CN105967193A - 一种以铁尾矿为原料制备气相白炭黑并回收金属的工艺及装置 - Google Patents

一种以铁尾矿为原料制备气相白炭黑并回收金属的工艺及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种以铁尾矿为原料制备气相白炭黑并回收金属的工艺，该工艺中以铁尾矿等废弃物作为原料，将其与含氟酸液、盐酸以及硝酸进行反应，制备成高附加值的产物气相白炭黑并回收各种金属，所制得的产物中SiO2含量大于99.9％，其多点BET法测定比表面积不小于350m2/g，达到了变废为宝的效果；上述制备工艺中所产生的酸性气体经负压水吸收罐吸收后，能够制得对应的酸液，当酸液浓缩到一定的浓度后可循环使用。同时本发明还提供了用于上述工艺中的生产装置，该生产装置所用到的零部件均为化工厂常用器具，成本低廉，能够实现大规模工业化生产。

Description

一种以铁尾矿为原料制备气相白炭黑并回收金属的工艺及装置
技术领域
本发明涉及一种利用铁尾矿制备气相白炭黑并回收金属的工艺方法及装置，属于铁矿采选、湿法冶金和环保技术领域。
背景技术
随着我国经济的高速发展，各行各业对钢铁的需求越来越大，其铁矿资源的开采规模也随之加大，已成为世界上的钢铁生产和铁矿业的采选头等大国。根据童雄教授介绍：就铁矿山的采选而言，我国每年排出的尾矿量大约为10亿吨，平均含铁量11％，相当于有1.1亿吨的金属铁损失于尾矿之中。而且，铁矿石中有30多种有价成分，能回收的仅20多种，很多金属元素遗留在尾矿中，尾矿中的大部分乃至90％以上的非金属资源更是极少开发利用。据我国环保部统计：2000年我国各类工业固体废物占地6.5万多平方千米，其中尾矿占三分之一。2005年和2010年，我国尾矿产生量分别达到7.33亿吨和12.3亿吨，其利用率分别只有7％和14％。大量尾矿造成的土地直接污染面积打数十万公顷，间接污染面积打百万公顷。按照2010年全国尾矿产量12.3亿吨、每亩大约可堆存尾矿量4万吨计算，每年新增尾矿占地达3万亩左右。一个年产200万吨铁精矿的选矿厂，建一座尾矿库需占地800-1000亩，且只能维持生产10-15年。随着土地资源越来越紧张，征地费用越来越高，导致尾矿库的基建投资占整个采选企业费用的比例越来越大，且尾矿库的维护和维修也需消耗大量的资金。据统计，我国冶金矿山每吨尾矿需尾矿库基建投资1-3元，生产经营管理费用3-5元，全国现有400多座尾矿库，每年的营运费用高达7.5亿元。另外，如果尾矿及尾矿库的堆放、维护不力等会造成很大的安全隐患、环境污染隐患和重大的经济与财产损失及人员伤亡。因此，研发出一种铁矿采选后的尾矿综合利用的新技术和新方法及装置，对新旧的、数量庞大的尾矿资源进行科学合理的开发与利用，实现无尾矿、无废矿、无污染的现代化的、环境友好的绿色化生产工艺，化害为利、变废为宝，将是消除尾矿及尾矿库的安全隐患、治理和美化矿区生产环境的治本之策，这对充分利用废弃资源、保护人民群众生命财产安全及人类赖以生存的生态环境具有重要的现实意义，因此，开发利用铁矿尾砂迫在眉睫。
发明内容
本发明提供了一种以铁尾矿为原料，制备气相白炭黑并回收各种金属的工艺及装置；它成功地避开了现今气相法制备白炭黑过程中使用氢气和氧气及高温水解的工艺过程，还解决了目前的铁尾矿不能高效利用的问题，本发明同时还提供了在常温常压下能生产气相白炭黑产品的新工艺技术和生产装置。
实现本发明上述目的所采用的技术方案为：
一种以铁尾矿为原料制备气相白炭黑并回收金属的工艺，其特征在于包括以下步骤:(1)、将含氟酸液，与硝酸、盐酸中的一种或两种进行混合，制得混合酸液备用；将铁尾矿分级，对于粒径大于120目的颗粒返回球磨机循环磨矿；对于粒径为120～250目的颗粒采用磁选机进行磁选，收集铁粉后的料浆再脱水制得固体物料，备用；对于粒径小于250目的泥浆经磁选机磁选再送入浓密机沉淀后，再用陶瓷过滤机脱水后与固体物料混合，备用；
(2)、将混合酸液投入反应釜中，开启反应釜的搅拌装置和反应系统中的废气吸收装置，将固体物料投入到反应釜中；
(3)、控制反应釜中的反应温度为70～85℃，混合酸液中的氢氟酸或氟硅酸与固体物料中的二氧化硅反应生成四氟化硅气体，该四氟化硅气体与混合酸液中所挥发的酸性气体以及水蒸气一起被负压带入冷却釜中；
(4)、控制冷却釜中的冷却温度为10～40℃，混合气体在冷却釜中反应生成HF、Cl2/NO2、SiO2·nH2O，其中HF和Cl2/NO2被负压从冷却釜中带出，并被水吸收生成可供重复使用的氢氟酸、盐酸/硝酸，SiO2·nH2O凝结吸附在冷却釜中的冷却装置上，收集冷却釜中的SiO2·nH2O；
(5)、将所收集的SiO2·nH2O在真空加热器内进行负压预热，除去其中残留的酸性气体HF和Cl2/NO2，然后再进行干燥，干燥后即可制得气相白炭黑产品，产品中SiO2含量大于99.9％，其多点BET法测定比表面积不小于350m2/g；
(6)、反应釜中反应完成后过滤，将滤渣进行纯化后可得到三氟化铝，将滤液送入蒸发器蒸发，蒸发时产生的酸雾气气体用水吸收罐进行吸收变成酸液，酸液返回车间再重新利用，未吸收的尾气用酸雾吸收塔进行中和处理后排空；
当蒸发器内的酸液蒸干后，停止蒸发，用水洗除固体残留物中的盐后，再用硫酸对固体残留物进行处理，分离出硫酸亚铁后，最后对其组分分析，根据分析结果，对各种金属元素进行提纯分离回收。
所述的氢氟酸的质量浓度或体积浓度为1～20％，氟硅酸的质量浓度或体积浓度为10～30％，硝酸的质量浓度或体积浓度为2～30％，盐酸的质量浓度或体积浓度为10％～30％。
步骤(1)中在对于粒径大于120目的颗粒返回球磨机循环磨矿的过程中采用磁选机进行磁选以回收铁粉，所述的磁选机分为低中高三级，具体为先采用磁场强度为3000-5000高斯的磁选机，再采用磁场强度为5000-10000高斯的磁选机，最后采用磁场强度为10000高斯以上的磁选机；对于粒径为120～250目的颗粒采用磁选机进行磁选分为低中高三级，具体为先采用磁场强度为3000-5000高斯的磁选机，再采用磁场强度为5000-10000高斯的磁选机，最后采用磁场强度为10000高斯以上的磁选机。
步骤(1)中将磁选后的固体物料用浓盐酸进行处理，将其中的碱金属和碱土金属以氯盐的形式除去，脱除酸液，然后进行浮选除去长石后备用，浮选出的长石粉用做制备陶瓷原料。
本发明还提供了用于上述工艺中的装置，所述装置包括热空气送入系统、化学反应系统、冷却系统以及废气吸收系统，其中热空气送入系统用于储存压缩空气并对空气进行加热后送入化学反应系统中；所述化学反应系统由酸液储罐、料仓和反应釜组成，酸液储罐和料仓的底部通过管道与反应釜相连通，反应釜内设置有搅拌装置，反应釜的内衬为耐温、耐酸、耐磨材料，在反应釜底部的上方，设有一根环形的圆管，圆管上均匀分布有透气孔或透气管，反应釜内设置有一根以上的与环形的圆管相连通的竖管，所述竖管的顶端通过反应釜的釜盖上的管阀与热空气送入系统相连通；釜内壁自上而下或自下而上安装有紧贴釜壁的且呈螺旋线状的四氟毛细管束，该管束的上下两端分别与釜壁外的冷热介质通过其阀门连接，通过给管束内的毛细管通入冷热介质，为釜内反应系统提供加热或冷却。
冷却系统由一级冷却釜和二级冷却釜串联组成；其中一级冷却釜与反应釜相连接，反应釜的釜盖上设有一根与一级冷却釜相连且深入到一级冷却釜底部中央的管道，一级冷却釜的内部设置有冷却装置，一级冷却釜的底部设置有出料阀，一级冷却釜的釜盖上设置有一根与二级冷却釜相连且深入到二级冷却釜底部中央的管道，所述的二级冷却釜的内部设置有冷却装置，二级冷却釜的底部设置有出料阀；二级冷却釜的釜盖上设置有一根与废气吸收系统相连接的管道，所述的废气吸收系统由一个以上的负压水吸收罐和酸雾吸收装置组成，负压水吸收罐的顶部设置有管道且通过管道与酸雾吸收装置中的引风机相连接。
所述的热空气送入系统包括空气压缩机、空气储存罐、空气加热器及管道，空气压缩机、空气储存罐以及空气加热器通过管道相连接，管道上还设置有阀门和仪表。
所述的圆管上均匀分布有直径为10～20mm的且朝向不同的透气管，相邻的透气管之间的间距为50～150mm，且相邻的透气管的伸出方向之间的夹角为60～120°，反应釜内设置有两根竖管，所述两根竖管分别连接于圆管的左右两端。
所述一级冷却釜的冷却装置由转轴和冷却圆盘组成，所述转轴为一根外部包裹有聚四氟乙烯的空心圆管，转轴的顶端由一级冷却釜的釜盖上伸出，转轴内设置有一根自上而下的冷却水管A，冷却水管A的顶部为进水端且进水端与冷却水源相连接；转轴上均匀分布有冷却圆盘，所述冷却圆盘以转轴为圆心安装固定在转轴上，并随转轴旋转，所述冷却圆盘为中空结构，所有冷却圆盘的内部均设置有呈盘旋状分布的冷却水管B，且上下相邻的冷却圆盘中的冷却水管B首尾相连，最底部的冷却圆盘中的冷却水管B的进水端与冷却水管A的底端相连通，最顶部的冷却圆盘中的冷却水管B的出水端通向空心圆管，冷却水管B中排出的冷却水由转轴的顶端溢出；所述的冷却圆盘上均匀分布有竖向的通气孔，且上下相邻的冷却圆盘上的通气孔相互错位。
所述通气孔的直径为10～20mm，相邻的通气孔之间的中心距为20mm～30mm。
所述的一级冷却釜的釜盖上设有真空表和便于检修的人孔，一级冷却釜的釜盖上还设置有压缩空气吹气装置，压缩空气吹气装置与压缩气体源相连接。
所述的二级冷却釜中的冷却装置为多层翅片结构，二级冷却釜的釜壁上设置有冷却水入口和冷却水出口，冷却水入口与最下层翅片的入水口相连通，冷却水由最下层的翅片流入，所述翅片呈连续弯折结构，相邻的上下两层翅片的端部相连通，冷却水出口与最上层翅片的出水口相连通；二级冷却釜的釜盖上设置有压缩空气吹气装置，压缩空气吹气装置与压缩气体源相连接，二级冷却釜的釜盖上设有真空表，且其釜盖和釜底都设有便于检修的人孔。
所述的负压水吸收罐设置有两个，两个负压水吸收罐相串联或并联连接。
与现有技术相比，本发明所提供的技术方案具有以下优点：1、本发明以铁尾矿等废弃物作为原料，将其制备成高附加值的产物气相白炭黑，所制得的产物中SiO2含量大于99.9％，其多点BET法测定比表面积不小于350m2/g，因此达到了变废为宝的效果。2、本发明所提供的制备工艺属于一种全新的工艺思路，解决了现有的气相白炭黑制备工艺中所存在的高温工序、用到非常危险的易燃易爆的氢气和氧气等缺点。本发明所提供的生产工艺能够在常温常压下进行制备。3、本发明的制备工艺中所产生的酸性气体经负压水吸收罐吸收后，能够制得对应的酸液，当酸液浓缩到一定的浓度后可循环使用，能够大大的节约了生产中的成本和环保处理废水的问题。4、本发明提供的生产装置能够实现大规模工业化生产，且所用到的零部件均为化工厂常用器具，成本低廉。5、本发明能够针对铁尾矿中的有价金属元素进行回收，具有较大的经济效益。
附图说明
图1为本发明提供的制备装置的整体结构示意图；
图2为一级冷却釜中冷却圆盘的结构示意图；
图3为二级冷却釜中翅片的结构示意图；
图中：1-酸液储罐，2-料仓，3-反应釜，4-搅拌装置，5-圆管，6-竖管，7-一级冷却釜，8-二级冷却釜，9-出料阀，10-负压水吸收罐，11-酸雾吸收装置，12-空气压缩机，13-空气储存罐，14-空气加热器，15-转轴，16-冷却圆盘，17-冷却水管A，18-通气孔，19-翅片。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做详细具体的说明，但是本发明的保护范围并不局限于以下实施例。
本实施例中所提供的制备装置的结构如图1所示，所述装置包括热空气送入系统、化学反应系统、冷却系统以及废气吸收系统，其中热空气送入系统用于储存压缩空气并对空气进行加热后送入化学反应系统中，所述的热空气送入系统包括空气压缩机12、空气储存罐13、空气加热器14及管道，空气压缩机12、空气储存罐13以及空气加热器14通过管道相连接，管道上还设置有阀门和仪表。
所述化学反应系统由酸液储罐1、料仓2和反应釜3组成，酸液储罐1和料仓2的底部通过管道与反应釜3相连通，反应釜3内设置有搅拌装置4，反应釜的内衬为耐温、耐酸、耐磨材料，具体选用碳化硅、氟材料、石墨材料等。在反应釜3底部的上方200mm左右处，设有一根环形的圆管5，所述圆管的直径为100～200mm，所述的圆管5上均匀分布有直径为10～20mm的且朝向不同的透气管，相邻的透气管之间的间距为50～150mm，且相邻的透气管的伸出方向之间的夹角为60～120°。反应釜内设置有两根与环形的圆管相连通的竖管6，两根竖管6分别连接于圆管5的左右两端，所述竖管6的顶端通过反应釜的釜盖上的管阀与热空气送入系统相连通。在反应釜内的釜壁有螺旋挂钩，用于支撑釜内用于加热或降温的聚四氟乙烯毛细管束。
冷却系统由一级冷却釜7和二级冷却釜8串联组成；其中一级冷却釜7与反应釜3相连接，反应釜3的釜盖上设有一根与一级冷却釜7相连且深入到一级冷却釜底部中央的管道，一级冷却釜7的内部设置有冷却装置，所述一级冷却釜的冷却装置由转轴15和冷却圆盘16组成，所述转轴15为一根外部包裹有聚四氟乙烯的空心圆管，转轴的顶端由一级冷却釜的釜盖上伸出，转轴内设置有一根自上而下的冷却水管A17，冷却水管A的顶部为进水端且进水端与冷却水源相连接；转轴15上均匀分布有冷却圆盘16。冷却圆盘的结构如图2所示，所述冷却圆盘16以转轴15为圆心安装固定在转轴上，并随转轴旋转，所述冷却圆盘为中空结构，所有冷却圆盘的内部均设置有呈盘旋状分布的冷却水管B，且上下相邻的冷却圆盘中的冷却水管B首尾相连，最底部的冷却圆盘中的冷却水管B的进水端与冷却水管A的底端相连通，最顶部的冷却圆盘中的冷却水管B的出水端通向空心圆管，冷却水管B中排出的冷却水由转轴的顶端溢出。所述的冷却圆盘上均匀分布有竖向的通气孔18，且上下相邻的冷却圆盘上的通气孔相互错位，以保证其气体的冷却效果。所述通气孔的直径为10～20mm，相邻的通气孔之间的中心距为20mm～30mm。
所述的一级冷却釜的釜盖上设有真空表和便于检修的人孔，一级冷却釜的釜盖上还设置有压缩空气吹气装置，压缩空气吹气装置与压缩气体源相连接。一级冷却釜7的釜盖上设置有一根与二级冷却釜8相连且深入到二级冷却釜8底部中央的管道。一级冷却釜的底部设置有出料阀9。
所述的二级冷却釜8的内部设置有冷却装置，所述的二级冷却釜中的冷却装置为多层翅片结构，二级冷却釜8的釜壁上设置有冷却水入口和冷却水出口，冷却水入口与最下层翅片的入水口相连通，冷却水由最下层的翅片流入，所述翅片19呈连续弯折结构，其结构如图3所示。相邻的上下两层翅片的端部相连通，冷却水出口与最上层翅片的出水口相连通，冷却水从最下层翅片进入，到最上面一层翅片流出来。二级冷却釜的釜盖上设置有压缩空气吹气装置，压缩空气吹气装置与压缩气体源相连接，出料时用压缩空气吹扫。二级冷却釜的釜盖上设有真空表，且其釜盖和釜底都设有便于检修的人孔。二级冷却釜的底部设置有出料阀9；二级冷却釜8的釜盖上设置有一根与废气吸收系统相连接的管道。
所述的废气吸收系统由两个负压水吸收罐10和酸雾吸收装置11组成，两个负压水吸收罐相串联或并联连接。负压水吸收罐的顶部设置有管道且通过管道与酸雾吸收装置中的引风机相连接。经二级水吸收罐吸收后的酸雾在酸雾吸收装置中与液碱溶液的雾滴发生中和反应后再排放到空气中，当负压水吸收罐的酸液达到一定的浓度后送给车间循环使用。
下面对生产工艺进行详细的说明：本发明中首先把铁尾矿进行分析测试，然后再根据分析测试结果来判断其铁矿的类型：A，鞍山型铁矿；B，岩浆型铁矿；C，火山型铁矿；D，夕卡岩型铁矿。
我国4种典型铁尾矿的化学成分如下：
SiO2，Al2O3，Fe2O3，TiO2，MgO，CaO，Na2O，K2O，SO3，P2O5，MnO，烧失量(％)
A型 73.27 4.07 11.60 0.16 4.22 3.4 0.41 0.95 0.25 0.19 0.142.18
B型 37.17 10.35 19.16 7.94 8.50 11.11 1.60 0.10 0.56 0.03 0.24 2.74
C型 34.86 7.42 29.51 0.64 3.68 8.51 2.15 0.37 12.46 4.58 0.13 5.52
D型 33.07 4.67 12.22 0.16 7.39 23.04 1.44 0.40 1.88 0.09 0.0813.47
具体的生产步骤如下：
(1)、将氢氟酸、氟硅酸中的一种或两种，与硝酸、盐酸中的一种或两种进行混合，制得混合酸液，氢氟酸、氟硅酸、硝酸或盐酸均为工业级；或者采用工业副产的均可。作为优选，氢氟酸的质量浓度或体积浓度为1～20％，氟硅酸的质量浓度或体积浓度为10～30％，硝酸的质量浓度或体积浓度为2～30％，盐酸的质量浓度或体积浓度为10％～20％。
对铁尾矿的组分进行检测后，如果是A型——鞍山型铁尾矿，则先进行分级，颗粒粒径在120目以上的尾矿颗粒返回球磨机循环磨矿至其颗粒粒径小于200目，在磨矿过程中采用低(磁场强度为3000-5000高斯的磁选机)--中(磁场强度为5000-10000高斯的磁选机)--高(磁场强度为10000-25000高斯的磁选机)三级场强的磁选机进行磁选，最大限度的进行铁粉回收；颗粒粒径在120-250目的尾矿料浆分别用三级磁选机(第一级用磁场强度为3000-5000高斯的磁选机；第二级用磁场强度为5000-10000高斯的磁选机；第三级用磁场强度为10000-20000高斯的磁选机)进行磁选，磁选后的料浆再脱水备用；而磁选后收集的铁粉即是纯度不低于66％的精铁粉；颗粒粒径小于250目以下的泥浆经高强度(10000-20000高斯)磁选机磁选后送入浓密机沉淀后，再用陶瓷过滤机脱水后与120-250目脱水后的物料混合后制得固体物料备用。
如果是B-D型铁尾矿，则先进行分级。120目以上的尾矿颗粒返回球磨机循环磨矿至200目；120-250目尾矿料浆分别用三级磁选机(第一级用磁场强度为3000-5000高斯的磁选机；第二级用磁场强度为5000-10000高斯的磁选机；第三级用磁场强度为10000-20000高斯的磁选机)进行磁选后脱水备用；磁选后的铁粉即是纯度不低于66％的精铁粉；颗粒粒径小于250目的泥浆经高强度(10000-20000高斯)磁选机磁选后送入浓密机沉淀后，再用陶瓷过滤机脱水后与120-250目脱水后的物料混合后，制得固体物料。
将固体物料用浓盐酸进行酸洗处理，使其中的大部分碱金属和碱土金属以氯盐的形式除去，脱除酸液，进行浮选除去长石后，浮选出的长石粉用做制备陶瓷原料。
(2)、将混合酸液投入反应釜中，开启反应釜的搅拌装置和反应系统中的废气吸收装置，将固体物料慢慢投入到反应釜中。
(3)、如果投入的混合酸液中含有氢氟酸，由于它与二氧化硅和三氧化二铝反应过程是一个放热过程，则需打开反应反应釜外的冷却水阀门维持反应温度70～85℃。如果投入的混合酸液中不含有氢氟酸而含有氟硅酸，则需打开反应釜夹套的蒸汽阀门和釜内壁上安装的螺旋四氟毛细管束的釜外壁上的热源阀门给反应釜慢慢加热。混合酸液中的氢氟酸或氟硅酸与铁尾矿中的二氧化硅反应生成四氟化硅气体，该气体一部分溶于反应体系的水中形成氟硅酸继续溶解铁尾矿中的二氧化硅和三氧化二铝，直至它们完全分解。另一部分溢出的四氟化硅气体和挥发的硝酸/盐酸气体以及水蒸气一起被负压带入冷却釜中。混合酸中的盐酸与硝酸酸液则与物料中的其他金属反应。在此反应过程中硝酸主要起到氧化作用；盐酸起到络合作用，分解后的金属则以离子的形式进入酸液中。
(4)、控制冷却釜中的冷却温度为10～40℃，混合气体在冷却釜中反应生成HF、Cl2/NO2、SiO2·nH2O，化学反应式如下：
SiF4+4HNO3+nH2O＝4HF↑+4NO2↑+SiO2·nH2O
SiF4+4HCl+nH2O＝4HF↑+Cl2↑+SiO2·nH2O
其中HF和Cl2/NO2从一级冷却釜和二级冷却釜中溢出，进入废气吸收系统并被水吸收生成可供重复使用的氢氟酸、盐酸/硝酸，该氢氟酸、盐酸/硝酸浓缩到一定的浓度后可循环使用；这样大大的节约了生产中的成本和环保处理废水的问题。
而SiO2·nH2O慢慢凝结吸附在一级冷却釜中的冷却圆盘上，从开始在冷却圆盘上凝聚，再慢慢地自然结呈晶莹剔透球形晶粒，像鱼卵一样聚集在一起，非常美观，当一级冷却釜的冷却圆盘聚集到一定的量时，开启转轴装置，转轴带动冷却圆盘旋转，在离心力的作用下，物料被甩到釜壁，再用压缩空气吹到一级冷却釜的底部，经底部的出料阀被送到干燥工序；处理完一级冷却釜的物料后，二级冷却釜则直接开启压缩空气阀门，直接把凝结的物料吹到釜底后经底部的出料阀被送到干燥工序；
(5)、由于物料含有水分，其呈酸性，而氢氟酸、四氟化硅和硝酸或盐酸气体的挥发性极强，因此在干燥前，先将所收集的SiO2·nH2O在真空加热器内进行负压预热，除去其中残留的酸性气体HF和Cl2/NO2，然后再进行干燥，干燥后即可制得气相白炭黑产品，产品中SiO2含量大于99.9％，其多点BET法测定比表面积不小于350m2/g。
(6)、反应釜中反应完成后，趁热过滤，滤渣中的主要成分是三氟化铝；分析其中的化学纯度后，再进行纯化即可得到高纯度的三氟化铝产品；滤液趁热送入蒸发器蒸发，蒸发时产生的酸雾气气体用水吸收罐进行二级以上吸收变成酸液，当酸液达到一定浓度后，再返回车间重新利用，未吸收的尾气用酸雾吸收塔进行中和处理后排空；当蒸发器内的酸液蒸干后，停止蒸发，采用硫酸对其进行处理后，使铁粉生产硫酸亚铁分离出去，剩余的物料，先分析其中的元素成分后，再按现有的成熟的方法将其分离、纯化后，即可得到不同的高纯度金属元素。这样就可以把尾矿中的30多种有价金属元素进行高效地回收(其回收率95-99％)，使尾矿资源得到科学、合理和环境友好的、有效的、最大化的利用。

Claims (10)

1.一种以铁尾矿为原料制备气相白炭黑并回收金属的工艺，其特征在于包括以下步骤:(1)、将含氟酸液，与硝酸、盐酸中的一种或两种进行混合，制得混合酸液备用；将铁尾矿分级，对于粒径大于120目的颗粒返回球磨机循环磨矿；对于粒径为120～250目的颗粒采用磁选机进行磁选，收集铁粉后的料浆再脱水制得固体物料，备用；对于粒径小于250目的泥浆经磁选机磁选再送入浓密机沉淀后，再用陶瓷过滤机脱水后与固体物料混合，备用；
(2)、将混合酸液投入反应釜中，开启反应釜的搅拌装置和反应系统中的废气吸收装置，将固体物料投入到反应釜中；
(3)、控制反应釜中的反应温度为70～85℃，混合酸液中的氢氟酸或氟硅酸与固体物料中的二氧化硅反应生成四氟化硅气体，该四氟化硅气体与混合酸液中所挥发的酸性气体以及水蒸气一起被负压带入冷却釜中；
(4)、控制冷却釜中的冷却温度为10～40℃，混合气体在冷却釜中反应生成HF、Cl2/NO2、SiO2·nH2O，其中HF和Cl2/NO2被负压从冷却釜中带出，并被水吸收生成可供重复使用的氢氟酸、盐酸/硝酸，SiO2·nH2O凝结吸附在冷却釜中的冷却装置上，收集冷却釜中的SiO2·nH2O；
(5)、将所收集的SiO2·nH2O在真空加热器内进行负压预热，除去其中残留的酸性气体HF和Cl2/NO2，然后再进行干燥，干燥后即可制得气相白炭黑产品，产品中SiO2含量大于99.9％，其多点BET法测定比表面积不小于350m2/g；
(6)、反应釜中反应完成后过滤，将滤渣进行纯化后可得到三氟化铝，将滤液送入蒸发器蒸发，蒸发时产生的酸雾气气体用水吸收罐进行吸收变成酸液，酸液返回车间再重新利用，未吸收的尾气用酸雾吸收塔进行中和处理后排空；
当蒸发器内的酸液蒸干后，停止蒸发，用水洗除固体残留物中的盐后，再用硫酸对固体残留物进行处理，分离出硫酸亚铁后，最后对其组分分析，根据分析结果，对各种金属元素进行提纯分离回收。
2.根据权利要求1所述的制备气相白炭黑并回收金属的工艺，其特征在于：所述的氢氟酸的质量浓度或体积浓度为1～20％，氟硅酸的质量浓度或体积浓度为10～30％，硝酸的质量浓度或体积浓度为2～30％，盐酸的质量浓度或体积浓度为10％～30％。
3.根据权利要求1所述的制备气相白炭黑并回收金属的工艺，其特征在于：步骤(1)中在对于粒径大于120目的颗粒返回球磨机循环磨矿的过程中采用磁选机进行磁选以回收铁粉，所述的磁选机分为低中高三级，具体为先采用磁场强度为3000-5000高斯的磁选机，再采用磁场强度为5000-10000高斯的磁选机，最后采用磁场强度为10000高斯以上的磁选机；对于粒径为120～250目的颗粒采用磁选机进行磁选分为低中高三级，具体为先采用磁场强度为3000-5000高斯的磁选机，再采用磁场强度为5000-10000高斯的磁选机，最后采用磁场强度为10000高斯以上的磁选机。
4.根据权利要求1所述的制备气相白炭黑并回收金属的工艺，其特征在于：步骤(1)中将固体物料用浓盐酸进行处理，将其中的碱金属和碱土金属以氯盐的形式除去，脱除酸液，然后进行浮选除去长石后备用，浮选出的长石粉用做制备陶瓷原料。
5.一种用于权利要求1所述工艺中的装置，其特征在于：所述装置包括热空气送入系统、化学反应系统、冷却系统以及废气吸收系统，其中热空气送入系统用于储存压缩空气并对空气进行加热后送入化学反应系统及中；所述化学反应系统由酸液储罐、料仓和反应釜组成，酸液储罐和料仓的底部通过管道与反应釜相连通，反应釜内设置有搅拌装置，反应釜的内衬为耐温、耐酸、耐磨材料，在反应釜底部的上方，设有一根环形的圆管，圆管上均匀分布有透气孔或透气管，反应釜内设置有一根以上的与环形的圆管相连通的竖管，所述竖管的顶端通过反应釜的釜盖上的管阀与热空气送入系统相连通；釜内壁自上而下或自下而上安装有紧贴釜壁的且呈螺旋线状的四氟毛细管束，该管束的上下两端分别与釜壁外的冷热介质通过其阀门连接，通过给管束内的毛细管通入冷热介质，为釜内反应系统提供加热或冷却；
冷却系统由一级冷却釜和二级冷却釜串联组成；其中一级冷却釜与反应釜相连接，反应釜的釜盖上设有一根与一级冷却釜相连且深入到一级冷却釜底部中央的管道，一级冷却釜的内部设置有冷却装置，一级冷却釜的底部设置有出料阀，一级冷却釜的釜盖上设置有一根与二级冷却釜相连且深入到二级冷却釜底部中央的管道，所述的二级冷却釜的内部设置有冷却装置，二级冷却釜的底部设置有出料阀；二级冷却釜的釜盖上设置有一根与废气吸收系统相连接的管道，所述的废气吸收系统由一个以上的负压水吸收罐和酸雾吸收装置组成，负压水吸收罐的顶部设置有管道且通过管道与酸雾吸收装置中的引风机相连接。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述的热空气送入系统包括空气压缩机、空气储存罐、空气加热器及管道，空气压缩机、空气储存罐以及空气加热器通过管道相连接，管道上还设置有阀门和仪表。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述的圆管上均匀分布有直径为10～20mm的且朝向不同的透气管，相邻的透气管之间的间距为50～150mm，且相邻的透气管的伸出方向之间的夹角为60～120°，反应釜内设置有两根竖管，所述两根竖管分别连接于圆管的左右两端。
8.根据权利要求5的装置，其特征在于：所述一级冷却釜的冷却装置由转轴和冷却圆盘组成，所述转轴为一根外部包裹有聚四氟乙烯的空心圆管，转轴的顶端由一级冷却釜的釜盖上伸出，转轴内设置有一根自上而下的冷却水管A，冷却水管A的顶部为进水端且进水端与冷却水源相连接；转轴上均匀分布有冷却圆盘，所述冷却圆盘以转轴为圆心安装固定在转轴上，并随转轴旋转，所述冷却圆盘为中空结构，所有冷却圆盘的内部均设置有呈盘旋状分布的冷却水管B，且上下相邻的冷却圆盘中的冷却水管B首尾相连，最底部的冷却圆盘中的冷却水管B的进水端与冷却水管A的底端相连通，最顶部的冷却圆盘中的冷却水管B的出水端通向空心圆管，冷却水管B中排出的冷却水由转轴的顶端溢出；所述的冷却圆盘上均匀分布有竖向的通气孔，且上下相邻的冷却圆盘上的通气孔相互错位。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：所述的一级冷却釜的釜盖上设有真空表和便于检修的人孔，一级冷却釜的釜盖上还设置有压缩空气吹气装置，压缩空气吹气装置与压缩气体源相连接。
10.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述的二级冷却釜中的冷却装置为多层翅片结构，二级冷却釜的釜壁上设置有冷却水入口和冷却水出口，冷却水入口与最下层翅片的入水口相连通，冷却水由最下层的翅片流入，所述翅片呈连续弯折结构，相邻的上下两层翅片的端部相连通，冷却水出口与最上层翅片的出水口相连通；二级冷却釜的釜盖上设置有压缩空气吹气装置，压缩空气吹气装置与压缩气体源相连接，二级冷却釜的釜盖上设有真空表，且其釜盖和釜底都设有便于检修的人孔。
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