一种富含稀有元素褐煤综合回收的方法技术

本发明专利技术公开了一种富含稀有元素褐煤综合回收的方法，该方法主要包括以下步骤：(1)原煤破碎、细磨；(2)低温等离子体处理，(3)湿法活化处理，通过添加活化剂，从褐煤中释放出锗、镓、锂、钒、稀土等稀有元素；(4)加温碱处理，(5)控电位酸处理，(6)废水处理与循环，处理工艺中提取稀有金属后残余酸液与碱处理过程残余碱液的中和与循环；本发明专利技术在兼顾生产成本的前提下，进行褐煤中稀有元素提取的同时，实现褐煤中残余有机质的产品化，残余固体量少且易于建材化，处理过程中残余酸碱溶液大部分可流程内处理并循环使用，具有高效节能的优势。具有高效节能的优势。具有高效节能的优势。

【技术实现步骤摘要】
一种富含稀有元素褐煤综合回收的方法


[0001]本专利技术公开了一种富含稀有元素褐煤综合回收的方法，涉及固体物料综合回收处理


技术介绍

[0002]褐煤是变质程度最低的煤种，是泥炭经脱水、压实转变为有机生物岩的初期产物。我国褐煤资源丰富，储量在2118亿吨左右，约占全国煤炭储量的13％。褐煤水分大，密度小，发热量低，有着清洁、低挥发和低硫的优点，但由于它富含挥发分，燃烧时会冒大量烟，这在一定程度上限制了褐煤的应用，并使得褐煤常被视为劣质燃料，因此，非常有必要研究开发褐煤的非燃料利用技术，变废为宝，实现褐煤资源的高附加值利用。
[0003]褐煤氧含量常达15～30％，全水分一般可达20％～50％，并且含有可溶于碱液的腐植酸，存在着丰富的有机质资源。这些有机质，如腐植酸，可作为钻井矿浆调整剂、工业用水稳定剂、水泥减水剂、锅炉除垢剂等，可广泛的用于农、林、牧、石油、化工、建材等诸多领域，展现出广阔的应用前景。同时，褐煤中含有丰富的锗、镓、稀土等有价金属元素。因此，加强对褐煤的综合利用，对于提升资源利用整体的效率与效益，具有深远意义。
[0004]当下，褐煤中有价组分的综合利用率仍然较低，针对褐煤中有价元素提取的研究也相对较少。目前多数研究围绕褐煤燃烧烟灰中锗、镓的提取展开，主流的方法多属火法、湿法两大类。而湿法提取过程用到较多量的酸、成本较高，火法提取过程中褐煤灰挥发率低，且挥发时间长，气氛难以保证。褐煤中稀土元素的提取研究尚处于起步阶段，现有技术普遍存在生产成本高，提取率偏低的问题。因此，亟需研究高效节能的从褐煤中综合提取稀有元素及有机质等有价组分的方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术在前期专利申请(一种从褐煤中综合提取稀有元素及有机质等有价组分的方法，申请号：202110534756.4)的基础上，为了进一步实现高效、节能以及拓宽后续处理工艺参数窗口等目的而提出了本专利技术。
[0006]相比于前一技术，本专利技术首先对原料褐煤进行低温等离子体处理，通过等离子体化气体促进褐煤中稀有元素负载有机物的氧化和解络，同时增大褐煤孔隙度和比表面积，有利于后续处理药剂溶液更好地深层次进入颗粒内部，从而提高稀有元素和有机质的提取率，随后经湿法活化处理、加温碱浸、控电位酸浸等流程，即可实现稀土的浸出率在202110534756.4的基础上得到一定的提升。同时湿法活化处理、加温碱浸、控电位酸浸等工艺的工艺参数窗口也得到拓宽。这为工业化应用提供了必要条件。
[0007]本专利技术的目的在于提供一种富含稀有元素褐煤综合回收的方法。针对褐煤中有价组分综合利用率低，稀有元素湿法提取过程酸量较多、成本较高，火法提取过程则往往存在挥发率低、挥发时间长、气氛难保证的问题本专利技术针对含稀有元素褐煤的特点，在兼顾生产成本的前提下，提出了原煤破碎、低温等离子体处理、湿法活化处理、加温碱处理、控电位酸
处理、废水处理与循环的工艺过程，为褐煤中稀有元素及有机质等有价组分的综合提取提供了较有前景的方法。
[0008]本专利技术一种富含稀有元素褐煤综合回收的方法，主要包括以下步骤：
[0009](1)原料的选择
[0010]选择80目以下的褐煤作为原料，所述原料中含有稀土元素和/或稀有金属元素；所述稀有金属元素选自锗、镓、锂、钒中的至少一种；
[0011](2)低温等离子体处理
[0012]将原料褐煤置于低温等离子体处理装置中，通入载气进行低温等离子体处理，待处理完后，将煤样取出得到处理煤样；低温等离子体处理时，控制放电功率小于200W；样品厚度小于5mm，优选为2～3mm；样品所处舱内容器转速为3～20rpm；处理温度为小于150℃；
[0013](3)湿法活化处理
[0014]将处理煤样与质量浓度1％～10％的活化剂按固液比为1:2～1:8、优选为1:2～1:5进行混合，混合后反应大于等于10min；通过混合初步释放褐煤中含有的稀有金属元素和/或稀土元素；固液分离后，得到浸出液和浸出渣。
[0015](4)加温碱处理
[0016]将(3)中所得的浸出渣与质量浓度2％～5％的碱溶液混合，固液比为1:10～1:20，溶液温度控制在70℃～95℃，处理时间10min～2h，深度释放褐煤中的稀有金属元素和/或稀土元素，并溶解出褐煤中的碱溶性有机质；固液分离后，得到固体A和加温碱处理后液；
[0017](5)控电位酸处理
[0018]向(4)中所得的加温碱处理后液中加入质量比0.1％～1％的络合剂，再加入质量浓度5％～10％的酸溶液，将溶液的pH值控制在0.5～2.0，促进有机质所络合的稀有金属元素和/或稀土元素的解析，并沉淀出酸不溶有机质；固液分离后，得到酸处理后液和固体B。
[0019]本专利技术一种富含稀有元素褐煤综合回收的方法，将原料褐煤置于低温等离子体处理装置中，通入载气进行褐煤低温等离子体处理，其中载气介质为O2、N2、空气，优选为O2、空气；放电功率为80～200W，优选为100～150W；样品厚度为1～5mm，优选为2～3mm；样品所处舱内容器转速为3～20rpm；处理温度为55～150℃，优选为80～130℃；处理时间为0.5～5h，优选为1.5～3.5h，进一步优选为1.5～3h。待处理完后，得到处理煤样，用做综合提取稀有元素及有机质等有价组分的原料。100～150W为低温等离子体处理最佳放电功率区间，若放电功率低于80W，舱内气体中的电子将较难在短时间获得足够的动能，电子无法大量从分子和原子中解离出来，无法实现气体物质的有效低温等离子体化；而功率过高时，因褐煤本身通常较易燃，若舱内温度不断累积，控制不当时则可能发生剧烈氧化或燃烧，不利于工艺的正常进行。同时本专利技术必须严格控制低温等离子体处理的温度，温度一旦过高，如大于等于180摄氏度，那么极易诱发体系的温度迅速升高，这不仅仅会降低有机质的含量，而且会极大增加处理的风险。
[0020]本专利技术一种富含稀有元素褐煤综合回收的方法，步骤(3)中，在无气泡产生条件下，将质量浓度1％～10％的活化剂加入到处理煤样中，(在工业上应用时混合方式以预处理剂慢速或滴加至处理煤样中为宜)，在25℃～75℃反应至少10min、优选为10min～16h、进一步优选为15min～10h。在本专利技术中，由于通过低温等离子体处理，其可以实现在较短的时间和较低温度下实现褐煤中含有的稀有元素如锗、镓、锂、钒、稀土的快速浸出。固液分离
后，浸出液为稀有金属溶液，可用于继续提取稀有金属，浸出渣可继续处理纯化有机质制备腐植酸，且此湿法活化处理后剩下的固体中主要含有铁、硅、钙、铝，因此也可用于制备建筑材料。在工业上应用时，由于褐煤通常含水率15％～35％，但由于本专利技术会采用低温等离子体处理；因此其不需要额外进行脱水处理。而且本专利技术中，适当的含水率有利于降低低温等离子体处理时出现失控的概率。
[0021]作为优选方案，用于本专利技术步骤(2)的原料褐煤的粒度为80
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200目。
[0022]本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种富含稀有元素褐煤综合回收的方法，其特征在于，主要包括以下步骤：(1)原料的选择选择80目以下的褐煤作为原料，所述原料中含有稀土元素和/或稀有金属元素；所述稀有金属元素选自锗、镓、锂、钒中的至少一种；(2)低温等离子体处理将原料褐煤置于低温等离子体处理装置中，通入载气进行低温等离子体处理，待处理完后，将煤样取出得到处理煤样；低温等离子体处理时，控制放电功率小于等于200W；样品厚度小于5mm，优选为2～3mm；样品所处舱内容器转速为3～20rpm；处理温度为小于150℃；(3)湿法活化处理将处理煤样与质量浓度1％～10％的活化剂按固液比为1:2～1:8、优选为1:2～1:5进行混合，混合后反应时间大于等于10min；通过混合初步释放褐煤中含有的稀有金属元素和/或稀土元素；固液分离后，得到浸出液和浸出渣。(4)加温碱处理将(3)中所得的浸出渣与质量浓度2％～5％的碱溶液混合，固液比为1:10～1:20，溶液温度控制在70℃～95℃，处理时间10min～2h，深度释放褐煤中的稀有金属元素和/或稀土元素，并溶解出褐煤中的碱溶性有机质；固液分离后，得到固体A和加温碱处理后液；(5)控电位酸处理向(4)中所得的加温碱处理后液中加入质量比0.1％～1％的络合剂，再加入质量浓度5％～10％的酸溶液，将溶液的pH值控制在0.5～2.0，促进有机质所络合的稀有金属元素和/或稀土元素的解析，并沉淀出酸不溶有机质；固液分离后，得到酸处理后液和固体B。2.根据权利要求1所述的一种富含稀有元素褐煤综合回收的方法，其特征在于：用于步骤(2)的原料褐煤的粒度为80
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200目。3.根据权利要求1所述的一种富含稀有元素褐煤综合回收的方法，其特征在于：将原料褐煤置于低温等离子体处理装置中，通入载气进行褐煤低温等离子体处理，其中载气介质为含氧气体和/或N2放电功率为80～200W；样品厚度为1～5mm，优选为2～3mm；样品所处舱内容器转速为3～20rpm；处理温度为55～15...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐鸿鹄，刘丙建，张臻悦，李梦闪，王翠，孙伟，王丽，韩海生，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：