CN107162134A - 一种铜尾渣制取无机高分子絮凝剂聚硅酸铁锌的方法 - Google Patents

一种铜尾渣制取无机高分子絮凝剂聚硅酸铁锌的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种铜尾渣制取无机高分子絮凝剂聚硅酸铁锌的方法。具体为铜尾渣在酸和双氧水的作用下经过加热、搅拌、静置将铜尾渣溶解；将溶解有铜尾渣的上清液与酸性硅酸钠溶液混合，经过搅拌、反应、陈化等步骤得到无机高分子絮凝剂聚硅酸铁锌。本发明采用废弃物铜尾渣作为原料，制备聚硅酸铁锌絮凝剂，能够大大降低成本，而且还利用了废弃的铜尾渣。

Description

一种铜尾渣制取无机高分子絮凝剂聚硅酸铁锌的方法
技术领域
本发明涉及有色冶金行业中固体废弃物利用研究领域，更具体地，本发明涉及一种铜尾渣制取无机高分子絮凝剂聚硅酸铁锌的方法。
背景技术
我国的铜产量居世界第一位，超过95％的铜通过火法冶炼生产，冶炼过程产出大量的铜渣。我国铜渣堆存量累计已超过5000万吨。2015年我国铜产量达796万吨，其中火法冶炼铜生产的铜占总产量的95％以上，而火法炼铜每生产1吨铜就平均要生产2吨左右的铜渣，因此2015年我国铜渣产量已达1500万吨以上。铜渣含铁在40％左右，高于目前国内工业选矿用铁矿的品位，由于铜矿来源不同，铜渣中还含有锌、铅、镍等有价金属元素。
现在比较成熟的铜渣处理方法是铜冶炼炉渣经过“缓冷-细磨-浮选”工艺来回收铜，但是浮选后的尾渣(简称“铜尾渣”)没有得到很好地利用。富含铁的铜尾渣大量堆存，不仅造成资源的极大浪费，且占用土地、污染环境，阻碍铜冶炼企业的可持续发展。
目前，制备聚硅酸铁锌的方法主要是采用硅酸钠或水玻璃作为硅源，通过酸化、活化得到聚硅酸后，再加入铁锌源，经陈化得到聚硅酸铁絮凝剂，该方法采用的原料成本较高。铜尾渣中铁含量约为40％，二氧化硅含量为34％左右，锌含量约为2％，可作为二次资源用于生产含铁、硅、锌的产品。因此，以铜尾渣作为制备聚硅酸铁锌的原料具有一定的可实现前景。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种利用工业废弃物生产具有较高价值的化工产品的方法，具体是利用铜尾渣制取无机高子聚硅酸铁锌絮凝剂的方法，以达到废物利用，实现循环经济、节能减排目的。
为达到上述目的，本发明提出了如下技术方案：
根据本发明，提供一种铜尾渣制取无机高分子絮凝剂聚硅酸铁锌的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将铜尾渣加入至硫酸溶液中，然后再加入双氧水，水浴恒温加热条件下搅拌使铜尾渣溶解后静置，得到混合液；
(2)将硅酸钠溶液经过加水稀释、静置、调节pH值至强酸性时，得到酸性硅酸钠溶液；
(3)取步骤(1)得到的混合液的上清液，将所述上清液与所述酸性硅酸钠溶液混合后，在搅拌条件下经过反应、陈化、过滤后得到无机高分子絮凝剂聚硅酸铁锌。
进一步地，步骤(1)中的铜尾渣的铁含量为35-40wt％，二氧化硅含量为30-35wt％，锌含量为1.5-2.5wt％。
进一步地，步骤(1)中的铜尾渣的铁含量为32-38wt％，二氧化硅含量为31-34wt％，锌含量为2-2.5wt％。
进一步地，将步骤(1)中的混合液的沉淀物用水洗涤后，干燥得到石英粉；含有硫酸洗涤水经过蒸馏浓缩后可以返回到步骤(1)中。
进一步地，步骤(1)中铜尾渣与硫酸溶液的质量配比为1:3-5。
进一步地，步骤(1)中双氧水的加入量为铜尾渣加入量的10-15％。
进一步地，步骤(1)中为在100℃水浴恒温加热条件下搅拌3-5小时，铜尾渣溶解完全后静置1-3小时。
进一步地，步骤(2)中，当硅酸钠溶液用水稀释且放置4-8小时后用粘度法测定聚硅酸分子量为30-40万道尔顿时，用硫酸溶液调节pH值为1-2，得到酸性硅酸钠溶液。
进一步地，在步骤(3)中，所述上清液与所述酸性硅酸钠溶液混合比例为所述上清液的铁离子与锌离子总和与所述酸性硅酸钠溶液的硅离子的摩尔比为1：1-3。
进一步地，在步骤(3)中，搅拌速度为500-600rpm，反应温度30-50℃，反应时间为1-3小时，陈化时间为3-5小时。
进一步地，步骤(1)中的硫酸溶液的浓度为4～7mol/L。
进一步地，步骤(1)中的双氧水的浓度为30～40wt％。
进一步地，步骤(2)中的调节pH值得硫酸溶液的浓度为4mol/L。
本发明的有益效果是：
通过研究发现铜尾渣可以作为FeO-SiO2-CaO三元体系，主要组成为铁橄榄石(Fe2SiO4)、磁铁矿(Fe3O4)和石英(SiO2)及一些玻璃体，因此可以利用铜尾渣作为铁锌源与硅源生产无机高分子聚硅酸铁锌絮凝剂。铜尾渣生产絮凝剂不仅解决铜尾渣堆积造成的占用土地，污染环境等问题，而且极大提升了铜尾渣的利用附加值，符合减免税收政策和环保政策，减少了污染，具有良好的社会效益和经济效益，市场前景广阔。
相比传统制备聚硅酸铁锌的方法主要是采用硅酸钠或水玻璃作为硅源，通过酸化、活化得到聚硅酸后，再加入铁锌源，经陈化得到聚硅酸铁絮凝剂，该方法采用的原料成本较高。本发明采用废弃物铜尾渣作为原料，制备聚硅酸铁锌絮凝剂，能够大大降低成本，而且还利用了废弃的铜尾渣。
本发明的制备的聚硅酸铁锌对废水的净化处理具有明显的效果。
本发明的铜尾渣在酸性溶液中溶解后的沉淀还可以经过处理后变成石英粉，残留在沉淀中的硫酸还可以循环利用，变废为宝，节省资源。
附图说明
图1为本发明的铜尾渣制取无机高分子絮凝剂聚硅酸铁锌的方法的工艺流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的实施例使用的铜尾渣为铜渣浮选铜后的尾渣，其中铜尾渣的铁含量为35-40wt％，二氧化硅含量为30-35wt％，锌含量为1.5-2.5wt％。
实施例1
本实施例使用的铜尾渣的铁含量为40wt％，二氧化硅含量为34wt％，锌含量为2wt％。
参考图1，将铜尾渣加入至浓度为4mol/L的硫酸溶液中，加入比例为铜尾渣和硫酸溶液的质量配比为1︰5，随后在溶液中再加入铜尾渣质量的15％的浓度为30wt％的双氧水。将上述固液混合溶液放置在水浴锅中，100℃水浴恒温加热条件下搅拌5小时使铜尾渣溶解后，静置3小时，得到下层沉淀物以及上清液的混合液；
将硅酸钠溶液(水玻璃)用水稀释至浓度大约为15wt％，同时用粘度测定法测定聚硅酸分子量，当聚硅酸分子量为30-40万道尔顿时，此时采用硫酸调节上述溶液的pH值至pH＝1，得到酸性的硅酸钠溶液，待用；一般情况下，聚硅酸分子量达到30-40万道尔顿，需要放置4-8小时。
取溶解了铜尾渣的上清液与处理好的酸性硅酸钠溶液混合，混合比例为：上清液的铁离子和锌离子与酸性硅酸钠溶液的硅离子的摩尔比为1：1；将上述混合溶液在搅拌速度为500rpm的条件下，在30℃下反应3小时，然后陈化3小时，即得到无机高分子絮凝剂聚硅酸铁锌。
将溶解铜尾渣的混合液的下层沉淀物用水洗涤后，干燥得到石英粉；含有硫酸洗涤水(相当于稀硫酸溶液)经过蒸馏浓缩后可以返回到步骤(1)中继续作为溶解铜尾渣的硫酸使用，以达到循环利用的技术效果。
经分析，将本实施例得到的无机高分子絮凝剂聚硅酸铁锌用作废水处理，可使废水中浊度、色度、SS和CODCr的去除率分别达到90.5％、84.7％、90.6％和82.5％。
实施例2
本实施例使用的铜尾渣的铁含量为40wt％，二氧化硅含量为35wt％，锌含量为2.5wt％。
参考图1，将铜尾渣加入至浓度为7mol/L的硫酸溶液中，加入比例为铜尾渣和硫酸溶液的质量配比为1︰3，随后在溶液中再加入铜尾渣质量的10％的浓度为40wt％的双氧水。将上述固液混合溶液放置在水浴锅中，100℃水浴恒温加热条件下搅拌3小时使铜尾渣溶解后，静置1小时，得到下层沉淀物以及上清液的混合液；
将硅酸钠溶液用水稀释至浓度大约为15wt％，同时用粘度测定法测定聚硅酸分子量，当聚硅酸分子量为30-40万道尔顿时，此时采用硫酸调节上述溶液的pH值至pH＝2，得到酸性的硅酸钠溶液，待用；一般情况下，聚硅酸分子量达到30-40万道尔顿，需要放置4-8小时。
取溶解了铜尾渣的上清液与处理好的酸性硅酸钠溶液混合，混合比例为：上清液的铁离子和锌离子与酸性硅酸钠溶液的硅离子的摩尔比为1：3；将上述混合溶液在搅拌速度为550rpm的条件下，在50℃下反应1小时，然后陈化4小时，即得到无机高分子絮凝剂聚硅酸铁锌。
将溶解铜尾渣的混合液的下层沉淀物用水洗涤后，干燥得到石英粉；含有硫酸洗涤水(相当于稀硫酸溶液)经过蒸馏浓缩后可以返回到步骤(1)中继续作为溶解铜尾渣的硫酸使用，以达到循环利用的技术效果。
经分析，将本实施例得到的无机高分子絮凝剂聚硅酸铁锌用作废水处理，可使废水中浊度、色度、SS和CODCr的去除率分别达到92.6％、89.7％、93.6％和81.5％。
实施例3
本实施例使用的铜尾渣的铁含量为38wt％，二氧化硅含量为34wt％，锌含量为1.5wt％。
参考图1，将铜尾渣加入至浓度为7mol/L的硫酸溶液中，加入比例为铜尾渣和硫酸溶液的质量配比为1︰4，随后在溶液中再加入铜尾渣质量的10％的浓度为38wt％的双氧水。将上述固液混合溶液放置在水浴锅中，100℃水浴恒温加热条件下搅拌3小时使铜尾渣溶解后，静置1小时，得到下层沉淀物以及上清液的混合液；
将硅酸钠溶液用水稀释至浓度大约为15wt％，同时用粘度测定法测定聚硅酸分子量，当聚硅酸分子量为30-40万道尔顿时，此时采用硫酸调节上述溶液的pH值至pH＝1.5，得到酸性的硅酸钠溶液，待用；一般情况下，聚硅酸分子量达到30-40万道尔顿，需要放置4-8小时。
取溶解了铜尾渣的上清液与处理好的酸性硅酸钠溶液混合，混合比例为：上清液的铁离子和锌离子与酸性硅酸钠溶液的硅离子的摩尔比为1：3；将上述混合溶液在搅拌速度为550rpm的条件下，在40℃下反应2小时，然后陈化4小时，即得到无机高分子絮凝剂聚硅酸铁锌。
将溶解铜尾渣的混合液的下层沉淀物用水洗涤后，干燥得到石英粉；含有硫酸洗涤水(相当于稀硫酸溶液)经过蒸馏浓缩后可以返回到步骤(1)中继续作为溶解铜尾渣的硫酸使用，以达到循环利用的技术效果。
经分析，将本实施例得到的无机高分子絮凝剂聚硅酸铁锌用作废水处理，可使废水中浊度、色度、SS和CODCr的去除率分别达到92.6％、89.9％、92.8％和78.8％。
实施例4
本实施例使用的铜尾渣的铁含量为35wt％，二氧化硅含量为30wt％，锌含量为2wt％。
参考图1，将铜尾渣加入至浓度为5mol/L的硫酸溶液中，加入比例为铜尾渣和硫酸溶液的质量配比为1︰5，随后在溶液中再加入铜尾渣质量的10％的浓度为40wt％的双氧水。将上述固液混合溶液放置在水浴锅中，100℃水浴恒温加热条件下搅拌4小时使铜尾渣溶解后，静置3小时，得到下层沉淀物以及上清液的混合液；
将硅酸钠溶液用水稀释至浓度大约为15wt％，同时用粘度测定法测定聚硅酸分子量，当聚硅酸分子量为30-40万道尔顿时，此时采用硫酸调节上述溶液的pH值至pH＝1，得到酸性的硅酸钠溶液，待用；一般情况下，聚硅酸分子量达到30-40万道尔顿，需要放置4-8小时。
取溶解了铜尾渣的上清液与处理好的酸性硅酸钠溶液混合，混合比例为：上清液的铁离子和锌离子与酸性硅酸钠溶液的硅离子的摩尔比为1：2；将上述混合溶液在搅拌速度为550rpm的条件下，在30℃下反应2小时，然后陈化3小时，即得到无机高分子絮凝剂聚硅酸铁锌。
将溶解铜尾渣的混合液的下层沉淀物用水洗涤后，干燥得到石英粉；含有硫酸洗涤水(相当于稀硫酸溶液)经过蒸馏浓缩后可以返回到步骤(1)中继续作为溶解铜尾渣的硫酸使用，以达到循环利用的技术效果。
经分析，将本实施例得到的无机高分子絮凝剂聚硅酸铁锌用作废水处理，可使废水中浊度、色度、SS和CODCr的去除率分别达到92.4％、88.6％、89.6％和77.5％。
实施例5
本实施例使用的铜尾渣的铁含量为40wt％，二氧化硅含量为35wt％，锌含量为2.5wt％。
参考图1，将铜尾渣加入至浓度为6mol/L的硫酸溶液中，加入比例为铜尾渣和硫酸溶液的质量配比为1︰4，随后在溶液中再加入铜尾渣质量的14％的浓度为35wt％的双氧水。将上述固液混合溶液放置在水浴锅中，100℃水浴恒温加热条件下搅拌5小时使铜尾渣溶解后，静置1小时，得到下层沉淀物以及上清液的混合液；
将硅酸钠溶液用水稀释至浓度大约为15wt％，同时用粘度测定法测定聚硅酸分子量，当聚硅酸分子量为30-40万道尔顿时，此时采用硫酸调节上述溶液的pH值至pH＝1，得到酸性的硅酸钠溶液，待用；一般情况下，聚硅酸分子量达到30-40万道尔顿，需要放置4-8小时。
取溶解了铜尾渣的上清液与处理好的酸性硅酸钠溶液混合，混合比例为：上清液的铁离子和锌离子与酸性硅酸钠溶液的硅离子的摩尔比为1：2；将上述混合溶液在搅拌速度为600rpm的条件下，在40℃下反应1小时，然后陈化4小时，即得到无机高分子絮凝剂聚硅酸铁锌。
将溶解铜尾渣的混合液的下层沉淀物用水洗涤后，干燥得到石英粉；含有硫酸洗涤水(相当于稀硫酸溶液)经过蒸馏浓缩后可以返回到步骤(1)中继续作为溶解铜尾渣的硫酸使用，以达到循环利用的技术效果。
经分析，将本实施例得到的无机高分子絮凝剂聚硅酸铁锌用作废水处理，可使废水中浊度、色度、SS和CODCr的去除率分别达到91.9％、87.8％、89.3％和76.9％。
本发明的实施例的搅拌采用的搅拌器本领域技术人员公知的搅拌器，可以是磁力搅拌器、螺旋搅拌器、旋浆式搅拌器的其中一种。
本发明的实施例使用的调节pH值得方法为本领域常用的方法。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。

Claims (10)

1.一种铜尾渣制取无机高分子絮凝剂聚硅酸铁锌的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将铜尾渣加入至硫酸溶液中，然后再加入双氧水，水浴恒温加热条件下搅拌使铜尾渣溶解后静置，得到混合液；
(2)将硅酸钠溶液经过加水稀释、静置、调节pH值至强酸性时，得到酸性硅酸钠溶液；
(3)取步骤(1)得到的混合液的上清液，将所述上清液与所述酸性硅酸钠溶液混合后，在搅拌条件下经过反应、陈化、过滤后得到无机高分子絮凝剂聚硅酸铁锌。
2.如权利要求1所述的铜尾渣制取无机高分子絮凝剂聚硅酸铁锌的方法，其特征在于，步骤(1)中的铜尾渣的铁含量为35-40wt％，二氧化硅含量为30-35wt％，锌含量为1.5-2.5wt％。
3.如权利要求2所述的铜尾渣制取无机高分子絮凝剂聚硅酸铁锌的方法，其特征在于，步骤(1)中的铜尾渣的铁含量为32-38wt％，二氧化硅含量为31-34wt％，锌含量为2-2.5wt％。
4.如权利要求1所述的铜尾渣制取无机高分子絮凝剂聚硅酸铁锌的方法，其特征在于，将步骤(1)中的混合液的沉淀物用水洗涤后，干燥得到石英粉；含有硫酸洗涤水经过蒸馏浓缩后可以返回到步骤(1)中。
5.如权利要求1所述的铜尾渣制取无机高分子絮凝剂聚硅酸铁锌的方法，其特征在于，步骤(1)中铜尾渣与硫酸溶液的质量配比为1:(3-5)。
6.如权利要求1所述的铜尾渣制取无机高分子絮凝剂聚硅酸铁锌的方法，其特征在于，步骤(1)中双氧水的加入量为铜尾渣加入量的10-15％。
7.如权利要求1所述的铜尾渣制取无机高分子絮凝剂聚硅酸铁锌的方法，其特征在于，步骤(1)中为在100℃水浴恒温加热条件下搅拌3-5小时，铜尾渣溶解完全后静置1-3小时。
8.如权利要求1所述的铜尾渣制取无机高分子絮凝剂聚硅酸铁锌的方法，其特征在于，步骤(2)中，当硅酸钠溶液用水稀释且放置4-8小时后用粘度法测定聚硅酸分子量为30-40万道尔顿时，用硫酸溶液调节pH值为1-2，得到酸性硅酸钠溶液。
9.如权利要求1所述的铜尾渣制取无机高分子絮凝剂聚硅酸铁锌的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述上清液与所述酸性硅酸钠溶液混合比例为所述上清液的铁离子与锌离子总和与所述酸性硅酸钠溶液的硅离子的摩尔比为1：(1-3)。
10.如权利要求1所述的铜尾渣制取无机高分子絮凝剂聚硅酸铁锌的方法，其特征在于，在步骤(3)中，搅拌速度为500-600rpm，反应温度30-50℃，反应时间为1-3小时，陈化时间为3-5小时。
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