CN102659119A

CN102659119A - 一种自高硅酸性液中分离回收硅的方法

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Publication number: CN102659119A
Application number: CN2012101151442A
Authority: CN
Inventors: 张洋; 徐红彬; 张懿; 杨立; 但建; 杨金成; 洪俊辉; 李千文; 王念卫; 裴丽丽; 庆朋辉
Original assignee: Institute of Process Engineering of CAS; Pangang Group Panzhihua Steel and Vanadium Co Ltd
Current assignee: Institute of Process Engineering of CAS; Pangang Group Panzhihua Steel and Vanadium Co Ltd
Priority date: 2012-04-18
Filing date: 2012-04-18
Publication date: 2012-09-12

Abstract

本发明涉及一种自高硅酸性液中分离回收硅的方法。高硅酸性液中的硅以硅溶胶形式存在，由于其呈胶状、粘度大，导致硅与浸出液的分离异常困难，严重影响了酸法处理高硅矿物的工业化进程。本发明提出将高硅酸性液在高温保温一定时间，使硅溶胶长大及其部分脱水，从而改变硅溶胶的过滤性能，使硅容易从酸性液中过滤除去，对硅溶胶滤饼干燥并洗涤后，生产的初级产品中二氧化硅含量大于95％。

Description

一种自高硅酸性液中分离回收硅的方法

技术领域

本发明涉及一种化学工业与湿法冶金领域中硅杂质的脱除与综合利用方法，具体地，本发明涉及一种自高硅酸性液中分离回收硅的方法。

背景技术

对于用酸法处理高硅矿物的湿法冶金过程或者高硅固体废弃物的资源化综合利用过程中，在有价元素浸出时，其中的硅大多会形成硅溶胶(SiO₂·nH₂O)，硅溶胶经一定时间后会互相连接，形成硅凝胶。硅凝胶单体颗粒粒径小，且连接体呈胶状、粘度大，导致硅与浸出液的分离异常困难，严重影响了酸法处理高硅矿物的工业化进程。酸法处理高硅矿物或固体废弃物产生的硅渣中一般含有一定量的金属元素(如Cr)，如对其长期堆存，不仅会造成资源浪费，同时可能对环境产生污染。

SiO₂又称硅石，在自然界分布很广，如石英、石英砂等，白色或无色，含铁量较高的是淡黄色，密度2.2～2.66，熔点1670℃(鳞石英)，1710℃(方石英)，沸点2230℃，相对介电常数为3.9，不溶于水微溶于酸，呈颗粒状态时能和熔融碱类起作用。用于制玻璃、水玻璃、陶器、搪瓷、耐火材料、硅铁、型砂、单质硅等。对硅渣的废弃会造成资源的极大浪费。

徐斌等(徐斌、杨俊奎、钟宏、姜涛，高硅氧化锌矿浸出工艺的研究，2010年10月，第35卷第5期)中指出由于在pH为2.0～2.5范围内硅胶最容易析出，该试验采用“快速中和”法，越过这一酸度范围，即在快速搅拌硫酸溶液的条件下迅速加入矿样，浸出完成后，加人石灰乳中和至浸出液pH为5左右，并同时加入适量絮凝剂硫酸铝，使硅胶在浸出液中被中和絮凝成沉淀。但沉淀的硅胶中掺杂大量杂质，不利于进一步回收利用。

CN 1872694A涉及一种改进的铝酸钠粗液常压脱硅方法，用于烧结法氧化铝生产过程中，以活化的硅渣作为种子加入到铝酸钠粗液中，经加热保温脱硅后，将溶液过滤分离，所得滤液为脱硅后的铝酸钠精液，其特征在于活化的硅渣种子由硅渣粉碎至平均粒径为0.1-5μm而制得。该方法重点在于除硅，结晶出的硅系晶体纯度不高，不足以用于进一步的利用。

CN 101767807A公开了一种从铝土矿(铝矾土)中提取氧化铝与硅胶的方法，该方法采取循环活化、浸取、碳分、碳酸钠及水回收、硅铝分离、热解、盐酸回收等步骤获取高纯度氧化铝，整个工艺过程中所产生的CO₂以及提取过程中所使用的碱、酸和水均可回收并实现循环利用。该方法制备的硅胶纯度较高，但是该方法涉及强酸强碱，对环境污染严重，并且该工艺太过复杂，不利于工业化推广。

因此，突破硅的分离瓶颈且实现其综合利用是酸性浸出矿物或固体废弃物工业化过程的关键。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种简单易行的自高硅酸性液中分离回收硅的方法。

溶胶，又称胶体溶液，是指胶体粒子以基本独立的颗粒或亚稳定网络的形式分散于分散相中所得到的混合体。如果分散相为水则称为水溶胶。分散相为气体则称为气溶胶。胶体颗粒的尺寸远大于普通分子或离子的尺寸，且有一定胶团结构。

硅溶胶为二氧化硅颗粒在水中或溶剂中的分散液。由于硅溶胶中的SiO₂含有大量的水及羟基，故硅溶胶也可以表述为SiO₂·nH₂O。硅溶液在失去水分时，单体硅酸逐渐聚合成高聚硅胶，随水分的蒸发，胶体分子增大。

本发明利用硅溶胶结构不稳定的特点，在较高温度下使硅溶胶长大、部分脱水，并避免大量硅凝胶的产生，从而极大地改善了硅与酸性浸出液的分离性能。同时，对分离后的硅实施干燥脱水、洗涤等操作，回收硅中夹带的有价元素；洗涤后的硅主要存在形式为二氧化硅，可作为初级产品生产其它含硅产品，从而实现了硅的回收利用。

所述自高硅酸性液中分离回收硅的方法，包括：将高硅酸性液加热至80～250℃保温，过滤，得到硅溶胶滤饼及脱硅酸性液。

优选地，将所述硅溶胶滤饼进行洗涤、过滤后分别得到二氧化硅初级产品及酸性洗液，特别优选，将所述硅溶胶滤饼进行干燥、洗涤、过滤后分别得到二氧化硅初级产品及酸性洗液。

优选地，将所述酸性洗液并入所述脱硅酸性液中回收。

所述保温温度可以为：80.1℃、80.2℃、81℃、85℃、89℃、160℃、190℃、199℃、201℃、145℃、148℃、149℃、149.8℃、149.9℃等，优选为90℃～200℃，进一步优选110～180℃，特别优选110～150℃。

优选地，所述保温时间为0.3h以上，例如：0.31h、0.32h、0.35h、0.4h、0.49h、0.51h、2h、5h、5.5h、5.8h、5.9h、6.1h、8h、10h等，进一步优选为0.5～6h，更优选1～4h，特别优选1～3h。

优选地，所述加热或/和保温过程中进行搅拌。

本发明所述高硅指的是硅含量为0.5g/L以上，例如0.51g/L、0.52g/L、0.55g/L、0.6g/L、0.8g/L、0.9g/L、1.1g/L、1.5g/L、2g/L、3g/L、5g/L等，进一步优选0.75g/L以上，特别优选1g/L以上。

本发明所述酸性液pH为6以下，例如：pH为0.1、0.2、0.3、0.5、0.9、1.1、2、3、4、4.9、5.1、5.9等，特别优选pH为1～5。

本发明所述过滤可以为重力过滤、加压过滤、真空过滤、离心过滤中的1种或至少2种的组合，所属领域的技术人员可根据其掌握的知识合理选择。

本发明所述干燥可以是自然干燥或/和人工干燥，例如：真空干燥、冷冻干燥、气流干燥、微波干燥、红外线干燥、高频率干燥等。

本发明获得的脱硅酸性液可进一步采用现有技术/新技术处理，以得到需回收利用的其它元素，例如铬、钒等。

在本发明中，可通过酸浸等已知技术/新技术，从含硅废渣、矿物里提取硅及其它元素，获得高硅酸性液，所属领域技术人员也可根据其掌握的现有技术/新技术选择合适的方法，获得高硅酸性液。

与现有技术相比，本发明所述方法的优点在于：

(1)方法操作简单，无需特殊设备，成本低，适于工业应用；

(2)生产的初级产品中二氧化硅纯度较高，二氧化硅含量大于95％；

(3)可大幅回收矿物或废渣中的硅，减少资源浪费。

附图说明

图1是本发明一个实施方案的工艺流程图。

具体实施方式

为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例1

含铬废渣(Cr₂O₃：25.3％，SiO₂：20％)用硫酸浸出后得到高硅酸性液，将浸出液在未加搅拌的反应装置内于90℃下保温6小时，过滤酸性液，过滤速率较未经处理的酸性液过滤速率提高10倍；将滤饼干燥、洗涤并过滤，酸性洗液并入脱硅酸性液中，二氧化硅初级产品(干基)中SiO₂的含量为97.5％。

实施例2

越南铬铁矿(Cr₂O₃：42.0％，SiO₂：11.5％)用硫酸浸出后得到高硅酸性液，将浸出液在未加搅拌的反应装置内于110℃下保温4小时，过滤酸性液，过滤速率较未经处理的酸性液过滤速率提高6倍；将滤饼干燥、洗涤并过滤，酸性洗液并入脱硅酸性液中，二氧化硅初级产品(干基)中SiO₂的含量为98.0％。

实施例3

高碳铬铁(Cr：58.0％，SiO₂：3.0％)用硫酸浸出后得到高硅酸性液，将浸出液在加搅拌的反应装置内于150℃下保温3小时，过滤酸性液，过滤速率较未经处理的酸性液过滤速率提高7倍；将滤饼干燥、洗涤并过滤，酸性洗液并入脱硅酸性液中，二氧化硅初级产品(干基)中SiO₂的含量为97.0％。

实施例4

提钒尾渣(V₂O₅：1.0％，SiO₂：31.0％)用硫酸浸出后得到高硅酸性液，将浸出液在加搅拌的反应装置内于180℃下保温1小时，过滤酸性液，过滤速率较未经处理的酸性液过滤速率提高14倍；将滤饼干燥、洗涤并过滤，酸性洗液并入脱硅酸性液中，二氧化硅初级产品(干基)中SiO₂的含量为98.0％。

实施例5

钒渣(V₂O₅：4.5％，SiO₂：41.0％)用硫酸浸出后得到高硅酸性液，将浸出液在加搅拌的反应装置内于200℃下保温0.5小时，过滤酸性液，过滤速率较未经处理的酸性液过滤速率提高12倍；将滤饼干燥、洗涤并过滤，酸性洗液并入脱硅酸性液中，二氧化硅初级产品(干基)中SiO₂的含量为96.0％。

实施例6

钒渣(V₂O₅：4.5％，SiO₂：41.0％)用硫酸浸出后得到高硅酸性液，将浸出液在加搅拌的反应装置内于250℃下保温0.3小时，过滤酸性液，过滤速率较未经处理的酸性液过滤速率提高16倍；将滤饼干燥、洗涤并过滤，酸性洗液并入脱硅酸性液中，二氧化硅初级产品(干基)中SiO₂的含量为95.8％。

实施例7

钒渣(V₂O₅：4.5％，SiO₂：41.0％)用硫酸浸出后得到高硅酸性液，将浸出液在加搅拌的反应装置内于80℃下保温10小时，过滤酸性液，过滤速率较未经处理的酸性液过滤速率提高10倍；将滤饼干燥、洗涤并过滤，酸性洗液并入脱硅酸性液中，二氧化硅初级产品(干基)中SiO₂的含量为96.9％。

实施例8

钒渣(V₂O₅：4.5％，SiO₂：41.0％)用硫酸浸出后得到高硅酸性液，将浸出液在加搅拌的反应装置内于100℃下保温5小时，过滤酸性液，过滤速率较未经处理的酸性液过滤速率提高10倍；分析测得滤饼中SiO₂的含量为90.1％，将滤饼干燥、洗涤并过滤，酸性洗液并入脱硅酸性液中，二氧化硅初级产品(干基)中SiO₂的含量为98.1％。

实施例9

高硅氧化锌矿(Zn：26％，SiO₂：15.5％)用硫酸浸出后得到高硅酸性液，将浸出液在加搅拌的反应装置内于170℃下保温1小时，过滤酸性液，过滤速率较未经处理的酸性液过滤速率提高9倍；分析测得滤饼中SiO₂的含量为92.0％，将滤饼干燥、洗涤并过滤，酸性洗液并入脱硅酸性液中，二氧化硅初级产品(干基)中SiO₂的含量为97.8％。

实施例10

高硅氧化锌矿(Zn：26％，SiO₂：15.5％)用硫酸浸出后得到高硅酸性液，将浸出液在加搅拌的反应装置内于220℃下保温0.8小时，过滤酸性液，过滤速率较未经处理的酸性液过滤速率提高11倍；分析测得滤饼中SiO₂的含量为91.2％，将滤饼干燥、洗涤并过滤，酸性洗液并入脱硅酸性液中，二氧化硅初级产品(干基)中SiO₂的含量为98.1％。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims

1.一种自高硅酸性液中分离回收硅的方法，所述方法包括：将高硅酸性液加热至80～250℃保温，过滤，得到硅溶胶滤饼及脱硅酸性液。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于，将所述硅溶胶滤饼进行洗涤、过滤后分别得到二氧化硅初级产品及酸性洗液。

3.如权利要求1或2所述方法，其特征在于，将所述硅溶胶滤饼进行干燥、洗涤、过滤后分别得到二氧化硅初级产品及酸性洗液。

4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，将所述酸性洗液并入所述脱硅酸性液中回收。

5.如权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述保温温度优选为90℃～200℃，进一步优选110～180℃，特别优选110～150℃。

6.如权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述保温时间为0.3h以上，进一步优选为0.5～6h，更优选1～4h，特别优选1～3h。

7.如权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述加热或/和保温过程中进行搅拌。