一种从氧化锆副产硅灰中分离提纯球形SiO制造技术

本发明专利技术涉及一种从氧化锆副产硅灰中分离提纯球形SiO

Separation and purification of spherical SiO from by-product silica fume of zirconia

【技术实现步骤摘要】
一种从氧化锆副产硅灰中分离提纯球形SiO2的方法
本专利技术涉及一种从氧化锆副产硅灰中分离提纯球形SiO2的方法，属于固废矿物深加工及环保

技术介绍
众所周知：生产电熔氧化锆过程中也会产生的副产品硅灰，是在高温电熔氧化锆高温脱硅过程中，电炉内产生出大量挥发性很强的SiO2和Si气体，该气体从炉内排出后与空气氧气迅速氧化冷凝而成的粒径细小的SiO2颗粒物。正常情况下，每吨电熔氧化锆产品可收集到450-500kg的硅灰。主要理化指标：SiO290-98％，烧失量0.1-1.0％，平均粒径0.15-0.85um，自然堆积密度为180-240kg/m3，加密后堆积密度480-650kg/m3，矿相结构为非晶质球形颗粒。与冶炼硅铁、冶炼工业硅行业相比，电熔氧化锆行业的硅灰杂质少、颜色灰白、纯度高、流动性好、反应活性高等特点。具体技术指标如下：其用途主要用于不定型耐火材料、建筑、陶瓷、颜料、化工等行业。可用于建筑用的水泥混泥土，能降低混泥土中水泥用量，消除材料偏析，提高混泥土强度，增强耐磨性和耐久性，提高钢筋的耐腐蚀性等；在不定形耐火材料中，能有效减少加水量，有良好的触变性，又能起到低温结合作用，是最理想的结合剂、粘结剂、添加剂和性能改善掺合物；用于钢包的不定形浇注料中，能起到耐高温和钢水保温等作用；用于高铝砖、镁砖、滑动水口砖、窑炉和其它高温设备等的耐火材料中可提高产品质量等级，充当其它普通耐火材料胜任不了的角色。从氧化锆副产硅灰的化学成分看，其主要杂质除二氧化锆、三氧化二铝、三氧化二铁外，还有碱金属、碱土金属及碳等杂质，导致其存在粒径小、比表面积大、表面能高、活性强、质量轻、易团聚进而难以提纯的问题。而当今的电熔氧化锆生产企业由于缺少分离与提纯技术，都把该硅灰直接当做冶金硅一样作为混泥土添加料、陶瓷添加料等使用，甚至对于容易吸潮板结的硅灰直接当做垃圾倒掉。特别是其中的ZrO2、Al2O3、与SiO2相互吸附，欲将其分离掉实属不易，使分离后SiO2微粉的纯度达到99.8％以上更是难上加难。现有技术中存在用酸液高温酸洗SiO2以除去其表面杂质的方法，如HF、HCl等，但由于这些强酸能与SiO2发生化学反应，或多或少会破坏SiO2微球表面，导致最后影响其颗粒的球形度。同时HF、HCl都是剧毒的化学原料，储存与运输成本较大，在高温下挥发性极强，对环境污染大，后续废水处理难，必须采用两级处理才能达到达标排放。为了解决这些难题，我们把该难题当作一项课题来研究。经过长时间的研究，终于研发出从该硅灰中分离提纯球形SiO2的工艺技术，使分离提纯后的SiO2产品的使用价值和经济价值都得到极大的提升。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对氧化锆副产硅灰中含有杂质ZrO2、Al2O3、Fe2O3、Na2O、K2O、CaO、MgO及C，导致其粒径小、比表面积大、表面能高、活性强、质量轻、易团聚等特性，提供一种从氧化锆的硅灰中分离出球形SiO2的方法，使分离出的球形SiO2含量及颜色均得到明显的提高，且不破坏其球形特点。提纯后的球形SiO2产品可用于高档油漆、涂料、塑料填料、橡胶、精密铸造及大规模或超大规模集成电路等行业。本专利技术解决上述技术问题所采用的方案是：一种从氧化锆副产硅灰中分离提纯球形SiO2的方法，包括如下步骤：S1，超声分散打浆+超导磁选+沉淀分离组合除杂：用超声波将硅灰与水的混合溶液打成浆料，同时用超声波处理料浆，用超导磁选强除铁后送入沉淀装置内静置沉淀，沉淀槽底部的杂质(ZrO2、Al2O3、Fe2O3等)采取排渣的方式予以除去，单独收集再集中处理；把浆料用压滤机+离心机组合脱水得到低含水量的湿物料；以上步骤至少重复一次，以最大限度的去除ZrO2、Al2O3、Fe2O3杂质；S2，有机混酸高温除杂与增白：采取草酸+羟基乙酸组成的混合酸液高温化学法对于S1所得湿物料进行处理，溶除残存的金属杂质，然后对处理后的物料进行水洗、精洗、脱水、干燥；S3，高温流化床氧化焙烧除碳：将S2所得物料置于流化床焙烧炉中进行氧化焙烧，除掉残存的碳元素，得到粉体物料；S4，调配重液+高速离心分离除杂：调配密度为2.2g/cm3～2.3g/cm3的重液，将S3所得粉体物料置于该重液中超声+搅拌处理，当重液的密度在2.2g/cm3～2.3g/cm3时，SiO2粉体和重液经超声波+搅拌处理后，可以形成稳定的悬浮液，而氧化锆、三氧化二铝、三氧化二铁的密度均大于2.2～2.3g/cm3，用GQ型液-固分离型管式分离机分离或美国Ceeros公司产APD活塞式自动卸料管式分离机等分离设备，就很容易把ZrO2、Al2O3从悬浮液中分离掉，然后再收集该悬浮液，把该溶液的密度稀释到1.5-2.0g/cm3时，再用GQ型液-固分离型管式分离机分离出SiO2；然后再把SiO2纯化、干燥后即可得到高纯超细球形SiO2粉体物料。优选地，S1采用CTG型超声波提取釜制备浆料，所得浆料中固体物料占比15％～20％。优选地，S1中所述超导磁选磁场强度为5.5-8.5T。优选地，S2中混合酸液固液比为(20-40)：(60-80)，所述混合酸液中草酸含量为5～15％，羟基乙酸含量为0.5％～5％。优选地，S2中高温化学法处理的过程为：控制温度不超过65℃，将湿物料与混合酸液超声处理30-45min，再升温到85-95℃，在该温度下酸洗120-180分钟优选地，S3焙烧除碳过程为：在650-700℃下氧化焙烧45-60分钟，其间氧气的通入量控制为5-8Nm/h3。优选地，所述重液由三氯甲烷、四氯化碳、三溴甲烷、四溴乙烷、二碘甲烷、聚钨酸钠中的任一种或多种用乙醇或水调配而成。优选地，上述步骤可以根据实际需要，其顺序及打浆的溶剂可以进行调整，同样能达到预期的目的。但铁质能使三溴甲烷快速分解生成剧毒的溴光气。因此，为了做到安全第一，本文中选择先把物料除尽铁质后再使用调配的三溴甲烷重液。本专利技术采用草酸与羟基乙酸的混合酸液进行高温除杂，草酸和羟基乙酸在加热后除了对金属氧化物有很好的还原性和强络合性外，还有草酸在高温分解成CO、CO2和H2O等，几乎不会对环境有污染；二者均为固体物，好运输与储藏，且成本也较低；最终产生的废水只需要一级处理沉淀后即可全部回收使用，达到零排放；更重要的是因为草酸与羟基乙酸不与SiO2发生化学微球反应，对SiO2微球表面没有任何损伤，能够使得到的为求保持良好的球形度。本专利技术采用低浓度含固量的重液，配合超声波+搅拌的方法，能够有效地把SiO2与ZrO2、Al2O3从相互吸附与团聚状态完全分开。采用高速离心分离的办法能快速的把溶液中密度大于SiO2的ZrO2、Al2O3与SiO2分离出来，这与采用自然沉淀分离的方法相比其效果要快很多，且分离的效果好，分离后的产品纯度高。附图说明图1为本专利技术实施例1所得高纯超细球形二氧化硅粉体的电镜图。具体实施方式为更好的理解本专利技术，下面的实施例是对本专利技术的进一步说本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种从氧化锆副产硅灰中分离提纯球形SiO

【技术特征摘要】
1.一种从氧化锆副产硅灰中分离提纯球形SiO2的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，超声分散打浆+超导磁选+沉淀分离组合除杂：用超声波将硅灰与水的混合溶液打成浆料，用超导磁选强除铁后送入沉淀装置内静置沉淀，沉淀槽底部的杂质采取排渣的方式予以除去，单独收集再集中处理；把浆料用压滤机+离心机组合脱水得到低含水量的湿物料；以上步骤至少重复一次；
S2，有机混酸高温除杂与增白：采取草酸+羟基乙酸组成的混合酸液高温化学法对于S1所得湿物料进行处理，然后对处理后的物料进行水洗、精洗、脱水、干燥；
S3，高温流化床氧化焙烧除碳：将S2所得物料置于流化床焙烧炉中进行氧化焙烧得到粉体物料；
S4，调配重液+高速离心分离除杂：
调配密度为2.2g/cm3～2.3g/cm3的重液，将S3所得粉体物料置于该重液中超声+搅拌处理，得到稳定的悬浮液，采用分离机将密度较大的氧化锆、三氧化二铝、三氧化二铁分离出去，收集悬浮液，将重液密度调至1.5-2.0g/cm3，用分离机分离出悬浮液中的SiO2，将所得SiO2纯化、干燥后即可得到高纯超细球形SiO2粉体物料。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S1采用CTG型超声波提取釜制...

【专利技术属性】
技术研发人员：田辉明，田正芳，黄林勇，陈中文，江军民，雷绍民，
申请(专利权)人：黄冈师范学院，田辉明，
类型：发明
国别省市：湖北;42