本发明涉及稀有元素铌的富集,具体地说,涉及粘土岩中铌和钛的富集方法。
背景技术:
铌(niobium,nb)是一种应用极其广泛的稀有金属,具有熔沸点高、耐腐蚀、抗疲劳、抗变形、热电传导性能好、超导性能极佳等特点,尤其在现代钢铁工业中发挥着非常重要的作用。nb在地壳的克拉克值为24×10-6,地球上有多处独立的铌矿床,但铌矿床的分布很集中(郭青蔚和王肇信,2009;gibsonetal.,2015),主要分布于巴西、加拿大,仅巴西铌资源储量就占到了全球总储量的95%(usgs,2016)。我国铌矿储量仅1.85万吨,且都属于多金属共生矿床,nb品位低(郭青蔚和王肇信,2009)。铌矿及铌制品的对外依存度高达90%。不难看出,nb资源已经越来越成为我国重要的紧缺性、战略性资源。
在川黔滇交界的玄武岩古风化壳型沉积岩(宣威组底部粘土岩)中发现有nb矿化现象,含量一般在数百μg/g。根据“稀有金属矿产地质勘查规范(dz/t0203-2002)”之标准,风化壳类型nb矿床所要求的工业品位是160~200μg/g,预测仅贵州西部潜在nb2o5资源量约100万吨以上。该类nb资源主要在粘土岩中,与钛的伴生关系密切,可能属于一种新型矿床类型(daietal.,2010)。然而,对该类nb资源的选冶工艺研究极少。
该类nb矿资源的特点是组成矿物的粒径细小,平均地,矿物颗粒粒径在1-2微米以下。另外,一般来说,若分选粒度小于30微米或含泥量(<20微米)超过25%时,传统的物理分选方法和设备分选效果极差,难以对其中的目标矿物和脉石矿物进行分离。因此,开发新的方法从粘土岩中富集nb和ti,并进行综合利用其中的al、si,具有重要意义。
技术实现要素:
本发明的目的在于提供一种富集铌、钛的方法,同时综合利用其中其它有价组份。
本发明采用的技术方案是:
一种从粘土岩中回收其中的铝、硅,同时富集铌和钛的方法,具体的,高温焙烧活化,分别分离并回收铝、硅,进而最终得到铌、钛的富集物料。包括以下步骤:将粘土岩破碎、磨粉,550~900℃高温焙烧活化,用盐酸处理回收其中的铝,再用氢氧化钠溶液进行反应回收其中的硅,并用稀氢氧化钠进行洗涤,最终所得残渣即为铌钛富集料。
其具体步骤如下:
第一步,样品准备,破碎含nb的粘土岩样品,采用一般的粉碎机将粘土岩样品粉碎至100目左右即可。
第二步,将粉碎后的粘土岩样品,放在马弗炉中,进行焙烧处理,并保温一段时间。
第三步,称取一定量焙烧处理后样品,量取一定体积的盐酸溶液,将盐酸与焙烧后的粘土岩样品放到有盖子的反应器中反应,逐渐加热反应器至沸腾,加热时保持水分不流失。搅拌反应30-60分钟,过滤分离残渣并洗涤2-3次,滤液为氯化铝副产品。
第四步,向上述残渣中加入氢氧化钠溶液,并充分搅拌。反应1h后,过滤分离残渣并用稀氢氧化钠溶液洗涤2-3次,滤液为硅酸钠副产品,残渣为富nb、ti物料。
优选的,含铌粘土岩主要组成矿物相为高岭石族粘土矿物、钛质和铁质矿物,其中al2o3约35-40%,sio2约40-45%,tio2约3-9%,nb含量仅约为200-500μg/g。
优选的,高温焙烧温度为550~900℃。
优选的,盐酸回收铝时,盐酸用量为粘土样品中al2o3所需盐酸理论量的2倍,反应条件为煮沸条件,反应时间为20~60分钟。
优选的,氢氧化钠溶液回收硅时,常温至75℃条件下,搅拌反应1小时,溶液浓度20%,固液比为1g:5ml,反应后过滤分离,残渣需通过稀氢氧化钠溶液洗涤2-3次,充分洗去其中的硅。
可选的,在盐酸溶液提取铝、氢氧化钠溶液提取硅过程中,分别生产氯化铝溶液和硅酸钠溶液;氯化铝可以回收利用,也可通过沉淀回收利用铝;硅酸钠也可以作用副产品加以利用。
优选的,所得残渣中二氧化钛含量可达81%,nb含量可达4280μg/g;比起原样,残渣中ti和nb富集8倍左右,可以作用富nb、ti物料。
有益效果:本发明与已有技术相比具有以下优点:
一、提供从含nb极低的粘土中富集nb、ti的方法,是一种富集nb、ti重要的方法,该方法中不使氢氟酸等腐蚀性酸,无环境污染,所得溶液中的al和si均可以作为重要的副产品回收利用。
二、所得的富nb和ti物料中nb、ti的回收率在80%以上,含量比起原样富集5-8倍以上,物料中nb的含量可达4280μg/g,tio2含量可达81%,是重要的nb、ti资源,可进行进一步的深加工。
附图说明
附图1为是从粘土岩中回收al、si产品,富集nb、ti的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合实施例,对本发明作进一步描述:
实例1
第一步,样品准备,将含nb约200μg/g,al2o3约37%,sio2约45%,tio2约3%的粘土岩样品粉碎至100目左右。
第二步,将粉碎后的粘土岩样品,放在马弗炉中,加热至650℃进行焙烧处理,并保温2小时。
第三步,称取10g焙烧处理后样品,量取100ml10%的盐酸溶液,将盐酸与焙烧后的粘土岩样品放到有盖子的反应器中反应,逐渐加热反应器至沸腾,搅拌反应30-60分钟,过滤分离残渣,并洗涤2-3次,滤液为氯化铝副产品。
第四步,向上述残渣中按固液比1g:5ml加入20%的氢氧化钠溶液,并充分搅拌。50℃条件下反应1h,过滤分离残渣,并用稀氢氧化钠溶液洗涤2-3次,滤液为硅酸钠溶液副产品,洗后残渣含nb量为1150μg/g、含tio2量为22.8%,分别富集5-6倍。
实例2
第一步,样品准备,将含nb约491-534μg/g,al2o3约35%,sio2约40%,tio2约8.8%的粘土岩样品粉碎至100目左右。
第二步,将粉碎后的粘土岩样品,放在马弗炉中,加热至850℃进行焙烧处理,并保温2小时。
第三步,称取10g焙烧处理后样品,量取100ml10%的盐酸溶液,将盐酸与焙烧后的粘土岩样品放到有盖子的反应器中反应,逐渐加热反应器至沸腾,搅拌反应30-60分钟,过滤分离残渣,并洗涤2-3次,滤液为氯化铝副产品。
第四步,向上述残渣中按固液比1g:5ml加入20%的氢氧化钠溶液,并充分搅拌。在常温25℃条件下反应1h,过滤分离残渣,并用稀氢氧化钠溶液洗涤2-3次,滤液为硅酸钠副产品,洗后残渣含nb量为2160μg/g,含tio2量为39.67%,富集4.5倍。
实例3
第一步,样品准备,将含nb约491-534μg/g,al2o3约35%,sio2约40%,tio2约8.8%的粘土岩样品粉碎至100目左右。
第二步,将粉碎后的粘土岩样品,放在马弗炉中,加热至850℃进行焙烧处理,并保温2小时。
第三步,称取10g焙烧处理后样品,量取100ml10%的盐酸溶液,将盐酸与焙烧后的粘土岩样品放到有盖子的反应器中反应,逐渐加热反应器至沸腾,搅拌反应30-60分钟,过滤分离残渣,并洗涤2-3次,滤液为氯化铝副产品。
第四步,向上述残渣中按固液比1g:5ml加入20%的氢氧化钠溶液,并充分搅拌。在50℃条件下反应1h,过滤分离残渣,并用稀氢氧化钠溶液洗涤2-3次,滤液为硅酸钠副产品,洗后残渣含nb量为4000μg/g,含tio2量为75.17%,富集8倍以上。
实例4
第一步,样品准备,将含nb约491-534μg/g,al2o3约35%,sio2约40%,tio2约8.8%的粘土岩样品粉碎至100目左右。
第二步,将粉碎后的粘土岩样品,放在马弗炉中,加热至850℃进行焙烧处理,并保温2小时。
第三步,称取10g焙烧处理后样品,量取100ml10%的盐酸溶液,将盐酸与焙烧后的粘土岩样品放到有盖子的反应器中反应,逐渐加热反应器至沸腾,搅拌反应30-60分钟,过滤分离残渣,并洗涤2-3次,滤液为氯化铝副产品。
第四步,向上述残渣中按固液比1g:5ml加入20%的氢氧化钠溶液,并充分搅拌。在75℃条件下反应1h,过滤分离残渣,并用稀氢氧化钠溶液洗涤2-3次,滤液为硅酸钠副产品,洗后残渣含nb量为4280μg/g,含tio2量为80.5%,富集约9倍。
实例5
第一步,样品准备,将含nb约491-534μg/g,al2o3约35%,sio2约40%,tio2约8.8%的粘土岩样品粉碎至100目左右。
第二步,将粉碎后的粘土岩样品,放在马弗炉中,加热至850℃进行焙烧处理,并保温2小时。
第三步,称取10g焙烧处理后样品,量取100ml10%的盐酸溶液,将盐酸与焙烧后的粘土岩样品放到有盖子的反应器中反应,逐渐加热反应器至沸腾,搅拌反应30-60分钟,过滤分离残渣,并洗涤2-3次,滤液为氯化铝副产品。
第四步,向上述残渣中按固液比1g:5ml加入20%的氢氧化钠溶液,并充分搅拌。在100℃条件下反应1h,过滤分离残渣,并用稀氢氧化钠溶液洗涤2-3次,滤液为硅酸钠副产品,洗后残渣含nb量为3760μg/g,含tio2量为69.17%,富集近8倍。
实例6
第一步,样品准备,将含nb约491-534μg/g,al2o3约35%,sio2约40%,tio2约8.8%的粘土岩样品粉碎至100目左右。
第二步,将粉碎后的粘土岩样品,放在马弗炉中,加热至550℃进行焙烧处理,并保温2小时。
第三步,称取10g焙烧处理后样品,量取100ml10%的盐酸溶液,将盐酸与焙烧后的粘土岩样品放到有盖子的反应器中反应,逐渐加热反应器至沸腾,搅拌反应20分钟,过滤分离残渣,并洗涤2-3次,滤液为氯化铝副产品。
第四步,向上述残渣中按固液比1g:5ml加入20%的氢氧化钠溶液,并充分搅拌。50℃条件下反应1h,过滤分离残渣,并用稀氢氧化钠溶液洗涤2-3次,滤液为硅酸钠副产品,洗后残渣含nb量为1750μg/g、含tio2量为33%。
实例7
第一步,样品准备,将含nb约491-534μg/g,al2o3约35%,sio2约40%,tio2约8.8%的粘土岩样品粉碎至100目左右。
第二步,将粉碎后的粘土岩样品,放在马弗炉中,加热至900℃进行焙烧处理,并保温2小时。
第三步,称取10g焙烧处理后样品,量取100ml10%的盐酸溶液,将盐酸与焙烧后的粘土岩样品放到有盖子的反应器中反应,逐渐加热反应器至沸腾,搅拌反应20分钟,过滤分离残渣,并洗涤2-3次,滤液为氯化铝副产品。
第四步,向上述残渣中按固液比1g:5ml加入20%的氢氧化钠溶液,并充分搅拌。50℃条件下反应1h,过滤分离残渣,并用稀氢氧化钠溶液洗涤2-3次,滤液为硅酸钠副产品,洗后残渣含nb量为3020μg/g、含tio2量为56.7%,富集约6倍。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。