CN109161689A - 一种熔融石棉尾矿提取重金属的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种熔融石棉尾矿提取重金属的方法，1）、首先将石棉尾矿破碎到30mm以下，选取其中的石棉后，将尾料加入矿热炉内，通电冶炼；2）、每炉加入石棉尾矿50吨，待全部熔融后，加入的还原剂石墨碳粉和石灰石的量分别为石棉尾矿总重量的12%和10%，炉渣的颜色转化为白色或者黄白色后，倒出炉内的渣液；3）、渣液倒入渣罐后，将炉渣采用嘉恒粒化工艺处理，将颗粒控制在70目左右后出料，出料过程中物料首先通过0.4T的磁选机选铁、钴、镍，然后物料经过150目的滚筒筛筛粉，筛上物作为特殊尾料，进行金属铬的挑选作业；4）、挑选出的金属铁和镍、铬、钴作为冶炼硬质合金等的材料加以利用。本发明方法能够变废为宝，提高废物利用率。

Description

一种熔融石棉尾矿提取重金属的方法
技术领域
本发明涉及一种熔融石棉尾矿提取重金属的方法。
背景技术
石棉是国民经济建设过程中重要的一种矿物原料。石棉多产生于蛇纹岩矿物带，每生产一吨石棉，产生40吨的尾矿废弃物蛇纹岩。石棉尾矿因为富含Cr、镍、钴、铜、铁等重金属，原产于阿尔金山和昆仑山在新疆若羌县境内的石棉尾矿的部分成分如下表所述：
查阅文献（1）罗振勇，刘志宏在2008年第2期的《粉末冶金工业》上公布的题为“金属钴粉的制备及应用”论文中间，有以下的内容表述：“钴粉具有特殊的物理、化学性质和力学性能 ,它的应用比较广泛 ,国内外对金属钴粉的制备有很多研究。本文介绍了高压水喷雾法、电解法、多元醇法、γ射线辐照制备法、微乳液法、高压氢气还原法和超声雾化热分解法等钴粉制备方法”的内容表述；（2）檀竹红，郑水林在2007年第3期的《中国非金属矿工业导刊》上公布的题为“石棉尾矿现状及资源化利用研究进展”论文中间，有以下的内容表述：“我国石棉尾矿堆积量大，对环境造成极大污染。自20世纪90年代以来，我国科技工作者对石棉尾矿的综合利用进行了一些研究，但目前为止，虽然一些开发项目的应用前景看好，工业化利用方面却是进展缓慢，甚至还没有真正意义上的高效工业化综合利用。”的内容表述；（3）苏庆平、龙小玲在2009年第1期的《矿产综合利用》杂志上公布的题为“石棉尾矿的危害及综合利用途径”论文中间有“石棉尾矿对环境具有极大的危害性 ,必须加以严格管理和及时处理、处置 ;同时石棉尾矿又是一类可以利用的矿物资源 ,具有较大的综合利用价值。本文分析了当前石棉尾矿的处理处置技术 ,认为利用石棉尾矿提取非金属矿物材料是一种值得推广的先进技术 ,这种技术不仅能够有效地破坏石棉的结构 ,消除石棉尾矿的危害性,而且可以生产出市场需求的非金属矿物材料 ,为企业创造经济效益。”的内容表述。
通过以上的文献表述可知，目前还没有利用石棉尾矿提取的工艺方法介绍，也没有去除石棉尾矿中间重金属的工艺方法介绍。
发明内容
本发明的目的在于提供一种熔融石棉尾矿提取重金属的方法，能够变废为宝，提高废物利用率，同时也有助于消除环境污染。
本发明的目的是这样实现的，一种熔融石棉尾矿提取重金属的方法，1）、首先将石棉尾矿破碎到30mm以下，选取其中的石棉后，将尾料加入变压器容量为35000KVA的矿热炉内，通电冶炼；2）、每炉加入石棉尾矿50吨，待全部熔融后，加入的还原剂石墨碳粉和石灰石的量分别为石棉尾矿总重量的12%和10%，其中所述的石墨碳粉含碳90%、所述的石灰石中氧化钙含量大于50%，炉渣的颜色转化为白色或者黄白色后，倒出炉内的渣液；3）、渣液倒入渣罐后，将炉渣采用嘉恒粒化工艺处理，将颗粒控制在70目左右后出料，出料过程中物料首先通过0.4T的磁选机选铁、钴、镍，然后物料经过150目的滚筒筛筛粉，筛上物作为特殊尾料，进行金属铬的挑选作业；4）、挑选出的金属铁和镍、铬、钴作为冶炼硬质合金、不锈钢、耐热钢、耐磨钢的材料加以利用。
发明人在研究新疆若羌县依吞布拉克工业园区的石棉尾矿时发现，石棉尾矿之间的矿物组织，大多数以尖晶石相存在，使得石棉尾矿的破碎粉末料整体具有磁性，采用磁选的工艺方法难以选取其中的重金属。发明人发现，石棉尾矿的主要成分在熔融状态下，石棉尾矿为弱碱性，采用炼钢学扩散脱氧的工艺原理，使用石墨碳，再添加10%的炉渣泡沫化材料，能够将其中大部分的Cr、Ni、Co、Mo氧化物以及氧化铁还原成为金属状态，成为金属颗粒弥散于炉渣中间，有部分通过重力沉降到底部，将熔融还原后的炉渣倒出，通过强冷的工艺方法，使得炉渣温度降低到200℃以下，然后破碎到70目，破碎后，石棉尾矿中间被还原的Ni、Co、Mo具有磁性，首先被磁选出来，没有被还原的重金属氧化物，由于尖晶石相被破坏，所以通过磁选的工艺能够被分离，然后再利用。通过磁选处理的物料，再在球磨机内球磨到150目，由于炉渣中间的Cr不具有磁性，但是属于耐磨性较强的物质，在球磨到150目后，通过150目的筛网，筛分后，粒度较大的耐磨性物质金属铬成为筛上物被挑选出，作为合金材料使用。这样能够较为充分的选取石棉尾矿中间的重金属，应用于钢铁制造和特殊材料的生产，彰显技术进步。
本发明基于以下的创新点：
1. 通过矿热炉熔融的工艺，熔化石棉尾矿，在此工艺过程中，石棉尾矿中间的石棉细小纤维组织消失，工艺首先消除了石棉尾矿对于环境污染的主要污染因素，造福环境。
2. 石棉尾矿采用矿热炉熔融后，在熔融后，向熔融的石棉尾矿添加石墨碳12%和10%的泡沫化材料碳酸钙，对于石棉尾矿进行扩散还原，使得石棉尾矿中间的重金属氧化物向金属化转变，此工艺将炼钢过程中LF的扩散脱氧技术移植到矿热炉的冶炼工艺之中。
3. 添加碳酸钙作为泡沫化材料，使得石棉尾矿在熔融后，整体呈现泡沫化状态，有利于加入的还原剂碳能够以最大的扩散速度与金属氧化物反应，并且提高了炉渣的透气性，有助于炉渣的后续处理。此项创新点是LF精炼工艺向矿热炉复制，但是复制过程中使用了泡沫化材料。
4. 利用碳是“万能还原剂”的特点，矿热炉的电弧区温度在3000～6000℃的高温，在矿热炉的条件下使用，产生的CO气泡，搅动熔融状态的炉渣，有助于扩散脱氧的反应进行。
5.石棉尾矿熔融后，中间的尖晶石相被破坏，待还原后的炉渣倒出矿热炉以后，具有磁性的金属和重金属氧化物能够通过磁选的工艺方法被磁选出，加以利用，改变了石棉尾矿整体具有磁性的物料性质，为磁选工艺做好了准备，磁选过程中，铁的氧化物和铬的氧化物，以及镍的氧化物能够被磁选回收，MgO和SiO2则被分离。
6. 熔融后的石棉尾矿进行强冷，采用相变原理，促使熔融的石棉尾矿向小颗粒化转变。同时熔融工艺过程中，添加的泡沫化材料，增加了石棉尾矿的碱度，依据冶金学原理，增加炉渣的碱度，有利于材料组织的脱氧反应进行，实现了利用较少的还原剂，完成熔融还原重金属的目的。
7. 利用铬没有磁性，但是是耐磨物质的特点，采用球磨筛分，选取金属铬，是一种组合的创新方法。
本发明的关键化学反应如下：
（1）矿热炉的加热反应，
首先是脱水反应和矿物质的分解反应如下：
MgO[Si4O10](OH)8→3MgO·2SiO2+2H2O
3MgO·2SiO2→MgO·SiO2+MgO+SiO2
（2）然后在高温条件下非尖晶石相的还原反应（碳过量条件下），
NiO + C = Ni + CO
CoO+C=Co+CO
Cr2O3+3C=2Cr+3CO
FeO+C=Fe+CO
Fe2O3+3C=2Fe+3CO
（3）尖晶石相的解离反应,消除整体磁性的核心转化反应：
MgO·Cr2O3+2C→MgO+2Cr+2CO
MgO·Fe2O3+2C→MgO+2Fe+2CO。
具体实施方式
本发明的实施例：以新疆若羌县的石棉尾矿为原料。
一种熔融石棉尾矿提取重金属的方法，按照下列步骤进行作业：1）、首先将石棉尾矿破碎到30mm以下，选取其中的石棉后，将尾料加入变压器容量为35000KVA的矿热炉内，通电冶炼；2）、每炉加入石棉尾矿50吨，待全部熔融后，加入的还原剂石墨碳粉和石灰石的量分别为石棉尾矿总重量的12%和10%，其中所述的石墨碳粉含碳90%、所述的石灰石中氧化钙含量大于50%，炉渣的颜色转化为白色或者黄白色后，倒出炉内的渣液；3）、渣液倒入渣罐后，将炉渣采用嘉恒粒化工艺处理，将颗粒控制在70目左右后出料，出料过程中物料首先通过0.4T的磁选机选铁、钴、镍，然后物料经过150目的滚筒筛筛粉，筛上物作为特殊尾料，进行金属铬的挑选作业；4）、挑选出的金属铁和镍、铬、钴作为冶炼硬质合金、不锈钢、耐热钢、耐磨钢的材料加以利用。

Claims (1)

1.一种熔融石棉尾矿提取重金属的方法，其特征在于按照下列步骤进行：1）、首先将石棉尾矿破碎到30mm以下，选取其中的石棉后，将尾料加入变压器容量为35000KVA的矿热炉内，通电冶炼；2）、每炉加入石棉尾矿50吨，待全部熔融后，加入的还原剂石墨碳粉和石灰石的量分别为石棉尾矿总重量的12%和10%，其中所述的石墨碳粉含碳90%、所述的石灰石中氧化钙含量大于50%，炉渣的颜色转化为白色或者黄白色后，倒出炉内的渣液；3）、渣液倒入渣罐后，将炉渣采用嘉恒粒化工艺处理，将颗粒控制在70目左右后出料，出料过程中物料首先通过0.4T的磁选机选铁、钴、镍，然后物料经过150目的滚筒筛筛粉，筛上物作为特殊尾料，进行金属铬的挑选作业；4）、挑选出的金属铁和镍、铬、钴作为冶炼硬质合金、不锈钢、耐热钢、耐磨钢的材料加以利用。
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