硅酸盐固废的除杂方法及其应用技术

本申请公开了硅酸盐固废的除杂方法及其应用。该除杂方法包括以下步骤：（A）将待处理的硅酸盐固废加热熔融形成熔体，并使该熔体在还原反应过程中发生分层；（B）将所述分层得到的上层熔体组分进行磁相诱导析晶，得到铁磁相固体；（C）将所述铁磁相固体进行磁选，所得剩余相即为除杂后固废。该除杂方法能够有效降低除杂后固废包括氧化铁的主杂质含量，除杂后固废作为原料可以直接用于绝缘陶瓷、微晶玻璃等高附加值材料的制备。

【技术实现步骤摘要】
硅酸盐固废的除杂方法及其应用
本专利技术涉及固废处理的
，尤其涉及硅酸盐固废的除杂方法及其应用。
技术介绍
煤矸石、赤泥、粉煤灰、钢渣、尾矿等大宗硅酸盐固废产量极大，难以处理。一般通过填埋、堆场堆存的方式保存，不仅占用土地资源，而且对环境造成极大的污染，堆场易发生溃坝、垮塌事故，对人民生命财产安全也存在威胁。这些固废中的主要物质有Al2O3、SiO2、CaO、MgO等，是生产陶瓷、微晶玻璃、水泥等高附加值材料的主要原料。因此，对这些固废进行处理，变废为宝十分有必要。但是这些固废中多含有Fe2O3、Na2O、K2O、P2O5和一些重金属元素。若不将这些杂质元素进行分离，杂质元素的存在会对固废为原料所制备材料的性能产生极大影响，从而影响固废的有效利用与转化。科研工作者尝试了数种方法来分离固废中的杂质。中国专利技术专利CN112570127A公布了一种去除钒渣中铁的生产线。通过破碎装置、收尘装置、以及磁选装置实现了五氧化二钒的回收以及钒渣中磁性铁的去除。中国专利技术专利CN104404260A公开了一种从钢渣中分离有价金属的方法。将钢渣与粘结剂、添加剂、还原剂混合造球后进行还原焙烧，获得含有氧化锌、氧化铅的烟气以及尾渣和铁粉的混合物，通过磁选的方式分离得到铁粉和尾渣。中国专利技术专利CN107447113A公开了一种从赤泥和/或含铁固废中分离铁和铝的方法。将赤泥和/或含铁固废进行酸浸和还原处理，得到残渣和还原液，依次调节还原液的pH为三价铝离子和二价铁离子的沉淀pH区间，分离出铝和铁。以上现有技术中，采用碳混合固废焙烧结合磁选的方式来分离固废中的铁氧化物和其他杂质，这种工艺需要通常包含将固废破碎至粉末状，和碳粉充分混合后进行长时间焙烧（长达2-20h）等实现固废中杂质的祛除。这种工艺需要较长的焙烧时间，还原出的主流杂质元素易在空气气氛下二次氧化，碳粉和固废无法充分混合也会导致部分氧化物无法被还原，从而引起除杂后固废主杂质含量过高。
技术实现思路
有鉴于此，本申请提供硅酸盐固废的除杂方法及其应用，能够有效降低除杂后固废的主杂质含量。根据所属领域技术人员普遍的认知水平，硅酸盐固废中的主杂质主要是Fe2O3、Na2O、K2O、P2O5或者其它金属氧化物。而氧化铁杂质的去除是决定除杂效果的最大瓶颈。为了较好地去除这些氧化铁主杂质，通常会尝试提高还原反应的转化率。例如提高还原反应中物料接触面积，具体地，将还原剂、待处理固废充分粉碎再分散得到混合料，将使混合料焙烧并发生还原反应。尽管如此，始终从根本上难以避免还原反应出的铁单质在体系中的长时间停留而被再次氧化，即导致最终固废中氧化物杂质去除效果有限。本专利技术人摒弃了习知技术中的除杂思路。意外地发现，将硅酸盐固废还原反应的控制在使硅酸盐固废成熔融状态的温度后，在此种状态下的还原反应，能够使得主杂质的一部分组分蒸发，未蒸发的杂质组分会发生物理分层形成上层组分、下层组分，下层组分主要是由氧化铁还原而成的铁单质而较容易被即可分离出。更重要的是，由于下层铁单质被上层组分与外界隔绝，降低了其被再次被氧化的可能性；并且由于下层组分可较容易被即可分离，也避免了长时间停留在体系中增加再次氧化的可能性。而后对上层组分中残留的氧化铁先后实施进行磁相诱导析晶、磁选从而彻底去除，由此提高了主杂质的去除效果。基于此，创造了本申请。第一方面，本申请提供硅酸盐固废的除杂方法，其由包括以下步骤的方法所制得：（A）将待处理的硅酸盐固废加热熔融形成熔体，并使该熔体在还原反应过程中发生分层；（B）将所述分层得到的上层熔体组分进行磁相诱导析晶，得到铁磁相固体；（C）将所述铁磁相固体进行磁选，所得剩余相即为除杂后固废。硅酸盐固废本申请硅酸盐固废是指含有硅酸盐成分（此处，硅酸盐成分有铝硅酸盐、镁硅酸盐等等）的固体废弃物，其包涵但不限于煤矸石、赤泥、粉煤灰、钢渣、尾矿等铝硅酸盐。还原反应本申请中还原反应的形式可采用任何现有技术的形式，例如可使用向其中通入还原性气氛，氢气、一氧化碳等或者使用固相还原剂。作为一种较佳实现方式，本申请中的还原剂可以是石墨（以容器形式），即将熔体盛放在石墨材质容器内，例如石墨坩埚等。需要特别注意的是，由于石墨材质容器内盛放的熔体为液相，其与石墨本身具有可靠性的接触，能确保石墨能足够好对熔体进行还原。并且石墨材质容器的石墨同时也能消耗反应体系中的氧气，而造成反应体系为无氧环境，与此同时消耗氧气所产生的一氧化碳气体也能作为还原熔体的还原剂。还原反应所得到的铁单质，由于密度较大，其能在整个熔体反应体系中形成下层组分，下层组分能较容易被分离转移出熔体体系，这样铁单体不会滞留在体系中而增加氧化的可能性。需要补充的是，前述石墨材质容器还能利于熔体所形成的下层组分、上层组分的转移。在一个典型的方案中，基于还原的彻底性之考虑，还原反应的时间可为2~5min，例如2min、2.5min、3min、4min、4.5min、5min等。加热熔融本申请在加热熔融同时会使得部分沸点低的杂质组分挥发出去。基于轻组分更好的挥发效果之考虑，加热熔融温度可为1400~1600℃，例如1400℃、1410℃、1450℃、1480℃、1500℃、1520℃、1550℃、1580℃、1500℃等。至于加热的升温方式，可采用梯度升温，例如可以在在5-10min升温至该预定的温度内。加热熔融的加热设备为电磁感应加热炉，鉴于电磁感应加热炉的加热速度较快。本申请在电磁感应加热炉内配置有用以容置待处理的硅酸盐固废的石墨内衬。石墨内衬能在磁场中产生涡流，迅速加热容器；同时，也作为容器能与空气中的氧气反应生成一氧化碳，放热，这样整体的加热效率会很快。一氧化碳气体能作为还原剂把无机固废中的有价金属还原。磁相诱导析晶磁场诱导析晶是指在磁场作用下，退火过程中，熔体中的铁磁性相（即氧化铁）会优先析出。对于磁场诱导析晶所形成的固相中含有非铁磁性相组分和铁磁性相组分，对于铁磁性相组分可以通过后续的磁选去除而达到分离目的。在一个典型的实施方案中，磁相诱导析晶的温度为850~950℃，例如850℃、860℃、880℃、900℃、920℃、940℃、950℃等；所述磁相诱导析晶的磁场强度为0.1~10T，例如0.1T、0.5T、1T、2T、4T、5T、8T、9T、10T等本领域技术人员已知的是，磁场诱导析晶包括退火过程中的降温。该降温较好地为0.5~1℃/min，例如0.5℃/min、0.55℃/min、0.6℃/min、0.7℃/min、0.8℃/min、0.9℃/min、1℃/min等。磁选磁选是指对含有铁磁相组分的固体中的铁磁相组分通过磁场选择加以分离的过程。作为一种参考地实现方式，磁选所粉粹的粒径小于100μm。所施加磁场的强度为70-100KA/m。预处理本申请在还在步骤（A）之前的预处理还可以包括：将硅酸盐固废进行粉碎至粒径不超过200μm；以及，将经过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硅酸盐固废的除杂方法，其特征在于，包括以下步骤：/n（A）将待处理的硅酸盐固废加热熔融形成熔体，并使该熔体在还原反应过程中发生分层；/n（B）将所述分层得到的上层熔体组分进行磁相诱导析晶，得到铁磁相固体；/n（C）将所述铁磁相固体进行磁选，所得剩余相即为除杂后固废。/n

【技术特征摘要】
1.一种硅酸盐固废的除杂方法，其特征在于，包括以下步骤：
（A）将待处理的硅酸盐固废加热熔融形成熔体，并使该熔体在还原反应过程中发生分层；
（B）将所述分层得到的上层熔体组分进行磁相诱导析晶，得到铁磁相固体；
（C）将所述铁磁相固体进行磁选，所得剩余相即为除杂后固废。


2.根据权利要求1所述除杂方法，其特征在于，所述加热熔融的温度为1400~1600℃。


3.根据权利要求1所述除杂方法，其特征在于，所述待处理的硅酸盐固废所使用的容器的材质为石墨。


4.根据权利要求1所述除杂方法，其特征在于，所述加热熔融的加热设备为电磁感应加热炉。


5.根据权利要求4所述除杂方法，其特征在于，所述电磁感应加热炉内配置有用以容置待处理的...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓腾飞，郭才胜，陈伟，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42