CN114588999A - 一种铁尾矿低碳绿色制备高纯SiO2方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种铁尾矿低碳绿色制备高纯SiO2方法，属于固废资源化利用技术领域。该方法将铁尾矿筛分后，利用旋转溜槽把粗尾矿中的富铁物料和提硅余料分离出来；然后将细粒尾矿和提硅余料破碎、研磨；进一步对研磨的细粒尾矿进行一粗一精磁选，获得SiO2粗精粉；进行常规工艺高温水淬和超声多段精提纯；最终过滤、用去离子水冲洗为中性、干燥，获得高纯SiO2产品。分离提取的富铁物料可以考虑生产高炉炼铁的铁精粉，尾渣可作为造砖、铺路等原料使用。本发明既可实现铁尾矿减量化及资源化利用，满足绿色材料制备工业需求，又可延伸产业链生产高附加值产品，促进生态修复。超导强磁比常规电磁分离节能90％，无氟无废排放，实现经济、生态环境及社会效益并举。

Description

一种铁尾矿低碳绿色制备高纯SiO2方法
技术领域
本发明涉及固废资源化利用技术领域，特别是指一种铁尾矿低碳绿色制备高纯SiO2方法。
背景技术
石英是重要的工业矿物原料，广泛用于玻璃、铸造、陶瓷及防火材料、冶炼硅铁、冶金熔剂、冶金、建筑、化工、塑料、橡胶、磨料、滤料等工业。高纯石英具有耐高温、热膨胀系数小、高度绝缘、耐腐蚀及独特的光学特性，使得其在半导体、光学器件、光通讯、太阳能等领域中占有举足轻重的地位。我国早期的高纯石英砂原料主要为次级水晶，但由于传统原料熔炼水晶资源已濒临枯竭。目前，中国大部分高纯度石英砂都是进口的，进口的高纯石英砂高达数万元/t，高额的费用已经造成巨大的经济损失，并且这种情况对我国石英业的发展产生了很大影响。
随着我国大规模基础设施建设和工业化进程的快速推进，矿产资源开采量和消费量迅速猛增，矿产原料资源日益枯竭，资源与生态环境压力日益凸显。据估计，我国铁尾矿积蓄量约80多亿吨，且每年按1.2-1.3亿t的速度递增，而已开发利用量不足10亿吨。大量堆存的铁尾矿如不及时处理会占用大量农田和林业土地，经风吹雨淋会对空气、土壤及地下水体造成严重污染，导致溃坝等灾害发生，破坏周边的生态环境，对人类生存与健康构成很大威胁，不利于行业向环境友好型企业的转型，同时，还会导致大量有价二次资源的浪费。
目前，国外尾矿的再利用主要集中在用其制备建筑材料、复垦植被、用作肥料、土壤改造剂或建生态保护区等方面。我国铁尾矿综合利用起步相对较晚，大多数的研究集中在低附加值产品的初加工和作为采空区的充填材料等方面。然而对铁尾矿的分级分质、再磨细化、深度提取有价元素研究还很少。鉴于尾矿所具有的巨大的环境效益、经济效益、社会效益及应用技术等特性，可研究利用尾矿生产高附加值的工业产品。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种铁尾矿低碳绿色制备高纯SiO2方法，该方法将铁尾矿分级、重选、磨矿、超强磁选和超导辅助化学精提纯耦合生产高附加值的SiO2产品。该技术既解决固废造成环境污染的问题，又实现固废中有价元素资源化利用，具有较高的经济和社会效益。
该方法包括步骤如下：
S1：筛分：将铁尾矿筛分为粒径+100目的粗粒尾矿和-100目的细粒尾矿，为后续SiO2除杂降低负荷；
S2：重选：利用旋转溜槽把S1中得到的粗粒尾矿中的富铁物料和提硅余料分离出来；
S3：磨矿：将S1中得到的细粒尾矿和S2中得到的提硅余料破碎、磨矿至粒径200～400目；
S4：超强磁选：采用超导高梯度强磁设备对S3磨矿后的物料在磁场强度为0.8～2T下进行弱磁选，得到一次精矿和一次尾矿；一次精矿再在磁场强度为3～5T下进行强磁选，得到SiO2粗精粉和二次尾矿；
S5：超声多段酸浸：将S4所得的SiO2粗精粉进行高温水淬，再在超声辅助下进行常压2～4段搅拌酸浸，最终过滤，将滤渣用去离子水冲洗为中性后烘干，获得SiO2含量大于99.9％的高纯SiO2产品。
其中，S1中铁尾矿的SiO2含量为60％以上。
S2中重选在矿浆浓度为8～15％，单台给矿量为60～300L/h条件下进行。
S4中超导高梯度强磁设备的钢毛体积填充率为5～15％；
弱磁选和强磁选时，矿浆分散剂占比为原尾矿量的1～10‰，矿浆浓度为10～150kg/m3，矿浆流速为0.1～1.5m/s。
S5中高温水淬温度为900～1100℃，水淬时间为5～8min。
S5中每段酸浸温度为50～80℃，浸出液与水淬SiO2粗精粉的液固比为3～5:1，酸浸时间为6～14h，超声功率为400～4000W。
上述浸出液为硫酸溶液、盐酸溶液中的一种或两种；其中硫酸溶液的质量浓度为18～25％，盐酸溶液的质量浓度为20～30％。
当浸出液为硫酸溶液和盐酸溶液的混合溶液时，混合酸中硫酸和盐酸的体积比为(1～3):1。
S5中酸浸设备出口安装冷凝装置，避免加热过程中浸出液中酸蒸发。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，采用尾矿分级、重选、磨矿、一粗一精磁选和超声辅助化学精提纯耦合技术，通过合理的设备配置实现铁尾矿的逐级分选、解离及提纯，最终制备出高纯SiO2产品。相对于其他的提纯工艺，本发明的铁尾矿的提取工艺加工流程简单，产品质量高，生产成本低，能够提取高纯度的SiO2产品。此外，超导磁分离和常规电磁相比节能90％，可低碳下运行制备高附加值SiO2产品，过程无废水、废气排放，实现固废资源循环利用变废为宝，经济效益显著，同时具有社会效益和生态环境效益，应用前景广阔。含铁余料可以进一步提纯制备铁精粉供高炉炼铁使用；尾渣可做矿坑和公路填充料，最终实现高硅固废资源分级利用。整个工艺过程做到物尽其用，固废实现减量化、资源化和生态化利用，生态环境效益显著。
附图说明
图1为本发明的铁尾矿低碳绿色制备高纯SiO2方法工艺流程图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种铁尾矿低碳绿色制备高纯SiO2方法。
如图1所示，该方法包括步骤如下：
S1：筛分：将铁尾矿筛分为粒径+100目的粗粒尾矿和-100目的细粒尾矿，为后续SiO2除杂降低负荷；
S2：重选：利用旋转溜槽把S1中得到的粗粒尾矿中的富铁物料和提硅余料分离出来；
S3：磨矿：将S1中得到的细粒尾矿和S2中得到的提硅余料破碎、磨矿至粒径200～400目；
S4：超强磁选：采用超导高梯度强磁设备对S3磨矿后的物料在磁场强度为0.8～2T下进行弱磁选，得到一次精矿和一次尾矿；一次精矿再在磁场强度为3～5T下进行强磁选，得到SiO2粗精粉和二次尾矿；
S5：超声多段酸浸：将S4所得的SiO2粗精粉进行高温水淬，再在超声辅助下进行常压2～4段搅拌酸浸，最终过滤，将滤渣用去离子水冲洗为中性后烘干，获得SiO2含量大于99.9％的高纯SiO2产品。
下面结合具体实施例予以说明。
在具体实施中，以铁尾矿通过以下实验流程逐步提纯，最终得到含量不低于99.9％的高纯SiO2产品。
(1)筛分：将铁尾矿(化学成分如表1所示)筛分为粒径+100目的粗粒尾矿和-100目的细粒尾矿，为后续SiO2除杂降低负荷；
(2)重选：利用旋转溜槽在矿浆浓度为9％，给矿料为120L/t条件下将粗尾矿中的富铁物料和提硅余料分离出来；
(3)磨矿：将细粒铁尾矿和提硅余料研磨、破碎至粒径325目；
(4)超强磁选：采用超导高梯度强磁设备对步骤(3)所得的微细粒尾矿在磁场强度为0.8T下进行弱磁选，得到一次精矿和一次尾矿；其后一次精矿再在磁场强度为5T下进行强磁选，得到94.5％的SiO2粗精粉和二次尾矿；其中钢毛体积填充率为12％，矿浆分散剂占比为原尾矿量的10‰，矿浆浓度为60kg/m3，矿浆流速为1.1m/s。
(5)超声多段酸浸：将步骤(4)所得的SiO2粗精粉进行高温水淬，再在超声辅助下进行常压两段搅拌酸浸，进一步去除SiO2粗精粉中的铁、铝等杂质元素；最终过滤、用去离子水冲洗为中性、干燥。所述的两段酸浸条件相同，酸浸条件均如下：温度为70℃，酸浸时间为12h，浸出液与水淬SiO2粗精粉的液固比(ml/g)为5:1，超声功率为2000W条件下进行；浸出液为硫酸溶液、盐酸溶液的混合物；其中硫酸溶液的质量浓度为20％，盐酸溶液的质量浓度为25％，混合酸中硫酸和盐酸的体积比为1:1；酸浸设备出口安装冷凝装置，以减少加热过程中浸出液中酸蒸发，浸出液收集回用。
最终获得的高纯SiO2经化学分析(ICP-MS测量高纯SiO2中杂质元素含量，再采用差减法计算SiO2含量)测得SiO2含量达到99.92％。
表1铁尾矿化学成分(wt.％)
Figure BDA0003537298690000051
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种铁尾矿低碳绿色制备高纯SiO2方法，其特征在于，包括步骤如下：
S1：筛分：将铁尾矿筛分为粒径+100目的粗粒尾矿和-100目的细粒尾矿，为后续SiO2除杂降低负荷；
S2：重选：利用旋转溜槽把S1中得到的粗粒尾矿中的富铁物料和提硅余料分离出来；
S3：磨矿：将S1中得到的细粒尾矿和S2中得到的提硅余料破碎、磨矿至粒径200～400目；
S4：超强磁选：采用超导高梯度强磁设备对S3磨矿后的物料在磁场强度为0.8～2T下进行弱磁选，得到一次精矿和一次尾矿；一次精矿再在磁场强度为3～5T下进行强磁选，得到SiO2粗精粉和二次尾矿；
S5：超声多段酸浸：将S4所得的SiO2粗精粉进行高温水淬，再在超声辅助下进行常压2～4段搅拌酸浸，最终过滤，将滤渣用去离子水冲洗为中性后烘干，获得SiO2含量大于99.9％的高纯SiO2产品。
2.根据权利要求1所述的铁尾矿低碳绿色制备高纯SiO2方法，其特征在于，所述S1中铁尾矿的SiO2含量为60％以上。
3.根据权利要求1所述的铁尾矿低碳绿色制备高纯SiO2方法，其特征在于，所述S2中重选在矿浆浓度为8～15％，单台给矿量为60～300L/h条件下进行。
4.根据权利要求1所述的铁尾矿低碳绿色制备高纯SiO2方法，其特征在于，所述S4中超导高梯度强磁设备的钢毛体积填充率为5～15％；
弱磁选和强磁选时，矿浆分散剂占比为原尾矿量的1～10‰，矿浆浓度为10～150kg/m3，矿浆流速为0.1～1.5m/s。
5.根据权利要求1所述的铁尾矿低碳绿色制备高纯SiO2方法，其特征在于，所述S5中高温水淬温度为900～1100℃，水淬时间为5～8min。
6.根据权利要求1所述的铁尾矿低碳绿色制备高纯SiO2方法，其特征在于，所述S5中每段酸浸温度均为50～80℃，每段搅拌酸浸的浸出液与水淬SiO2粗精粉的液固比为3～5:1，酸浸时间为6～14h，超声功率为400～4000W。
7.根据权利要求6所述的铁尾矿低碳绿色制备高纯SiO2方法，其特征在于，所述浸出液为硫酸溶液、盐酸溶液中的一种或两种；其中硫酸溶液的质量浓度为18～25％，盐酸溶液的质量浓度为20～30％。
8.根据权利要求7所述的铁尾矿低碳绿色制备高纯SiO2方法，其特征在于，所述浸出液为硫酸溶液和盐酸溶液的混合溶液时，混合酸中硫酸和盐酸的体积比为(1～3):1。
9.根据权利要求1所述的铁尾矿低碳绿色制备高纯SiO2方法，其特征在于，所述S5中酸浸设备出口安装冷凝装置，避免加热过程中浸出液中酸蒸发。
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