一種以鐵尾礦為原料制備氣相白炭黑并回收金屬的工藝及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種以鐵尾礦為原料制備氣相白炭黑并回收金屬的工藝，該工藝中以鐵尾礦等廢棄物作為原料，將其與含氟酸液、鹽酸以及硝酸進(jìn)行反應(yīng)，制備成高附加值的產(chǎn)物氣相白炭黑并回收各種金屬，所制得的產(chǎn)物中SiO2含量大于99.9％，其多點(diǎn)BET法測定比表面積不小于350m2/g，達(dá)到了變廢為寶的效果；上述制備工藝中所產(chǎn)生的酸性氣體經(jīng)負(fù)壓水吸收罐吸收后，能夠制得對(duì)應(yīng)的酸液，當(dāng)酸液濃縮到一定的濃度后可循環(huán)使用。同時(shí)本發(fā)明還提供了用于上述工藝中的生產(chǎn)裝置，該生產(chǎn)裝置所用到的零部件均為化工廠常用器具，成本低廉，能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說明】
一種以鐵尾礦為原料制備氣相白炭黑并回收金屬的工藝及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種利用鐵尾礦制備氣相白炭黑并回收金屬的工藝方法及裝置，屬于鐵礦采選、濕法冶金和環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)鋼鐵的需求越來越大，其鐵礦資源的開采規(guī)模也隨之加大，已成為世界上的鋼鐵生產(chǎn)和鐵礦業(yè)的采選頭等大國。根據(jù)童雄教授介紹:就鐵礦山的采選而言，我國每年排出的尾礦量大約為10億噸，平均含鐵量11%，相當(dāng)于有1.1億噸的金屬鐵損失于尾礦之中。而且，鐵礦石中有30多種有價(jià)成分，能回收的僅20多種，很多金屬元素遺留在尾礦中，尾礦中的大部分乃至90%以上的非金屬資源更是極少開發(fā)利用。據(jù)我國環(huán)保部統(tǒng)計(jì):2000年我國各類工業(yè)固體廢物占地6.5萬多平方千米，其中尾礦占三分之一。2005年和2010年，我國尾礦產(chǎn)生量分別達(dá)到7.33億噸和12.3億噸，其利用率分別只有7%和14%。大量尾礦造成的土地直接污染面積打數(shù)十萬公頃，間接污染面積打百萬公頃。按照2010年全國尾礦產(chǎn)量12.3億噸、每畝大約可堆存尾礦量4萬噸計(jì)算，每年新增尾礦占地達(dá)3萬畝左右。一個(gè)年產(chǎn)200萬噸鐵精礦的選礦廠，建一座尾礦庫需占地800-1000畝，且只能維持生產(chǎn)10-15年。隨著土地資源越來越緊張，征地費(fèi)用越來越高，導(dǎo)致尾礦庫的基建投資占整個(gè)采選企業(yè)費(fèi)用的比例越來越大，且尾礦庫的維護(hù)和維修也需消耗大量的資金。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國冶金礦山每噸尾礦需尾礦庫基建投資1-3元，生產(chǎn)經(jīng)營管理費(fèi)用3-5元，全國現(xiàn)有400多座尾礦庫，每年的營運(yùn)費(fèi)用高達(dá)7.5億元。另外，如果尾礦及尾礦庫的堆放、維護(hù)不力等會(huì)造成很大的安全隱患、環(huán)境污染隱患和重大的經(jīng)濟(jì)與財(cái)產(chǎn)損失及人員傷亡。因此，研發(fā)出一種鐵礦采選后的尾礦綜合利用的新技術(shù)和新方法及裝置，對(duì)新舊的、數(shù)量龐大的尾礦資源進(jìn)行科學(xué)合理的開發(fā)與利用，實(shí)現(xiàn)無尾礦、無廢礦、無污染的現(xiàn)代化的、環(huán)境友好的綠色化生產(chǎn)工藝，化害為利、變廢為寶，將是消除尾礦及尾礦庫的安全隱患、治理和美化礦區(qū)生產(chǎn)環(huán)境的治本之策，這對(duì)充分利用廢棄資源、保護(hù)人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全及人類賴以生存的生態(tài)環(huán)境具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，因此，開發(fā)利用鐵礦尾砂迫在眉睫。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供了一種以鐵尾礦為原料，制備氣相白炭黑并回收各種金屬的工藝及裝置；它成功地避開了現(xiàn)今氣相法制備白炭黑過程中使用氫氣和氧氣及高溫水解的工藝過程，還解決了目前的鐵尾礦不能高效利用的問題，本發(fā)明同時(shí)還提供了在常溫常壓下能生產(chǎn)氣相白炭黑產(chǎn)品的新工藝技術(shù)和生產(chǎn)裝置。
[0004]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明上述目的所采用的技術(shù)方案為:
[0005]—種以鐵尾礦為原料制備氣相白炭黑并回收金屬的工藝，其特征在于包括以下步驟:(I)、將含氟酸液，與硝酸、鹽酸中的一種或兩種進(jìn)行混合，制得混合酸液備用;將鐵尾礦分級(jí)，對(duì)于粒徑大于120目的顆粒返回球磨機(jī)循環(huán)磨礦;對(duì)于粒徑為120?250目的顆粒采用磁選機(jī)進(jìn)行磁選，收集鐵粉后的料漿再脫水制得固體物料，備用;對(duì)于粒徑小于250目的泥漿經(jīng)磁選機(jī)磁選再送入濃密機(jī)沉淀后，再用陶瓷過濾機(jī)脫水后與固體物料混合，備用；
[0006](2)、將混合酸液投入反應(yīng)釜中，開啟反應(yīng)釜的攪拌裝置和反應(yīng)系統(tǒng)中的廢氣吸收裝置，將固體物料投入到反應(yīng)釜中；
[0007](3)、控制反應(yīng)釜中的反應(yīng)溫度為70?85°C，混合酸液中的氫氟酸或氟硅酸與固體物料中的二氧化硅反應(yīng)生成四氟化硅氣體，該四氟化硅氣體與混合酸液中所揮發(fā)的酸性氣體以及水蒸氣一起被負(fù)壓帶入冷卻爸中；
[0008](4)、控制冷卻釜中的冷卻溫度為10?40°C，混合氣體在冷卻釜中反應(yīng)生成HF、Cl2/N02、Si02.ηΗ20，其中HF和C12/N02被負(fù)壓從冷卻釜中帶出，并被水吸收生成可供重復(fù)使用的氫氟酸、鹽酸/硝酸，S12.ηΗ20凝結(jié)吸附在冷卻釜中的冷卻裝置上，收集冷卻釜中的S12.ηΗ20；
[0009](5)、將所收集的S12.ηΗ20在真空加熱器內(nèi)進(jìn)行負(fù)壓預(yù)熱，除去其中殘留的酸性氣體HF和C12/N02，然后再進(jìn)行干燥，干燥后即可制得氣相白炭黑產(chǎn)品，產(chǎn)品中S12含量大于99.9%,其多點(diǎn)BET法測定比表面積不小于350m2/g;
[0010](6)、反應(yīng)釜中反應(yīng)完成后過濾，將濾渣進(jìn)行純化后可得到三氟化鋁，將濾液送入蒸發(fā)器蒸發(fā)，蒸發(fā)時(shí)產(chǎn)生的酸霧氣氣體用水吸收罐進(jìn)行吸收變成酸液，酸液返回車間再重新利用，未吸收的尾氣用酸霧吸收塔進(jìn)行中和處理后排空；
[0011]當(dāng)蒸發(fā)器內(nèi)的酸液蒸干后，停止蒸發(fā)，用水洗除固體殘留物中的鹽后，再用硫酸對(duì)固體殘留物進(jìn)行處理，分離出硫酸亞鐵后，最后對(duì)其組分分析，根據(jù)分析結(jié)果，對(duì)各種金屬元素進(jìn)行提純分離回收。
[0012]所述的氫氟酸的質(zhì)量濃度或體積濃度為I?20%，氟硅酸的質(zhì)量濃度或體積濃度為10?30%，硝酸的質(zhì)量濃度或體積濃度為2?30%，鹽酸的質(zhì)量濃度或體積濃度為10%?30%。
[0013]步驟(I)中在對(duì)于粒徑大于120目的顆粒返回球磨機(jī)循環(huán)磨礦的過程中采用磁選機(jī)進(jìn)行磁選以回收鐵粉，所述的磁選機(jī)分為低中高三級(jí)，具體為先采用磁場強(qiáng)度為3000-5000高斯的磁選機(jī)，再采用磁場強(qiáng)度為5000-10000高斯的磁選機(jī)，最后采用磁場強(qiáng)度為10000高斯以上的磁選機(jī);對(duì)于粒徑為120?250目的顆粒采用磁選機(jī)進(jìn)行磁選分為低中高三級(jí)，具體為先采用磁場強(qiáng)度為3000-5000高斯的磁選機(jī)，再采用磁場強(qiáng)度為5000-10000高斯的磁選機(jī)，最后采用磁場強(qiáng)度為10000高斯以上的磁選機(jī)。
[0014]步驟(I)中將磁選后的固體物料用濃鹽酸進(jìn)行處理，將其中的堿金屬和堿土金屬以氯鹽的形式除去，脫除酸液，然后進(jìn)行浮選除去長石后備用，浮選出的長石粉用做制備陶瓷原料。
[0015]本發(fā)明還提供了用于上述工藝中的裝置，所述裝置包括熱空氣送入系統(tǒng)、化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)以及廢氣吸收系統(tǒng)，其中熱空氣送入系統(tǒng)用于儲(chǔ)存壓縮空氣并對(duì)空氣進(jìn)行加熱后送入化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)中；所述化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)由酸液儲(chǔ)罐、料倉和反應(yīng)釜組成，酸液儲(chǔ)罐和料倉的底部通過管道與反應(yīng)釜相連通，反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)置有攪拌裝置，反應(yīng)釜的內(nèi)襯為耐溫、耐酸、耐磨材料，在反應(yīng)釜底部的上方，設(shè)有一根環(huán)形的圓管，圓管上均勻分布有透氣孔或透氣管，反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)置有一根以上的與環(huán)形的圓管相連通的豎管，所述豎管的頂端通過反應(yīng)釜的釜蓋上的管閥與熱空氣送入系統(tǒng)相連通;釜內(nèi)壁自上而下或自下而上安裝有緊貼釜壁的且呈螺旋線狀的四氟毛細(xì)管束，該管束的上下兩端分別與釜壁外的冷熱介質(zhì)通過其閥門連接，通過給管束內(nèi)的毛細(xì)管通入冷熱介質(zhì)，為爸內(nèi)反應(yīng)系統(tǒng)提供加熱或冷卻。
[0016]冷卻系統(tǒng)由一級(jí)冷卻釜和二級(jí)冷卻釜串聯(lián)組成；其中一級(jí)冷卻釜與反應(yīng)釜相連接，反應(yīng)釜的釜蓋上設(shè)有一根與一級(jí)冷卻釜相連且深入到一級(jí)冷卻釜底部中央的管道，一級(jí)冷卻釜的內(nèi)部設(shè)置有冷卻裝置，一級(jí)冷卻釜的底部設(shè)置有出料閥，一級(jí)冷卻釜的釜蓋上設(shè)置有一根與二級(jí)冷卻釜相連且深入到二級(jí)冷卻釜底部中央的管道，所述的二級(jí)冷卻釜的內(nèi)部設(shè)置有冷卻裝置，二級(jí)冷卻釜的底部設(shè)置有出料閥；二級(jí)冷卻釜的釜蓋上設(shè)置有一根與廢氣吸收系統(tǒng)相連接的管道，所述的廢氣吸收系統(tǒng)由一個(gè)以上的負(fù)壓水吸收罐和酸霧吸收裝置組成，負(fù)壓水吸收罐的頂部設(shè)置有管道且通過管道與酸霧吸收裝置中的引風(fēng)機(jī)相連接。
[0017]所述的熱空氣送入系統(tǒng)包括空氣壓縮機(jī)、空氣儲(chǔ)存罐、空氣加熱器及管道，空氣壓縮機(jī)、空氣儲(chǔ)存罐以及空氣加熱器通過管道相連接，管道上還設(shè)置有閥門和儀表。
[0018]所述的圓管上均勻分布有直徑為10?20mm的且朝向不同的透氣管，相鄰的透氣管之間的間距為50?150mm，且相鄰的透氣管的伸出方向之間的夾角為60?120°，反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)置有兩根豎管，所述兩根豎管分別連接于圓管的左右兩端。
[0019]所述一級(jí)冷卻釜的冷卻裝置由轉(zhuǎn)軸和冷卻圓盤組成，所述轉(zhuǎn)軸為一根外部包裹有聚四氟乙烯的空心圓管，轉(zhuǎn)軸的頂端由一級(jí)冷卻釜的釜蓋上伸出，轉(zhuǎn)軸內(nèi)設(shè)置有一根自上而下的冷卻水管A，冷卻水管A的頂部為進(jìn)水端且進(jìn)水端與冷卻水源相連接;轉(zhuǎn)軸上均勻分布有冷卻圓盤，所述冷卻圓盤以轉(zhuǎn)軸為圓心安裝固定在轉(zhuǎn)軸上，并隨轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，所述冷卻圓盤為中空結(jié)構(gòu)，所有冷卻圓盤的內(nèi)部均設(shè)置有呈盤旋狀分布的冷卻水管B，且上下相鄰的冷卻圓盤中的冷卻水管B首尾相連，最底部的冷卻圓盤中的冷卻水管B的進(jìn)水端與冷卻水管A的底端相連通，最頂部的冷卻圓盤中的冷卻水管B的出水端通向空心圓管，冷卻水管B中排出的冷卻水由轉(zhuǎn)軸的頂端溢出；所述的冷卻圓盤上均勻分布有豎向的通氣孔，且上下相鄰的冷卻圓盤上的通氣孔相互錯(cuò)位。
[0020]所述通氣孔的直徑為10?20mm，相鄰的通氣孔之間的中心距為20mm?30mm。
[0021 ]所述的一級(jí)冷卻釜的釜蓋上設(shè)有真空表和便于檢修的人孔，一級(jí)冷卻釜的釜蓋上還設(shè)置有壓縮空氣吹氣裝置，壓縮空氣吹氣裝置與壓縮氣體源相連接。
[0022]所述的二級(jí)冷卻釜中的冷卻裝置為多層翅片結(jié)構(gòu)，二級(jí)冷卻釜的釜壁上設(shè)置有冷卻水入口和冷卻水出口，冷卻水入口與最下層翅片的入水口相連通，冷卻水由最下層的翅片流入，所述翅片呈連續(xù)彎折結(jié)構(gòu)，相鄰的上下兩層翅片的端部相連通，冷卻水出口與最上層翅片的出水口相連通;二級(jí)冷卻釜的釜蓋上設(shè)置有壓縮空氣吹氣裝置，壓縮空氣吹氣裝置與壓縮氣體源相連接，二級(jí)冷卻釜的釜蓋上設(shè)有真空表，且其釜蓋和釜底都設(shè)有便于檢修的人孔。
[0023]所述的負(fù)壓水吸收罐設(shè)置有兩個(gè)，兩個(gè)負(fù)壓水吸收罐相串聯(lián)或并聯(lián)連接。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):1、本發(fā)明以鐵尾礦等廢棄物作為原料，將其制備成高附加值的產(chǎn)物氣相白炭黑，所制得的產(chǎn)物中S12含量大于99.9%，其多點(diǎn)BET法測定比表面積不小于350m2/g，因此達(dá)到了變廢為寶的效果。2、本發(fā)明所提供的制備工藝屬于一種全新的工藝思路，解決了現(xiàn)有的氣相白炭黑制備工藝中所存在的高溫工序、用到非常危險(xiǎn)的易燃易爆的氫氣和氧氣等缺點(diǎn)。本發(fā)明所提供的生產(chǎn)工藝能夠在常溫常壓下進(jìn)行制備。3、本發(fā)明的制備工藝中所產(chǎn)生的酸性氣體經(jīng)負(fù)壓水吸收罐吸收后，能夠制得對(duì)應(yīng)的酸液，當(dāng)酸液濃縮到一定的濃度后可循環(huán)使用，能夠大大的節(jié)約了生產(chǎn)中的成本和環(huán)保處理廢水的問題。4、本發(fā)明提供的生產(chǎn)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，且所用到的零部件均為化工廠常用器具，成本低廉。5、本發(fā)明能夠針對(duì)鐵尾礦中的有價(jià)金屬元素進(jìn)行回收，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明提供的制備裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2為一級(jí)冷卻釜中冷卻圓盤的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖3為二級(jí)冷卻釜中翅片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖中:1-酸液儲(chǔ)罐，2-料倉，3-反應(yīng)釜，4-攪拌裝置，5-圓管，6_豎管，7_—級(jí)冷卻釜，8-二級(jí)冷卻釜，9-出料閥，10-負(fù)壓水吸收罐，11-酸霧吸收裝置，12-空氣壓縮機(jī)，13-空氣儲(chǔ)存罐，14-空氣加熱器，15-轉(zhuǎn)軸，16-冷卻圓盤，17-冷卻水管A，18-通氣孔，19-翅片。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)具體的說明，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于以下實(shí)施例。
[0030]本實(shí)施例中所提供的制備裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示，所述裝置包括熱空氣送入系統(tǒng)、化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)以及廢氣吸收系統(tǒng)，其中熱空氣送入系統(tǒng)用于儲(chǔ)存壓縮空氣并對(duì)空氣進(jìn)行加熱后送入化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)中，所述的熱空氣送入系統(tǒng)包括空氣壓縮機(jī)12、空氣儲(chǔ)存罐13、空氣加熱器14及管道，空氣壓縮機(jī)12、空氣儲(chǔ)存罐13以及空氣加熱器14通過管道相連接，管道上還設(shè)置有閥門和儀表。
[0031 ]所述化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)由酸液儲(chǔ)罐1、料倉2和反應(yīng)釜3組成，酸液儲(chǔ)罐I和料倉2的底部通過管道與反應(yīng)釜3相連通，反應(yīng)釜3內(nèi)設(shè)置有攪拌裝置4，反應(yīng)釜的內(nèi)襯為耐溫、耐酸、耐磨材料，具體選用碳化娃、氟材料、石墨材料等。在反應(yīng)爸3底部的上方200mm左右處，設(shè)有一根環(huán)形的圓管5，所述圓管的直徑為100?200mm，所述的圓管5上均勾分布有直徑為10?20mm的且朝向不同的透氣管，相鄰的透氣管之間的間距為50?150mm，且相鄰的透氣管的伸出方向之間的夾角為60?120°。反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)置有兩根與環(huán)形的圓管相連通的豎管6，兩根豎管6分別連接于圓管5的左右兩端，所述豎管6的頂端通過反應(yīng)釜的釜蓋上的管閥與熱空氣送入系統(tǒng)相連通。在反應(yīng)釜內(nèi)的釜壁有螺旋掛鉤，用于支撐釜內(nèi)用于加熱或降溫的聚四氟乙烯毛細(xì)管束。
[0032]冷卻系統(tǒng)由一級(jí)冷卻釜7和二級(jí)冷卻釜8串聯(lián)組成;其中一級(jí)冷卻釜7與反應(yīng)釜3相連接，反應(yīng)釜3的釜蓋上設(shè)有一根與一級(jí)冷卻釜7相連且深入到一級(jí)冷卻釜底部中央的管道，一級(jí)冷卻釜7的內(nèi)部設(shè)置有冷卻裝置，所述一級(jí)冷卻釜的冷卻裝置由轉(zhuǎn)軸15和冷卻圓盤16組成，所述轉(zhuǎn)軸15為一根外部包裹有聚四氟乙烯的空心圓管，轉(zhuǎn)軸的頂端由一級(jí)冷卻釜的爸蓋上伸出，轉(zhuǎn)軸內(nèi)設(shè)置有一根自上而下的冷卻水管Al 7，冷卻水管A的頂部為進(jìn)水端且進(jìn)水端與冷卻水源相連接;轉(zhuǎn)軸15上均勻分布有冷卻圓盤16。冷卻圓盤的結(jié)構(gòu)如圖2所示，所述冷卻圓盤16以轉(zhuǎn)軸15為圓心安裝固定在轉(zhuǎn)軸上，并隨轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，所述冷卻圓盤為中空結(jié)構(gòu)，所有冷卻圓盤的內(nèi)部均設(shè)置有呈盤旋狀分布的冷卻水管B，且上下相鄰的冷卻圓盤中的冷卻水管B首尾相連，最底部的冷卻圓盤中的冷卻水管B的進(jìn)水端與冷卻水管A的底端相連通，最頂部的冷卻圓盤中的冷卻水管B的出水端通向空心圓管，冷卻水管B中排出的冷卻水由轉(zhuǎn)軸的頂端溢出。所述的冷卻圓盤上均勻分布有豎向的通氣孔18，且上下相鄰的冷卻圓盤上的通氣孔相互錯(cuò)位，以保證其氣體的冷卻效果。所述通氣孔的直徑為10?20mm，相鄰的通氣孔之間的中心距為20mm?30mm。
[0033]所述的一級(jí)冷卻釜的釜蓋上設(shè)有真空表和便于檢修的人孔，一級(jí)冷卻釜的釜蓋上還設(shè)置有壓縮空氣吹氣裝置，壓縮空氣吹氣裝置與壓縮氣體源相連接。一級(jí)冷卻釜7的釜蓋上設(shè)置有一根與二級(jí)冷卻釜8相連且深入到二級(jí)冷卻釜8底部中央的管道。一級(jí)冷卻釜的底部設(shè)置有出料閥9。
[0034]所述的二級(jí)冷卻釜8的內(nèi)部設(shè)置有冷卻裝置，所述的二級(jí)冷卻釜中的冷卻裝置為多層翅片結(jié)構(gòu)，二級(jí)冷卻釜8的釜壁上設(shè)置有冷卻水入口和冷卻水出口，冷卻水入口與最下層翅片的入水口相連通，冷卻水由最下層的翅片流入，所述翅片19呈連續(xù)彎折結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。相鄰的上下兩層翅片的端部相連通，冷卻水出口與最上層翅片的出水口相連通，冷卻水從最下層翅片進(jìn)入，到最上面一層翅片流出來。二級(jí)冷卻釜的釜蓋上設(shè)置有壓縮空氣吹氣裝置，壓縮空氣吹氣裝置與壓縮氣體源相連接，出料時(shí)用壓縮空氣吹掃。二級(jí)冷卻釜的釜蓋上設(shè)有真空表，且其釜蓋和釜底都設(shè)有便于檢修的人孔。二級(jí)冷卻釜的底部設(shè)置有出料閥9; 二級(jí)冷卻釜8的釜蓋上設(shè)置有一根與廢氣吸收系統(tǒng)相連接的管道。
[0035]所述的廢氣吸收系統(tǒng)由兩個(gè)負(fù)壓水吸收罐10和酸霧吸收裝置11組成，兩個(gè)負(fù)壓水吸收罐相串聯(lián)或并聯(lián)連接。負(fù)壓水吸收罐的頂部設(shè)置有管道且通過管道與酸霧吸收裝置中的引風(fēng)機(jī)相連接。經(jīng)二級(jí)水吸收罐吸收后的酸霧在酸霧吸收裝置中與液堿溶液的霧滴發(fā)生中和反應(yīng)后再排放到空氣中，當(dāng)負(fù)壓水吸收罐的酸液達(dá)到一定的濃度后送給車間循環(huán)使用。
[0036]下面對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行詳細(xì)的說明:本發(fā)明中首先把鐵尾礦進(jìn)行分析測試，然后再根據(jù)分析測試結(jié)果來判斷其鐵礦的類型:A，鞍山型鐵礦;B，巖漿型鐵礦;C，火山型鐵礦;D，夕卡巖型鐵礦。
[0037]我國4種典型鐵尾礦的化學(xué)成分如下:
[0038]Si02，Al203 ,Fe2O3，Ti02，Mg0，Ca0，Na20，K20，S03，Ρ205，Μη0，燒失量(％)
[0039]A型 73.27 4.07 11.60 0.16 4.22 3.4 0.41 0.95 0.25 0.19 0.14 2.18
[0040]B型 37.17 10.35 19.16 7.94 8.50 11.11 1.60 0.10 0.56 0.03 0.24 2.74
[0041]C型 34.86 7.42 29.51 0.64 3.68 8.51 2.15 0.37 12.46 4.58 0.13 5.52
[0042]D型 33.07 4.67 12.22 0.16 7.39 23.04 1.44 0.40 1.88 0.09 0.08 13.47
[0043]具體的生產(chǎn)步驟如下:
[0044](I)、將氫氟酸、氟硅酸中的一種或兩種，與硝酸、鹽酸中的一種或兩種進(jìn)行混合，制得混合酸液，氫氟酸、氟硅酸、硝酸或鹽酸均為工業(yè)級(jí);或者采用工業(yè)副產(chǎn)的均可。作為優(yōu)選，氫氟酸的質(zhì)量濃度或體積濃度為I?20%，氟硅酸的質(zhì)量濃度或體積濃度為10?30%，硝酸的質(zhì)量濃度或體積濃度為2?30%，鹽酸的質(zhì)量濃度或體積濃度為10%?20%。
[0045]對(duì)鐵尾礦的組分進(jìn)行檢測后，如果是A型一一鞍山型鐵尾礦，則先進(jìn)行分級(jí)，顆粒粒徑在120目以上的尾礦顆粒返回球磨機(jī)循環(huán)磨礦至其顆粒粒徑小于200目，在磨礦過程中采用低(磁場強(qiáng)度為3000-5000高斯的磁選機(jī))一中(磁場強(qiáng)度為5000-10000高斯的磁選機(jī))一高(磁場強(qiáng)度為10000-25000高斯的磁選機(jī))三級(jí)場強(qiáng)的磁選機(jī)進(jìn)行磁選，最大限度的進(jìn)行鐵粉回收;顆粒粒徑在120-250目的尾礦料漿分別用三級(jí)磁選機(jī)(第一級(jí)用磁場強(qiáng)度為3000-5000高斯的磁選機(jī);第二級(jí)用磁場強(qiáng)度為5000-10000高斯的磁選機(jī);第三級(jí)用磁場強(qiáng)度為10000-20000高斯的磁選機(jī))進(jìn)行磁選，磁選后的料漿再脫水備用；而磁選后收集的鐵粉即是純度不低于66%的精鐵粉;顆粒粒徑小于250目以下的泥漿經(jīng)高強(qiáng)度(10000-20000高斯)磁選機(jī)磁選后送入濃密機(jī)沉淀后，再用陶瓷過濾機(jī)脫水后與120-250目脫水后的物料混合后制得固體物料備用。
[0046]如果是B-D型鐵尾礦，則先進(jìn)行分級(jí)。120目以上的尾礦顆粒返回球磨機(jī)循環(huán)磨礦至200目；120-250目尾礦料漿分別用三級(jí)磁選機(jī)(第一級(jí)用磁場強(qiáng)度為3000-5000高斯的磁選機(jī);第二級(jí)用磁場強(qiáng)度為5000-10000高斯的磁選機(jī);第三級(jí)用磁場強(qiáng)度為10000-20000高斯的磁選機(jī))進(jìn)行磁選后脫水備用;磁選后的鐵粉即是純度不低于66%的精鐵粉;顆粒粒徑小于250目的泥漿經(jīng)高強(qiáng)度(10000-20000高斯)磁選機(jī)磁選后送入濃密機(jī)沉淀后，再用陶瓷過濾機(jī)脫水后與120-250目脫水后的物料混合后，制得固體物料。
[0047]將固體物料用濃鹽酸進(jìn)行酸洗處理，使其中的大部分堿金屬和堿土金屬以氯鹽的形式除去，脫除酸液，進(jìn)行浮選除去長石后，浮選出的長石粉用做制備陶瓷原料。
[0048](2)、將混合酸液投入反應(yīng)釜中，開啟反應(yīng)釜的攪拌裝置和反應(yīng)系統(tǒng)中的廢氣吸收裝置，將固體物料慢慢投入到反應(yīng)釜中。
[0049](3)、如果投入的混合酸液中含有氫氟酸，由于它與二氧化硅和三氧化二鋁反應(yīng)過程是一個(gè)放熱過程，則需打開反應(yīng)反應(yīng)釜外的冷卻水閥門維持反應(yīng)溫度70?85°C。如果投入的混合酸液中不含有氫氟酸而含有氟硅酸，則需打開反應(yīng)釜夾套的蒸汽閥門和釜內(nèi)壁上安裝的螺旋四氟毛細(xì)管束的釜外壁上的熱源閥門給反應(yīng)釜慢慢加熱?；旌纤嵋褐械臍浞峄蚍杷崤c鐵尾礦中的二氧化硅反應(yīng)生成四氟化硅氣體，該氣體一部分溶于反應(yīng)體系的水中形成氟硅酸繼續(xù)溶解鐵尾礦中的二氧化硅和三氧化二鋁，直至它們完全分解。另一部分溢出的四氟化硅氣體和揮發(fā)的硝酸/鹽酸氣體以及水蒸氣一起被負(fù)壓帶入冷卻釜中。混合酸中的鹽酸與硝酸酸液則與物料中的其他金屬反應(yīng)。在此反應(yīng)過程中硝酸主要起到氧化作用;鹽酸起到絡(luò)合作用，分解后的金屬則以離子的形式進(jìn)入酸液中。
[0050](4)、控制冷卻釜中的冷卻溫度為10?40°C，混合氣體在冷卻釜中反應(yīng)生成HF、Cl2/N02、Si02.ηΗ20，化學(xué)反應(yīng)式如下:
[0051]SiF4+4HN03+nH20 = 4HFT+4N02T+Si02.ηΗ20
[0052]SiF4+4HCl+nH20 = 4HFT+Cl2T+Si02.ηΗ20
[0053]其中HF和C12/N02從一級(jí)冷卻釜和二級(jí)冷卻釜中溢出，進(jìn)入廢氣吸收系統(tǒng)并被水吸收生成可供重復(fù)使用的氫氟酸、鹽酸/硝酸，該氫氟酸、鹽酸/硝酸濃縮到一定的濃度后可循環(huán)使用;這樣大大的節(jié)約了生產(chǎn)中的成本和環(huán)保處理廢水的問題。
[0054]而S12.ηΗ20慢慢凝結(jié)吸附在一級(jí)冷卻釜中的冷卻圓盤上，從開始在冷卻圓盤上凝聚，再慢慢地自然結(jié)呈晶瑩剔透球形晶粒，像魚卵一樣聚集在一起，非常美觀，當(dāng)一級(jí)冷卻釜的冷卻圓盤聚集到一定的量時(shí)，開啟轉(zhuǎn)軸裝置，轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)冷卻圓盤旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用下，物料被甩到釜壁，再用壓縮空氣吹到一級(jí)冷卻釜的底部，經(jīng)底部的出料閥被送到干燥工序;處理完一級(jí)冷卻釜的物料后，二級(jí)冷卻釜?jiǎng)t直接開啟壓縮空氣閥門，直接把凝結(jié)的物料吹到釜底后經(jīng)底部的出料閥被送到干燥工序；
[0055](5)、由于物料含有水分，其呈酸性，而氫氟酸、四氟化硅和硝酸或鹽酸氣體的揮發(fā)性極強(qiáng)，因此在干燥前，先將所收集的S12.ηΗ20在真空加熱器內(nèi)進(jìn)行負(fù)壓預(yù)熱，除去其中殘留的酸性氣體HF和C12/N02，然后再進(jìn)行干燥，干燥后即可制得氣相白炭黑產(chǎn)品，產(chǎn)品中S12含量大于99.9%，其多點(diǎn)BET法測定比表面積不小于350m2/g。
[0056](6)、反應(yīng)釜中反應(yīng)完成后，趁熱過濾，濾渣中的主要成分是三氟化鋁;分析其中的化學(xué)純度后，再進(jìn)行純化即可得到高純度的三氟化鋁產(chǎn)品;濾液趁熱送入蒸發(fā)器蒸發(fā)，蒸發(fā)時(shí)產(chǎn)生的酸霧氣氣體用水吸收罐進(jìn)行二級(jí)以上吸收變成酸液，當(dāng)酸液達(dá)到一定濃度后，再返回車間重新利用，未吸收的尾氣用酸霧吸收塔進(jìn)行中和處理后排空；當(dāng)蒸發(fā)器內(nèi)的酸液蒸干后，停止蒸發(fā)，采用硫酸對(duì)其進(jìn)行處理后，使鐵粉生產(chǎn)硫酸亞鐵分離出去，剩余的物料，先分析其中的元素成分后，再按現(xiàn)有的成熟的方法將其分離、純化后，即可得到不同的高純度金屬元素。這樣就可以把尾礦中的30多種有價(jià)金屬元素進(jìn)行高效地回收(其回收率95-99%)，使尾礦資源得到科學(xué)、合理和環(huán)境友好的、有效的、最大化的利用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種以鐵尾礦為原料制備氣相白炭黑并回收金屬的工藝，其特征在于包括以下步驟:(I)、將含氟酸液，與硝酸、鹽酸中的一種或兩種進(jìn)行混合，制得混合酸液備用;將鐵尾礦分級(jí)，對(duì)于粒徑大于120目的顆粒返回球磨機(jī)循環(huán)磨礦;對(duì)于粒徑為120?250目的顆粒采用磁選機(jī)進(jìn)行磁選，收集鐵粉后的料漿再脫水制得固體物料，備用;對(duì)于粒徑小于250目的泥漿經(jīng)磁選機(jī)磁選再送入濃密機(jī)沉淀后，再用陶瓷過濾機(jī)脫水后與固體物料混合，備用； (2)、將混合酸液投入反應(yīng)釜中，開啟反應(yīng)釜的攪拌裝置和反應(yīng)系統(tǒng)中的廢氣吸收裝置，將固體物料投入到反應(yīng)釜中； (3)、控制反應(yīng)釜中的反應(yīng)溫度為70?85°C，混合酸液中的氫氟酸或氟硅酸與固體物料中的二氧化硅反應(yīng)生成四氟化硅氣體，該四氟化硅氣體與混合酸液中所揮發(fā)的酸性氣體以及水蒸氣一起被負(fù)壓帶入冷卻爸中； (4)、控制冷卻釜中的冷卻溫度為10?40°C，混合氣體在冷卻釜中反應(yīng)生成HF、C12/N02、S12.ηΗ20，其中HF和C12/N02被負(fù)壓從冷卻釜中帶出，并被水吸收生成可供重復(fù)使用的氫氟酸、鹽酸/硝酸，S12.ηΗ20凝結(jié)吸附在冷卻釜中的冷卻裝置上，收集冷卻釜中的S12.ηΗ2θ； (5)、將所收集的S12.ηΗ20在真空加熱器內(nèi)進(jìn)行負(fù)壓預(yù)熱，除去其中殘留的酸性氣體HF和C12/N02，然后再進(jìn)行干燥，干燥后即可制得氣相白炭黑產(chǎn)品，產(chǎn)品中S12含量大于99.9%,其多點(diǎn)BET法測定比表面積不小于350m2/g; (6)、反應(yīng)釜中反應(yīng)完成后過濾，將濾渣進(jìn)行純化后可得到三氟化鋁，將濾液送入蒸發(fā)器蒸發(fā)，蒸發(fā)時(shí)產(chǎn)生的酸霧氣氣體用水吸收罐進(jìn)行吸收變成酸液，酸液返回車間再重新利用，未吸收的尾氣用酸霧吸收塔進(jìn)行中和處理后排空； 當(dāng)蒸發(fā)器內(nèi)的酸液蒸干后，停止蒸發(fā)，用水洗除固體殘留物中的鹽后，再用硫酸對(duì)固體殘留物進(jìn)行處理，分離出硫酸亞鐵后，最后對(duì)其組分分析，根據(jù)分析結(jié)果，對(duì)各種金屬元素進(jìn)行提純分離回收。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備氣相白炭黑并回收金屬的工藝，其特征在于:所述的氫氟酸的質(zhì)量濃度或體積濃度為I?20 %，氟硅酸的質(zhì)量濃度或體積濃度為10?30 %，硝酸的質(zhì)量濃度或體積濃度為2?30%，鹽酸的質(zhì)量濃度或體積濃度為10%?30%。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備氣相白炭黑并回收金屬的工藝，其特征在于:步驟(I)中在對(duì)于粒徑大于120目的顆粒返回球磨機(jī)循環(huán)磨礦的過程中采用磁選機(jī)進(jìn)行磁選以回收鐵粉，所述的磁選機(jī)分為低中高三級(jí)，具體為先采用磁場強(qiáng)度為3000-5000高斯的磁選機(jī)，再采用磁場強(qiáng)度為5000-10000高斯的磁選機(jī)，最后采用磁場強(qiáng)度為10000高斯以上的磁選機(jī)；對(duì)于粒徑為120?250目的顆粒采用磁選機(jī)進(jìn)行磁選分為低中高三級(jí)，具體為先采用磁場強(qiáng)度為3000-5000高斯的磁選機(jī)，再采用磁場強(qiáng)度為5000-10000高斯的磁選機(jī)，最后采用磁場強(qiáng)度為10000高斯以上的磁選機(jī)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備氣相白炭黑并回收金屬的工藝，其特征在于:步驟(I)中將固體物料用濃鹽酸進(jìn)行處理，將其中的堿金屬和堿土金屬以氯鹽的形式除去，脫除酸液，然后進(jìn)行浮選除去長石后備用，浮選出的長石粉用做制備陶瓷原料。5.—種用于權(quán)利要求1所述工藝中的裝置，其特征在于:所述裝置包括熱空氣送入系統(tǒng)、化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)以及廢氣吸收系統(tǒng)，其中熱空氣送入系統(tǒng)用于儲(chǔ)存壓縮空氣并對(duì)空氣進(jìn)行加熱后送入化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)及中；所述化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)由酸液儲(chǔ)罐、料倉和反應(yīng)釜組成，酸液儲(chǔ)罐和料倉的底部通過管道與反應(yīng)釜相連通，反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)置有攪拌裝置，反應(yīng)釜的內(nèi)襯為耐溫、耐酸、耐磨材料，在反應(yīng)釜底部的上方，設(shè)有一根環(huán)形的圓管，圓管上均勻分布有透氣孔或透氣管，反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)置有一根以上的與環(huán)形的圓管相連通的豎管，所述豎管的頂端通過反應(yīng)釜的釜蓋上的管閥與熱空氣送入系統(tǒng)相連通;釜內(nèi)壁自上而下或自下而上安裝有緊貼釜壁的且呈螺旋線狀的四氟毛細(xì)管束，該管束的上下兩端分別與釜壁外的冷熱介質(zhì)通過其閥門連接，通過給管束內(nèi)的毛細(xì)管通入冷熱介質(zhì)，為釜內(nèi)反應(yīng)系統(tǒng)提供加熱或冷卻； 冷卻系統(tǒng)由一級(jí)冷卻釜和二級(jí)冷卻釜串聯(lián)組成；其中一級(jí)冷卻釜與反應(yīng)釜相連接，反應(yīng)釜的釜蓋上設(shè)有一根與一級(jí)冷卻釜相連且深入到一級(jí)冷卻釜底部中央的管道，一級(jí)冷卻釜的內(nèi)部設(shè)置有冷卻裝置，一級(jí)冷卻釜的底部設(shè)置有出料閥，一級(jí)冷卻釜的釜蓋上設(shè)置有一根與二級(jí)冷卻釜相連且深入到二級(jí)冷卻釜底部中央的管道，所述的二級(jí)冷卻釜的內(nèi)部設(shè)置有冷卻裝置，二級(jí)冷卻釜的底部設(shè)置有出料閥；二級(jí)冷卻釜的釜蓋上設(shè)置有一根與廢氣吸收系統(tǒng)相連接的管道，所述的廢氣吸收系統(tǒng)由一個(gè)以上的負(fù)壓水吸收罐和酸霧吸收裝置組成，負(fù)壓水吸收罐的頂部設(shè)置有管道且通過管道與酸霧吸收裝置中的引風(fēng)機(jī)相連接。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于:所述的熱空氣送入系統(tǒng)包括空氣壓縮機(jī)、空氣儲(chǔ)存罐、空氣加熱器及管道，空氣壓縮機(jī)、空氣儲(chǔ)存罐以及空氣加熱器通過管道相連接，管道上還設(shè)置有閥門和儀表。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于:所述的圓管上均勻分布有直徑為10?20mm的且朝向不同的透氣管，相鄰的透氣管之間的間距為50?150mm，且相鄰的透氣管的伸出方向之間的夾角為60?120°，反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)置有兩根豎管，所述兩根豎管分別連接于圓管的左右兩端。8.根據(jù)權(quán)利要求5的裝置，其特征在于:所述一級(jí)冷卻釜的冷卻裝置由轉(zhuǎn)軸和冷卻圓盤組成，所述轉(zhuǎn)軸為一根外部包裹有聚四氟乙烯的空心圓管，轉(zhuǎn)軸的頂端由一級(jí)冷卻釜的釜蓋上伸出，轉(zhuǎn)軸內(nèi)設(shè)置有一根自上而下的冷卻水管A，冷卻水管A的頂部為進(jìn)水端且進(jìn)水端與冷卻水源相連接;轉(zhuǎn)軸上均勻分布有冷卻圓盤，所述冷卻圓盤以轉(zhuǎn)軸為圓心安裝固定在轉(zhuǎn)軸上，并隨轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，所述冷卻圓盤為中空結(jié)構(gòu)，所有冷卻圓盤的內(nèi)部均設(shè)置有呈盤旋狀分布的冷卻水管B，且上下相鄰的冷卻圓盤中的冷卻水管B首尾相連，最底部的冷卻圓盤中的冷卻水管B的進(jìn)水端與冷卻水管A的底端相連通，最頂部的冷卻圓盤中的冷卻水管B的出水端通向空心圓管，冷卻水管B中排出的冷卻水由轉(zhuǎn)軸的頂端溢出；所述的冷卻圓盤上均勻分布有豎向的通氣孔，且上下相鄰的冷卻圓盤上的通氣孔相互錯(cuò)位。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于:所述的一級(jí)冷卻釜的釜蓋上設(shè)有真空表和便于檢修的人孔，一級(jí)冷卻釜的釜蓋上還設(shè)置有壓縮空氣吹氣裝置，壓縮空氣吹氣裝置與壓縮氣體源相連接。10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于:所述的二級(jí)冷卻釜中的冷卻裝置為多層翅片結(jié)構(gòu)，二級(jí)冷卻釜的釜壁上設(shè)置有冷卻水入口和冷卻水出口，冷卻水入口與最下層翅片的入水口相連通，冷卻水由最下層的翅片流入，所述翅片呈連續(xù)彎折結(jié)構(gòu)，相鄰的上下兩層翅片的端部相連通，冷卻水出口與最上層翅片的出水口相連通;二級(jí)冷卻釜的釜蓋上設(shè)置有壓縮空氣吹氣裝置，壓縮空氣吹氣裝置與壓縮氣體源相連接，二級(jí)冷卻釜的釜蓋上設(shè)有真空表，且其釜蓋和釜底都設(shè)有便于檢修的人孔。
【文檔編號(hào)】B03C1/02GK105967193SQ201610536835
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年7月8日
【發(fā)明人】田輝明, 楊水彬, 田正芳, 葉發(fā)兵
【申請(qǐng)人】黃岡師范學(xué)院, 田輝明