一种含铁矿渣资源化利用的方法及设备与流程

1.本发明涉及含铁矿渣回收利用的技术领域，尤其涉及一种含铁矿渣资源化利用的方法及设备。


背景技术：

2.中国已成为世界上铜、锌、钛白粉生产大国。铜锌冶炼、钛白粉酸解过程中，产生大量废渣，这些废渣渣场无法处理，堆存处置不仅占用土地资源，且废渣中pb、cr等重金属元素随周围环境的改变而被释放，带来巨大的环境污染，废渣中含有大量的铁资源，如果废弃造成大量的资源浪费与环境污染，高效回收废渣中铁资源，对缓解我国铁资源短缺、消除废渣堆场造成的重金属二次污染隐患具有重要意义。为此，进行资源化处理，是铜渣、锌渣、钛渣行业未来可持续发展的必由之路。中国专利公开了一种环保型尾矿渣资源化利用的方法（公开号： cn114453114a），其适用于在初次破碎的时候进行了降尘处理，从而可以有效减少粉尘的飘散，对周围环境进行了保护，同时不影响对尾矿渣的正常进料，进一步保证了整个操作的正常进行，其包括步骤1：选择施工现场将所需要使用到的设备运送至施工现场，确保整个操作正常进行；步骤2：对尾矿渣进行输送主要通过输送机对尾矿渣进行输送，但是废渣中pb、cr等重金属元素随周围环境的改变而被释放，带来巨大的环境污染，工作效率较低，为此，我们提出了一种含铁矿渣资源化利用的方法及设备来解决上述问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的是为了克服现在废渣渣场无法处理，堆存处置不仅占用土地资源，且废渣中pb、cr等重金属元素随周围环境的改变而被释放，带来巨大的环境污染的不足，而提出的一种含铁矿渣资源化利用的方法及设备。
4.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种含铁矿渣资源化利用的方法，第一步：将含铁矿渣进行机械活化，通过矿渣破碎机内的破碎齿对送入的含铁矿渣进行机械力化学作用；第二步：将活化后的含铁矿渣送入反应罐内，用提前还原盐酸解析法常压酸解，之后通入定量的解析氯化氢气体，使废渣中铁的氧化物以离子状态进入液相；第三步：酸解液送入第一沉淀池内，酸解液自然降温，利用氯离子高，产生同离子效应，四水氯化亚铁 （fecl2﹒4h2o） 即大量析出；第四步，将析出的 fecl2﹒4h2o送入厢体式压滤设备内，通过厢体式压滤设备对 fecl2﹒4h2o 滤饼进行循环溶解，得到氯化亚铁溶液；第五步：高浓度fecl2溶液经空气、氧气、双氧水氧化成fecl3溶液；fecl3溶液与na2hpo4反应生产fepo4；第六步：剩余溶液送入第二沉淀池中与fes反应，制备生成cus不溶产物，产生fecl2溶液，fecl2溶液返回第二步的反应罐，作溶液配水，回收铁资源；
第七步：剩余溶液送入第三沉淀池中，矿渣溶液中含离子钛的溶液体系，钛离子是以钛的羟基氯化物（ti8o13cl6）形式存在的，生成的水合二氧化钛固体是正钛酸 h4tio4；第八步：在溶液中加入晶种，通过常压水解水合二氧化钛；第九步：剩余溶液中含有部分机械岩渣的sio2杂质，送入煅烧炉内，进行煅烧加工，制备成多孔硅复合材料。
5.一种含铁矿渣资源化利用的设备，包括矿渣破碎机，所述的矿渣破碎机一侧连接有反应罐，所述的反应罐一侧连接有第一沉淀池，所述的第一沉淀池一侧连接有厢体式压滤设备，所述的厢体式压滤设备通过连接管连接有反应釜，所述的反应釜一侧连接有第二沉淀池，所述的第二沉淀池一侧通过连接管连接有第三沉淀池，所述的第三沉淀池一侧连接有煅烧炉。
6.优选的，所述的矿渣破碎机上设有保护箱，所述的保护箱底部连接有底座，所述的保护箱中部连接有传动辊，所述的传动辊穿过保护箱并转动连接在保护箱内，所述的传动辊上转动连接有滚筒，所述的滚筒上等间距连接有四个搅拌叶，便于进行矿渣机械活化使用，提高回收效率。
7.优选的，所述的保护箱内壁上对应滚筒依次安装有三个破碎齿，三个破碎齿上均连接有支撑杆，所述的支撑杆贯穿保护箱并固定连接在保护箱上，便于进行物料破碎。
8.优选的，所述的矿渣破碎机顶部开设有进料口，所述的矿渣破碎机底部开设有出料口，便于原料送入和排出使用。
9.优选的，所述的厢体式压滤设备上设有两个进液管，所述的厢体式压滤设备表面安装有观察窗，所述的厢体式压滤设备一侧上部安装有控制开关，所述的控制开关底部安装有液压表，所述的厢体式压滤设备一侧下部安装有过滤管，便于控制压滤设备使用。
10.优选的，所述的反应釜与第二沉淀池之间安装有硫酸常压保温存储罐，便于反应使用，提高硫酸添加效率。
11.优选的，所述的第二沉淀池一侧安装有氯化铜母液常压保温存储罐，便于反应使用，提高氯化铜母液添加效率。
12.优选的，所述的第三沉淀池一侧安装有晶种常压保温存储罐，便于结晶使用，提高添加晶种效率。
13.与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、通过分离铜渣、钛渣、锌渣等含铁矿渣的铁元素，制备磷酸铁，矿渣中的硅元素制成多孔复合材料，同时回收铜渣里的铜制成硫化铜，回收钛渣里钛制成tio2；2、通过机械活化使废渣中铁元素浸出效率大大提高，在矿酸比相同条件下，铁元素的浸出浓度提升200-300%；3、机械活化使废渣中铁元素浸出效率大大提高，在矿酸比（重量：体积）相同条件下，铁元素的浸出浓度提升200-300%；4、酸解液自然降温，利用氯离子高，产生同离子效应，无需经真空结晶、或直接冷冻的方式，四水氯化亚铁 （fecl2﹒4h2o） 即大量析出；5、常压酸解产生的酸解渣为含有部分机械岩渣的sio2杂质，酸解渣经煅烧，制备成多孔硅复合材料，多孔硅复合材料作为无机助滤产品，应用广泛，实现废渣sio2的100%回收利用。
14.综上所述，本发明能通过分离铜渣、钛渣、锌渣等含铁矿渣的铁元素，制备磷酸铁，矿渣中的硅元素制成多孔复合材料，同时回收铜渣里的铜制成硫化铜，回收钛渣里钛制成tio2，提高工作效率，避免废渣渣场无法处理，堆存处置不仅占用土地资源，且废渣中pb、cr等重金属元素随周围环境的改变而被释放，带来巨大的环境污染的问题。
附图说明
15.图1为本发明提出的一种含铁矿渣资源化利用的方法及设备的流程示意图；图2为本发明提出的一种含铁矿渣资源化利用的方法及设备的矿渣破碎机正面结构图；图3为本发明提出的一种含铁矿渣资源化利用的方法及设备的a-a剖面结构图；图4为本发明提出的一种含铁矿渣资源化利用的方法及设备的矿渣破碎机整体结构图；图5为本发明提出的一种含铁矿渣资源化利用的方法及设备的厢体式压滤设备整体结构图；图6为本发明提出的一种含铁矿渣资源化利用的方法及设备的厢体式压滤设备正面结构图。
16.图中：1、矿渣破碎机；2、反应罐；3、第一沉淀池；4、厢体式压滤设备；5、反应釜；6、第二沉淀池；7、第三沉淀池；8、煅烧炉；9、保护箱；10、破碎齿；11、搅拌叶；12、滚筒；13、支撑杆；14、进料口；15、出料口；16、传动辊；17、底座；18、进液管；19、观察窗；20、控制开关；21、液压表；22、过滤管；23、硫酸；24、氯化铜母液；25、晶种。
具体实施方式
17.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
18.参照图1-6，一种含铁矿渣资源化利用的设备，包括矿渣破碎机1，矿渣破碎机1与外部配套控制设备连接，进行矿渣的破碎活化使用，矿渣破碎机1上设有保护箱9，保护箱9底部连接有底座17，保护箱9中部连接有传动辊16，传动辊16与外部配套动力设备连接，进行动力的输入，带动内部的滚筒12和搅拌叶11转动，进行搅拌使用，传动辊16穿过保护箱9并转动连接在保护箱9内，传动辊16上转动连接有滚筒12，滚筒12上等间距连接有四个搅拌叶11，保护箱9内壁上对应滚筒12依次安装有三个破碎齿10，三个破碎齿10上均连接有支撑杆13。
19.在本发明中，支撑杆13贯穿保护箱9并固定连接在保护箱9上，矿渣破碎机1顶部开设有进料口14，矿渣破碎机1底部开设有出料口15，便于物料的进出使用。
20.在本发明中，矿渣破碎机1一侧连接有反应罐2，反应罐2一侧连接有第一沉淀池3，第一沉淀池3一侧连接有厢体式压滤设备4，厢体式压滤设备4上设有两个进液管18，厢体式压滤设备4表面安装有观察窗19，厢体式压滤设备4一侧上部安装有控制开关20，控制开关20底部安装有液压表21，厢体式压滤设备4一侧下部安装有过滤管22，厢体式压滤设备4，通过控制开关20进行控制进液管18溶液的流入，在厢体式压滤设备4内经过配套过滤设备的压滤后，通过过滤管22流出，进行下一步的反应加工。
21.在本发明中，厢体式压滤设备4通过连接管连接有反应釜5，反应釜5一侧连接有第二沉淀池6，反应釜5与第二沉淀池6之间安装有硫酸23常压保温存储罐，第二沉淀池6一侧
安装有氯化铜母液24常压保温存储罐，制备生成cus不溶产物，便于对铜的回收。
22.在本发明中，第二沉淀池6一侧通过连接管连接有第三沉淀池7，第三沉淀池7一侧安装有晶种25常压保温存储罐，第三沉淀池7一侧连接有煅烧炉8，便于进行煅烧产生多孔硅复合材料。
23.具体步骤：1、机械活化对废渣机械活化，代替现有研究工艺中对废渣的高温、高压处理，机械活化即机械力化学作用，使固体物质的热化学反应温度降低、反应速度加快，在常压、室温条件下不能发生的反应成为可能，机械活化，微观上，细化废渣晶粒，产生大量晶格缺陷，使其晶格膨胀；宏观上，减小废渣的粒度，增加颗粒表面的粗糙度，增大其比表面积，机械活化使废渣中铁元素浸出效率大大提高，在矿酸比重量：体积相同条件下，铁元素的浸出浓度提升200-300%。
24.2、常压酸解现普遍采用硫酸法酸解，为提升铁元素浓度，多采用65％以上的硫酸，反应剧烈迅速，反应最高温度达 150-200℃，所得硫酸铁溶液杂质多，后续补加大量铁制备聚合硫酸铁，经济价值很低，采用提前还原盐酸解析法常压酸解。通入定量的解析氯化氢气体，与活化后废渣常压还原酸解，使废渣中铁的氧化物以离子状态进入液相，氯化氢极易溶于水，吸收过程中放出大量的溶解热。利用该原理，整个酸解过程不需要进行外加热，所有热量来源都是由 hcl 气体的溶解热提供。酸解过程最高温度＜60℃，氯化氢易挥发，酸解中可按一定配比补充硫酸，提升h+浓度，促进酸解。且cl-存在，提升对铁元素的配位，酸解效率进一步提高。
25.3、氯化亚铁自然结晶酸解液自然降温，利用氯离子高，产生同离子效应，无需经真空结晶、或直接冷冻的方式，四水氯化亚铁 fecl2﹒4h2o 即大量析出，自然降温，不需要真空结晶、或冷冻结晶方式，节能降本，无需对含 fecl2﹒4h2o 的结晶酸解液进行精滤，只需将该固液混合物进行固液分离，即产生理想的氯化铜母液铜渣为例、锌渣类似或钛液钛渣，通过厢体式压滤系统，对 fecl2﹒4h2o 滤饼进行循环溶解，无需经 fecl2﹒4h2o 固体的机械搅拌溶解系统，即得到高浓度＞500g/l氯化亚铁溶液。
26.4、铁盐资源化利用高浓度fecl2溶液经空气、氧气、或双氧水氧化成fecl3溶液，fecl3溶液与na2hpo4反应生产fepo4，经洗涤，即为新能源产业磷酸铁锂电池用高纯原料，实现铁盐的资源化利用。
27.5、制备硫化铜铜渣为例、锌渣类似氯化铜母液与定量fes反应，制备生成cus不溶产物、回收，产生fecl2溶液，fecl2溶液返回酸解工艺，作溶液配水，回收铁资源，锌渣类似，制备生成zns不溶产物、回收。
28.6、常压水解制备纳米tio2盐酸法钛渣产生的含离子钛的溶液体系，钛离子是以钛的羟基氯化物ti8o13cl6形式存在的，生成的水合二氧化钛固体是正钛酸 h4tio4，采用外加晶种常压水解水合二氧化钛工艺，不同于现有萃取钛液后喷雾水解工艺，外加晶种常压水解水合二氧化钛，粒径能达到纳米级二氧化钛，整个水解过程采用常压操作、间接加热，产品质量稳定。
29.7、含硅料煅烧常压酸解产生的酸解渣为含有部分机械岩渣的sio2杂质，酸解渣经煅烧，制备成多孔硅复合材料，多孔硅复合材料作为无机助滤产品，应用广泛，实现废渣sio2的100%回收利用。
30.一种含铁矿渣资源化利用的方法，第一步：将含铁矿渣进行机械活化，通过矿渣破碎机1内的破碎齿10对送入的含铁矿渣进行机械力化学作用；第二步：将活化后的含铁矿渣送入反应罐2内，用提前还原盐酸解析法常压酸解，之后通入定量的解析氯化氢气体，使废渣中铁的氧化物以离子状态进入液相；第三步：酸解液送入第一沉淀池3内，酸解液自然降温，利用氯离子高，产生同离子效应，四水氯化亚铁 fecl2﹒4h2o 即大量析出；第四步，将析出的 fecl2﹒4h2o送入厢体式压滤设备4内，通过厢体式压滤设备4对 fecl2﹒4h2o 滤饼进行循环溶解，得到氯化亚铁溶液；第五步：高浓度fecl2溶液经空气、氧气、双氧水氧化成fecl3溶液；fecl3溶液与na2hpo4反应生产fepo4；第六步：剩余溶液送入第二沉淀池6中与fes反应，制备生成cus不溶产物，产生fecl2溶液，fecl2溶液返回第二步的反应罐2，作溶液配水，回收铁资源；第七步：剩余溶液送入第三沉淀池7中，矿渣溶液中含离子钛的溶液体系，钛离子是以钛的羟基氯化物ti8o13cl6形式存在的，生成的水合二氧化钛固体是正钛酸 h4tio4；第八步：在溶液中加入晶种25，通过常压水解水合二氧化钛；第九步：剩余溶液中含有部分机械岩渣的sio2杂质，送入煅烧炉8内，进行煅烧加工，制备成多孔硅复合材料。
31.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。