淤砂与水按重量配比60∶40搅拌脱泥，筛分出＞40mm、40-5mm、15-3mm砾石。＞40mm砾石破碎重筛，获得＜3mm的过筛砂浆。40-5mm的砾(碎)石是优质路基地基石料。15-3mm的细砾碎石掺和12％的425号水泥开浆搅拌注模，免烧镇压空心砌块、空心砼砖。5-3mm绿豆石是砼梁原料。

4、按照权利要求“1”所述的方法，其特征在于确定重砂与轻级砂比重界线为G＝3.5-4，将比重大于4的连生体磁性矿物、稀散元素载体矿物、非磁性金属矿物截留在重砂内，与流出的比重＜3.5的石英、长石、白云母等轻级矿物完全分开。重磁选和重选后的轻级砂是加工砂砼、空心砼砖、地面砖、人行道砖、微晶玻璃和提选硅砂长石等原料，可就地直接加工，亦可结合市场需求，按需分配。重矿物按炭浆吸附糠金(灰灰金)、磁铁电磁铁提选强磁弱磁矿物，摇床除渣(微晶玻璃原料)，重液(或其它)分离金红石、锆英石等经济矿物。炭浆吸附的糠金灰化(或氰化还原，或混汞升金)，酸溶杂质，熔融铸模，粗金上市。自然铂、粗铂矿提纯，与糠金方法类似。强磁磁铁矿、弱强磁钛铁矿、弱磁独居石等矿物精选提纯。含希土稀散钪的钛铁矿、钨锡矿、电气石、角闪石等矿物冶炼氧化钪。如硫酸溶解含钪钛铁矿，用还原冷冻的方法除铁水解成Ti(OH)₄、Sc(OH)₃，分别煅烧出二氧化钛和三氧化二钪。TiO₂用克鲁尔法加工海棉钛。或在流酸溶液(不含钪)中加入氯化氢和氯化钾生成K₂TicL₆。将K₂TicL₆干燥，加热至300℃分解出4氯化钛；亦可使K₂TicL₆结晶，用金属镁在较低温度下作用得到金属钛。钛铁矿还可用铝热法，加工钛铁合金。

5、按照权利要求“1”所述的方法，其特征在于＜3mm砂浆颗粒除渍强磁选机磁选或直接磁选。其一是＜3mm颗粒适于一般强磁选机粒度要求，不会产生磁堵故障；其二是能提选重选流失的磁性矿砂，提高有用矿物回收率，消除铁钴镍铬对非金属矿砂的污染；其三是使强中弱磁矿物在用途上各得其所。为有的放矢，重砂需先进行光谱定性、单矿物全分析、化验定量。江河淤砂直接磁选效果差，难以提纯，磨擦清洗、酸溶弃污，砂粒表面光洁，磁远效果好。

6、按照权利要求“1”所述的方法，其特征在于利用高硅的江河淤砂，经重磁选后，长石、石英砂得到相对浓缩的砂浆，采用传统成熟的浮选方法，浮选(或其它方法)石英、长石和云母、绿泥石。长石、石英砂都是重要工业原料，在江河淤砂中含量一般约70％，回收了石英砂，等于处理了三分之二的河砂。云母、绿泥石等是稀散元素铷铯等的载体矿物，可以熔融氯化、电解提纯。

7、按照权利要求“1”所述的方法，其特征在于将妄自流放中的尾矿、尾浆废液梯级沉淀，净水返回选矿。沉淀粉泥烧砖，加工水泥，达到零排放的最终目的。尾浆废液中的硅粉、蛭石和胶高岭石(干燥剂)、高岭石(瓷、纸原料)、硅胶等溶质，随着市场需求，纳米技术走向产业，将引用其有关工艺技术回收(北京化工学院已在广西铝土矿尾浆中回收了氧化铝)，提高江河淤砂利用率。