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一種硫酸鋅溶液用脫氟劑及其制備方法與流程

文檔序號:12147078閱讀:830來源:國知局

本發(fā)明屬于鋅冶煉過程中的脫氟技術領域,具體涉及一種濕法煉鋅工業(yè)中硫酸鋅溶液脫氟用吸附劑及其制備方法。



背景技術:

目前,世界上絕大多數(shù)的鋅是由濕法冶煉技術生產(chǎn)的,但是,其中的雜質(zhì)尤其是氟,會嚴重影響生產(chǎn):氟離子能腐蝕電極,造成極板消耗增加;還會使析出的鋅與陰極鋁板之間發(fā)生粘結,造成陰極剝鋅困難,使后續(xù)過程無法正常進行。同時,氟的存在也會造成設備的腐蝕,使設備壽命縮短;另外,氟也是有毒物質(zhì),它的存在還會影響工人健康。硫酸鋅溶液中氟離子濃度過高帶來的一系列危害,嚴重影響企業(yè)的正常生產(chǎn),降低生產(chǎn)效益,因此,鋅冶煉工業(yè)中必須脫除硫酸鋅溶液中的過多的氟。

吸附法除氟具有操作簡單,價格低廉,效率高等優(yōu)勢,在飲用水中除氟應用較多,因而將其引入硫酸鋅溶液除氟將是一項非常有潛力的方法。但是硫酸鋅溶液成分復雜,除氟效果受其他離子影響較大,因而在水溶液中有良好效果的除氟劑,在硫酸鋅溶液中基本沒有作用。而稀土元素對氟的親和性較好,因此,用某些稀土化合物直接來脫除硫酸鋅溶液中的氟也有所研究。

例如,公開號為CN102336429A的專利公開了一種脫除硫酸鋅溶液中氟的方法,將Ce2(CO3)3用球磨機濕磨至粒徑<1微米,形成料漿,加入到pH為5.0-5.4的硫酸鋅溶液中,用硫酸調(diào)節(jié)pH值為3.0-4.5,使其通過生成CeCO3F沉淀的方式進行除氟。但是這種方法中所述的CeCO3F在酸溶液中不穩(wěn)定,在氟含量較低時的除氟率不高,且該除氟劑粒度過小造成后續(xù)分離過程非常困難,而且直接用純稀土化合物除氟,成本非常高。

綜上,這類吸附劑在硫酸鋅溶液除氟方面存在除氟率低,選擇性不高,過濾性能差等問題,致使操作困難,企業(yè)成本過高,因此,需要尋找一種更好的脫氟劑來降低硫酸鋅溶液中的氟濃度。



技術實現(xiàn)要素:

本發(fā)明的目的在于針對上述問題,提供了一種脫氟效率高、選擇性強、易于回收處理、制備方法簡單、成本低的硫酸鋅溶液用脫氟劑及其制備方法。

一種硫酸鋅溶液用脫氟劑,包括以下兩種質(zhì)量百分比的組分:

1)獨居石:81.6-87.3%;

2)鎂、鋁、鈣的兩種或者三種的氧化物12.7%-18.4%。

所述的硫酸鋅溶液用脫氟劑,所述的獨居石為輕稀土礦物,按質(zhì)量百分比計包括:57.1-75.5%Ce、La、Nb、Th的一種或幾種的磷酸鹽,8.5-15.8%鈣鐵硅酸鹽,其余為脈石;磷酸鹽中稀土元素質(zhì)量含量以氧化物計為40.5%-65.3%;稀土元素組成以氧化物計包括:35.3%-52.7%Ce2O3,20.3%-30.2%La2O3和27.0%-34.5%其他稀土氧化物。

所述的硫酸鋅溶液用脫氟劑的制備方法,包括下述步驟:

步驟一

將獨居石進行破碎、篩分處理,使其控制在一定的粒度范圍;

步驟二

將步驟一所得到的獨居石粉末放入一定濃度的酸溶液中浸漬,同時加入陰離子表面活性劑,經(jīng)震蕩、靜置陳化、離心分離,洗滌后烘干,得到固體B;

步驟三

取步驟二所得固體B,放入含有水溶性的鋁鹽、鈣鹽和鎂鹽中的兩種或三種混合得到的溶液中,攪拌、靜置,固液分離后得到固體D;

步驟四

將步驟三所得固體D在高溫下焙燒,得到所述的硫酸鋅溶液用脫氟劑。

步驟一中使獨居石的粒度控制在-100目,優(yōu)選為-120至-200目。

步驟二中獨居石粉末按固液質(zhì)量比1:3-6加入一定濃度的酸溶液,同時加入陰離子表面活性劑,震蕩轉速為90-160r/min,震蕩30-120min,靜置陳化5-8h,離心分離,用去離子水多次洗滌,將所得樣品在70-90℃條件下烘干,得到固體B。

步驟二中所述的酸為稀鹽酸、稀硫酸、稀硝酸中的至少一種,其中

所述稀鹽酸的濃度為0.3-5mol/L;

所述稀硫酸的濃度為0.2-4mol/L;

所述稀硝酸的濃度為0.5-6mol/L。

作為優(yōu)選方案,稀鹽酸的濃度為0.3-4mol/L;稀硫酸的濃度為0.2-2mol/L;稀硝酸的濃度為0.5-4mol/L。

步驟二中所述的陰離子表面活性劑為十二烷基磺酸鈉、十二烷基磺酸銨、十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基苯磺酸銨、十二烷基硫酸鈉、十二烷基硫酸銨、十二烷基磷酸鈉、十二烷基磷酸銨中的至少一種;表面活性劑的加入量為所加獨居石干料質(zhì)量百分比的9%-21%,優(yōu)選9%-15%。

作為優(yōu)選方案,陰離子表面活性劑由十二烷基硫酸鈉和十二烷基苯磺酸銨按質(zhì)量比1-1.5:1.5-2組成。

步驟三中將固體B,按照固液質(zhì)量比1:3-6加入含有水溶性的鋁鹽、鈣鹽和鎂鹽中的兩種或三種混合得到的溶液中,控制攪拌轉速70-120r/min,攪拌30-70min后,靜置10-24h,抽濾,在90-120℃條件下烘干,得到固體D。

所述水溶性鋁鹽選自硫酸鋁,氯化鋁,硝酸鋁中的至少一種;

所述水溶性鈣鹽選自氯化鈣,硝酸鈣中的至少一種;

所述水溶性鎂鹽選自氯化鎂,硝酸鎂中的至少一種;

三種金屬鹽溶液濃度在0.5-2mol/L范圍內(nèi)。

作為優(yōu)選方案,步驟三中的鋁鹽、鈣鹽和鎂鹽按照濃度比0.5-1:1-1.5:1.5-2配成非沉淀溶液。

步驟四在300-500℃溫度條件下焙燒2-3h。

本發(fā)明優(yōu)勢:

(1)本發(fā)明一種硫酸鋅溶液用脫氟劑對氟的親和性好,具有很好的吸附選擇性和比較高的吸附容量,可以有效降低硫酸鋅溶液中的氟濃度。

(2)本發(fā)明一種硫酸鋅溶液用脫氟劑的制備方法,工藝簡單,經(jīng)酸溶液浸泡后,材料性質(zhì)穩(wěn)定,所采用的可溶性鹽與活性材料的元素相同,不會引入雜質(zhì),且提高了原材料的吸附性能;粒度適中,易于與硫酸鋅溶液分離。

(3)本發(fā)明通過使用陰離子表面活性劑,增加了脫氟劑的附著效果,使改性物質(zhì)更加均勻的分散在材料表面,提高了對氟的吸附脫除效果。

(4)本發(fā)明中,吸附氟后的脫氟劑可以被回收,用來繼續(xù)提取稀土元素或稀土氟化物,可以提高脫氟劑的利用率和企業(yè)的生產(chǎn)效益。

具體實施方式:

實施例1

(1)將1kg獨居石礦用破碎機處理,篩分,使其粒度控制在-120至-200目;

(2)將處理過的獨居石粉末用3L 0.5mol/L的稀硫酸浸泡,放入振蕩器中,同時加入140g十二烷基硫酸鈉,以100r/min的轉速震蕩100min,靜置陳化6h,抽濾,用去離子水多次洗滌,將所得樣品在90℃條件下烘干5h;

(3)取步驟(2)中所得樣品,按固液比1:3放入濃度為0.3mol/L的硫酸鋁溶液和0.3mol/L的硫酸鎂混合溶液中,控制攪拌器轉速在70r/min,充分攪拌40min后,靜置12h;

(4)將步驟(4)中所得樣品抽濾,烘干后,放入高溫爐中300℃條件下焙燒4h,即制得本發(fā)明中的脫氟劑;

(5)用制備的脫氟劑處理含氟123mg/L,pH為5.2的硫酸鋅溶液80min,投加量為15g/L,吸附后溶液中氟濃度降至70mg/L;

(6)抽濾,用去離子水洗滌3-4次,回收脫氟劑用于提取稀土或氟化稀土。

實施例2

(1)將1kg獨居石礦用破碎機處理,篩分,使其粒度控制在-120至-200目;

(2)將處理過的獨居石粉末用4L 0.8mol/L的稀硝酸浸泡,同時加入120g十二烷基磺酸鈉,放入振蕩器中,以135r/min的轉速震蕩70min,靜置陳化7h,離心分離,用去離子水多次洗滌,將所得樣品在80℃條件下烘干;

(3)取步驟(2)中所得樣品,按固液比1:4放入濃度為0.8mol/L的氯化鎂和1mol/L的氯化鈣混合溶液中,控制攪拌器轉速在100r/min,充分攪拌60min后,靜置20h;

(4)將步驟(3)中金屬鹽溶液處理的獨居石樣品抽濾,烘干后,放入高溫爐中400℃條件下焙燒3h,研磨,即制得本發(fā)明中的脫氟劑;

(5)用制備的脫氟劑處理氟離子濃度為121mg/L,pH為5.1的硫酸鋅溶液80min,投加量為15g/L,吸附后溶液氟離子濃度降至66mg/L;

(6)抽濾,用去離子水洗滌3~4次,回收脫氟劑用于提取稀土或氟化稀土。

實施例3

(1)將1kg獨居石礦用破碎機處理,篩分,使其粒度控制在-120至-200目;

(2)將處理過的獨居石粉末用3L 1mol/L的稀鹽酸浸泡,加入120g十二烷基苯磺酸鈉,放入振蕩器中,以115r/min的轉速震蕩70min,靜置陳化7h,離心分離,用去離子水多次洗滌,將所得樣品在80℃條件下烘干;

(3)取步驟(2)中所得樣品,按固液比1:4放入濃度為0.8mol/L的硝酸鋁和0.8mol/L的硝酸鈣混合溶液中,控制攪拌器轉速在110r/min,充分攪拌50min后,靜置15h;

(4)將步驟(3)中金屬鹽溶液處理的獨居石樣品抽濾,烘干后,放入高溫爐中500℃條件下焙燒4h,研磨,即制得本發(fā)明中的脫氟劑;

(5)用制備的脫氟劑處理氟濃度為121mg/L,pH為5.0的硫酸鋅溶液80min,投加量為15g/L,吸附后溶液氟濃度降至64mg/L;

(6)抽濾,用去離子水洗滌3~4次,回收脫氟劑用于提取稀土或氟化稀土。

實施例4

(1)將1kg獨居石礦用破碎機處理,篩分,使其粒度控制在-120至-200目;

(2)將處理過的獨居石粉末用4L 2.0mol/L的稀硫酸浸泡,放入振蕩器中,同時加入50g十二烷基硫酸鈉和100g十二烷基苯磺酸鈉,以150r/min的轉速震蕩90min,靜置陳化8h,離心分離,用去離子水多次洗滌,將所得樣品在90℃條件下烘干5h;

(3)取步驟(2)中烘干的樣品,按固液比1:5放入濃度為0.8mol/L的硝酸鋁,1.5mol/L的硝酸鎂和1.5mol/L的硝酸鈣混合溶液中,控制攪拌器轉速在110r/min,充分攪拌70min后,靜置18h;

(4)將步驟(3)中金屬鹽溶液處理的獨居石樣品抽濾,烘干后,放入高溫爐中500℃條件下焙燒4h,研磨,即制得本發(fā)明中的脫氟劑;

(5)用制備的脫氟劑處理氟濃度為125mg/L,pH為5.1的硫酸鋅溶液80min,投加量為15g/L,吸附后溶液氟濃度降至45mg/L;

(6)抽濾,用去離子水洗滌3~4次,回收脫氟劑用于提取稀土或氟化稀土。

實施例5

(1)將1kg獨居石礦用破碎機處理,篩分,使其粒度控制在-120至-200目;

(2)將處理過的獨居石粉末用4L 2.0mol/L的稀硫酸浸泡,放入振蕩器中,同時加入150g十二烷基硫酸鈉,以150r/min的轉速震蕩90min,靜置陳化8h,離心分離,用去離子水多次洗滌,將所得樣品在90℃條件下烘干5h;

(3)取步驟(2)中烘干的樣品,按固液比1:5放入濃度為0.8mol/L的硝酸鋁,1.5mol/L的硝酸鎂和1.5mol/L的硝酸鈣混合溶液中,控制攪拌器轉速在110r/min,充分攪拌70min后,靜置18h;

(4)將步驟(3)中金屬鹽溶液處理的獨居石樣品抽濾,烘干后,放入高溫爐中500℃條件下焙燒4h,研磨,即制得本發(fā)明中的脫氟劑;

(5)用制備的脫氟劑處理氟濃度為125mg/L,pH為5.1的硫酸鋅溶液80min,投加量為15g/L,吸附后溶液氟濃度降至53mg/L;

(6)抽濾,用去離子水洗滌3~4次,回收脫氟劑用于提取稀土或氟化稀土。

實施例6

(1)將1kg獨居石礦用破碎機處理,篩分,使其粒度控制在-120至-200目;

(2)將處理過的獨居石粉末用4L 2.0mol/L的稀硫酸浸泡,放入振蕩器中,同時加入50g十二烷基硫酸鈉和100g十二烷基苯磺酸鈉,以150r/min的轉速震蕩90min,靜置陳化8h,離心分離,用去離子水多次洗滌,將所得樣品在90℃條件下烘干5h;

(3)取步驟(2)中烘干的樣品,按固液比1:5放入濃度為0.3mol/L的硝酸鋁,1.7mol/L的硝酸鎂和1.3mol/L的硝酸鈣混合溶液中,控制攪拌器轉速在110r/min,充分攪拌70min后,靜置18h;

(4)將步驟(3)中金屬鹽溶液處理的獨居石樣品抽濾,烘干后,放入高溫爐中500℃條件下焙燒4h,研磨,即制得本發(fā)明中的脫氟劑;

(5)用制備的脫氟劑處理氟濃度為125mg/L,pH為5.1的硫酸鋅溶液80min,投加量為15g/L,吸附后溶液氟濃度降至60mg/L;

(6)抽濾,用去離子水洗滌3~4次,回收脫氟劑用于提取稀土或氟化稀土。

對比例1

(1)將1kg獨居石礦用破碎機處理,篩分,使其粒度控制在-120至-200目;

(2)將獨居石粉末用去離子水多次洗滌,抽濾,放入烘箱中于90℃烘干5h,備用;

(3)用獨居石處理氟濃度為123mg/L,pH為5.2的硫酸鋅溶液80min,投加量為15g/L,吸附后氟濃度降至103mg/L;

(4)抽濾,用去離子水洗滌3~4次,回收脫氟劑用于提取稀土或氟化稀土。

對比例2

(1)將1kg獨居石礦用破碎機處理,篩分,使其粒度控制在-120至-200目;

(2)將處理過的獨居石粉末用3L 0.5mol/L的稀硫酸浸泡,放入振蕩器中,以100r/min的轉速震蕩100min,靜置陳化6h,抽濾;

(3)將步驟(2)中酸浸泡的獨居石粉末抽濾,用去離子水多次洗滌,放入烘箱中于90℃烘干5h,備用;

(4)用酸處理后的獨居石處理氟濃度為123mg/L,pH為5.2的硫酸鋅溶液80min,投加量為15g/L,吸附后氟濃度降至90mg/L;

(5)抽濾,用去離子水洗滌3-4次,回收獨居石用于提取稀土或氟化稀土。

對比例3

分別用硝酸鋁、硝酸鎂、硝酸鈣處理氟濃度為123mg/L,pH為5.2的硫酸鋅溶液80min,投加量為15g/L,吸附后氟離子濃度分別降至108mg/L、112mg/L和114mg/L。

對比例4

(1)將1kg獨居石礦用破碎機處理,篩分,使其粒度控制在-120至-200目;

(2)將處理過的獨居石粉末用3L 0.5mol/L的稀硫酸浸泡,放入振蕩器中,同時加入140g十二烷基硫酸鈉,以100r/min的轉速震蕩100min,靜置陳化6h,抽濾,用去離子水多次洗滌,將所得樣品在90℃條件下烘干5h。

(3)取步驟(2)中所得樣品,按固液比1:3放入濃度為0.3mol/L的硫酸鋁溶液中,控制攪拌器轉速在70r/min,充分攪拌40min后,靜置12h;

(4)將步驟(4)中所得樣品抽濾,烘干后,放入高溫爐中300℃條件下焙燒4h,即制得本發(fā)明中的脫氟劑;

(5)用制備的脫氟劑處理含氟123mg/L,pH為5.2的硫酸鋅溶液80min,投加量為15g/L,吸附后溶液中氟濃度降至80mg/L;

(6)抽濾,用去離子水洗滌3-4次,回收脫氟劑用于提取稀土或氟化稀土。

對比例5

(1)將1kg獨居石礦用破碎機處理,篩分,使其粒度控制在-120至-200目;

(2)將處理過的獨居石粉末用3L 0.5mol/L的稀硫酸浸泡,放入振蕩器中,同時加入140g十二烷基硫酸鈉,以100r/min的轉速震蕩100min,靜置陳化6h,抽濾,用去離子水多次洗滌,將所得樣品在90℃條件下烘干5h。

(3)取步驟(2)中所得樣品,按固液比1:3放入濃度為0.3mol/L的硝酸鎂混合溶液中,控制攪拌器轉速在70r/min,充分攪拌40min后,靜置12h;

(4)將步驟(4)中所得樣品抽濾,烘干后,放入高溫爐中300℃條件下焙燒4h,即制得本發(fā)明中的脫氟劑;

(5)用制備的脫氟劑處理含氟123mg/L,pH為5.2的硫酸鋅溶液80min,投加量為15g/L,吸附后溶液中氟濃度降至83mg/L;

對比例6

(1)將1kg獨居石礦用破碎機處理,篩分,使其粒度控制在-120至-200目;

(2)將處理過的獨居石粉末用3L 0.5mol/L的稀硫酸浸泡,放入振蕩器中,同時加入140g十二烷基硫酸鈉,以100r/min的轉速震蕩100min,靜置陳化6h,抽濾,用去離子水多次洗滌,將所得樣品在90℃條件下烘干5h。

(3)取步驟(2)中所得樣品,按固液比1:3放入濃度為0.3mol/L硝酸鈣溶液中,控制攪拌器轉速在70r/min,充分攪拌40min后,靜置12h;

(4)將步驟(4)中所得樣品抽濾,烘干后,放入高溫爐中300℃條件下焙燒4h,即制得本發(fā)明中的脫氟劑;

(5)用制備的脫氟劑處理含氟123mg/L,pH為5.2的硫酸鋅溶液80min,投加量為15g/L,吸附后溶液中氟濃度降至85mg/L;

對比例7

(1)將1kg獨居石礦用破碎機處理,篩分,使其粒度控制在-120至-200目;

(2)將處理過的獨居石粉末用3L 0.5mol/L的稀硫酸浸泡,同時加入140g十二烷基硫酸鈉,放入振蕩器中,以100r/min的轉速震蕩100min,靜置陳化6h,抽濾;,用去離子水多次洗滌,將所得樣品在90℃條件下烘干5h。

(3)取步驟(2)中所得樣品,按固液比1:3放入濃度為0.3mol/L的硫酸鋁溶液和0.3mol/L的硫酸鎂混合溶液中,控制攪拌器轉速在70r/min,充分攪拌40min后,靜置12h;

(4)將步驟(3)中金屬鹽溶液處理的獨居石樣品抽濾,烘干,即制得脫氟劑;

(5)用制備的脫氟劑處理氟濃度為123mg/L,pH為5.2的硫酸鋅溶液80min,投加量為15g/L,吸附后氟離子濃度降至79mg/L;

(6)抽濾,用去離子水洗滌3~4次,回收脫氟劑用于提取稀土或氟化稀土。

對比例8

(1)將1kg獨居石礦用破碎機處理,篩分,使其粒度控制在-120至-200目;

(2)將處理過的獨居石粉末用3L 0.5mol/L的稀硫酸浸泡,放入振蕩器中,以100r/min的轉速震蕩100min,靜置陳化7h,離心分離,用去離子水多次洗滌,將所得樣品在80℃條件下烘干;

(3)取步驟(2)中所得樣品,按固液比1:3放入濃度為0.3mol/L的硫酸鋁溶液和0.3mol/L的硫酸鎂混合溶液中,控制攪拌器轉速在70r/min,充分攪拌40min后,靜置12h;

(4)將步驟(3)中所得樣品抽濾,烘干后,放入高溫爐中300℃條件下焙燒4h,研磨,即制得脫氟劑;

(5)用制備的脫氟劑處理氟濃度為123mg/L,pH為5.2的硫酸鋅溶液80min,投加量為15g/L,吸附后氟濃度降至82mg/L;

(6)抽濾,用去離子水洗滌3-4次,回收脫氟劑用于提取稀土或氟化稀土。

對比例9

采用公開號為CN102336429A的專利公開的脫除硫酸鋅溶液中氟的方法,對氟濃度為123mg/L,pH為5.1的硫酸鋅溶液進行除氟,處理后氟濃度降至106mg/L。

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