CN109467101B - 一种利用红土镍矿冶炼渣溶出制备铝硅溶液的工艺方法 - Google Patents

一种利用红土镍矿冶炼渣溶出制备铝硅溶液的工艺方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于环境、材料技术领域，涉及一种以红土镍矿冶炼渣为原料制备铝硅溶液的工艺方法。通过碱熔红土镍矿冶金渣、超声强化水浸过程、添加Al(OH)3为铝源调整硅铝摩尔比，获得水‑渣混合的粗铝硅溶出液，经抽滤和液固分离，分别获得具有一定摩尔比的铝硅溶液以及固态滤渣。本发明的有益效果是使Si和Al的回收率分别提高44％和65％，而施加超声后滤渣颗粒的粒度比无超声和机械搅拌时均更加细小，因而能够充分溶出回收红土镍矿中的有价金属铝、硅，通过分别或组合使用超声协同强化水浸过程、有效利用低价铝源调整溶液中硅铝摩尔比的方法，实现高效、低成本利用红土镍矿冶金渣资源，减少生态环境危害，提高综合利用红土镍矿冶金渣工艺技术的经济和环境效益。

Description

一种利用红土镍矿冶炼渣溶出制备铝硅溶液的工艺方法
技术领域
本发明属于环境、材料技术领域，涉及一种以红土镍矿冶炼渣为原料制备铝硅溶液的工艺方法。
背景技术
随着红土矿火法冶炼镍铁合金规模逐步扩大，其冶炼废渣的排放量逐渐增多。现行工艺对该渣的处理主要采用水淬后堆存，不仅占用大量土地，而且污染大气、土壤和地下水源。另一方面，红土镍矿中含有大量的铝、硅等有价成分，对其进行综合回收利用，可以制备出多种高附加值产品，减少废弃物的排放，符合循环经济、清洁生产及提高对矿产资源综合利用率的要求。以往镍铁渣的综合利用研究，主要集中在制备建材原料、矿物棉、地基回填原料、微晶玻璃等方面，其经济价值较低。近年来，利用镍铁渣制备4A、13X沸石型分子筛的工艺技术研究日渐增多。与建材类产品相比，此类分子筛产品具有更高的经济价值，以及更广泛的工业用途。
现行生产各类沸石型分子筛的工艺主要通过处理铝硅溶液来实现。因此，利用红土镍矿冶金渣生产分子筛的关键工艺之一是制备铝硅溶液。目前的溶出工艺方案，主要通过碱熔法，在机械搅拌条件下，溶出回收该渣中的硅、铝，再添加一定量的NaAlO2，获得所需硅铝摩尔比n(SiO2)/n(Al2O3)，最后制备出沸石型分子筛。该工艺过程耗时长、工艺效率低，还需添加价格较高的NaAlO2来调整硅铝摩尔比。因此，提高红土镍矿溶出铝硅工艺的效率、降低物料消耗成本，将有益于红土镍矿冶金渣综合利用工艺技术的发展、推广应用和经济效益，并减少对生态环境的危害。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种工艺方法，通过碱熔红土镍矿冶金渣、超声强化水浸过程、添加Al(OH)3为铝源调整硅铝摩尔比，实现以红土镍矿冶金渣为原料高效率、低成本制备铝硅溶液的目标。本发明旨在充分溶出回收红土镍矿中的有价金属铝、硅，通过分别或组合使用超声协同强化水浸过程、有效利用低价铝源调整溶液中硅铝摩尔比的方法，实现高效、低成本利用红土镍矿冶金渣资源，减少生态环境危害，提高综合利用红土镍矿冶金渣工艺技术的经济和环境效益。
本发明的的技术方案是：一种以红土镍矿冶炼渣为原料制备铝硅溶液的工艺方法，该方法将固态冶金渣破碎、研磨后，再与一定量固态Na2CO3或NaOH混合，经高温(400-800℃)碱熔、超声强化水浸过程，制备获得一定铝硅摩尔比(可在1.2–6.0范围内调节)的铝硅溶液。
该工艺方法具体包括以下步骤：
步骤1.破碎研磨：将固态红土镍矿冶炼渣破碎研磨至200目左右。
步骤2.配料混合：将磨细的冶炼渣与一定量的固态Na2CO3或NaOH充分混合。
步骤3.高温碱熔：将上述混合料至于容器内，经高温(400-800℃)加热并保温一定时间(30–60min)后取出冷却，破碎研磨后备用。
步骤4.超声强化水浸：将上述碱熔后物料加一定量去离子水浸出，在70-90℃下施加一定功率的超声波作用于溶液一定周期(30–120min)后，分别获得液固混合的粗铝硅溶出液。
步骤5.固液分离：将上述水-渣混合的粗铝硅溶出液经抽滤过程，进行液固分离，分别获得具有一定摩尔比的铝硅铝硅溶液以及滤渣。该溶液存放在容器内密封备用(可供制备各类分子筛使用)，滤渣经干燥处理后可另外用作建材原料。
进一步，所述红土镍矿冶炼渣中含有SiO2 40wt％以上，Al2O3 4wt％以上，以及一定量的Fe、Mg、Ti、Na等金属氧化物杂质。
进一步，所述配料混合中，按碱/渣比2–6的比例混合，Na2CO3或NaOH可混合或分别单独作为碱溶剂使用。
进一步，所述高温碱熔过程中，加热容器应适当密封以减少碱的挥发损失，温度以控制在450-600℃范围内为宜。
进一步，所述超声强化水浸过程中，超声采用断-开交替的间歇式作用模式工作，以获得较低的能耗与较好的工艺效果。
进一步，所述调整控制铝硅溶液的摩尔比(该溶液的主要技术指标)，以控制在1.2–6.0为宜。
本发明的的优点在于：(1)可提高红土镍矿中的铝硅的回收率，充分利用金属资源、减少冶金固废的危害；(2)提高了溶出工艺效率、缩短了工艺操作时间；(3)降低了铝源添加剂成本消耗；(4)排放的滤渣颗粒较细，有利于后续作为精细建材的原料。
附图说明
图1：图1红土镍矿冶金渣原料的XRD分析结果；
图2：红土镍矿冶金渣碱熔-水浸渣的SEM形貌和实际图，
a.无超声后滤渣形貌；b.超声后滤渣形貌；c.无超声滤渣实图；d.超声作用滤渣实图；
图3：红土镍矿冶金渣碱熔-水浸后滤渣的粒度分析。
具体实施方式
以下通过具体实施例，对本发明的技术方案及其应用做进一步说明。
实施例1：
冶金渣原料的XRD分析如图1所示，红土镍矿渣主要物相组成为(Mg,Fe)2SiO4、MgAl2O4、(Mg,Al)SiO3等，其化学成分如表1所示；
表1红土镍矿冶金渣的化学分析结果(质量分数)
Figure BDA0001926674380000031
破碎研磨：将固态红土镍矿冶炼渣破碎研磨至200目左右。
配料混合：将磨细的冶炼渣与固态Na2CO3和NaOH按3:7:10比例混合。
高温碱熔：将上述混合料至于容器内，加热到600℃并保温40min后取出冷却，破碎研磨后备用。
水浸：将上述碱熔后物料添加约4％Al(OH)3，用去离子水浸出，在80℃下保持45min后，获得液固混合的粗铝硅溶出液。
固液分离：将上述水-渣混合的粗铝硅溶出液经抽滤过程，进行液固分离，分别获得具有一定摩尔比的铝硅溶液以及滤渣。采用ICP分析，所获铝硅溶液中含Si0.545mg/L，含Al0.151mg/L。
实施例2：
冶金渣原料与实施例2相同。
破碎研磨：将固态红土镍矿冶炼渣破碎研磨至200目左右。
配料混合：将磨细的冶炼渣与固态Na2CO3和NaOH按3:7:10比例混合。
高温碱熔：将上述混合料至于容器内，加热到600℃并保温40min后取出冷却，破碎研磨后备用。
机械搅拌水浸：将上述碱熔后物料添加约4％Al(OH)3，用去离子水浸出，施加强力机械搅拌(500r/min),在80℃下保持45min后，获得液固混合的粗铝硅溶出液。
固液分离：将上述水-渣混合的粗铝硅溶出液经抽滤过程，进行液固分离，分别获得具有一定摩尔比的铝硅溶液以及滤渣。采用ICP分析，所获铝硅溶液中含Si0.694mg/L，比不加搅拌明显提高，而溶液中含Al0.154mg/L，与不加搅拌时情况略有增加，滤渣颗粒的粒度分布分析结果可参见图3。
实施例3：
冶金渣原料与实施例1和2相同；破碎研磨：将固态红土镍矿冶炼渣破碎研磨至200目左右。
配料混合：将磨细的冶炼渣与固态Na2CO3和NaOH按3:7.5:10.5比例混合。
高温碱熔：将上述混合料至于容器内，加热到600℃并保温40min后取出冷却，破碎研磨后备用。
超声强化水浸：将上述碱熔后物料加约4％Al(OH)3，用去离子水浸出，施加超声作用(间歇式模式，交替开3min-停1.5min),在80℃下保持45min后，获得液固混合的粗铝硅溶出液。
固液分离：将上述水-渣混合的粗铝硅溶出液经抽滤过程，进行液固分离，分别获得具有一定摩尔比的铝硅溶液以及滤渣。采用ICP分析，该溶液中含Si0.785mg/L，含Al0.250mg/L，相应的Si和Al的回收率分别提高44％和65％，硅铝摩尔比5.3，而施加超声后滤渣颗粒的粒度比无超声和机械搅拌时均更加细小(可参见图3)，可为后续处理中作为精细建材的原料使用。
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Claims (4)

1.一种以红土镍矿冶炼渣为原料制备铝硅溶液的工艺方法，其特征在于将固态红土镍矿冶炼渣破碎、研磨至一定粒度后，再与一定量固态Na2CO3或NaOH混合，经高温碱熔、超声强化水浸过程，添加Al(OH)3为铝源，制备获得铝硅摩尔比可在一定范围内调节的铝硅溶液；
所述红土镍矿冶炼渣原料中含有SiO240wt%以上，Al2O34wt%以上，以及一定量的Fe、Mg、Ti、Na金属氧化物杂质；具体包括以下步骤：
步骤1.破碎研磨：将固态红土镍矿冶炼渣破碎研磨至200目；
步骤2.配料混合：将磨细的固态红土镍矿冶炼渣与一定量的固态Na2CO3或NaOH充分混合；
步骤3.高温碱熔：将上述混合料至于容器内，经400-800℃高温加热并保温一定时间30–60min后取出冷却，破碎研磨后备用；
步骤4.超声强化水浸：将上述碱熔后物料添加Al(OH)3为铝源以调整硅铝摩尔比，用去离子水浸出，在70-90℃下施加一定功率的超声波作用于溶液30–120min后，获得液固混合的粗铝硅溶出液；
步骤5.固液分离：将上述液固混合的粗铝硅溶出液经抽滤过程，进行液固分离，分别获得具有一定摩尔比的铝硅溶液以及滤渣；该溶液存放在容器内密封，可供制备各类分子筛使用，滤渣经干燥处理后可另外用作建材原料；
所述步骤2中：配料混合时，按碱/渣比2–6的比例混合，将Na2CO3或NaOH混合或分别单独作为碱溶剂使用。
2.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，所述步骤3中：高温碱熔时，加热容器应适当密封以减少碱的挥发损失，温度以控制在450-600℃范围内为宜。
3.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，所述步骤4中：超声强化水浸过程时，超声采用断-开交替的间歇式作用模式工作，以获得较低的能耗与较好的工艺效果。
4.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，所述铝硅溶液的铝硅摩尔比为1.2–6.0。
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