[發明專利]一種超聲強化分離銅冶煉爐渣中的硅和鐵并利用硅制備白炭黑的方法

有效

• 申請號: 202110425243.X
• 申請日: 2021-04-20
• 公開（公告）號: CN113120911B
• 公開（公告）日: 2023-09-12
• 發明（設計）人: 廖亞龍;吳越;蘇博文
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C01B33/12
• 分類號: C01B33/12;C21B3/04
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• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種超聲強化分離銅冶煉爐渣中的硅和鐵并利用硅制備白炭黑的方法，屬于工業固體廢棄物綜合利用領域。首先將銅冶煉爐渣破碎至90％以上粒度小于0.075mm，然后在硝酸鈉和超聲波協同催化下、于氫氧化鈉溶液中實現礦物相的轉化和分離，對反應產物進行固液分離和洗滌，得到濾洗液和濾渣，濾洗液用于制備白炭黑，濾渣的主要成分是赤鐵礦、能用于煉鐵作業。本發明通過在銅冶煉爐渣中加入氫氧化鈉和硝酸鈉，在超聲強化條件下將渣中的硅轉化為硅酸鈉，使結構和組成復雜的銅冶煉渣中的硅與渣中的鐵、鈣、銅等雜質元素分離，制備出高附加值的白炭黑產品后，其副產品濾渣直接用于煉鐵作業的優質煉鐵原料，從而實現高效利用銅冶煉渣中硅和鐵的目的。

技術領域

本發明涉及工業固體廢棄物綜合利用領域，具體涉及一種超聲強化分離銅冶煉爐渣中的硅和鐵并利用硅制備白炭黑的方法。

背景技術

銅冶煉渣是銅冶金行業中的一種主要的大宗固體廢棄物，因組成結構復雜，綜合利用率極低。多年來，冶金企業一直將銅冶煉渣堆棄于露天環境中，不但占用大量的土地資源，渣中砷鉛等有毒有害元素和鎳鈷等重金屬，也會隨著雨水的沖蝕及地表徑流而進入地表水系和土壤中，從而對水體、土壤及農作物產生污染。從1996年以來，我國一直是全球最大的有色金屬生產國，但冶金原料中的金屬含量往往不高，且常常同鉛、砷等有毒元素伴生或者共生，冶煉過程中也需配入大量氧化鈣、二氧化硅等熔劑，因此冶金爐渣的產量巨大。2020年，精煉銅的生產量達1003萬噸，每生產一噸精煉銅就會產生2.5噸以上的銅冶煉渣，新產生的以及自然環境中累積的銅冶金爐渣數量可見一斑，西南及南方諸省土地、河流和糧食農作物受重金屬污染的報道此起彼伏，礦業產生的固體廢棄物對人類的生存環境造成了巨大威脅。

銅冶煉爐渣中含有磁鐵礦、玻璃質相和鐵橄欖等礦物相組分，其中非晶態玻璃質相和鐵橄欖石相是主要組成相，二者的占比分別達到45％±和40％±，玻璃質、鐵橄欖石和磁鐵礦中的鐵占渣中全鐵的比例分別為44.94％、44.30％和10.34％。銅冶煉爐渣中FeO與SiO₂的含量和接近80％，而CaO含量卻偏低，與硅酸鹽水泥建材的成分差異較大，因此不能直接大量用于建材行業，只能作為輔料在建筑行業中應用。盡管最近的研究報道稱，銅渣與其他材料搭配后燒制的水泥熟料可以獲得優異的性能(秦守婉,申建軍,吳春麗.熔渣、銅礦渣在水泥生產中的應用研究[J].硅酸鹽通報,2013,32(4):572-576,582.)。然而，銅渣中的氧化鐵等堿性物質同大氣中的水分和CO₂發生化學反應而風化和溶解，堿性環境下也會引起膨脹，造成對建筑物破壞，限制了其在建材中的應用(胡純清,衡曉志,喻國安.鋼銅渣堿性膨脹造成建筑物破壞的調查研究[J].土工基礎,2000,14(1):35-38.；王楓,高波.某學校混凝土爆裂事故原因分析[J].混凝土與水泥制品,2011,(12):53-55.)。

銅冶煉渣中鐵的利用方法主要有高溫氧化、磁選分離得到鐵精礦，高溫熔融還原富集提鐵，以及高溫煤基直接還原等方法。高溫氧化、磁選分離的方法的主要工藝如下：在高溫熔融銅冶煉爐渣中鼓入富氧空氣或者氧氣進行改性處理，促使渣中的氧化鐵相轉移、遷移、富集和結晶，實現粗化Fe₃O₄相的晶粒尺寸，達到有利于磁選分離、回收鐵的目的。高溫氧化、磁選分離可得到含鐵54％的鐵精礦，鐵的回收率為90％左右。