CN110629030A - 一种强化粗粒难磨金属基固废资源中有价金属溶出的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种强化粗粒难磨金属基固废资源中有价金属溶出的方法，该方法将金属基固废在梯度功率超声场辅助下采用无机酸和氧化剂进行浸出，得到含有价金属的浸出液；相对于传统的酸浸方法，本发明方法浸出时间缩短、浸出温度降低，特别适用于粗粒、含有导电性良好的金属基固废物的酸性溶出。

Description

一种强化粗粒难磨金属基固废资源中有价金属溶出的方法
技术领域
本发明涉及一种金属基固废资源中有价金属溶出的方法，具体涉及一种利用超声波和电子运动协同强化粗粒难磨金属基固废资源中有价金属溶出的方法，属于固废资源综合回收技术领域。
背景技术
气缸套珩磨废料、废不锈钢、废金属基催化剂、废铜基电线、废铝合金料、废马口铁中、废铅基焊料、废钥匙是典型的金属基固废资源。在金属基固废资源回收过程中，需经过预处理工序，将其切割、破碎、细磨至一定粒度，便于其在酸中进行溶解。以废铜基电线为例，预处理是对混杂的废杂铜进行分类、挑选出机械夹杂的其它废弃物，除去废铜表面的油污等，最终得到品种单一，相对纯净的废铜。废铜电线首先剪切成长度不超过300毫米的线段，然后送入特制的转鼓切碎机，在转鼓切碎机内切割成碎屑。
酸浸处理是回收气缸套珩磨废料中有价金属的常规和有效方法。但金属基固废资源的特点是具有良好的延展性、硬度高，难以像破碎矿物原料一样，将其破碎成粉末状，研磨过程常出现合金颗粒被碾磨至片状、粒状、丝状。此外，金属基固废资源中含有多种有价金属，结构致密，大颗粒内部金属组元传质慢，导致酸浸过程时间长、效率低。因此，开发强化粗粒难磨金属基固废资源中有价金属溶出的方法具有十分重要的意义。
发明内容
针对现有技术中金属基固废粒度大、有价金属组元难溶解的问题，本发明的目的是在于提供一种利用多源超声梯次强化不同粒级合金废料中有价金属高效溶出的方法，该方法可以快速高效溶出金属基固废中有价金属，且金属溶出率高，有利于固体废弃资源的回收利用。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种强化粗粒难磨金属基固废资源中有价金属溶出的方法，该方法是将金属基固废在梯度功率超声场辅助下采用无机酸和氧化剂进行浸出，得到含有价金属的浸出液；所述梯度功率超声场由浸出液面至下依次递减。
本发明在处理粗粒难磨金属基固废时采用超声辅助浸出，利用超声空化效应，存在于液体中的微气核在超声场作用下会产生振动、生长、崩溃闭合的动力学过程，该过程集中声场能量并迅速释放，导致金属颗粒在浸出液中高频振动，增大颗粒与浸出剂的接触概率，同时超声场下，金属颗粒内部的电子运动发生紊乱，颗粒处于较高能级，势能和活性增加，浸出活性增加，从而提高金属浸出效率。特别是通过设置梯度分布变功率超声场，在超声搅拌和重力的作用下，不同粒径的金属基固废颗粒从上向下梯次分步，利用超声强度与颗粒粒径的匹配关系，梯次布局超声杆并设置其合理的尺寸和功率，达到梯次强化不同粒径金属基颗粒溶解的效果。
本发明通过采用无机酸和氧化剂协同浸出，一方面氧化剂有利于以金属单质形成存在的金属浸出，另一方面利用氧化作用加速金属基固废表面包裹的油污等杂质快速脱除，从而快速暴露更多的金属表面，有利于加速浸出。
优选的方案，所述金属基固废包括气缸套珩磨废料、废不锈钢、废金属基催化剂、废铜基电线、废铝合金料、废马口铁、废铅基焊料、废钥匙中至少一种。这些金属基固废主要为粗粒级金属态物质，其磨矿性能差，结构致密，很难采用常规的酸浸溶出方法存在时间长、效率低等问题，难以实现有机金属高效回收。
优选的方案，所述金属基固废中金属态物质的质量百分含量不低于65％。
优选的方案，所述金属基固废粒度满足小于3mm粒级所占质量百分比为100％，且小于100目粒级所占质量百分比不低于60％。
优选的方案，所述无机酸包括盐酸、硝酸、硫酸中至少一种。
优选的方案，所述无机酸浓度为5～10mol/L。
优选的方案，无机酸与金属基固废的质量比为10:1～30:1。
优选的方案，所述氧化剂包括双氧水、氧气、空气中至少一种；所述双氧水按溶液体系体积的5％～15％计量，氧气按流量为0.1～1L/min计量；空气按流量为0.5～5L/min计量。
优选的方案，所述梯度功率超声场可以由两根或多根超声杆提供，最优选为由三根超声杆提供，三根超声杆由上至下依次置于浸出液面以下3/16～5/16、7/16～9/16、11/16～13/16位置处。最优选的方案，三根超声杆由上至下依次置于浸出液面以下4/16、8/16、12/16位置处。
优选的方案，浸出液面由上至下的三根超声杆横截面直径依次减小，依次为2cm～3cm、1cm～2cm、0.5cm～1cm。
优选的方案，浸出液面由上至下的三根超声杆提供的超声场功率依次为30W～120W、120W～360W、360W～480W。通过提供梯度超声场，利用梯度超声强度与在重力作用下不同颗粒粒径分布的匹配关系，达到梯次强化不同粒径金属基颗粒溶解的效果。
优选的方案，所述浸出条件为：温度为25～99℃，梯度功率超声场的功率范围为30～480W，且由浸出液面至下依次递减，浸出时间为30～180min。
优选的方案，浸出液面的高度为40cm～100cm，浸出液所处容器的直径为5cm～20cm。
本发明的浸出过程结束后，经固液分离去除固态残渣即可得到有价金属浸出液。
本发明的超声杆提供的超声频率为40kHz。
相对现有技术，本发明的技术方案带来的有益效果在于：
本发明技术方案采用超声辅助无机酸浸出粗粒难磨金属基固废资源，大幅度提高浸出效率，解决了粗粒难磨金属基固废资源由于金属态颗粒难以用机械方法磨细，造成其与浸出剂接触界面小，整个浸出过程受扩散控制，且金属颗粒结构致密，金属颗粒内部的有价金属难于扩散至反应界面，导致有价金属浸出困难的技术问题。通过采用超声辅助浸出，充分利用超声空化效应，存在于液体中的微气核在超声场作用下会产生振动、生长、崩溃闭合的动力学过程，该过程集中声场能量并迅速释放，导致金属颗粒在浸出液中高频振动，增大颗粒与浸出剂的接触概率，同时，在超声场下，金属颗粒内部的电子运动发生紊乱，颗粒处于较高能级，势能和活性增加，浸出活性增加，从而加速金属溶出。需要特别说明的是，金属基固废中合金态物质中含有大量的自由电子，其可在超声场下运动发生紊乱，从而强化宏观颗粒振动、溶出，这与现有技术中氧化矿物的超声强化溶出具有本质区别，本发明完美结合了超声场和电子运动的协同强化现象。
本发明通过设置梯度超声场实现对粗粒难磨金属基固废资源的酸浸出，解决了金属基固废资源由于粒径分布宽，超声辅助浸出超声强度与粒径不匹配，浸出效率低的问题。通过设置梯次分布变功率超声场，在搅拌和重力的作用下，不同粒径的金属基固废颗粒从上向下梯次分布，利用超声强度与颗粒粒径的匹配关系，梯次布局超声杆并设置其合理的尺寸和功率，达到梯次强化不同粒径金属基颗粒溶解的效果，提高不同粒径金属颗粒同时高效溶出的目的，提高浸出效率。
本发明通过采用氧化剂可以加速金属基固废表面油污等杂质脱除，同时有利于以金属单质形成存在的金属浸出，从而达到高效浸出金属的目的。
本发明的粗粒难磨金属基固废资源浸出过程简单，金属金属率高，有利于工业化应用。
具体实施方式
以下实施例旨在进一步说明本发明内容，而不是限制本发明的保护范围。
实施例1
以TFe90％、Sn2％的马口铁废料为原料，其粒度为小于3mm粒级所占质量百分比为100％，小于100目粒级所占质量百分比为80％，采用10mol/L的盐酸为浸出剂，液固比为30:1，浸出温度99℃，H2O2的添加量为混合溶液体积的5％，三根超声杆分别置于浸出液面向下1/4、1/2、3/4处，超声施加功率依次为120W、360W、480W，超声杆端面直径依次为3cm、2cm、1cm，超声波频率为40kHz，浸出时间为30min。浸出结束后，过滤、洗涤得浸出液和浸出残渣，浸出液即为含铁、锡离子的溶液。铁、锡的浸出率分别高达95.1％和95.7％。
实施例2
以TFe65％、Cu1.5％、Mo0.9％气缸套珩磨废料为原料，其粒度为小于3mm粒级所占质量百分比为100％，小于100目粒级所占质量百分比为99％，以5mol/L硫酸为浸出剂，液固比为10:1，浸出温度30℃，O2的通入量为1L/min，三根超声杆分别置于浸出液面向下1/4、1/2、3/4处，超声施加功率依次为30W、120W、360W，超声杆端面直径依次为2cm、1cm、0.5cm，超声波频率为40kHz，浸出时间为30min。浸出结束后，过滤、洗涤得浸出液和浸出残渣，浸出液即为含铁、铜、钼离子的溶液。铁、钼、铜的浸出率分别高达99.2％、99.1％和99.0％。
对比例1
该对比实施例中仅加一根超声杆。
以TFe90％、Sn2％的马口铁废料为原料，其粒度为小于3mm粒级所占质量百分比为100％，小于100目粒级所占质量百分比为80％，采用10mol/L的盐酸为浸出剂，液固比为30:1，浸出温度99℃，空气的通入量为4L/min，超声杆置于浸出液面向下1/2处，超声杆端面直径2cm，超声施加功率依次为480W，超声波频率为40kHz，浸出时间为180min。浸出结束后，过滤、洗涤得浸出液和浸出残渣，浸出液即为含铁、锡离子的溶液。铁、锡的浸出率分别仅为74.3％和71.2％。
对比例2
该对比实施例中不施加超声。
以含Pb60％、Sn35％的铅基焊料废料为原料，其粒度为小于3mm粒级所占质量百分比为100％，小于100目粒级所占质量百分比为90％，采用10mol/L的盐酸为浸出剂，液固比为20:1，浸出温度90℃，O2的通入量为1L/min，在机械搅拌的条件下，浸出时间为180min。浸出结束后，过滤、洗涤得浸出液和浸出残渣，浸出液即为含铅、锡离子的溶液。铅、锡的浸出率仅为65.6％和62.1％。
对比例3
该对比实施例中不添加氧化剂。
以含Fe90％、Cu1.5％的钢铁废料为原料，其粒度为小于1mm粒级所占质量百分比为100％，小于100目粒级所占质量百分比为90％，采用8mol/L的盐酸为浸出剂，液固比为15:1，浸出温度90℃，三根超声杆分别置于浸出液面向下1/4、1/2、3/4处，超声施加功率依次为120W、360W、480W，超声杆端面直径依次为3cm、2cm、1cm，超声波频率为40kHz，，浸出时间为100min。浸出结束后，过滤、洗涤得浸出液和浸出残渣，浸出液即为含铁、铜离子的溶液。铁、铜的浸出率为80.5％和75.6％。

Claims (10)

1.一种强化粗粒难磨金属基固废资源中有价金属溶出的方法，其特征在于：将金属基固废在梯度功率超声场辅助下采用无机酸和氧化剂进行浸出，得到含有价金属的浸出液；所述梯度功率超声场由浸出液面至下依次递减。
2.根据权利要求1所述的一种强化粗粒难磨金属基固废资源中有价金属溶出的方法，其特征在于：所述金属基固废包括气缸套珩磨废料、废不锈钢、废金属基催化剂、废铜基电线、废铝合金料、废马口铁、废铅基焊料、废钥匙中至少一种；所述金属基固废中金属态物质的质量百分含量不低于65％。
3.根据权利要求1所述的一种强化粗粒难磨金属基固废资源中有价金属溶出的方法，其特征在于：所述金属基固废粒度满足小于3mm粒级所占质量百分比为100％，且小于100目粒级所占质量百分比不低于60％。
4.根据权利要求1所述的一种强化粗粒难磨金属基固废资源中有价金属溶出的方法，其特征在于：所述无机酸包括盐酸、硝酸、硫酸中至少一种；所述无机酸的浓度为5～10mol/L。
5.根据权利要求1～4任一项所述的一种强化粗粒难磨金属基固废资源中有价金属溶出的方法，其特征在于：无机酸与金属基固废的质量比为10:1～30:1。
6.根据权利要求1所述的一种强化粗粒难磨金属基固废资源中有价金属溶出的方法，其特征在于：所述氧化剂包括双氧水、氧气、空气中至少一种；所述双氧水按溶液体系体积的5％～15％计量，氧气按流量为0.1～1L/min计量；空气按流量为0.5～5L/min计量。
7.根据权利要求1所述的一种强化粗粒难磨金属基固废资源中有价金属溶出的方法，其特征在于：所述梯度功率超声场由三根超声杆提供，三根超声杆由上至下依次置于浸出液面以下3/16～5/16、7/16～9/16、11/16～13/16位置处。
8.根据权利要求7所述的一种强化粗粒难磨金属基固废资源中有价金属溶出的方法，其特征在于：浸出液面以下由上至下的三根超声杆横截面直径依次减小，依次为2cm～3cm、1cm～2cm、0.5cm～1cm；
浸出液面以下由上至下的三根超声杆提供的超声场功率依次为30W～120W、120W～360W、360W～480W。
9.根据权利要求1～8任一项所述的一种强化粗粒难磨金属基固废资源中有价金属溶出的方法，其特征在于：所述浸出条件为：温度为25～99℃，梯度功率超声场的功率范围为30～480W，且由浸出液面至下依次递减，浸出时间为30～180min。
10.根据权利要求1所述的一种强化粗粒难磨金属基固废资源中有价金属溶出的方法，其特征在于：浸出液面的高度为40cm～100cm，浸出液所处容器的直径为5cm～20cm。
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