CN103848460B - 一种钢铁厂酸洗废液再生副产品氧化铁粉的后除硅方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种钢铁厂酸洗废液再生副产品氧化铁粉后除硅方法，是一种降低氧化铁粉末中杂质硅含量，获得高纯氧化铁粉的方法。包括焙烧、碱浸、冷却、水洗、抽滤、烘干和水玻璃回收，其中焙烧温度为600～800℃，时间2～3h；使用高压反应釜碱浸，碱浸NaOH溶液浓度为20～40%，碱浸固液比为1:3～1:4，温度为150～180℃，时间2～3h；水洗固液比为1:3～1:5，水洗搅拌速率为200～360r/min。除硅后的氧化铁粉末可作为制备无机颜料、催化剂、永磁铁氧体、软磁铁氧体材料的原料。该方法具有成本低、无污染、操作安全简单、所需设备简易、可控性强等优点。

Description

一种钢铁厂酸洗废液再生副产品氧化铁粉的后除硅方法
技术领域
本发明涉及在固体氧化铁粉末中降低杂质硅含量的方法，以获得高纯氧化铁粉。尤其涉及一种钢铁厂酸洗废液再生副产品氧化铁粉的后除硅方法。
技术背景
钢铁厂在生产钢材过程中为了去除板材表面的氧化铁皮，均使用酸洗工艺，目前大多采用盐酸作为酸洗钢板的介质。板材表面的氧化铁皮被盐酸处理后形成FeCl2和FeCl3，并溶解在酸液中，该废酸液量大，Fe2+、Fe3+和Cl-离子浓度高，温度也高达80℃。目前全国每年大约要排出此类废液近百万立方米，随着钢材产量和质量的提高，酸洗废液的排放量还要继续增大，如果就此排放，不仅会造成严重的环境污染，也会降低企业的经济效益。
由于循环经济的要求，对酸洗后产生的废液往往都采取再生回收利用，目前以宝钢为代表的钢铁企业采用鲁氏法（Ruthner）对酸洗废液进行再生回收。鲁氏法(Ruthner)的核心为喷雾焙烧，酸液从反应炉炉顶通过旋转喷嘴的喷枪进入炉内，发生化学反应生成酸性气体，回收后得到再生酸，再此过程中产生了副产品氧化铁粉末。
钢铁厂酸洗废液生成的再生副产品氧化铁粉末粒度细小、活性较好，纯度较高（大于90%），适合作为无机颜料、催化剂、永磁铁氧体、软磁铁氧体材料制造用原料。但是，由于酸洗的钢材品种不一，酸洗废液中还有多种离子，导致其再生副产品氧化铁粉中也很有大量杂质元素，如Si、Ca、Cl、P、S、Al等，这些元素特别是Si元素对氧化铁粉作为催化剂和铁氧体材料的性能有显著影响，从而限制了其深层次和高附加值的应用。
因此，迫切需要对钢铁厂酸洗废液再生副产品氧化铁粉采用适当的除硅提纯工艺，获得高纯度的氧化铁粉末。目前仅有宝钢于上世纪1995年酸再生设备（2030机组）除硅装置改造成功，使酸洗废液再生副产品氧化铁的品质显著改善，其用途广泛，附加值高，基本上达到了国际软磁铁氧体用氧化铁的一般水平。宝钢引进的除硅技术为前除硅技术，即在喷雾焙烧工艺之前采用化学方法在酸洗液中加入絮凝剂去除硅元素的方法。但此前除硅技术引进的设备复杂、耗资巨大，使得此工艺在国内其他钢厂没有得到广泛使用。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种钢铁厂酸洗废液再生副产品氧化铁粉的后除硅方法，该方法可以使钢铁厂酸洗废液再生氧化铁粉中硅含量降低到0.005～0.008%。
为实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：
一种钢铁厂酸洗废液再生副产品氧化铁粉的后除硅方法，其特征在于具体步骤如下：
1）将钢铁厂酸洗废液再生副产品氧化铁粉置于热处理炉中焙烧，温度为600～900℃，时间2～3h；
2）使用高压反应釜对焙烧过的氧化铁粉进行碱浸反应，碱浸所用NaOH溶液浓度为20～40%，固液比即氧化铁粉质量：NaOH溶液体积比为1：3～1：4，在温度为150℃～190℃的条件下，反应2h～3h；
3）对碱浸液进行抽滤，得到氧化铁粉和抽滤后废液，并回收抽滤后废液中的凝胶状物，干燥后即为副产物水玻璃硅酸钠；
4）用去离子水对抽滤后的氧化铁粉进行多次水洗，洗涤氧化铁粉中的可溶性离子，氧化铁粉和去离子水的固液质量比为1：3～1：5，水洗时搅拌速率控制在200r/min～360r/min。
5）将水洗后的氧化铁粉过滤、烘干，即得到除硅后的高纯氧化铁粉末。
经申请人的试验表明，采用本发明的方法，所得的氧化铁粉产品硅含量达到了GB/T24244-2009《铁氧体用氧化铁》国家标准中一级品，即YHT1的要求，能够成功解决钢铁厂酸洗废液再生副产品氧化铁粉的后除硅难题。
与现有技术相比，本发明带来的技术效果是：避免钢厂改变酸再生工艺生产线所耗成本，具有推广应用价值；且生产成本较低，操作安全简单，所需设备简易，可控性强，方便实际工业应用。
附图说明
图1是本发明实施例生产流程示意图。
图2是实施例1经过本发明除硅工艺后的氧化铁粉末扫描电镜照片（SEM）。
图3是实施例2经过本发明除硅工艺后的氧化铁粉末X射线衍射（XRD）图。
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，本发明不限于以下的实施例。
具体实施方式
本发明的钢铁厂酸洗废液再生副产品氧化铁粉的后除硅方法，在不需要调整钢铁企业现有酸洗废液再生系统生产线的同时，对获得的副产品氧化铁粉中直接去除硅元素，从而提高了废酸再生副产品氧化铁粉中的纯度。
以下是发明人给出的实施例：
实施例1：
取钢铁厂酸洗废液再生副产品氧化铁粉末100g，放入马弗炉中焙烧，焙烧温度800℃，保温时间3h，用以将氧化铁粉中的复合氧化物分解为单一氧化物，并且使得氧化铁粉中的部分γ-Fe2O3全部转化为α-Fe2O3，焙烧后骤冷至室温；
将焙烧后的氧化铁粉末放入高压反应釜中，加入质量分数为40%的NaOH溶液400mL，打开高压反应釜加热至180℃，反应3h，使得氧化铁粉中的二氧化硅与碱液充分反应浸出；
对反应后的碱浸液进行抽滤，得到氧化铁粉和抽滤后废液，并回收抽滤后废液中的凝胶状副产物，干燥后制成水玻璃硅酸钠；
用固液质量比为1：5的去离子水对抽滤后的氧化铁粉进行多次水洗，水洗时搅拌速率为360r/min；将水洗后的氧化铁粉过滤、干燥即得到除硅后的高纯氧化铁粉末。
图2是实施例1经过除硅工艺后的氧化铁粉末电镜扫描照片（SEM），表明除硅后的粉末粒度细小、分布均匀，采用钼蓝光度法测得除硅后的氧化铁粉末中硅含量为0.005%。
实施例2：
取钢铁厂酸洗废液再生副产品氧化铁粉末100g，放入马弗炉中焙烧，焙烧温度700℃，保温时间3h，用以将氧化铁粉中的复合氧化物分解为单一氧化物，并且使得氧化铁粉中的部分γ-Fe2O3全部转化为α-Fe2O3；焙烧后骤冷至室温；
将焙烧后的氧化铁粉末放入高压反应釜中，加入质量分数为30%的NaOH溶液300mL，打开高压反应釜加热至190℃，反应2h，使得氧化铁粉中的二氧化硅与碱液充分反应浸出；
对反应后的碱浸液进行抽滤，得到氧化铁粉和抽滤后废液，并回收抽滤后废液中的凝胶状副产物，干燥后制成水玻璃硅酸钠；
用固液质量比为1：4的去离子水对抽滤后的氧化铁粉进行多次水洗，水洗时搅拌速率为300r/min；将水洗后的氧化铁粉过滤、干燥即得到除硅后的高纯氧化铁粉末。
图3是实施例2经过本发明除硅工艺后的氧化铁粉末的X射线衍射（XRD）图，表明经过除硅后的产物为纯相三氧化二铁粉末，采用钼蓝光度法测得除硅后的氧化铁粉末中硅含量为0.006%。
实施例3：
取钢铁厂酸洗废液再生副产品氧化铁粉末50g，放入马弗炉中焙烧，焙烧温度600℃，保温时间2h，用以将氧化铁粉中的复合氧化物分解为单一氧化物，并且使得氧化铁粉中的部分γ-Fe2O3全部转化为α-Fe2O3，焙烧后骤冷至室温；
将焙烧后的氧化铁粉末放入高压反应釜中，加入质量分数为20%的NaOH溶液200mL，打开高压反应釜加热至180℃，反应2h，使得氧化铁粉中的二氧化硅与碱液充分反应浸出；
对反应后的碱浸液进行抽滤，得到氧化铁粉和抽滤后废液，并回收抽滤后废液中的凝胶状副产物，制备水玻璃硅酸钠；
用固液质量比为1:5的去离子水对抽滤后的氧化铁粉进行多次水洗，水洗时搅拌速率为300r/min；将水洗后的氧化铁粉过滤、干燥即得到除硅后的高纯氧化铁粉末。采用钼蓝光度法测得除硅后的氧化铁粉末中硅含量为0.008%。
实施例4：
取钢铁厂酸洗废液再生副产品氧化铁粉末200g，放入马弗炉中焙烧，焙烧温度900℃，保温时间2h，以将氧化铁粉中的复合氧化物分解为单一氧化物，并且使得氧化铁粉中的部分γ-Fe2O3全部转化为α-Fe2O3；焙烧后骤冷至室温；
将焙烧后的氧化铁粉末放入高压反应釜中，加入质量分数为40%的NaOH溶液700mL，打开高压反应釜加热至190℃，反应3h，使得氧化铁粉中的二氧化硅与碱液充分反应浸出；
对反应后的碱浸液进行抽滤，得到氧化铁粉和抽滤后废液，并回收抽滤后废液中的凝胶状副产物，制成水玻璃硅酸钠；
用固液质量比为1：3的去离子水对抽滤后的氧化铁粉进行多次水洗，水洗时搅拌速率为200r/min；将水洗后的氧化铁粉过滤、干燥即得到除硅后的高纯氧化铁粉末。采用钼蓝光度法测得除硅后的氧化铁粉末中硅含量为0.01%。

Claims (1)

1.一种钢铁厂酸洗废液再生副产品氧化铁粉的后除硅方法，其特征在于具体步骤如下：
1)将钢铁厂酸洗废液再生副产品氧化铁粉置于热处理炉中焙烧，温度为600℃～900℃，时间2～3h；
2)使用高压反应釜对焙烧过的氧化铁粉进行碱浸反应，碱浸所用NaOH溶液的质量分数为20％～40％，固液比即氧化铁粉质量：NaOH溶液体积比为1：3～1：4，固液比的单位为g/mL，在温度为150℃～190℃的条件下，反应2h～3h；
3)对碱浸液进行抽滤，得到氧化铁粉和抽滤后废液，并回收抽滤后废液中的凝胶状物，干燥后即为副产物水玻璃硅酸钠；
4)用去离子水对抽滤后的氧化铁粉进行多次水洗，洗涤氧化铁粉中的可溶性离子，氧化铁粉和去离子水的固液质量比为1：3～1：5，水洗时搅拌速率控制在200r/min～360r/min；
5)将水洗后的氧化铁粉过滤、烘干，即得到除硅后的高纯氧化铁粉末。
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