CN103435259B - 一种去除金属和金属氧化物的组合物及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种去除金属和金属氧化物的组合物，该组合物含有以下重量份的原料：重量百分比为10‑20%的盐酸80‑120份、重量百分比为25‑35%的乙酸80‑120份、重量百分比为5‑15%的三氯化磷0‑10份。本发明去除或降解矿物中的金属和金属氧化物达50‑80%，同时不影响矿物中有用的非金属类物质或影响很小，可克服现有矿物加工方法工序复杂、生产效率低、处理成本高等问题，用本发明组合物处理后的矿物原料达到质量标准要求，且处理方法环保，不污染环境。
Description
技术领域
本发明属于矿物加工领域，涉及一种去除金属和金属氧化物的组合物及其应用。
背景技术
矿物资源属于非可再生资源，其储量是有限的。一方面，随着开采量的增加，优质的矿物资源日益减少，且价格昂贵，越来越多地利用到贫矿和复杂矿；另一方面，科技和工业的发展对矿物原料质量的要求越来越高，直接开采的原矿往往达不到标推；贫矿和复杂矿及原矿需要经过矿物加工工序才能满足人们生产生活需求。
砂岩、硅砂、石灰石、方解石、白云石、白垩、菱镁矿、长石、高岭土等矿物是玻璃、陶瓷、造纸、建材等行业常用的原材料，根据用途及美观的需求，对这些矿物原料的白度有不同的要求，但是，自然界产出的原矿中，往往因含有一些金属和金属氧化物而影响其白度。如石灰石的主要成分是碳酸钙，在制备玻璃工艺中，主要用于引入氧化钙成分，但石灰石中常含有铁、氧化铁及其他引起着色的金属和金属氧化物，影响玻璃的高透明度及白度；高岭土主要成分是氧化铝、二氧化硅，广泛应用于造纸、陶瓷等，根据其用途的不同，对高岭土的白度有着不同要求，造纸工业对涂布级高岭土要求白度>83%，陶瓷工业制作高档瓷原料，要求含Fe2O3<0.5%。因此在加工前必须去除金属和金属氧化物，以提高其工业价值，实现矿物原料的综合利用。
常用去除金属和金属氧化物的矿物加工方法有物理方法和化学方法，物理方法常用的有磁选法、双液浮选法、磁种磁选法等；化学方法常用的有溶浸法、萃取法、加氯高温焙烧法等，另有报道用微生物方法。化学方法中的溶浸法具有操作简单、处理彻底、加工后的矿物原料质量均匀特点，得到广泛应用。常用的浸出方法有酸法、碱法、盐浸、氰化、水浸、有机试剂浸出法等，常用的浸出剂有硫酸、盐酸、碱性铵盐等。很多矿物杂质中金属和金属氧化物的嵌布粒度极细，而且独立矿物和类质同象并存于矿物中，因而物理方法如磁选不能取得理想的效果，这种情况下，化学方法就显示了特别重要的作用。随着矿产资源的大规模开发，尽管采用某些新化学试剂以及工艺改进，但是加工的直接生产成本仍然呈上升趋势，且在去除金属和金属氧化物的同时，将有用的成分也一并去除，造成损失。为合理开发利用矿产资源，适应经济发展的需求，抵御市场价格的冲击，迫切需要生产程序的简化、生产效率高的矿物加工方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型去除、降解金属和金属氧化物的组合物及其应用，可克服现有加工方法工序复杂、生产效率低、处理成本高等问题，用本发明组合物处理后的矿物原料达到质量标准要求，同时不影响矿物中有用的非金属类物质或影响很小，处理方法环保，不污染环境。
本发明采取的技术方案是：
一种去除金属和金属氧化物的组合物，含有盐酸和乙酸。所述盐酸、乙酸可根据需要为任意浓度，所述盐酸优选为重量百分比为10-20%的盐酸，所述乙酸优选为重量百分比为25-35%的乙酸。
以上所述去除金属和金属氧化物的组合物，还含有三氯化磷，为操作安全方便，使用前先配制成水溶液，优选为重量百分比为5-15%的三氯化磷。
以上所述去除金属和金属氧化物的组合物，含有以下重量份的原料：重量百分比为10-20%的盐酸80-120份、重量百分比为25-35%的乙酸80-150份、重量百分比为5-15%的三氯化磷0-20份。
以上所述去除金属和金属氧化物的组合物，优选含有以下重量份的原料：重量百分比为15%的盐酸100份、重量百分比为30%的乙酸120份、重量百分比为8%的三氯化磷12份。
本发明所采用技术方案的基本原理如下：
化学方法中的溶浸法是用化学药剂选择性溶解矿物中的金属和金属氧化物，然后去除的方法。本发明采用酸度较强的无机酸盐酸和酸度较弱有机酸的乙酸结合，化学反应式为：
2M+2xHCl→2MClx+xH2↑，M2Ox+2xHCl→2MClx+xH2O；
2M+2xCH3COOH→2M（CH3COO）x+xH2↑，M2Ox+2xCH3COOH→2M（CH3COO）x+xH2O；
M为金属元素。
加入盐酸和乙酸后，金属和金属氧化物生成可溶的盐类除去。
在盐酸和乙酸中可加入三氯化磷，作为氯化剂、催化剂，加快化学反应速度。三氯化磷在溶液中与水反应，生成的亚磷酸、盐酸，可参与溶解金属和金属氧化物的反应，化学反应式为：
PCl3+3H2O→H3PO3+3HCl
以上所述去除金属和金属氧化物组合物的应用，所述组合物可用于去除矿物中的金属或金属氧化物。所述矿物是指由地质作用所形成的天然单质或化合物，在一定的物理化学条件范围内稳定，是组成岩石和矿石的基本单元，化学元素是组成矿物的物质基础，氧﹑硅﹑铝﹑铁﹑钙﹑钠﹑钾﹑镁八种元素就占了地壳总重量的97%，其中氧约占地壳总重量的一半，硅占地壳总重的1/4以上，故地壳中硅酸盐矿物分布最广，它们构成了地壳中各种岩石的主要组成矿物，矿物中还含有其他金属元素。因行业发展需要，所述矿物优选为制备玻璃、陶瓷等产品的原料，如：砂岩、硅砂、石灰石、方解石、白云石、白垩、菱镁矿、长石和高岭土中的一种或一种以上组合，最佳优选为石灰石。所述金属包括能溶解在本发明所述组合物的金属，优选为铁、铝、铬和镁中的一种或一种以上组合，所述金属氧化物包括能溶解在本发明所述组合物的金属氧化物，优选为氧化亚铁、氧化铁、四氧化三铁、氧化铝、氧化铬和氧化镁中的一种或一种以上组合，最佳优选为金属铁和铁的氧化物。
一种以上所述去除金属和金属氧化物的组合物的使用方法，包括以下操作步骤：
1.按以下重量份称取原料：重量百分比为10-20%的盐酸80-120份、重量百分比为25-35%的乙酸80-150份、重量百分比为5-15%的三氯化磷0-20份，混匀，得混合物A；
2.将混合物A与水按重量比1:50-200混合，搅拌均匀，得混合物B；
3.将矿物粉碎，过8-16目分筛器，得矿粉，矿粉细度为8-125目，根据需要可进一步筛分除去较细的矿粉；
4.矿粉在恒温器下加热至温度70-90℃，把矿粉装入搅拌箱上层，将矿粉与混合物B按按重量比1:2-4混合，搅拌1-3分钟，放入底部有筛网的搅拌箱中层，滤过，滤除的溶液置搅拌箱下层，矿粉晾干，即可。筛网的目数根据需要设定。在搅拌箱下层放置活性炭，吸附杂质，所述杂质为反应产生的化合物和通过筛网的矿粉，滤过，滤液视浓度添加盐酸、乙酸或三氯化磷，循环使用。
经稀释后的混合物B酸度较弱，常温下与金属和金属氧化物的反应很慢，不活泼的金属和金属氧化物甚至不产生化学反应，将矿粉加热至70-90℃，所含的金属和金属氧化物较为活跃，与本发明组合物充分接触后，能快速发生化学反应，处理后反应产物为可溶的盐酸盐、乙酸盐等金属盐类，溶解在溶液中，容易除去。残留在矿粉中的少量盐酸，干后以HCl气体除去，残留在矿粉中的少量乙酸，对矿物质量没有影响，残留在矿粉中的少量亚磷酸，在空气中氧化成磷酸，对矿物质量也没有影响，因此，本发明可以不需要用水洗涤矿物。
在去除金属和金属氧化物前，应先进行金属元素的检测，根据检测结果选择原料的浓度和配比，可以达到较好的去除、降解效果。
本发明的有益效果是：
1.本发明克服了化学溶浸法去除金属和金属氧化物中采用单一酸存在的缺点：只用盐酸会在去除金属和金属氧化物的同时，造成矿物中有用的成分损失；只用乙酸，酸性较弱，反应速度慢，且不活泼的除金属和金属氧化物不能除去；本发明采用酸度较强的无机酸盐酸和酸度较弱有机酸的乙酸结合，矿物经70-90℃活化后，在去除金属和金属氧化物时，不影响矿物中有用的非金属类物质或影响很小，根据需要加入氯化剂、催化剂三氯化磷，进一步加快反应速度。
2.用本发明组合物去除、降解矿物中的金属和金属氧化物，生产工序简单易操作，可不需要用水洗涤矿物，提高了生产效率，降低生产成本。
3.本发明组合物能去除或降解矿物中的金属和金属氧化物可达50-80%，提高原矿的工业价值，促进贫矿、复杂矿的综合利用，优化资源配置,实现矿产资源的最优耗竭。
4.采用本发明去除金属和金属氧化物的方法，处理后反应产物为可溶的盐酸盐、乙酸盐等金属盐类，容易除去；本发明组合物使用后经活性炭处理，视浓度添加盐酸、乙酸或三氯化磷，可循环使用，对环境无二次污染。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，但不限制本发明的保护范围和应用范围：
实施例1
一种去除砂岩矿物中金属和金属氧化物的组合物的使用方法，包括以下操作步骤：
1.按以下重量称取原料：重量百分比为20%的盐酸120kg、重量百分比为35%的乙酸150kg、重量百分比为15%的三氯化磷20kg，混匀，得混合物A；
2.将混合物A与水按重量比1:200混合，搅拌均匀，得混合物B；
3.将矿物粉碎，过16目分筛器，得矿粉；
4.矿粉在恒温器下加热至温度90℃，把矿粉装入搅拌箱上层，将矿粉与混合物B按按重量比1:4混合，搅拌3分钟，放入底部有筛网的搅拌箱中层，滤过，滤除的溶液置搅拌箱下层，矿粉晾干，即可。
采用上述方法，砂岩矿物中铁、铝、钠和镁金属元素的含量由8000ppm、5000ppm、3300ppm、5400ppm，分别下降至1500ppm、1000ppm、820ppm、1100ppm，达到矿物原材料的质量要求。
实施例2
一种去除白云石矿物中金属和金属氧化物的组合物的使用方法，包括以下操作步骤：
1.按以下重量称取原料：重量百分比为10%的盐酸80kg、重量百分比为25%的乙酸80kg，混匀，得混合物A；
2.将混合物A与水按重量比1:50混合，搅拌均匀，得混合物B；
3.将矿物粉碎，过8目分筛器，得矿粉；
4.矿粉在恒温器下加热至温度70℃，把矿粉装入搅拌箱上层，将矿粉与混合物B按按重量比1:2混合，搅拌1分钟，放入底部有筛网的搅拌箱中层，滤过，滤除的溶液置搅拌箱下层，矿粉晾干，即可。
采用上述方法，白云石矿物中铁、铝、钠金属元素的含量由600ppm、800ppm、1000ppm，分别下降至320ppm、200ppm、180ppm，达到矿物原材料的质量要求。
实施例3
一种去除石灰石矿物中金属和金属氧化物的组合物的使用方法，包括以下操作步骤：
1.按以下重量称取原料：重量百分比为15%的盐酸100kg、重量百分比为30%的乙酸120kg、重量百分比为8%的三氯化磷12kg，混匀，得混合物A；
2.将混合物A与水按重量比1:100混合，搅拌均匀，得混合物B；
3.将矿物粉碎，过10目分筛器，得矿粉；
4.矿粉在恒温器下加热至温度80℃，把矿粉装入搅拌箱上层，将矿粉与混合物B按按重量比1:3混合，搅拌2分钟，放入底部有筛网的搅拌箱中层，滤过，滤除的溶液置搅拌箱下层，矿粉晾干，即可。
采用上述方法，石灰石矿物中铁、镁金属元素的含量由250ppm、100ppm，分别下降至45ppm、25ppm，达到矿物原材料的质量要求。
实施例4
一种去除高岭土矿物中金属和金属氧化物的组合物的使用方法，包括以下操作步骤：
1.按以下重量称取原料：重量百分比为15%的盐酸90kg、重量百分比为28%的乙酸100kg、重量百分比为5%的三氯化磷3kg，混匀，得混合物A；
2.将混合物A与水按重量比1:80混合，搅拌均匀，得混合物B；
3.将矿物粉碎，过10目分筛器，得矿粉；
4.矿粉在恒温器下加热至温度75℃，把矿粉装入搅拌箱上层，将矿粉与混合物B按按重量比1:2-4混合，搅拌2分钟，放入底部有筛网的搅拌箱中层，滤过，滤除的溶液置搅拌箱下层，矿粉晾干，即可。
采用上述方法，高岭土矿物中铁、铬金属元素的含量由5500ppm、400ppm，分别下降至1600ppm、210ppm，达到矿物原材料的质量要求。
实施例5
一种去除硅砂、长石矿物中金属和金属氧化物的组合物的使用方法，包括以下操作步骤：
1.按以下重量称取原料：重量百分比为18%的盐酸90kg、重量百分比为32%的乙酸120kg、重量百分比为12%的三氯化磷16kg，混匀，得混合物A；
2.将混合物A与水按重量比1:80混合，搅拌均匀，得混合物B；
3.将矿物硅砂、长石按重量比1:1混合，粉碎，过10目分筛器，得矿粉；
4.矿粉在恒温器下加热至温度70-90℃，把矿粉装入搅拌箱上层，将矿粉与混合物B按按重量比1:2.5混合，搅拌1分钟，放入底部有筛网的搅拌箱中层，滤过，滤除的溶液置搅拌箱下层，矿粉晾干，即可。
采用上述方法，硅砂、长石矿物中铁、镍、镁金属元素的含量由950ppm、340ppm、550ppm，分别下降至440ppm、180ppm、210ppm、，达到矿物原材料的质量要求。
Claims (7)
1.一种去除金属和金属氧化物的组合物，其特征在于，含有以下重量份的原料：重量百分比为10-20%的盐酸80-120份、重量百分比为25-35%的乙酸80-150份、重量百分比为5-15%的三氯化磷0-20份。
2.根据权利要求1所述去除金属和金属氧化物的组合物，其特征在于，含有以下重量份的原料：重量百分比为15%的盐酸100份、重量百分比为30%的乙酸120份、重量百分比为8%的三氯化磷12份。
3.根据权利要求1或2所述去除金属和金属氧化物的组合物的应用，其特征在于，所述组合物用于去除矿物中的金属或金属氧化物。
4.根据权利要求3所述去除金属和金属氧化物的组合物的应用，其特征在于，所述矿物为砂岩、硅砂、石灰石、方解石、白云石、白垩、菱镁矿、长石和高岭土中的一种或一种以上组合。
5.根据权利要求3所述去除金属和金属氧化物的组合物的应用，其特征在于，所述矿物为石灰石。
6.根据权利要求3所述去除金属和金属氧化物的组合物的应用，其特征在于，所述金属为铁、铝、铬和镁中的一种或一种以上组合，所述金属氧化物氧化亚铁、氧化铁、四氧化三铁、氧化铝、氧化铬和氧化镁中的一种或一种以上组合。
7.一种如权利要求1所述去除金属和金属氧化物的组合物的使用方法，其特征在于，包括以下操作步骤：
（1）按以下重量份称取原料：10-20%盐酸80-120份、25-35%乙酸80-150份、5-15%三氯化磷0-20份，混匀，得混合物A；
（2）将混合物A与水按重量比1:50-200混合，搅拌均匀，得混合物B；
（3）将矿物粉碎，过8-16目分筛器，得矿粉；
（4）矿粉在恒温器下加热至温度70-90℃，把矿粉装入搅拌箱上层，将矿粉与混合物B按重量比1:2-4混合，搅拌1-3分钟，放入底部有筛网的搅拌箱中层，滤过，滤除的溶液置搅拌箱下层，矿粉晾干，即可。
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5198190A (en) * | 1990-12-21 | 1993-03-30 | Enviroscience, Inc. | Method of recycling hazardous waste |
| CN102786220A (zh) * | 2012-08-07 | 2012-11-21 | 宋朋泽 | 超细玄武岩连续纤维的生产方法 |
| CN102887516A (zh) * | 2012-10-26 | 2013-01-23 | 蔡雅纯 | 一种高纯石英砂的生产方法 |
Patent Citations (3)
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| Title |
|---|
| 高纯二氧化硅的制备与应用;雷清普,郑典模;《江西科学》;20081231;第26卷(第6期);第915-918页 * |
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