CN111060417B - 一种气化渣矿相的定量分析方法 - Google Patents

一种气化渣矿相的定量分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种气化渣矿相的定量分析方法，本发明先通过磁选过程将气化渣中的铁质微珠高效分离出来，再进一步通过交叉进行的两步酸碱法依次实现了玻璃相及其中所含杂质选择性的完全分离，最后通过高温焙烧将无机碳颗粒完全烧失，所得固相即为稳定的石英晶相，从而精确分析出了气化渣中各组分的精确含量；本发明全新的分析方法较传统的氢氟酸溶解法和仪器半定量分析法，具有解离效果好、杂质检测限低、数据准确度高、反应条件温和等优点，且该方法具有广泛适用性，可为粉煤灰、煤矸石、冶金渣等典型工业/冶金固废矿相定量分析提供新思路，对开发固废高值化利用新技术具有重要指导意义。

Description

一种气化渣矿相的定量分析方法
技术领域
本发明涉及无机化工固废资源化利用领域，具体指一种气化渣矿相的定量分析方法。
背景技术
煤炭主要用于火力发电、气化、液化等领域，其比例高达90％以上，有机资源得到了高效利用，但其中的无机组分大量堆存造成了严重的大气、土壤、水体污染等问题，且应用过程产生的废渣成分/矿相结构复杂、利用难度大。
气化渣主要是由玻璃相、晶相(石英、莫来石、刚玉等)、铁质微珠、无机碳四类矿相组成。但由于缺乏对其矿相结构和组成的深入认识，目前多基于其物理性质和化学组成特点，通过简单的配料、成型等工艺进行处理。
以气化渣为例，其主要是以建工建材和复合材料制备两方面为主：
在建工建材方面，CN 106336164 A和CN 106467376 A分别公开了利用气化渣制备免烧砖的方法，其以气化渣为原料，向其中添加水泥、豆沙石或煤矸石、钢渣等物质调节组成比例进行混合，经过成型-养护后得到免烧砖产品；
在复合材料制备方面，CN 104774023 A公开了一种利用粉煤灰和气化渣制备轻质陶粒和过滤陶瓷的方法，其将粉煤灰、气化渣、钠/钾长石按照一定比例混合后，再加入少量助剂进行成型-干燥-烧成等工序，可得到合格的轻质陶粒和过滤陶瓷产品；CN 106800416A公开了一种利用气化渣制备低蠕变耐火砖的方法，其以气化渣、堇青石、锆刚玉、石灰石、粉煤灰、长石等为原料，加入碳化硼纤维、纳米氧化钨等助剂，经过细磨-微波高温烧结-洗涤-干燥等工段得到机械性能高、蠕变性低、抗震性能好的耐火材料。
矿相结构的定量分析和认识缺乏是影响其高值化利用技术开发的重要因素。目前，对矿相的定量分析，主要是以氢氟酸消解法或仪器半定量分析方法为主，存在分析方法检测限低、数据准确度低、反应条件苛刻等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种能温和、高效、精确的分析矿相含量的气化渣矿相的定量分析方法，该方法有利于对气化渣的高值化技术开发提供依据。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种气化渣矿相的定量分析方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)取固体质量为M的气化渣原渣通过多级磁选过程将铁质微珠相分离出来，铁质微珠相的质量记为M1；
(2)步骤(1)中剩余固体与酸反应，使玻璃相中部分铁、钙、镁、铝进行高效溶出，将液相中浸出的金属氧化物总和记为M2；
(3)步骤(2)中的剩余酸浸渣与碱进行脱硅反应，使玻璃相中的部分氧化硅和氧化铝溶入反应液中，将溶入的氧化物质量总和记为M3；
(4)使步骤(3)所得脱硅渣与酸反应，将溶入反应液相中的铁、钙、镁、铝氧化物质量总和记为M4；
(5)使步骤(4)所得二次酸洗渣与碱反应，将浸出的氧化硅质量记为M5；
(6)将步骤(5)所得二次碱处理后的气化渣置于高温马弗炉中进行充分燃烧，剩余固体质量记为M6；
经由上述两步酸碱解离方法可得出气化渣的各组分组成为：
铁质微珠含量为M1/M；
石英相含量为M6/M；
玻璃相含量为(M2+M3+M4+M5)/M；
碳含量为1-M1/M-M6/M-(M2+M3+M4+M5)/M。
优选地，步骤(1)所述的磁选过程施加的磁场强度>2000Gs，磁选级数>2次。基于铁质微珠包裹程度不同导致的磁性差异性较大，通过多级磁选可将铁质微珠相高效分离。
优选地，步骤(2)中所述酸为盐酸或硝酸，氢离子浓度4-10mol/L。步骤(2)中的反应温度为55-95℃，反应时间为60min-180min，反应液中的液固比大于3:1。基于玻璃相与其他矿相(无机碳/石英相)反应活性的差异性，通过浓酸酸强化溶解可促进玻璃相中氧化铝/镁/铁/钙等金属氧化物，但玻璃相氧化硅不溶于该酸体系。
优选地，步骤(3)中所述的碱为氢氧化钠或氢氧化钾，氢氧根浓度为1-5mol/L。步骤(3)中的反应温度为75-125℃，反应时间为30min-180min，反应液中的液固比大于3:1。通过碱脱硅可促进玻璃相中大部分氧化硅/铝溶出，同时部分氧化铝和氧化硅形成沸石类物质进入固相中。
优选地，步骤(4)中所述的酸为盐酸或硝酸，氢离子浓度大于1mol/L。步骤(4)中的反应温度25-95℃，反应时间大于10min，反应液中的液固比大于3:1。通过步骤(3)处理可将将玻璃相中金属氧化物释放，同时惰性玻璃相铝硅酸盐转化为活性较高的沸石类物质，采用二次稀酸酸强化处理不仅可以将其金属氧化物溶解，同时可以将沸石类物质中的氧化铝溶解。
优选地，步骤(5)中所述的碱为氢氧化钠或氢氧化钾，氢氧根浓度1-5mol/L；反应温度为25-75℃，反应时间为10min-60min，反应液中的液固比大于3:1。通过二次碱脱硅可促进玻璃相中剩余的氧化硅溶出，固相为石英相和无机碳相。
优选地，步骤(6)中的高温焙烧过程，气氛为氧化或空气气氛，焙烧温度为800-1300℃，焙烧时间为1-3h。烧失量为无机碳颗粒，剩余部分为石英相。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明先通过磁选过程将气化渣中的铁质微珠高效分离出来，再进一步通过交叉进行的两步酸碱法依次实现了玻璃相及其中所含杂质选择性的完全分离，最后通过高温焙烧将无机碳颗粒完全烧失，所得固相即为稳定的石英晶相，从而精确分析出了气化渣中各组分的精确含量；本发明全新的分析方法较传统的氢氟酸溶解法和仪器半定量分析法，具有解离效果好、杂质检测限低、数据准确度高、反应条件温和等优点，且该方法具有广泛适用性，可为粉煤灰、煤矸石、冶金渣等典型工业/冶金固废矿相定量分析提供新思路，对开发固废高值化利用新技术具有重要指导意义。
附图说明
图1为本发明实施例的结构框图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
以鄂尔多斯地区煤气化渣为例，如图1所示，本实施例气化渣矿相的定量分析方法为：
(1)取100g气化渣放入磁选机中，在2000Gs磁场强度下，进行二级磁选(两次磁选)，得到的铁质微珠含量约为3.62g，铁质微珠含量为3.62％；
(2)将剩余的96.38g固体物料与氢离子浓度为4mol/L的硝酸混合，在反应温度为95℃，液固比为3:1的条件下反应180min，金属氧化物(铁、铝、钙、镁)浸出质量为10.27g，剩余86.11g；
(3)将剩余83.11g一次酸洗渣与氢氧根离子浓度为4mol/L的氢氧化钠溶液混合，在在反应温度为75℃，液固比为3:1的条件下反应180min，进入液相的氧化硅含量为36.25g，剩余52.86g(氧化钠质量不计入内)；
(4)将剩余52.86g一次脱硅渣与氢根离子浓度为1mol/L的硝酸溶液混合，在在反应温度为25℃，液固比为3:1的条件下反应10min，进入液相的金属氧化物(铁、铝、钙、镁)质量为11.52g，剩余41.34g；
(5)将剩余41.34g二次酸洗渣与氢氧根离子浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液混合，在在反应温度为25℃，液固比为3:1的条件下反应10min，进入液相的氧化硅含量为14.46g，剩余26.88g；
由此计算玻璃相铝硅酸盐及其夹带杂质含量约为69.5％；
(6)将上述26.88g二次脱硅渣置于高温马弗炉中，在焙烧温度为800℃条件下保温3h，得到固相(石英相)含质量为8.36g，烧失量为18.52g，因此，石英相含量为8.36％，无机碳含量为18.52％。
实施例2：
以鄂尔多斯地区煤气化渣为例，本实施例气化渣矿相的定量分析方法为：
(1)取100g气化渣放入磁选机中，在5000Gs磁场强度下，进行4级磁选(4次磁选)，得到的铁质微珠含量约为3.67g，铁质微珠含量为3.67％；
(2)将剩余的96.37g固体物料与氢离子浓度为10mol/L的盐酸混合，在反应温度为55℃，液固比为7:1的条件下反应60min，金属氧化物(铁、铝、钙、镁)浸出质量为12.63g，剩余83.7g；
(3)将剩余83.7g一次酸洗渣与氢氧根离子浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液混合，在在反应温度为125℃，液固比为8:1的条件下反应120min，进入液相的氧化硅含量为35.07g，剩余48.63g(氧化钠质量不计入内)；
(4)将剩余48.63g一次脱硅渣与氢根离子浓度为4mol/L的盐酸溶液混合，在在反应温度为95℃，液固比为6:1的条件下反应180min，进入液相的金属氧化物(铁、铝、钙、镁)质量为9.36g，剩余39.27g；
(5)将剩余39.27g二次酸洗渣与氢氧根离子浓度为5mol/L的氢氧化钠溶液混合，在在反应温度为75℃，液固比为5:1的条件下反应60min，进入液相的氧化硅含量为12.35g，剩余26.92g；
由此计算玻璃相铝硅酸盐及其夹带杂质含量约为69.45％；
(6)将上述26.92g二次脱硅渣置于高温马弗炉中，在焙烧温度为1300℃条件下保温1h，得到固相(石英相)含质量为8.32g，烧失量为18.6g，因此，石英相含量为8.32％，无机碳含量为18.6％。
以鄂尔多斯气化渣为例，在条件保护范围区间内，矿相定量分析重复性较好，误差在0.5％以内。
实施例3：
以山西地区煤气化渣为例，本实施例气化渣矿相的定量分析方法为：
(1)取100g气化渣放入磁选机中，在3000Gs磁场强度下，进行三级磁选(三次磁选)，得到的铁质微珠含量约为4.76g，铁质微珠含量为4.76％；
(2)将剩余的95.24g固体物料与氢离子浓度为3mol/L的硝酸混合，在反应温度为85℃，液固比为5:1的条件下反应120min，金属氧化物(铁、铝、钙、镁)浸出质量为8.36g，剩余86.88g；
(3)将剩余86.88g一次酸洗渣与氢氧根离子浓度为3mol/L的氢氧化钠溶液混合，在在反应温度为85℃，液固比为6:1的条件下反应90min，进入液相的氧化硅含量为38.74g，剩余48.14g(氧化钠质量不计入内)；
(4)将剩余48.14g一次脱硅渣与氢根离子浓度为2mol/L的硝酸溶液混合，在在反应温度为55℃，液固比为4:1的条件下反应20min，进入液相的金属氧化物(铁、铝、钙、镁)质量为9.62g，剩余38.52g；
(5)将剩余38.52g二次酸洗渣与氢氧根离子浓度为2mol/L的氢氧化钠溶液混合，在在反应温度为45℃，液固比为6:1的条件下反应30min，进入液相的氧化硅含量为7.48g，剩余31.04g；
由此计算玻璃相铝硅酸盐及其夹带杂质含量约为64.2％；
(6)将上述31.04g二次脱硅渣置于高温马弗炉中，在焙烧温度为1000℃条件下保温2h，得到固相(石英相)含质量为15.41g，烧失量为15.63g，因此，石英相含量为15.41％，无机碳含量为15.63％。
实施例5：
以山西地区煤气化渣为例，本实施例气化渣矿相的定量分析方法为：
(1)取100g气化渣放入磁选机中，在4000Gs磁场强度下，进行4级磁选(4次磁选)，得到的铁质微珠含量约为4.85g，铁质微珠含量为4.85％；
(2)将剩余的95.15g固体物料与氢离子浓度为8mol/L的盐酸混合，在反应温度为75℃，液固比为4:1的条件下反应90min，金属氧化物(铁、铝、钙、镁)浸出质量为10.28g，剩余84.87g；
(3)将剩余84.87g一次酸洗渣与氢氧根离子浓度为3mol/L的氢氧化钠溶液混合，在在反应温度为105℃，液固比为5:1的条件下反应100min，进入液相的氧化硅含量为41.25g，剩余43.36g(氧化钠质量不计入内)；
(4)将剩余43.36g一次脱硅渣与氢根离子浓度为2mol/L的盐酸溶液混合，在在反应温度为65℃，液固比为8:1的条件下反应150min，进入液相的金属氧化物(铁、铝、钙、镁)质量为7.84g，剩余35.52g；
(5)将剩余35.52g二次酸洗渣与氢氧根离子浓度为4mol/L的氢氧化钠溶液混合，在在反应温度为55℃，液固比为4:1的条件下反应180min，进入液相的氧化硅含量为2.84g，剩余32.68g；
由此计算玻璃相铝硅酸盐及其夹带杂质含量约为62.47％；
(6)将上述32.68g二次脱硅渣置于高温马弗炉中，在焙烧温度为1200℃条件下保温1.5h，得到固相(石英相)含质量为15.89g，烧失量为16.79g，因此，石英相含量为15.89％，无机碳含量为16.79％。
以山西气化渣为例，在条件保护范围区间内，矿相定量分析重复性较好，误差在1％以内。

Claims (4)

1.一种气化渣矿相的定量分析方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）取固体质量为M的气化渣原渣通过多级磁选过程将铁质微珠相分离出来，铁质微珠相的质量记为M1；
（2）步骤（1）中剩余固体与酸反应，使玻璃相中部分铁、钙、镁、铝进行高效溶出，将液相中浸出的金属氧化物总和记为M2；所述酸为盐酸或硝酸；所述酸的氢离子浓度4-10mol/L；反应温度为55-95℃，反应时间为60min-180min，反应液中的液固比大于3:1；
（3）步骤（2）中的剩余酸浸渣与碱进行脱硅反应，使玻璃相中的部分氧化硅和氧化铝溶入反应液中，将溶入的氧化物质量总和记为M3；所述的碱为氢氧化钠或氢氧化钾；所述碱的氢氧根浓度为1-5mol/L；反应温度为75-125℃，反应时间为30min-180min，反应液中的液固比大于3:1；
（4）使步骤（3）所得脱硅渣与酸反应，将溶入反应液相中的铁、钙、镁、铝氧化物质量总和记为M4；所述的酸为盐酸或硝酸，氢离子浓度大于1mol/L；反应温度25-95℃，反应时间大于10min，反应液中的液固比大于3:1；
（5）使步骤（4）所得二次酸洗渣与碱反应，将浸出的氧化硅质量记为M5；
（6）将步骤（5）所得二次碱处理后的气化渣置于高温马弗炉中进行充分燃烧，剩余固体质量记为M6；
经由上述两步酸碱解离方法可得出气化渣的各组分组成为：
铁质微珠含量为M1/M；
石英相含量为M6/M；
玻璃相含量为(M2+M3+M4+M5)/M；
碳含量为1-M1/M-M6/M-(M2+M3+M4+M5)/M。
2.根据权利要求1所述的气化渣矿相的定量分析方法，其特征在于：步骤（1）所述的磁选过程施加的磁场强度>2000Gs，磁选级数>2次。
3.根据权利要求1或2所述的气化渣矿相的定量分析方法，其特征在于：步骤（5）中所述的碱为氢氧化钠或氢氧化钾，氢氧根浓度1-5mol/L；反应温度为25-75℃，反应时间为10min-60min，反应液中的液固比大于3:1。
4.根据权利要求1或2所述的气化渣矿相的定量分析方法，其特征在于：步骤（6）中的高温焙烧过程，气氛为氧气或空气气氛，焙烧温度为800-1300℃，焙烧时间为1-3h。
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