CN111760874B - 一种电石渣铁的精细化分离方法及其应用 - Google Patents

一种电石渣铁的精细化分离方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电石渣铁的精细化分离方法及应用，属于固废资源化利用与废水处理领域，利用电石渣铁中的合金偏析，采用破碎—研磨—磁选工艺将其分离成高含铁硅铁合金（铁含量80‑85%）和低含铁的硅铁合金（铁含量55‑60%）。高含铁量的硅铁合金比饱和磁化强度＞75 emu/g，将其应用于垃圾渗滤液的磁加载混凝处理中，可有效去除垃圾渗滤液中的总磷和COD；另一方面，弱磁性的硅铁合金中硅含量得到提升，可以更好地应用于冶金中。本发明方法可对电石渣铁进行分离利用，减少固体废弃物，同时制备的磁粉又能很好地处理垃圾渗滤液，整体的工艺方法简单，具有较高的生态环境效益。

Description

一种电石渣铁的精细化分离方法及其应用
技术领域
本发明属于固废资源化及废水处理技术领域，具体涉及一种电石渣铁的精细化分离方法以及所得磁粉处理垃圾渗滤液的方法。
背景技术
在电石的生产过程中，原料中的部分Fe2O3、SiO2杂质在电炉的高温下会被焦炭还原成硅铁，最终随电石渣一起排出形成电石渣铁。目前，电石渣铁的回收技术已经较为成熟，包括磁选、风选、重力跳汰分选等，然而回收后的电石渣铁中杂质较多，往往只能应用于低附加值的冶金脱氧中。并且，由于含硅量较低，在冶金中应用效果也较差。如何高附加值利用电石渣铁是一个亟待解决的问题。
垃圾渗滤液的成分复杂，有机污染物和氨氮含量高，特别是中老龄渗滤液具有高毒性，对环境危害极大，如何经济有效的处理已成为国家政府亟需解决的问题。磁加载混凝工艺作为一种便捷、有效的废水处理技术，可以很好地去除绝大部分垃圾渗滤液中的大分子有机污染物和氨氮，已经得到了广泛的应用。然而，作为磁加载混凝工艺的核心—磁粉却面临着原料匮乏、价格较高的困境，因此探索高效、廉价的新型磁粉尤为重要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种电石渣铁的精细化分离方法以及所得磁粉处理垃圾渗滤液的方法。本发明将电石渣铁分离制备的磁粉应用于垃圾渗滤液的磁加载混凝处理中，COD和总磷去除率分别为65％和95％，与现有磁粉相比较，该磁粉密度更高，絮体沉降速度更快(5-10min)可有效提高混凝效率，循环效果不衰减。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：
一种电石渣铁的精细化分离方法，包括如下步骤：
步骤S1，干燥：将电石渣铁清洗去除表面灰尘，然后在60-80℃下烘干；
步骤S2，破碎：采用破碎机将烘干后的电石渣铁破碎至粒度在200mm以下；
步骤S3，研磨：对步骤S2破碎的电石渣铁进行研磨处理，通过球磨机或机械振动磨机研磨至74μm(200目)以下，得到细粒电石渣铁；
步骤S4，磁选：对步骤S3获得的细粒电石渣铁进行磁选处理，并获得精矿和尾渣；其中，所得精矿主要成分为高含铁硅铁合金Fe5Si3和Fe3Si，铁含量80-85％；所得尾渣主要成分为低含铁的硅铁合金FeSi，铁含量55-60％。
按上述方案，所述电石渣铁是电石生产过程中产生的废渣。电石渣铁原矿中主要包括单硅化铁(FeSi)、三硅化五铁(Fe5Si3)和硅化三铁(Fe3Si)等物质。
按上述方案，步骤S3中研磨的强度为720r/min，研磨时间5-10min。
按上述方案，步骤S4中，所述磁选的磁场强度为500-1000Gs，磁选次数2-4次，每次磁选时间一般10-20分钟；磁场强度优选800Gs，磁选次数2-4次，优选3次。
上述精细化分离方法所得精矿高含铁量的硅铁合金的比饱和磁化强度＞75emu/g，将其作为磁粉应用于垃圾渗滤液等污水的磁加载混凝处理中，可有效降低垃圾渗滤液等污水中的总磷和COD；另一方面，所得尾渣低含铁的硅铁合金作为弱磁性的硅铁合金，主要成分是弱磁性的FeSi，硅的质量百分含量约28-30％，可以更好地应用于冶金中作为脱氧剂和球化剂等。
上述精细化分离方法制得的精矿作为磁粉在垃圾渗滤液处理中预处理阶段的应用，具体应用方法如下：预调节垃圾渗滤液的初始pH为2-10，然后在快速搅拌阶段加入磁粉和混凝剂，接着在慢速搅拌阶段加入絮凝剂，静置后，分离出上清液和絮状沉淀；所得上清液相比垃圾渗滤液的COD和总磷去除率分别为60％以上和90％以上；所得絮状沉淀经磁选分离出磁粉予以回收和再利用。
按上述方案，垃圾渗滤液是垃圾中转站里产生的，COD为2250-2650mg/L，总磷含量为4.5-6.0mg/L，氨氮含量为650-800mg/L，pH为8-9。
按上述方案，预调节垃圾渗滤液的初始pH优选为5.5-6.5。其中，可采用氢氧化钠、硫酸等常用无机碱、无机酸进行预调节。
按上述方案，所述的快速搅拌速度200-300r/min，搅拌时间1-3min，优选250r/min，时间2min；所述的慢速搅拌速度100-150r/min，搅拌时间5-10min，优选100r/min，时间10min。
按上述方案，每升垃圾渗滤液中磁粉的投加量为100-400mg，优选为300mg。
按上述方案，所述的混凝剂为聚合氯化铝、硫酸铝、硫酸亚铁、硫酸铁及三氯化铁等中的一种或多种，每升垃圾渗滤液中混凝剂的投加量为400-1600mg，优选1400mg。
按上述方案，所述的絮凝剂优选聚丙烯酰胺，每升垃圾渗滤液中絮凝剂的投加量为1-7mg，优选4mg。
按上述方案，所述静置的时间为5-10min，优选为5min。
按上述方案，磁粉回收时，采用高速搅拌(500-800r/min，优选600r/min)10min破坏絮状沉淀，使磁粉释放出来，再利用800Gs场强进行磁选回收，重复5-8次。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
首先，本发明利用破碎—研磨—磁选处理电石渣铁，可以制得铁(80-85％)含量高、磁性强(磁化强度＞75emu/g)的高品质磁加重质(即磁粉)，以及硅(28-30％)含量高、铁(55-60％)含量低的尾渣高硅硅铁可用于脱氧剂等，实现了电石渣铁的高价值、精细化分离，而且工艺简单，具有明显的经济优势。
其次，本发明将电石渣铁分离制备的磁粉应用于垃圾渗滤液的磁加载混凝处理中，取得了较好的效果(COD和总磷去除率分别为65％和95％，与现有磁粉相比较，该磁粉密度更高，絮体沉降速度更快(5-10min)可有效提高混凝效率，可以有效去除污水中的大部分悬浮物和有机污染物，循环效果不衰减。
综上所述，本发明既实现了电石渣铁的资源化利用，又解决了磁粉匮乏的问题，达到以废治废的目的，具有较高的经济、环境效益。
附图说明
图1为原电石渣铁及磁选精矿和尾渣的XRD图。
图2为磁选精矿的VSM图。
图3为磁加载混凝处理前后垃圾渗滤液紫外光谱图。
图4为磁加载混凝循环试验前后磁粉的XRD图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施案例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施案例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施案例，都属于本发明保护的范围。
下述实施例中，对原电石渣铁及步骤S4获得的精矿、尾渣进行成分分析检测；主要包括XRD、XRF测试；对步骤S4获得的磁选精矿磁性及密度进行测试，所采用测试仪器主要为VSM；对原垃圾渗滤液和步骤S5处理的垃圾渗滤液污染物指标进行分析检测，主要测试指标为COD和总磷，以及紫外全谱扫描；对循环后的磁粉进行成分分析检测，主要测试方法为XRD。
实施例1
1、一种电石渣铁的精细化分离方法，具体包括如下步骤：称取10.0kg的电石渣铁，采用自来水进行清洗，然后在80℃下烘干；将烘干后的电石渣铁放入破碎机中，破碎至200mm以下，接着利用机械振动磨机在720r/min强度下研磨至200目以下；然后再利用磁选管在800Gs的场强下磁选3次(每次磁选时间约15min)，得到磁选精矿和尾渣；其中精矿即为磁粉。
对原电石渣铁、精矿和尾渣进行XRF、XRD分析，结果如表1和图1所示。从图1中可以看出，电石渣铁原矿中主要包括单硅化铁(FeSi)、三硅化五铁(Fe5Si3)和硅化三铁(Fe3Si)等物质。经过研磨-磁选工艺处理后，尾渣中主要成分为弱磁性的FeSi，而精矿中则含有Fe5Si3和Fe3Si，说明可以有效分离电石渣铁，制得磁粉(精矿)和高硅硅铁(尾渣)。表1为原料电石渣铁以及精矿、尾渣所含元素以及含量。
表1电石渣铁、磁选精矿和尾渣的XRF分析结果
Figure BDA0002522536730000041
对上述所得磁粉(即精矿)进行磁性测试，结果如图2所示。从图2中可以看出所制得的磁粉比饱和磁化强度为78.69emu/g，具有较高的磁饱和强度及磁响应性；另外，该磁粉矫顽力较低，仅为0.025kOe，为软磁性材料，当外磁场消失后，剩磁较少，较易分离，可以很好地磁选回收。
对上述所得磁粉(即精矿)采用排水法进行密度测试，平行测定三次取平均值，结果如表2所示，可以看出所制得磁粉平均密度为6.72g/cm3，比现有的四氧化三铁磁粉密度(5.18g/cm3)大，可在5-10min内完成沉降，处理效率提高。
表2磁粉的视密度
Figure BDA0002522536730000042
2、磁选精矿(即磁粉)在垃圾渗滤液磁加载混凝工艺中的应用
下述所采用的垃圾渗滤液是垃圾中转站里产生的，COD为2250-2650mg/L，总磷含量为4.5-6.0mg/L，氨氮含量为650-800mg/L，pH为8-9。
取200mL上述垃圾渗滤液至250mL的烧杯中，采用氢氧化钠和硫酸调节初始pH值为6，在250r/min转速下加入60mg的磁粉和280mg的聚合氯化铝，搅拌2min。接着在100r/min下加入0.8mg的聚丙烯酰胺(分子量200万-1400万)，搅拌10min。沉淀5min后，分离出上清液和絮状沉淀。
取上清液测试COD和总磷，结果如图3所示。从图3可以看出：磁加载混凝出水(即上清液)的吸收峰面积大幅减小，这说明采用本发明所制备的磁粉对垃圾渗滤液进行磁加载混凝工艺处理可以大幅度去除垃圾渗滤液中的有机污染物，结合测试知COD和总磷去除率分别为65％和95％。
上述絮状沉淀采用600r/min搅拌10min破坏絮体，使磁粉释放出来，再利用800Gs场强进行磁选回收磁粉，磁选5次。磁粉回收率如表3所示，可以看出仅有1.49％的磁粉损失。
表3磁粉回收率
Figure BDA0002522536730000051
将回收的磁粉按照与上述相同的条件用于垃圾渗滤液进行循环试验，结果如表4所示，循环效果不衰减。
表4磁粉循环效果
Figure BDA0002522536730000052
采用XRD对循环前后的磁粉进行成分分析，结果如图4所示，可以发现在循环试验前后，磁粉的特征峰没有发生明显的变化，这表明在循环过程中，磁粉具有较好的稳定性。
3、磁选尾渣的利用
如表1所示，上述所得尾渣的主要成分是弱磁性的FeSi，硅的质量百分含量约28-30％，较原电石渣铁，磁选尾渣中硅含量提升5-10％。因此，采用自来水对上述磁选尾渣进行清洗，在80℃下烘干后，即可作为冶金脱氧剂、球化剂等使用或者出售。
综上所述，本发明采用破碎—研磨—磁选的工艺可以将电石渣铁精细化分离成磁粉和高硅尾渣，提升其价值。其中，磁粉在垃圾渗滤液的磁加载混凝中，处理效果较好，沉降时间短，仅需5min，并且可以去除65％的COD和95％的总磷，做到了“以废治废”，具有较好的经济、环境效益。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思所进行的等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电石渣铁制备磁粉处理垃圾渗滤液的方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤S1，干燥：将电石渣铁清洗去除表面灰尘，然后在60-80℃下烘干；
步骤S2，破碎：采用破碎机将烘干后的电石渣铁破碎至粒度在200mm以下；
步骤S3，研磨：对步骤S2破碎的电石渣铁进行研磨处理，通过球磨机或机械振动磨机研磨至74μm以下，得到细粒电石渣铁；
步骤S4，磁选：对步骤S3获得的细粒电石渣铁进行磁选处理，并获得精矿和尾渣；其中，所得精矿为磁粉；所得精矿主要成分为Fe5Si3和Fe3Si，铁的质量百分含量80-85％，比饱和磁化强度＞75emu/g；
步骤S5，处理垃圾渗滤液：预调节垃圾渗滤液的初始pH为2-10，然后在快速搅拌阶段加入磁粉和混凝剂，接着在慢速搅拌阶段加入絮凝剂，静置后，分离出上清液和絮状沉淀；所得上清液相比垃圾渗滤液的COD和总磷去除率分别为60％以上和90％以上；
其中，每升垃圾渗滤液中磁粉的投加量为100-400mg，每升垃圾渗滤液中混凝剂的投加量为400-1600mg，每升垃圾渗滤液中絮凝剂的投加量为1-7mg。
2.根据权利要求1所述的一种电石渣铁制备磁粉处理垃圾渗滤液的方法，其特征在于所得尾渣主要成分为FeSi，铁的质量百分含量55-60％，硅的质量百分含量28-30％；所述尾渣作为脱氧剂或球化剂用于冶金中。
3.根据权利要求1所述的一种电石渣铁制备磁粉处理垃圾渗滤液的方法，其特征在于步骤S3中研磨的强度为700-750r/min，研磨时间5-10min；步骤S4中，所述磁选的磁场强度为500-1000Gs，磁选次数2-4次，每次磁选时间10-20分钟。
4.根据权利要求1所述的一种电石渣铁制备磁粉处理垃圾渗滤液的方法，其特征在于步骤S5所得絮状沉淀经磁选分离出磁粉进行回收和再利用。
5.根据权利要求4所述的一种电石渣铁制备磁粉处理垃圾渗滤液的方法，其特征在于磁粉回收时，采用高速搅拌500-800r/min搅拌5-15min破坏絮状沉淀，使磁粉释放出来，再利用500-1000Gs场强进行磁选回收，重复5-8次。
6.根据权利要求1所述的一种电石渣铁制备磁粉处理垃圾渗滤液的方法，其特征在于所述垃圾渗滤液是垃圾中转站里产生的，COD为2250-2650mg/L，总磷含量为4.5-6.0mg/L，氨氮含量为650-800mg/L，pH为8-9。
7.根据权利要求1所述的一种电石渣铁制备磁粉处理垃圾渗滤液的方法，其特征在于预调节垃圾渗滤液的初始pH为5.5-6.5，采用无机碱、无机酸进行预调节；所述的快速搅拌速度200-300r/min，搅拌时间1-3min；所述的慢速搅拌速度100-150r/min，搅拌时间5-10min。
8.根据权利要求1所述的一种电石渣铁制备磁粉处理垃圾渗滤液的方法，其特征在于所述的混凝剂为聚合氯化铝、硫酸铝、硫酸亚铁、硫酸铁及三氯化铁中的一种或多种，所述的絮凝剂为聚丙烯酰胺。
9.根据权利要求1所述的一种电石渣铁制备磁粉处理垃圾渗滤液的方法，其特征在于所述静置的时间为5-10min。
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