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、鹽酸以及硝酸進行反應，制備成高附加值的產物氣相白炭黑并回收各種金屬，所制得的產物中SiO2含量大于99.9％，其多點BET法測定比表面積不小于350m2/g，達到了變廢為寶的效果；上述制備工藝中所產生的酸性氣體經負壓水吸收罐吸收后，能夠制得對應的酸液，當酸液濃縮到一定的濃度后可循環使用。同時本發明還提供了用于上述工藝中的生產裝置，該生產裝置所用到的零部件均為化工廠常用器具，成本低廉，能夠實現大規模工業化生產。
【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
技術領域
[0001]本發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、濕法冶金和環保技術領域。
【背景技術】
[0002]隨著我國經濟的高速發展，各行各業對鋼鐵的需求越來越大，其鐵礦資源的開采規模也隨之加大，已成為世界上的鋼鐵生產和鐵礦業的采選頭等大國。根據童雄教授介紹: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利用。據我國環保部統計:2000年我國各類工業固體廢物占地6.5萬多平方千米，其中尾礦占三分之一。2005年和2010年，我國尾礦產生量分別達到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十萬公頃，間接污染面積打百萬公頃。按照2010年全國尾礦產量12.3億噸、每畝大約可堆存尾礦量4萬噸計算，每年新增尾礦占地達3萬畝左右。一個年產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10-15年。隨著土地資源越來越緊張，征地費用越來越高，導致尾礦庫的基建投資占整個采選企業費用的比例越來越大，且尾礦庫的維護和維修也需消耗大量的資金。據統計，我國冶金礦山每噸尾礦需尾礦庫基建投資1-3元，生產經營管理費用3-5元，全國現有400多座尾礦庫，每年的營運費用高達7.5億元。另外，如果尾礦及尾礦庫的堆放、維護不力等會造成很大的安全隱患、環境污染隱患和重大的經濟與財產損失及人員傷亡。因此，研發出一種鐵礦采選后的尾礦綜合利用的新技術和新方法及裝置，對新舊的、數量龐大的尾礦資源進行科學合理的開發與利用，實現無尾礦、無廢礦、無污染的現代化的、環境友好的綠色化生產工藝，化害為利、變廢為寶，將是消除尾礦及尾礦庫的安全隱患、治理和美化礦區生產環境的治本之策，這對充分利用廢棄資源、保護人民群眾生命財產安全及人類賴以生存的生態環境具有重要的現實意義，因此，開發利用鐵礦尾砂迫在眉睫。
【發明內容】
[0003]本發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，本發明同時還提供了在常溫常壓下能生產氣相白炭黑產品的新工藝技術和生產裝置。
[0004]實現本發明上述目的所采用的技術方案為:
[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行混合，制得混合酸液備用;將鐵尾礦分級，對于粒徑大于120目的顆粒返回球磨機循環磨礦;對于粒徑為120?250目的顆粒采用磁選機進行磁選，收集鐵粉后的料漿再脫水制得固體物料，備用;對于粒徑小于250目的泥漿經磁選機磁選再送入濃密機沉淀后，再用陶瓷過濾機脫水后與固體物料混合，備用；
[0006](2)、將混合酸液投入反應釜中，開啟反應釜的攪拌裝置和反應系統中的廢氣吸收裝置，將固體物料投入到反應釜中；
[0007](3)、控制反應釜中的反應溫度為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生成四氟化硅氣體，該四氟化硅氣體與混合酸液中所揮發的酸性氣體以及水蒸氣一起被負壓帶入冷卻爸中；
[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生成HF、Cl2/N02、Si02.ηΗ20，其中HF和C12/N02被負壓從冷卻釜中帶出，并被水吸收生成可供重復使用的氫氟酸、鹽酸/硝酸，S12.ηΗ20凝結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在真空加熱器內進行負壓預熱，除去其中殘留的酸性氣體HF和C12/N02，然后再進行干燥，干燥后即可制得氣相白炭黑產品，產品中S12含量大于99.9%,其多點BET法測定比表面積不小于350m2/g;
[0010](6)、反應釜中反應完成后過濾，將濾渣進行純化后可得到三氟化鋁，將濾液送入蒸發器蒸發，蒸發時產生的酸霧氣氣體用水吸收罐進行吸收變成酸液，酸液返回車間再重新利用，未吸收的尾氣用酸霧吸收塔進行中和處理后排空；
[0011]當蒸發器內的酸液蒸干后，停止蒸發，用水洗除固體殘留物中的鹽后，再用硫酸對固體殘留物進行處理，分離出硫酸亞鐵后，最后對其組分分析，根據分析結果，對各種金屬元素進行提純分離回收。
[0012]所述的氫氟酸的質量濃度或體積濃度為I?20%，氟硅酸的質量濃度或體積濃度為10?30%，硝酸的質量濃度或體積濃度為2?30%，鹽酸的質量濃度或體積濃度為10%?30%。
[0013]步驟(I)中在對于粒徑大于120目的顆粒返回球磨機循環磨礦的過程中采用磁選機進行磁選以回收鐵粉，所述的磁選機分為低中高三級，具體為先采用磁場強度為3000-5000高斯的磁選機，再采用磁場強度為5000-10000高斯的磁選機，最后采用磁場強度為10000高斯以上的磁選機;對于粒徑為120?250目的顆粒采用磁選機進行磁選分為低中高三級，具體為先采用磁場強度為3000-5000高斯的磁選機，再采用磁場強度為5000-10000高斯的磁選機，最后采用磁場強度為10000高斯以上的磁選機。
[0014]步驟(I)中將磁選后的固體物料用濃鹽酸進行處理，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、化學反應系統、冷卻系統以及廢氣吸收系統，其中熱空氣送入系統用于儲存壓縮空氣并對空氣進行加熱后送入化學反應系統中；所述化學反應系統由酸液儲罐、料倉和反應釜組成，酸液儲罐和料倉的底部通過管道與反應釜相連通，反應釜內設置有攪拌裝置，反應釜的內襯為耐溫、耐酸、耐磨材料，在反應釜底部的上方，設有一根環形的圓管，圓管上均勻分布有透氣孔或透氣管，反應釜內設置有一根以上的與環形的圓管相連通的豎管，所述豎管的頂端通過反應釜的釜蓋上的管閥與熱空氣送入系統相連通;釜內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管束，該管束的上下兩端分別與釜壁外的冷熱介質通過其閥門連接，通過給管束內的毛細管通入冷熱介質，為爸內反應系統提供加熱或冷卻。
[0016]冷卻系統由一級冷卻釜和二級冷卻釜串聯組成；其中一級冷卻釜與反應釜相連接，反應釜的釜蓋上設有一根與一級冷卻釜相連且深入到一級冷卻釜底部中央的管道，一級冷卻釜的內部設置有冷卻裝置，一級冷卻釜的底部設置有出料閥，一級冷卻釜的釜蓋上設置有一根與二級冷卻釜相連且深入到二級冷卻釜底部中央的管道，所述的二級冷卻釜的內部設置有冷卻裝置，二級冷卻釜的底部設置有出料閥；二級冷卻釜的釜蓋上設置有一根與廢氣吸收系統相連接的管道，所述的廢氣吸收系統由一個以上的負壓水吸收罐和酸霧吸收裝置組成，負壓水吸收罐的頂部設置有管道且通過管道與酸霧吸收裝置中的引風機相連接。
[0017]所述的熱空氣送入系統包括空氣壓縮機、空氣儲存罐、空氣加熱器及管道，空氣壓縮機、空氣儲存罐以及空氣加熱器通過管道相連接，管道上還設置有閥門和儀表。
[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°，反應釜內設置有兩根豎管，所述兩根豎管分別連接于圓管的左右兩端。
[0019]所述一級冷卻釜的冷卻裝置由轉軸和冷卻圓盤組成，所述轉軸為一根外部包裹有聚四氟乙烯的空心圓管，轉軸的頂端由一級冷卻釜的釜蓋上伸出，轉軸內設置有一根自上而下的冷卻水管A，冷卻水管A的頂部為進水端且進水端與冷卻水源相連接;轉軸上均勻分布有冷卻圓盤，所述冷卻圓盤以轉軸為圓心安裝固定在轉軸上，并隨轉軸旋轉，所述冷卻圓盤為中空結構，所有冷卻圓盤的內部均設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 ]所述的一級冷卻釜的釜蓋上設有真空表和便于檢修的人孔，一級冷卻釜的釜蓋上還設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]所述的二級冷卻釜中的冷卻裝置為多層翅片結構，二級冷卻釜的釜壁上設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，所述翅片呈連續彎折結構，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;二級冷卻釜的釜蓋上設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，二級冷卻釜的釜蓋上設有真空表，且其釜蓋和釜底都設有便于檢修的人孔。
[0023]所述的負壓水吸收罐設置有兩個，兩個負壓水吸收罐相串聯或并聯連接。
[0024]與現有技術相比，本發明所提供的技術方案具有以下優點:1、本發明以鐵尾礦等廢棄物作為原料，將其制備成高附加值的產物氣相白炭黑，所制得的產物中S12含量大于99.9%，其多點BET法測定比表面積不小于350m2/g，因此達到了變廢為寶的效果。2、本發明所提供的制備工藝屬于一種全新的工藝思路，解決了現有的氣相白炭黑制備工藝中所存在的高溫工序、用到非常危險的易燃易爆的氫氣和氧氣等缺點。本發明所提供的生產工藝能夠在常溫常壓下進行制備。3、本發明的制備工藝中所產生的酸性氣體經負壓水吸收罐吸收后，能夠制得對應的酸液，當酸液濃縮到一定的濃度后可循環使用，能夠大大的節約了生產中的成本和環保處理廢水的問題。4、本發明提供的生產裝置能夠實現大規模工業化生產，且所用到的零部件均為化工廠常用器具，成本低廉。5、本發明能夠針對鐵尾礦中的有價金屬元素進行回收，具有較大的經濟效益。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發明提供的制備裝置的整體結構示意圖；
[0026]圖2為一級冷卻釜中冷卻圓盤的結構示意圖；
[0027]圖3為二級冷卻釜中翅片的結構示意圖；
[0028]圖中:1-酸液儲罐，2-料倉，3-反應釜，4-攪拌裝置，5-圓管，6_豎管，7_—級冷卻釜，8-二級冷卻釜，9-出料閥，10-負壓水吸收罐，11-酸霧吸收裝置，12-空氣壓縮機，13-空氣儲存罐，14-空氣加熱器，15-轉軸，16-冷卻圓盤，17-冷卻水管A，18-通氣孔，19-翅片。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖及具體實施例對本發明做詳細具體的說明，但是本發明的保護范圍并不局限于以下實施例。
[0030]本實施例中所提供的制備裝置的結構如圖1所示，所述裝置包括熱空氣送入系統、化學反應系統、冷卻系統以及廢氣吸收系統，其中熱空氣送入系統用于儲存壓縮空氣并對空氣進行加熱后送入化學反應系統中，所述的熱空氣送入系統包括空氣壓縮機12、空氣儲存罐13、空氣加熱器14及管道，空氣壓縮機12、空氣儲存罐13以及空氣加熱器14通過管道相連接，管道上還設置有閥門和儀表。
[0031 ]所述化學反應系統由酸液儲罐1、料倉2和反應釜3組成，酸液儲罐I和料倉2的底部通過管道與反應釜3相連通，反應釜3內設置有攪拌裝置4，反應釜的內襯為耐溫、耐酸、耐磨材料，具體選用碳化娃、氟材料、石墨材料等。在反應爸3底部的上方200mm左右處，設有一根環形的圓管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°。反應釜內設置有兩根與環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的頂端通過反應釜的釜蓋上的管閥與熱空氣送入系統相連通。在反應釜內的釜壁有螺旋掛鉤，用于支撐釜內用于加熱或降溫的聚四氟乙烯毛細管束。
[0032]冷卻系統由一級冷卻釜7和二級冷卻釜8串聯組成;其中一級冷卻釜7與反應釜3相連接，反應釜3的釜蓋上設有一根與一級冷卻釜7相連且深入到一級冷卻釜底部中央的管道，一級冷卻釜7的內部設置有冷卻裝置，所述一級冷卻釜的冷卻裝置由轉軸15和冷卻圓盤16組成，所述轉軸15為一根外部包裹有聚四氟乙烯的空心圓管，轉軸的頂端由一級冷卻釜的爸蓋上伸出，轉軸內設置有一根自上而下的冷卻水管Al 7，冷卻水管A的頂部為進水端且進水端與冷卻水源相連接;轉軸15上均勻分布有冷卻圓盤16。冷卻圓盤的結構如圖2所示，所述冷卻圓盤16以轉軸15為圓心安裝固定在轉軸上，并隨轉軸旋轉，所述冷卻圓盤為中空結構，所有冷卻圓盤的內部均設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]所述的一級冷卻釜的釜蓋上設有真空表和便于檢修的人孔，一級冷卻釜的釜蓋上還設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。一級冷卻釜7的釜蓋上設置有一根與二級冷卻釜8相連且深入到二級冷卻釜8底部中央的管道。一級冷卻釜的底部設置有出料閥9。
[0034]所述的二級冷卻釜8的內部設置有冷卻裝置，所述的二級冷卻釜中的冷卻裝置為多層翅片結構，二級冷卻釜8的釜壁上設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呈連續彎折結構，其結構如圖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入，到最上面一層翅片流出來。二級冷卻釜的釜蓋上設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，出料時用壓縮空氣吹掃。二級冷卻釜的釜蓋上設有真空表，且其釜蓋和釜底都設有便于檢修的人孔。二級冷卻釜的底部設置有出料閥9; 二級冷卻釜8的釜蓋上設置有一根與廢氣吸收系統相連接的管道。
[0035]所述的廢氣吸收系統由兩個負壓水吸收罐10和酸霧吸收裝置11組成，兩個負壓水吸收罐相串聯或并聯連接。負壓水吸收罐的頂部設置有管道且通過管道與酸霧吸收裝置中的引風機相連接。經二級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生中和反應后再排放到空氣中，當負壓水吸收罐的酸液達到一定的濃度后送給車間循環使用。
[0036]下面對生產工藝進行詳細的說明:本發明中首先把鐵尾礦進行分析測試，然后再根據分析測試結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行混合，制得混合酸液，氫氟酸、氟硅酸、硝酸或鹽酸均為工業級;或者采用工業副產的均可。作為優選，氫氟酸的質量濃度或體積濃度為I?20%，氟硅酸的質量濃度或體積濃度為10?30%，硝酸的質量濃度或體積濃度為2?30%，鹽酸的質量濃度或體積濃度為10%?20%。
[0045]對鐵尾礦的組分進行檢測后，如果是A型一一鞍山型鐵尾礦，則先進行分級，顆粒粒徑在120目以上的尾礦顆粒返回球磨機循環磨礦至其顆粒粒徑小于200目，在磨礦過程中采用低(磁場強度為3000-5000高斯的磁選機)一中(磁場強度為5000-10000高斯的磁選機)一高(磁場強度為10000-25000高斯的磁選機)三級場強的磁選機進行磁選，最大限度的進行鐵粉回收;顆粒粒徑在120-250目的尾礦料漿分別用三級磁選機(第一級用磁場強度為3000-5000高斯的磁選機;第二級用磁場強度為5000-10000高斯的磁選機;第三級用磁場強度為10000-20000高斯的磁選機)進行磁選，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目以下的泥漿經高強度(10000-20000高斯)磁選機磁選后送入濃密機沉淀后，再用陶瓷過濾機脫水后與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，則先進行分級。120目以上的尾礦顆粒返回球磨機循環磨礦至200目；120-250目尾礦料漿分別用三級磁選機(第一級用磁場強度為3000-5000高斯的磁選機;第二級用磁場強度為5000-10000高斯的磁選機;第三級用磁場強度為10000-20000高斯的磁選機)進行磁選后脫水備用;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目的泥漿經高強度(10000-20000高斯)磁選機磁選后送入濃密機沉淀后，再用陶瓷過濾機脫水后與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釜中，開啟反應釜的攪拌裝置和反應系統中的廢氣吸收裝置，將固體物料慢慢投入到反應釜中。
[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過程是一個放熱過程，則需打開反應反應釜外的冷卻水閥門維持反應溫度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，則需打開反應釜夾套的蒸汽閥門和釜內壁上安裝的螺旋四氟毛細管束的釜外壁上的熱源閥門給反應釜慢慢加熱。混合酸液中的氫氟酸或氟硅酸與鐵尾礦中的二氧化硅反應生成四氟化硅氣體，該氣體一部分溶于反應體系的水中形成氟硅酸繼續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的硝酸/鹽酸氣體以及水蒸氣一起被負壓帶入冷卻釜中。混合酸中的鹽酸與硝酸酸液則與物料中的其他金屬反應。在此反應過程中硝酸主要起到氧化作用;鹽酸起到絡合作用，分解后的金屬則以離子的形式進入酸液中。
[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生成HF、Cl2/N02、Si02.ηΗ20，化學反應式如下:
[0051]SiF4+4HN03+nH20 = 4HFT+4N02T+Si02.ηΗ20
[0052]SiF4+4HCl+nH20 = 4HFT+Cl2T+Si02.ηΗ20
[0053]其中HF和C12/N02從一級冷卻釜和二級冷卻釜中溢出，進入廢氣吸收系統并被水吸收生成可供重復使用的氫氟酸、鹽酸/硝酸，該氫氟酸、鹽酸/硝酸濃縮到一定的濃度后可循環使用;這樣大大的節約了生產中的成本和環保處理廢水的問題。
[0054]而S12.ηΗ20慢慢凝結吸附在一級冷卻釜中的冷卻圓盤上，從開始在冷卻圓盤上凝聚，再慢慢地自然結呈晶瑩剔透球形晶粒，像魚卵一樣聚集在一起，非常美觀，當一級冷卻釜的冷卻圓盤聚集到一定的量時，開啟轉軸裝置，轉軸帶動冷卻圓盤旋轉，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冷卻釜的底部，經底部的出料閥被送到干燥工序;處理完一級冷卻釜的物料后，二級冷卻釜則直接開啟壓縮空氣閥門，直接把凝結的物料吹到釜底后經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性極強，因此在干燥前，先將所收集的S12.ηΗ20在真空加熱器內進行負壓預熱，除去其中殘留的酸性氣體HF和C12/N02，然后再進行干燥，干燥后即可制得氣相白炭黑產品，產品中S12含量大于99.9%，其多點BET法測定比表面積不小于350m2/g。
[0056](6)、反應釜中反應完成后，趁熱過濾，濾渣中的主要成分是三氟化鋁;分析其中的化學純度后，再進行純化即可得到高純度的三氟化鋁產品;濾液趁熱送入蒸發器蒸發，蒸發時產生的酸霧氣氣體用水吸收罐進行二級以上吸收變成酸液，當酸液達到一定濃度后，再返回車間重新利用，未吸收的尾氣用酸霧吸收塔進行中和處理后排空；當蒸發器內的酸液蒸干后，停止蒸發，采用硫酸對其進行處理后，使鐵粉生產硫酸亞鐵分離出去，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多種有價金屬元素進行高效地回收(其回收率95-99%)，使尾礦資源得到科學、合理和環境友好的、有效的、最大化的利用。
【主權項】
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行混合，制得混合酸液備用;將鐵尾礦分級，對于粒徑大于120目的顆粒返回球磨機循環磨礦;對于粒徑為120?250目的顆粒采用磁選機進行磁選，收集鐵粉后的料漿再脫水制得固體物料，備用;對于粒徑小于250目的泥漿經磁選機磁選再送入濃密機沉淀后，再用陶瓷過濾機脫水后與固體物料混合，備用； (2)、將混合酸液投入反應釜中，開啟反應釜的攪拌裝置和反應系統中的廢氣吸收裝置，將固體物料投入到反應釜中； (3)、控制反應釜中的反應溫度為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生成四氟化硅氣體，該四氟化硅氣體與混合酸液中所揮發的酸性氣體以及水蒸氣一起被負壓帶入冷卻爸中； (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生成HF、C12/N02、S12.ηΗ20，其中HF和C12/N02被負壓從冷卻釜中帶出，并被水吸收生成可供重復使用的氫氟酸、鹽酸/硝酸，S12.ηΗ20凝結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在真空加熱器內進行負壓預熱，除去其中殘留的酸性氣體HF和C12/N02，然后再進行干燥，干燥后即可制得氣相白炭黑產品，產品中S12含量大于99.9%,其多點BET法測定比表面積不小于350m2/g; (6)、反應釜中反應完成后過濾，將濾渣進行純化后可得到三氟化鋁，將濾液送入蒸發器蒸發，蒸發時產生的酸霧氣氣體用水吸收罐進行吸收變成酸液，酸液返回車間再重新利用，未吸收的尾氣用酸霧吸收塔進行中和處理后排空； 當蒸發器內的酸液蒸干后，停止蒸發，用水洗除固體殘留物中的鹽后，再用硫酸對固體殘留物進行處理，分離出硫酸亞鐵后，最后對其組分分析，根據分析結果，對各種金屬元素進行提純分離回收。2.根據權利要求1所述的制備氣相白炭黑并回收金屬的工藝，其特征在于:所述的氫氟酸的質量濃度或體積濃度為I?20 %，氟硅酸的質量濃度或體積濃度為10?30 %，硝酸的質量濃度或體積濃度為2?30%，鹽酸的質量濃度或體積濃度為10%?30%。3.根據權利要求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)中在對于粒徑大于120目的顆粒返回球磨機循環磨礦的過程中采用磁選機進行磁選以回收鐵粉，所述的磁選機分為低中高三級，具體為先采用磁場強度為3000-5000高斯的磁選機，再采用磁場強度為5000-10000高斯的磁選機，最后采用磁場強度為10000高斯以上的磁選機；對于粒徑為120?250目的顆粒采用磁選機進行磁選分為低中高三級，具體為先采用磁場強度為3000-5000高斯的磁選機，再采用磁場強度為5000-10000高斯的磁選機，最后采用磁場強度為10000高斯以上的磁選機。4.根據權利要求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、化學反應系統、冷卻系統以及廢氣吸收系統，其中熱空氣送入系統用于儲存壓縮空氣并對空氣進行加熱后送入化學反應系統及中；所述化學反應系統由酸液儲罐、料倉和反應釜組成，酸液儲罐和料倉的底部通過管道與反應釜相連通，反應釜內設置有攪拌裝置，反應釜的內襯為耐溫、耐酸、耐磨材料，在反應釜底部的上方，設有一根環形的圓管，圓管上均勻分布有透氣孔或透氣管，反應釜內設置有一根以上的與環形的圓管相連通的豎管，所述豎管的頂端通過反應釜的釜蓋上的管閥與熱空氣送入系統相連通;釜內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管束，該管束的上下兩端分別與釜壁外的冷熱介質通過其閥門連接，通過給管束內的毛細管通入冷熱介質，為釜內反應系統提供加熱或冷卻； 冷卻系統由一級冷卻釜和二級冷卻釜串聯組成；其中一級冷卻釜與反應釜相連接，反應釜的釜蓋上設有一根與一級冷卻釜相連且深入到一級冷卻釜底部中央的管道，一級冷卻釜的內部設置有冷卻裝置，一級冷卻釜的底部設置有出料閥，一級冷卻釜的釜蓋上設置有一根與二級冷卻釜相連且深入到二級冷卻釜底部中央的管道，所述的二級冷卻釜的內部設置有冷卻裝置，二級冷卻釜的底部設置有出料閥；二級冷卻釜的釜蓋上設置有一根與廢氣吸收系統相連接的管道，所述的廢氣吸收系統由一個以上的負壓水吸收罐和酸霧吸收裝置組成，負壓水吸收罐的頂部設置有管道且通過管道與酸霧吸收裝置中的引風機相連接。6.根據權利要求5所述的裝置，其特征在于:所述的熱空氣送入系統包括空氣壓縮機、空氣儲存罐、空氣加熱器及管道，空氣壓縮機、空氣儲存罐以及空氣加熱器通過管道相連接，管道上還設置有閥門和儀表。7.根據權利要求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°，反應釜內設置有兩根豎管，所述兩根豎管分別連接于圓管的左右兩端。8.根據權利要求5的裝置，其特征在于:所述一級冷卻釜的冷卻裝置由轉軸和冷卻圓盤組成，所述轉軸為一根外部包裹有聚四氟乙烯的空心圓管，轉軸的頂端由一級冷卻釜的釜蓋上伸出，轉軸內設置有一根自上而下的冷卻水管A，冷卻水管A的頂部為進水端且進水端與冷卻水源相連接;轉軸上均勻分布有冷卻圓盤，所述冷卻圓盤以轉軸為圓心安裝固定在轉軸上，并隨轉軸旋轉，所述冷卻圓盤為中空結構，所有冷卻圓盤的內部均設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位。9.根據權利要求8所述的裝置，其特征在于:所述的一級冷卻釜的釜蓋上設有真空表和便于檢修的人孔，一級冷卻釜的釜蓋上還設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.根據權利要求5所述的裝置，其特征在于:所述的二級冷卻釜中的冷卻裝置為多層翅片結構，二級冷卻釜的釜壁上設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，所述翅片呈連續彎折結構，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;二級冷卻釜的釜蓋上設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，二級冷卻釜的釜蓋上設有真空表，且其釜蓋和釜底都設有便于檢修的人孔。
【文檔編號】B03C1/02GK105967193SQ201610536835
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年7月8日
【發明人】田輝明, 楊水彬, 田正芳, 葉發兵
【申請人】黃岡師范學院, 田輝明