CN102357398A

CN102357398A - 一种分离水晶行业废渣中各组分的方法

Info

Publication number: CN102357398A
Application number: CN2011101648817A
Authority: CN
Inventors: 雷华; 张序虎; 张甜甜; 鲁阳
Original assignee: JINHUA GUANHUA CRYSTAL CO Ltd; Zhejiang University ZJU
Current assignee: JINHUA GUANHUA CRYSTAL CO Ltd; Zhejiang University ZJU
Priority date: 2011-06-17
Filing date: 2011-06-17
Publication date: 2012-02-22

Abstract

本发明公开了一种分离水晶行业废渣中各组分的方法，是分离稀土抛光粉、含铅水晶玻璃及其它轻组分的的方法，其特征在于根据各组分密度差异较大的特点，利用选矿工业中的分选技术进行分离。具有如下工艺过程：将水晶废渣通过磨碎设备使废渣的颗粒粒径到一定大小，对磨细后的废渣进行调浆，利用重选设备进行多次重选分选。分离后得到不同密度范围的较高纯度组分，重组分为高含量的稀土抛光粉组分，中组分为含铅玻璃组分，轻组分以石英玻璃为主的无机成份，经过分离后得到的高含量的组合可以进行后续的高附加值的循环利用。这种方法属于物理分离方法，是一种环保、高效、低成本的处理方法。

Description

一种分离水晶行业废渣中各组分的方法

技术领域

本发明涉及水晶行业废渣中各组分的分离方法，属于环保领域。

背景技术

水晶行业是以水晶玻璃(通常是高含铅玻璃)为初始原料，通过机械切割、磨削、抛光等手段加工成各种形状的具有水晶特性的玻璃制品的行业。水晶玻璃具有高透明度、高光泽度、重量感适度、声音悦耳、成型与加工容易等特征，因此水晶玻璃制品具有外观漂亮、质地优异、价格实惠等优点，深受消费者的喜爱，广泛应用于高级餐具、照明、装饰、花瓶、烟灰缸、摆件及其它装饰品和工艺品，如水钻等，形成了一个庞大的水晶玻璃制造产业，据统计，仅浙江浦江一个地区，水晶产业形成的产值规模达到50亿元。

但是，在水晶制品的加工过程中，相应地会带来大量的废渣，据统计，每加工一吨水晶玻璃，大约产生0.3吨的废渣，对于小件制品，其废渣量会更大，而在浦江地区，每天将消耗将近2000吨的的水晶玻璃原料，可想而知其废渣量也是巨大的。一直以来，水晶加工中产生的废渣等废弃物的处理是个难题，由于没有好的循环利用手段，水晶废渣一直是运送到垃圾填埋场处理，后来发现水晶废渣填埋下去后很难分解，而且其中的重金属外渗极易对土壤和水体产生“二次污染”，填埋场地承受不了这么多的废渣，水晶加工企业，特别是大量中小规模的加工厂，也开始随地乱倒，或者直接排放到河流中，导致废渣在河底沉积，形成白色坚硬物质，“白色污染”十分突出，严重污染了土壤和河流，而且随着时间的推移，如果废渣不能得到有效利用，废渣随着河流的蔓延，其污染面积正在快速扩大。目前，水晶玻璃行业的废渣污染问题已严重影响了当地及临近周边的环境，已引起环境主管部门的重视，同时也是关系到水晶行业生死存亡的关键。因此必须研究水晶行业的废渣处理问题。

面对日益严重的水晶行业废渣处理问题，政府主管部门和水晶玻璃行业都一直在想办法解决，引导和资助相关水晶行业废渣处理项目。但根据文献调研，还没有专业文献报道相关的废渣的处理成果，只是有一些新闻报道中提及，比如浦江万家环保建材有限公司提出，把水晶废渣压制加工成砖块，该方法表面上看能消耗掉废渣，在一定程度上解决废渣的处理问题，但实际上会带来新的问题，比废渣中含有大量的铅，此种含铅的砖块必然对环境还会造成二次，是否能得到环保部门的认可仍然还是问题，而且砖块是低附加值的产品，从经济性上可能面临问题，从而会缺乏可持续发展的动力为废渣的长期处理带来制约。而浦江恒力饰品有限公司提出了一种水晶废物再利用的方法，其工序包括废渣分筛、混合配料、高温融化、成形牵引等工序。完成废渣分筛后，按一定比例混合小部分粘合剂等配料，将其放入1650度的高温炉融化成玻璃水，再进行成形冷却并经牵引机到成品车间，利用水晶废弃物再制备水晶的原材料，可以实行废渣的利用，但该方法面临的问题是，由于废渣组分复杂，仅仅通过分筛是不能得到用于玻璃组分，只能利用一些边角料，因此对废渣的处理是有局限性的，不能作为最大量的废渣处理的合理方案。

针对水晶玻璃废渣的处理问题，不仅要实现能处理，而且还必须要有经济性，既要实现社会效益，还必须要有经济效益，这样才能实现可持续发展，废渣的处理方案才是最优的方案。

在此基础上，要研究最优的废渣处理方案，必须了解废渣的组成，知道废渣中各组分的物性特点。我们首先从水晶玻璃的加工工艺和对水晶废渣的组成成份两方面进行了分析。从加工工艺上可以分析废渣的组成来源，水晶制品的原料是水晶玻璃，在切割、磨削过程中产生的废渣主要是水晶玻璃，同时在切割和磨削过程中，切割和磨削工具(如石英砂轮等)也有部分的磨损而进入玻璃废渣中，因此这部分的废渣中含有水晶玻璃和石英砂轮的成份，其中的水晶玻璃，是以硅酸盐(SiO₂)玻璃为基材，并含有8-30％的氧化铅；而在抛光过程中，制品经过进一步的打磨和抛光，水晶玻璃仍有少部分被磨掉进入废渣中，同时，在抛光过程中使用抛光轮进行打磨和抛光，抛光轮也有部分的磨损而成为废渣，抛光轮主要是由抛光粉、碳酸钙、石英砂以及部分热固性粘合树脂制成，而抛光粉主要是高含量氧化铈稀土，因此，在抛光过程中形成的废渣包括了水晶玻璃、氧化铈、碳酸钙、石英砂和部分热固性树脂。通常，切割和磨削的废渣以及抛光后产生的废渣都混在一起，因此，总的来说，水晶玻璃废渣主要含有：高铅硅酸盐玻璃成份、石英砂、氧化铈以及碳酸钙，这些组成成份决定了废渣不能直接利用制备成水晶行业所用的原料。同时，对典型的水晶玻璃废渣进行了取样并检测相关的化学组成，其结果如下：

表1：水晶玻璃废渣元素分析结果

分析元素	铅(Pb)	锌(Zn)	铈(Ce)
				含量(％)	19.65	1.84	6.50

从表1的结果看出，基本与我们的分析类似，所包含的贵金属成份主要是铅、锌和铈，而且其含量也不低，从探矿的角度看，水晶玻璃实际上是铅、锌铈的富矿，具有较高的开采价值。尤其其中的铈，铈是常规的稀土元素，随着近年国家对稀土资源的重视，要求合理规划和开采，目前高铈稀土抛光粉的价格已从3万/吨暴涨到18万/吨。而铅锌金属也具有较高的经济价值，并且铅锌如果不回收提取，铅会从玻璃中析出而污染环境，造成水体和土壤污染而引起人类疾病，这里也表明前面提到利用废渣压制砖块，由于废渣含有高含量的铅，所制得的砖块也不能随意使用，会引起铅的二次污染。因此，从污染源的角度，铅锌污染是最主要的，废渣中所含重金属的分离提取也是必须的。

这些分析结果表明，水晶玻璃废渣并不是人见人恨的无利用价值的废弃物，而是富含高附加值金属的“二次资源”矿，具有很高的利用价值，属于放错地方的资源，或者说是没有引起重视的金属宝藏。如果把相关的金属提取回收，不仅解决了废渣的处理问题，减少环境污染，还能带来巨大的经济价值。在完成废渣中各种重金属成份的提取回收后，废渣中的对环境有害物质被分离，剩下的成份基本是碳酸钙、硅酸盐及石英等成份，这些组分对环境无害，可以进行其它相关的利用。

要实现水晶废渣中具有重要经济价值的组分的回收利用，有效的分离提取方法是最重要的。只有把各组分分离开来，得到高纯度的组分，才可以进行后续的利用，这些组分混合在一起则没有利用价值，因此导致了废渣对环境的污染。关于水晶废渣中各组分的分离技术的报道很少，基本没有检索到相关的专业文献。只有在一些文献中间接提到。比如，在专利CN1456624中报道了失效稀土抛光粉的再生方法，其中提到用强酸和强碱把废渣中除稀土外的组分反应溶解掉，而得以提纯稀土，而对于废渣中其它组分的分离则并没有关注，也没有提供相关的方法，而且该方法只是针对抛光过程中产生的废渣，这些废渣中的稀土含量很高，高达80％，其它组分含量很少，而且其利用强酸强碱反应的方法去除稀土以外的组分，对于水晶行业稀土含量较低的废渣，利用该方法将消耗大量的强酸强碱，是不经济的，而且产生大量的废水，会带来环保的问题。

总的来看，现在还没有好的分离水晶废渣中各组分的方法。因此，为了有效地分离水晶废渣中各组分，并且不产生新的污染，有必要研究新的提取分离工艺，既能高效分离废渣中各有效组分，同时又不能带来新的污染物，这就是本发明的主要目的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可以容易且确实可靠地分离水晶行业废渣中各组分的方法，并且不带来二次污染的高效、低成本方法。

为了更加清楚的表述本发明技术方案，申请人首先阐述得以创造性的成型出本发明技术方案的研究基础：

本申请人进行了深入的研究分析，经过不懈努力和尝试，最终发现利用选矿工业中的重选技术对水晶行业废渣进行分选，可以分离废渣中的各组分，得到密度不同的各高纯组分，从而完成本发明。

首先比较水晶废渣中各组分的物性参数，比较见表2：

表2：玻璃废渣中各贵金属氧化物物性特征

通过表2的物性参数可以看出，在玻璃废渣中各组分除了碳酸钙能通过酸的作用而得以清除外，其它组分都难溶于酸碱中，因此其通过化学方法的分离是很难实现的。但我们注意到，在几种组分中，明显存在密度梯度，根据密度大小的不同，可以把组分分成三类，见表3；

表3：水晶废渣中各组分的密度范围

密度范围	废渣中的组分
		＞7.0g/cm³	氧化铈稀土
4.0-4.4g/cm³	含铅玻璃组分
		＜3.0g/cm³	碳酸钙、石英及硅酸盐玻璃

因此可以考虑利用各组分间密度差异较大，采用选矿工业中的选矿技术，比如重选工艺，可以把废渣中的稀土组分分选出来而得以分离提纯。在各密度范围内，所得到的组成较单一，就为后续的高效回收利用打下了基础。这是本专利的基本思路：利用水晶废渣中的不同组分间的密度差异，采用选矿工业中的分选技术，把废渣中有较大密度差异的组分分离开来，密度接近的一类物质，基本具有相同的回收处理方法，以此再进行后续的高效回收利用。

在后续的回收利用中，含氧化铈稀土部分可以再生重新制备抛光粉，而含铅玻璃组分，则可以重新制备含铅玻璃，或者进行铅冶炼提取铅等贵金属。而对于其中的轻组分，则可以应用于橡塑的填充物或作为建筑材料的原料而得到完全的回收利用。

从文献调研的情况看，虽然重选技术已广泛应用于各种矿物的分离和提取，并且是一种环保工艺，不带来二次污染，但目前还没有关于应用选矿工业中的分选技术来分离水晶行业废渣中的各组分的报道，本项目首次提出了利用该技术对水晶行业废渣中的各有效组分进行高效环保的分离，挖掘水晶行业废渣的经济价值，最终实现水晶废渣的资源化回收利用。既能解决水晶行业废渣的污染问题，又能产生经济价值，具有明显的社会效益和经济效益。

由于重选工艺的特点是利用被选物各组分密度的差异进行分离。根据水晶废渣的组成特点及各组分的物性参数，把重选工艺应用于水晶废渣的分离是可行的：(1)各组分的密度明显存在差异；(2)各组分是单独存在于水晶废渣中，而基本没有天然矿石中的共生组成。

针对本发明提出利用重选工艺分离提取水晶废渣中各组分的方法，包括了以下步骤：

1)利用磨碎设备磨细水晶废渣，使废渣的颗粒粒径到一定大小；

2)对磨细后的水晶废渣利用调浆机等设备调浆，得到一定浓度的水晶废渣浆液；

3)对浆液进行多次重选分离，得到密度范围不同的各组分，重组分为高含量的稀土抛光粉组分，中组分为含铅玻璃组分，轻组分以石英玻璃为主的无机成份；

水晶行业废渣是在对水晶玻璃进行加工的过程中产生的废弃物，其特点是颗粒细小，粒径有一定的分布，因此相对于常规的选矿工艺，不需要破碎工序。但对于不同的组分，其颗粒大小不均匀，这会引起重选时准确度降低，因此在重选前，需要对水晶废渣进行磨细，使得水晶废渣颗粒物相对均一，且到一定的粒径大小。在本发明的对水晶废渣的磨碎工艺中，可以选择各种磨碎设备，包括球磨机、棒磨机、自磨机、砾磨机及超细粉碎设备，优选球磨机和棒磨机，更优选球磨机。在磨碎工艺中，根据分选工艺对颗粒粒径的要求，可以采用但台球磨机，也可使用多台球磨机，实行多级串联工艺。

在本发明的对水晶废渣的磨碎工艺中，磨碎颗粒粒度不大于1毫米，但不低于20微米，优选不低于30微米，更优选不低于35微米。颗粒太大不能分选，分选的准确度降低，而过细则出现过粉碎，物理分选方法对微细颗粒的分选效率很低，过细的颗粒难以回收。

水晶废渣可能是不含水分的堆积物，也可能是水晶加工车间直接排出的含水浆液，这些物料的浆液浓度不在重选要求的浓度范围，需要调浆，达到适合重选的浓度范围。随着浆液浓度的增加，处理量增大，稀土分离品位提高，但回收率下降，合适的浆液浓度范围为5％～50％，优选是10％～40％，更优选是15％～30％。

本发明的重选分离，对浆液进行重选分离，是本工艺中实现废渣各组分分离的关键步骤，经过重选，即实现了废渣中各组分的分离。可选择各种重选设备，包括了跳汰机、溜槽和摇床，优选是溜槽和摇床，更优选是摇床。

在本发明中的摇床分选工艺中，摇床的操作因素是一些关键指标，包括了摇床的冲程、冲次、给矿质量分数、冲洗水、床面的横向坡度及给矿量等。对于水晶废渣物料，其冲程在8～24毫米范围，冲次为250～340次/min。

冲洗水由给矿水和洗涤水两部分组成。冲洗水的大小和坡度共同决定着横向水流的流速。横向水速大小一方面要满足床层松散的需要，并保证最上层的轻组分颗粒能被水流带走；另一方面又不宜过大，否则不利于重组分细颗粒的沉降。冲洗水量应能覆盖住床层。增大坡度或增大水量均可增大横向水流。处理粗粒物料时，既要求有大水量又要求有大坡度，而分选细粒物料时则相反。处理同一种物料时，“大坡小水”和“小坡大水”均可使矿粒获得同样的横向速度。对于操作方法，通过肉眼观察最适宜的分选情况：无矿区宽度合适；分选区水流分布均匀且不起浪，物料不成堆；精选区分带明显，精选摇床分带尤应更宽。

经过摇床第一次重选，首先把其中的重组分分离出来，得到高纯度的稀土组成，再把选余的浆液再一次经过摇床的重选，可以分离得到次重的含铅玻璃组分，剩下的即为以硅酸盐玻璃成份为主的轻组分。

在本发明的重选分离水晶废渣中各有效组分的工艺方法中，摇床重选的分离步骤可以根据需要重复多次进行。

本发明的分离水晶废渣中各组分的方法具有：(1)不添加化学物质，不会对环境造成污染；(2)操作简单，处理成本低；(3)各组分分离纯度高。该方法是一种环保、高效、低成本的处理方法。

具体实施方式

实施例1

取50Kg水晶废渣，通过球磨机磨细，磨碎平均粒径为60微米，对磨细后的废渣利用调浆机调浆成浓度为20％浆液，在2m²规格的摇床上进行多次重选分离，每次收集其中的重组分，而轻组分的浆液则进行多次重选，并收集相应的组分。对各组分进行称重计量和测试分选：稀土回收率为85.5％，稀土纯度为95.0％；含铅玻璃组分的纯度为92.1％，回收率为86.0％；轻组分的纯度为85.3％。

实施例2

重选分离过程与实施例1相同，除磨碎设备选择棒磨机。对各组分进行称重计量和测试分选：稀土回收率为83.5％，稀土纯度为93.2％；含铅玻璃组分的纯度为90.6％，回收率为85.8％；轻组分的纯度为82.5％。

实施例3

重选分离过程与实施例1相同，除磨碎平均粒径控制在40微米。对各组分进行称重计量和测试分选：稀土回收率为80.5％，稀土纯度为96.2％；含铅玻璃组分的纯度为93.0％，回收率为83.6％；轻组分的纯度为87.5％。

实施例4

重选分离过程与实施例1相同，除重选分离前分离物浆液浓度为25％。对各组分进行称重计量和测试分选：稀土回收率为84.3％，稀土纯度为95.8％；含铅玻璃组分的纯度为92.9％，回收率为85.4％；轻组分的纯度为83.4％。

实施例5

重选分离过程与实施例1相同，除重选设备选用溜槽。对各组分进行称重计量和测试分选：稀土回收率为83.8％，稀土纯度为93.6％；含铅玻璃组分的纯度为89.9％，回收率为83.1％；轻组分的纯度为80.7％。

比较实施例1

重选分离过程与实施例1相同，除不采用球磨机磨细。对各组分进行称重计量和测试分选：稀土回收率为53.6％，稀土纯度为43.6％；含铅玻璃组分的纯度为59.9％，回收率为53.1％；轻组分的纯度为40.9％。

比较实施例2

重选分离过程与实施例1相同，除重选前调浆浓度为60％。对各组分进行称重计量和测试分选：稀土回收率为53.6％，稀土纯度为89.6％；含铅玻璃组分的纯度为88.3％，回收率为57.1％；轻组分的纯度为78.9％。

比较实施例3

重选分离过程与实施例1相同，除共生组分球磨粉碎粒径控制在5微米。对各组分进行称重计量和测试分选：稀土回收率为42.6％，稀土纯度为92.6％；含铅玻璃组分的纯度为90.3％，回收率为51.1％；轻组分的纯度为87.9％。

除上述优选实施例外，本发明还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变和变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明所附权利要求所定义的范围。

Claims

1.一种分离水晶行业废渣中各组分的方法，是分离稀土抛光粉、含铅水晶玻璃及其它轻组分的的方法，其特征在于具有如下工艺过程：

3)对浆液进行多次重选分离，得到密度范围不同的各组分，重组分为高含量的稀土抛光粉组分，中组分为含铅玻璃组分，轻组分以石英玻璃为主的无机成份。

2.根据权利要求1所述分离水晶行业废渣中各组分的方法，其特征在于：过程1)中磨碎设备为球磨机或棒磨机或自磨机或砾磨机或超细粉碎设备。

3.根据权利要求1所述分离水晶行业废渣中各组分的方法，其特征在于：磨碎颗粒粒度不大于1毫米，但不低于20微米；或者磨碎颗粒粒度不大于1毫米，但不低于30微米；或者磨碎颗粒粒度不大于1毫米，但不低于35微米。

4.根据权利要求1所述分离水晶行业废渣中各组分的方法，其特征在于：对水晶废渣调浆的浆液浓度范围为5％～50％或10％～40％或15％～30％。

5.根据权利要求1所述分离水晶行业废渣中各组分的方法，其特征在于：对浆液进行重选分离采用的重选设备为跳汰机或溜槽或摇床。

6.根据权利要求1所述分离水晶行业废渣中各组分的方法，其特征在于：对浆液进行多次重选，按密度大小不同先后分离，首先分离得到重组分，再对浆液组分进行重选，得到次重组分，剩下为轻组分。