一种超声强化分离铜冶炼炉渣中的硅和铁并利用硅制备白炭黑的方法技术

本发明专利技术涉及一种超声强化分离铜冶炼炉渣中的硅和铁并利用硅制备白炭黑的方法，属于工业固体废弃物综合利用领域。首先将铜冶炼炉渣破碎至90％以上粒度小于0.075mm，然后在硝酸钠和超声波协同催化下、于氢氧化钠溶液中实现矿物相的转化和分离，对反应产物进行固液分离和洗涤，得到滤洗液和滤渣，滤洗液用于制备白炭黑，滤渣的主要成分是赤铁矿、能用于炼铁作业。本发明专利技术通过在铜冶炼炉渣中加入氢氧化钠和硝酸钠，在超声强化条件下将渣中的硅转化为硅酸钠，使结构和组成复杂的铜冶炼渣中的硅与渣中的铁、钙、铜等杂质元素分离，制备出高附加值的白炭黑产品后，其副产品滤渣直接用于炼铁作业的优质炼铁原料，从而实现高效利用铜冶炼渣中硅和铁的目的。中硅和铁的目的。中硅和铁的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种超声强化分离铜冶炼炉渣中的硅和铁并利用硅制备白炭黑的方法


[0001]本专利技术涉及工业固体废弃物综合利用领域，具体涉及一种超声强化分离铜冶炼炉渣中的硅和铁并利用硅制备白炭黑的方法。

技术介绍

[0002]铜冶炼渣是铜冶金行业中的一种主要的大宗固体废弃物，因组成结构复杂，综合利用率极低。多年来，冶金企业一直将铜冶炼渣堆弃于露天环境中，不但占用大量的土地资源，渣中砷铅等有毒有害元素和镍钴等重金属，也会随着雨水的冲蚀及地表径流而进入地表水系和土壤中，从而对水体、土壤及农作物产生污染。从1996年以来，我国一直是全球最大的有色金属生产国，但冶金原料中的金属含量往往不高，且常常同铅、砷等有毒元素伴生或者共生，冶炼过程中也需配入大量氧化钙、二氧化硅等熔剂，因此冶金炉渣的产量巨大。2020年，精炼铜的生产量达1003万吨，每生产一吨精炼铜就会产生2.5吨以上的铜冶炼渣，新产生的以及自然环境中累积的铜冶金炉渣数量可见一斑，西南及南方诸省土地、河流和粮食农作物受重金属污染的报道此起彼伏，矿业产生的固体废弃物对人类的生存环境造成了巨大威胁。
[0003]铜冶炼炉渣中含有磁铁矿、玻璃质相和铁橄榄等矿物相组分，其中非晶态玻璃质相和铁橄榄石相是主要组成相，二者的占比分别达到45％
±
和40％
±
，玻璃质、铁橄榄石和磁铁矿中的铁占渣中全铁的比例分别为44.94％、44.30％和10.34％。铜冶炼炉渣中FeO与SiO2的含量和接近80％，而CaO含量却偏低，与硅酸盐水泥建材的成分差异较大，因此不能直接大量用于建材行业，只能作为辅料在建筑行业中应用。尽管最近的研究报道称，铜渣与其他材料搭配后烧制的水泥熟料可以获得优异的性能(秦守婉,申建军,吴春丽.熔渣、铜矿渣在水泥生产中的应用研究[J].硅酸盐通报,2013,32(4):572
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576,582.)。然而，铜渣中的氧化铁等碱性物质同大气中的水分和CO2发生化学反应而风化和溶解，碱性环境下也会引起膨胀，造成对建筑物破坏，限制了其在建材中的应用(胡纯清,衡晓志,喻国安.钢铜渣碱性膨胀造成建筑物破坏的调查研究[J].土工基础,2000,14(1):35
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38.；王枫,高波.某学校混凝土爆裂事故原因分析[J].混凝土与水泥制品,2011,(12):53
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55.)。
[0004]铜冶炼渣中铁的利用方法主要有高温氧化、磁选分离得到铁精矿，高温熔融还原富集提铁，以及高温煤基直接还原等方法。高温氧化、磁选分离的方法的主要工艺如下：在高温熔融铜冶炼炉渣中鼓入富氧空气或者氧气进行改性处理，促使渣中的氧化铁相转移、迁移、富集和结晶，实现粗化Fe3O4相的晶粒尺寸，达到有利于磁选分离、回收铁的目的。高温氧化、磁选分离可得到含铁54％的铁精矿，铁的回收率为90％左右。
[0005]高温熔融氧化铜渣、富集提取铁的工艺主要为：向1350℃的铜冶炼熔融体中加入氧化钙并通入氧气氧化铜渣，先将铁橄榄石中的铁组分转化为Fe3O4，再通过磁选得到铁精矿，铁精矿品位在61％以上，但铁的回收率为70％左右(刘纲,朱荣,王昌安,等.铜渣熔融氧化提铁的试验研究[J].中国有色冶金,2009,(1):71
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74；黄自力,罗凡,李密,等.从炼铜水
淬渣中回收铁的试验研究[J].矿产保护与和利用,2009,(3):51
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54.)。在铜渣中添加一定造渣剂CaO，在高温熔融状态还原熔炼铜渣中的铁，渣相和还原所得金属相澄清后分离得到金属铁，但熔融还原过程中铜进入铁水相中，导致铁水中铜含量高，而铁水中有效分离和去除铜仍然还是世界性的难题，这是该方案的不足之处(李磊,胡建杭,王华.铜渣熔融还原炼铁过程反应热力学分析[J].材料导报B,2011,25(7):114
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117.；胡建杭,王华,刘慧利,等.铜渣在不同煅烧温度的晶相结构[J].湖南科技大学学报(自然科学版),2011,26(2):97
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100.)。
[0006]以褐煤为还原剂、在高温(1250℃)下直接还原铜渣中铁的研究，结果表明渣中的Fe3O4、2FeO
·
SiO2能直接还原为铁，而且加入铜渣质量10％的氧化钙能提高渣中铁的还原效率，通过控制还原温度、还原时间及物料的粒度，实现还原产物中金属铁颗粒的尺寸和金属铁的界面特性定向控制的目的，金属铁易于解离和磁选分离而获得铁质量分数为92.05％的铁粉(杨慧芬,景丽丽,党春阁.铜渣中铁组分的直接还原与磁选回收[J].中国有色金属学报,2011,21(5):1165
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1170.)。
[0007]高温氧化方案在温度高达1350℃的条件下将渣中的铁化合物转变为Fe3O4，然后通过磁选回收渣中的铁资源。中低温氧化工艺也只涉及铜渣中铁橄榄石相中铁氧化为磁性氧化铁、进而磁选为铁精矿产品。然而，无论是高温氧化还是中低温氧化工艺，铁达到合格铁精矿品位时回收率皆不高，且以磁性氧化铁的形式回收铜渣中的铁，进入高炉进行炼铁作业时消耗的还原剂量增加，后续工艺的能耗高。高温熔融还原要求的温度在1380℃以上，煤基直接还原也高达1250℃，能耗高是致命的硬伤。而且还原过程需消耗大量的碳，也会产生大量的温室气体CO2。
[0008]综上，目前铜冶炼渣中硅未能有效利用，且渣中铁的利用技术存在回收率低、能耗高、污染环境的缺陷，也未在工业实践中加以应用。

技术实现思路

[0009]针对上述现有技术存在的问题及不足，本专利技术提供一种超声强化分离铜冶炼炉渣中的硅和铁并利用硅制备白炭黑的方法。通过在铜冶炼炉渣中加入氢氧化钠和硝酸钠，在超声强化条件下将渣中的硅转化为硅酸钠，使结构和组成复杂的铜冶炼渣中的硅与渣中的铁、钙、铜等杂质元素分离，制备出白炭黑产品后，其副产品滤渣直接用于炼铁作业的优质炼铁原料，从而实现高效利用铜冶炼渣中硅和铁的目的。本专利技术通过以下技术方案实现。
[0010]一种超声强化分离铜冶炼炉渣中的硅和铁并利用硅制备白炭黑的方法，其特征在于按以下步骤进行：
[0011]步骤1、粉碎：将铜冶炼渣进行粉碎，得到粉状铜冶炼渣；
[0012]步骤2、超声强化浸出：将步骤1得到的粉状铜冶炼渣称取100g加入到超声加压反应釜中，加入质量浓度为20％～60％的氢氧化钠溶液400～800mL，加入硝酸钠，硝酸钠的加入量为粉状铜冶炼渣质量的5％～20％，在120～200℃并超声波辐照下搅拌反应1.0～3.0h，待反应结束后，将反应物冷却至温度低于80℃；
[0013]步骤3、固液分离：将步骤2中冷却后的反应产物进行固液分离和洗涤，得到滤洗液和滤渣；
[0014]步骤4、陈化：将步骤3中得到的滤洗液加热至80～90℃，在搅拌状态下加入10％～
30％的稀硫酸溶液将滤洗液的pH调整至2.5～3.5，继续搅拌反应1.0～2.0h，待反应结束后静置陈化1.5～2.5h，得陈化后的沉淀物；
[0015]步骤5、过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声强化分离铜冶炼炉渣中的硅和铁并利用硅制备白炭黑的方法，其特征在于按以下步骤进行：步骤1、粉碎：将铜冶炼渣进行粉碎，得到粉状铜冶炼渣；步骤2、超声强化浸出：将步骤1得到的粉状铜冶炼渣称取100g加入到超声加压反应釜中，加入质量浓度为20％～60％的氢氧化钠溶液400～800mL，加入硝酸钠，硝酸钠的加入量为粉状铜冶炼渣质量的5％～20％，在120～200℃并超声波辐照下搅拌反应1.0～3.0h，待反应结束后，将反应物冷却至温度低于80℃；步骤3、固液分离：将步骤2中冷却后的反应物进行固液分离和洗涤，得到滤洗液和滤渣；步骤4、陈化：将步骤3中得到的滤洗液加热至80～90℃，在搅拌状态下加入10％～30％的稀硫酸溶液将滤洗液的pH调整至2.5～3.5，继续搅拌反应1.0～2.0h，待反应结束后静置陈化1.5～2.5h，得陈化后的沉淀物；步骤5、过滤：将步骤4中得到的沉淀物进行过滤并洗涤，得到滤饼；步骤6、干燥：将步骤5中得到的滤饼于105～110℃干燥后1～2h即得...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖亚龙，吴越，苏博文，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：