一种高硅赤铁尾矿低碳高效提取高纯SiO2的方法与流程

一种高硅赤铁尾矿低碳高效提取高纯sio2的方法
技术领域
1.本发明属于固废资源循环利用技术领域，具体涉及一种高硅赤铁尾矿低碳高效提取高纯sio2的方法。

背景技术：

2.石英作为一种应用极其广泛的工业矿物原料，具有化学性质稳定、绝缘性好、耐高温等特点，广泛应用于玻璃制品、耐火材料、陶瓷、半导体和太阳能等领域。天然石英的主要成分为sio2，其中常含有少量杂质成分如：a12o3、na2o、cao、mgo等，并有多种类型。随着科技快速发展，我国对高纯石英的需求量逐年递增，并且供不应求。总杂质含量低于20ppm的高纯石英原料每吨价格高达几万元甚至十几万元人民币。每年我国都需要从国外进口大量的高纯石英，这给国民经济带来了严重压力。
3.随着资源需求增加，矿产资源也不断地开发利用，我国尾矿数量庞大。我国是钢铁生产大国，每年开采残留铁尾矿有数百万吨。铁尾矿长期堆叠，占用了大量的土地，使矿区周边的环境受到污染，需要大量的资金和人力对矿库区进行修复维护，甚至会发生尾矿库溃坝等事故。因此，寻一种合适的处理铁矿石尾矿的方法迫在眉睫。目前，铁尾矿主要用于铺路、造砖、尾矿复垦植被、尾矿用作肥料、土壤改造剂或建生态保护区等，这些粗放型利用将导致铁尾矿资源浪费。值得注意的是，铁尾矿中主要矿物以石英为主，含量可达65％以上，同时含有一定量的cao、al2o3、mgo、fe2o3、fe3o4等金属氧化物。为了有效地将铁尾矿中的石英资源进行分离提纯、回收利用，亟需提供一种从高硅铁尾矿中提纯sio2的分离提纯方法。
4103058203b公开了一种利用超导磁分离装置同时提取固废中铁硅元素的方法，利用超导高梯度磁分离装置，添加md-004及pfassb试剂分离与提取fe2o3和sio2。该发明添加pfassb会引入新的杂质，致使sio2含量降低，并且产生额外试剂费用。由于固废中含有大量磁性或者弱磁性颗粒，超导高梯度直接磁选会产生磁絮凝现象，恶化分离效果和降低精矿回收率。此外，该发明没有对sio2粗精粉(sio2含量《99％)进行进一步提纯，获得的sio2粗精粉产值较低。
5.现有技术中高纯石英砂的制备方法通常采用破碎、超声波擦洗、多次磁选、微波加热酸浸、浮选、干燥等工艺，使得制备的高纯石英砂中铁元素杂质能降低到0.35mg/kg以下，但其浮选会产生废水，污染环境。针对高纯石英砂尾矿的提纯方法，通常采用磨矿、强磁选、酸浸、煅烧、水淬、清洗等工艺，该工艺酸浸阶段需要加入浸出剂，如草酸和硫氰酸的混合物，使其成分复杂、操作繁琐、成本昂贵；煅烧过程温度设置复杂；水淬过程对冷却水的温度要求严格，所以工业化生产运行成本高。
6.综上所述，以上现有技术都存在工艺流程复杂、污染环境以及运行成本高等问题。

技术实现要素：

7.为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是高纯sio2制备
过程中工艺流程复杂、污染环境、运行成本高等技术缺陷。同时，该技术克服了超导高梯度直接磁选产生的磁絮凝现象，又解决了高硅赤铁尾矿中石英组分如何回收利用的问题。此外，生产的高纯石英能够有效缓解我国石英矿产资源短缺问题。
8.为了实现上述发明目的，本发明提供了一种高硅赤铁尾矿低碳高效提取高纯sio2的方法，包括如下步骤：
9.①
取赤铁尾矿进行研磨，加水配置浓度为20-80kg/m3的矿浆，可以向其中加入分散剂，在超声功率为70-200w条件下超声分散1-4min，使矿浆中的石英与杂质颗粒有效地分散。
10.②
磁选：将步骤
①
分散后的矿浆进行一弱一强超导高梯度磁选分离，获得石英粗精粉，所述石英粗精粉的sio2含量小于99％。
11.③
高温水淬：将步骤
②
磁选后的石英粗精粉在700-900℃下高温焙烧4-6h后，进行水淬。
12.④
精提纯：将步骤
③
水淬后的石英粗精粉进行两次酸浸精提纯，一次精提纯在搅拌速度为120-160r/min，温度为25-60℃，液固比为10-15:1ml/g条件下以酸洗液进行第一次酸洗，时间4-6h；二次精提纯在搅拌速度为200-220r/min，温度为60-80℃，液固比为5-6:1ml/g条件下以浸出液进行第二次酸浸，时间6-8h；为了确保石英浸出过程溶液中有充足的h
+
和杂质络合离子，每隔1h向反应装置中补加入第二次酸浸后固液体积2-5％的浸出液。酸洗得到sio2质量含量大等于99％的高纯sio2。
13.步骤
①
所述的赤铁尾矿中sio2质量含量为80％以上，研磨至325目通过率80％以上；步骤
②
所述的超导高梯度磁选分离的弱磁选强度为0.5-0.8t，强磁选强度为4.1-5.0t。步骤
④
所述第一次酸洗的酸洗液为0.5mol/l的、3mol/l的盐酸溶液和2mol/l的硝酸的混合物；步骤
④
所述第二次酸浸的浸出液为2mol/l的硫酸、3mol/l的盐酸溶液和2mol/l的硝酸的混合物。
14.一种高纯sio2由所述的高硅赤铁尾矿提取高纯sio2的方法制成；所述sio2质量含量≥99％。一种高硅赤铁尾矿低碳高效提取高纯sio2的方法在高硅赤铁尾矿回收和利用中的应用。
15.上述技术方案中，优选地，所述赤铁尾矿配制成矿浆的浓度为30-70％，在超声功率为80-120w条件下超声分散。
16.上述技术方案中，优选地，一次精提纯在搅拌速度为130-150r/min，温度为30-60℃，液固比为13:1ml/g条件下以酸洗液进行第一次酸洗，时间6h；二次精提纯在搅拌速度为210r/min，温度为70℃，液固比为6:1ml/g条件下进行第二次酸浸，时间8h，每隔1h向反应装置中补加入第二次酸浸后固液体积5％的浸出液。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果：
18.①
本发明采用超导耦合酸浸技术解决了高纯sio2制备过程中现有技术工艺流程复杂、污染环境、运行成本高等问题，为高硅赤铁尾矿制备高纯sio2提供了一种新的技术；同时，开展了高硅赤铁尾矿有价组分回收和利用，最大限度地实现尾矿资源化，能够为企业和社会带来显著的经济社会效益。
19.②
所制备的高纯石英中sio2品位高达99％以上，符合精制石英砂的标准，能够有效缓解我国高硅石英矿产资源短缺问题。
20.③
采用超导高强磁提纯，与常规电磁相比节能90％左右，是一种低碳分离提纯技术。
具体实施方式
21.以下结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不以任何方式限制本发明。实施例中化学成分分析采用电感耦合等离子体质谱仪icp-ms测量原料(赤铁尾矿)、产品(高纯石英)中杂质元素含量，再采用差减法计算sio2含量。下面以鞍钢赤铁尾矿举例，叙述通过以下实验流程逐步提纯，最终获得含量不低于99％高纯sio2产品。实施例1-3中的原料(赤铁尾矿)的化学成分见表1。
22.表1赤铁尾矿化学成分(wt％)
[0023][0024]
实施例1
[0025]
①
超声分散：将赤铁尾矿进行研磨至325目通过率85％，用清水配置浓度为50kg/m3的矿浆，在超声功率为100w条件下超声分散4min，使矿浆中的石英与杂质颗粒有效地分散。
[0026]
②
磁选：将步骤
①
分散后的矿浆通过超导高梯度磁分离设备先在0.5t进行弱磁选，再在5.0t进行强磁选，磁选后石英粗精粉中sio2含量为95.201％；
[0027]
③
高温水淬：将步骤
②
磁选后的石英粗精粉在800℃下高温焙烧5h，取出后置于自来水中水淬，使石英表面产生裂纹，杂质离子暴露于表面。
[0028]
④
精提纯：将步骤
③
水淬后的石英粗精粉进行两次酸浸精提纯，一次精提纯在搅拌速度为140r/min，温度为50℃，液固比为13:1ml/g条件下以酸洗液进行第一次酸洗，时间6h；其中酸洗液是浓度为0.5mol/l、3mol/l盐酸溶液和2mol/l硝酸按体积比1:1:1混合得到的混合物。
[0029]
二次精提纯：将上述一次精提纯后的石英粉在搅拌速度为210r/min，温度为70℃，液固比为6:1ml/g条件下进行第二次酸浸，时间8h，得到高纯sio2；其中浸出液是浓度为2mol/l的硫酸、3mol/l的盐酸溶液和2mol/l的硝酸按体积比1:1:1混合得到的混合物。为了确保石英浸出过程溶液中有充足的h
+
和杂质络合离子，每隔1h向反应装置中补加入第二次酸浸后固液体积5％的浸出液。
[0030]
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99.154％。
[0031]
实施例2
[0032]
①
超声分散：将赤铁尾矿进行研磨至325目通过率89％，用清水配置浓度为20kg/m3的矿浆；再向其中加入分散剂六偏磷酸钠，六偏磷酸钠与赤铁尾矿的质量比为40g/t；然后在超声功率为70w条件下超声4min，使矿浆中的石英与杂质颗粒有效地分散。
[0033]
②
磁选：将步骤
①
分散后的矿浆通过超导高梯度磁分离设备先在0.8t进行弱磁选，再在4.1t进行强磁选，磁选后石英粗精粉中sio2含量为96.102％；
[0034]
③
高温水淬：将步骤
②
磁选后的石英粗精粉在700℃下高温焙烧4h，取出后置于自来水中水淬，使石英表面产生裂纹，杂质离子暴露于表面。
[0035]
④
精提纯：将步骤
③
水淬后的石英粗精粉进行两次酸浸精提纯，一次精提纯在搅拌速度为120r/min，温度为25℃，液固比为15:1ml/g条件下以酸洗液进行第一次酸洗，时间4h；其中酸洗液是浓度为0.5mol/l的、3mol/l的盐酸溶液和2mol/l的硝酸按体积比1:2:1混合得到的混合物。
[0036]
二次精提纯：将上述一次精提纯的石英粉在搅拌速度为200r/min，温度为60℃，液固比为6:1ml/g条件下进行第二次酸浸，时间8h，得到高纯sio2；其中浸出液是浓度为2mol/l的硫酸、3mol/l的盐酸溶液和2mol/l的硝酸按体积比1:2:1混合得到的混合物。为了确保石英浸出过程溶液中有充足的h
+
和杂质络合离子，每隔1h向反应装置中加入第二次酸浸后固液体积2％的浸出液。
[0037]
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99.691％。
[0038]
实施例3
[0039]
①
超声分散：将赤铁尾矿进行研磨至325目通过率90％，用清水配置浓度为80kg/m3的矿浆，再向其中加入分散剂六偏磷酸钠，六偏磷酸钠与赤铁尾矿的质量比为50g/t；然后在超声功率为200w条件下超声1min，使矿浆中的石英与杂质颗粒有效地分散。
[0040]
②
磁选：将步骤
①
分散后的矿浆通过超导高梯度磁分离设备先在0.6t进行弱磁选，再在4.8t进行强磁选，磁选后石英粗精粉中sio2含量为96.301％；
[0041]
③
高温水淬：将步骤
②
磁选后的石英粗精粉在900℃下高温焙烧6h，取出后置于自来水中水淬，使石英表面产生裂纹，杂质离子暴露于表面。
[0042]
④
精提纯：将步骤
③
水淬后的石英粗精粉进行两次酸浸精提纯，一次精提纯在搅拌速度为160r/min，温度为60℃，液固比为10:1ml/g条件下以酸洗液进行第一次酸洗，时间6h；其中酸洗液是浓度为0.5mol/l的、3mol/l的盐酸溶液和2mol/l的硝酸按体积比1:1:2混合得到的混合物。
[0043]
二次精提纯：将上述一次精提纯的石英粉在搅拌速度为220r/min，温度为80℃，液固比为5:1ml/g条件下进行第二次酸浸，时间6h，得到高纯sio2；其中浸出液是浓度为2mol/l的硫酸、3mol/l的盐酸溶液和2mol/l的硝酸按体积比1:1:2混合得到的混合物。为了确保石英浸出过程溶液中有充足的h
+
和杂质络合离子，每隔1h向反应装置中加入第二次酸浸后固液体积5％的浸出液。
[0044]
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99.712％。
[0045]
对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应仍属于本发明技术方案保护的范围内。

技术特征：

1.一种高硅赤铁尾矿提取高纯sio2的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
①
超声分散：取赤铁尾矿进行研磨，加水配置成浓度为20-80kg/m3的矿浆，在超声功率为70-200w条件下超声分散1-4min；
②
磁选：将步骤
①
分散后的矿浆进行一弱一强超导高梯度磁选分离，获得石英粗精粉；
③
高温水淬：将步骤
②
磁选后的石英粗精粉在700-900℃下高温焙烧4-6h后，进行水淬；
④
精提纯：将步骤
③
水淬后的石英粗精粉进行两次酸浸精提纯，一次精提纯在搅拌速度为120-160r/min，温度为25-60℃，液固比为10-15:1ml/g条件下以酸洗液进行第一次酸洗，时间4-6h；二次精提纯在搅拌速度为200-220r/min，温度为60-80℃，液固比为5-6:1ml/g条件下以浸出液进行第二次酸浸，时间6-8h，每隔1h补加入第二次酸浸后固液体积2-5％的浸出液；酸浸后得到高纯sio2。2.根据权利要求1所述一种高硅赤铁尾矿提取高纯sio2的方法，其特征在于：步骤
①
中所述赤铁尾矿的sio2质量含量为80％以上。3.根据权利要求1所述一种高硅赤铁尾矿提取高纯sio2的方法，其特征在于：步骤
①
中所述赤铁尾矿研磨至325目通过率80％以上。4.根据权利要求1所述一种高硅赤铁尾矿提取高纯sio2的方法，其特征在于：所述步骤
②
的超导高梯度磁选分离的弱磁选强度为0.5-0.8t，强磁选强度为4.1-5.0t。5.根据权利要求1所述一种高硅赤铁尾矿提取高纯sio2的方法，其特征在于：步骤
④
所述第一次酸洗的酸洗液为0.5mol/l的、3mol/l的盐酸溶液和2mol/l的硝酸的混合物；步骤
④
所述第二次酸浸的浸出液为2mol/l的硫酸、3mol/l的盐酸溶液和2mol/l的硝酸的混合物。6.一种高纯sio2，其特征在于，由权利要求1-5任一所述的高硅赤铁尾矿提取高纯sio2的方法制成；所述sio2质量含量≥99％。7.权利要求1所述的方法在高硅赤铁尾矿回收和利用中的应用。

技术总结

本发明公开了一种高硅赤铁尾矿低碳高效提取高纯SiO2的方法，配置浓度为20-80kg/m3的矿浆，加入分散剂，以70-200W功率超声分散1-4min，使石英与杂质颗粒有效分散；矿浆进行一弱一强超导高梯度磁选分离；磁选后的石英粗精粉在700-900℃下焙烧4-6h，取出后水淬，使石英表面产生裂纹，杂质离子暴露于表面；将水淬后的石英粗精粉进行两次酸洗，酸浸后获得SiO2含量≥99％的高纯SiO2。本发明既解决了现有技术制备高纯SiO2工艺流程复杂、污染环境、运行成本高等问题，又能实现高硅赤铁尾矿中有用组分的高价值回收利用；制备的高纯SiO2能够有效缓解我国高硅石英矿产资源短缺问题。解我国高硅石英矿产资源短缺问题。