專利名稱：一種促進廢渣中有價金屬與含鈣脈石礦物分離的方法
一種促進廢渣中有價金屬與含鈣脈石礦物分離的方法技術領域
本發(fā)明屬于環(huán)境工程領域，涉及一種水熱激活一水化結晶促進廢渣中有價金屬與含鈣脈石礦物分離的方法。
背景技術：
廢渣的露天堆放，不僅占用大量寶貴的土地資源，破壞地貌和植被，并且由于長期受風吹、日曬、雨淋，有害成分會不斷滲出，經(jīng)地表水或地下水污染周圍水系及土壤，有礙植物根系的發(fā)育和生長，而且還會在植物有機體內積蓄，通過食物鏈危及人體健康。另一方面，廢渣中含有許多其它有用成分，如金、銀、銅、鉛、鋅等，可以作為二次資源開發(fā)。因此，無論是從保護環(huán)境的角度還是從保護資源的角度來看，都應努力尋求技術上可行、經(jīng)濟上合理的重金屬廢洛的治理和利用措施。
廢渣中的金屬大多以化合物形式存在，常與脈石礦物結合緊密，難以單體解離，導致其分離回收困難。目前，用于金屬與脈石礦物分離的方法主要有濕法冶煉技術、火法冶煉技術以及包括浮選、重選、磁選等在內的選礦技術。其中濕法冶煉對金屬的選擇性差，耗酸耗堿高，還會產(chǎn)生大量的浸出渣，并且浸出渣中殘留有相當數(shù)量的可溶性態(tài)重金屬，產(chǎn)生環(huán)境污染的風險極大?；鸱ㄒ睙捦顿Y大，能耗高，工藝較為復雜，生產(chǎn)過程中存在強腐蝕性的氯鹽和氟鹽，生產(chǎn)設備要求高，環(huán)境污染比較嚴重，會產(chǎn)生難以處理的窯渣等二次污染物，并需要收集爐灰和凈化煙氣的設備等，這些問題限制了它在廢渣治理與回收方面的應用。采用浮選技術處理時，由于廢渣成分復雜，導致回收率低，同時還會引起細?；祀s，降低精礦品位。另一方面由于礦泥質量小，比表面積大，對藥劑的非選擇性吸附，造成藥劑耗量高，影響精礦品位。而且微細粒溶解度大，有用組分的溶解造成礦漿難免離子組分濃度增加，活化脈石礦物，難以實現(xiàn)選擇性分離，加之礦泥罩蓋和異相凝聚，導致浮選過程惡化。因此采用單一的浮選技術也難以實現(xiàn)廢渣中有價金屬與脈石礦物的分離。磁選技術是利用各種物質磁性的差異，在磁選機的磁場中進 行分選的一種選礦方法，它要求物料中分離物質其它成分磁性上有較大差異，主要用于黑色金屬(如鐵、錳)的選別；重選用于處理有用礦物與脈石間具有較大密度差的礦石或其他原料。它是處理粗粒、中粒和細粒(大致界限是大于25毫米、25 2毫米、2 0.1毫米)礦石的有效方法。在處理微細礦泥(小于0.1毫米)時效率不高。因此單一的磁選技術和重選技術都不太適合用來處理廢渣。發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種水熱激活一水化結晶促進廢渣中有價金屬與含鈣脈石礦物分離的方法。該方法針對廢渣中金屬化合物結晶質量差，晶粒尺寸小，有價成分與脈石成分難以實現(xiàn)有效分離的問題，通過水熱激活一水化結晶調控使含鈣脈石礦物轉化成幾百微米的二水硫酸鈣晶體。其他有價金屬如鉛、鋅、銅等在水熱激活后生成的硫化物粒度較小，且在水化過程中粒度基本上不發(fā)生變化。因此，可通過旋流分離器或濕篩法等方法對二水硫酸鈣和金屬硫化物進行物理分離，從而提高回收精礦中有價金屬的品位，有利于廢渣中的鈣及其他有價金屬成分的回收利用。
本發(fā)明的目的是通過以下方式實現(xiàn)的:
一種促進廢渣中有價金屬與含鈣脈石礦物分離的方法，包括以下步驟:
將廢渣中放入高壓釜中，加入硫磺或硫化鈉作為添加劑，添加劑的用量根據(jù)廢渣中含有的鈣和其他金屬離子轉換為硫酸鈣和金屬硫化物來計算，然后按3:1-5:1的液固質量比加入水，密封升溫至150°C -200°C攪拌，保持2-3小時后停止加熱和攪拌，自然冷卻至100°C，加入硫酸鈉、氯化鈉、硫酸鉀中的一種或幾種作為激發(fā)劑，激發(fā)劑加入量占廢渣重量的5%-10%，攪拌1-2小時后，自然冷卻至80°C，再加入占反應體系廢渣重量0.5%-1%的二水硫酸鈣晶種；攪拌5-10分鐘后，自然冷卻至60°C，恒溫保持1-2小時后冷卻至室溫；通過物理分離的方法使物料中的二水硫酸鈣晶體與其他物質分離，分離二水硫酸鈣晶體后的物料再采用浮選的方法回收其中的金屬硫化物；
所述的廢渣包括選礦、冶金、化工行業(yè)產(chǎn)生的含鈣固體廢棄物或半流體狀物質。
所述的廢渣中的鈣包括以氫氧化鈣，碳酸鈣或硫酸鈣的一種或者幾種的形式存在。
所述的其他金屬包括金、銀、銅、鉛、鋅中的一種或幾種。
所述的廢渣包括冶煉廢渣、粉塵、污泥、沉積物、浮選尾礦或尾砂。
所述的密封反應時攪拌轉速為150-250r/min。
所述的二水硫酸鈣晶體與其他物質分離的方法為旋流分離器分離或濕篩法。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點及效果:
I)本發(fā)明處理的廢渣無須進行脫水、烘干等預處理，含水率高的污泥也可以直接進行處理。
2)本發(fā)明提供的方法操作簡單，易控制條件。
3)本發(fā)明提供的方法因在高壓釜的密閉環(huán)境中進行，無有害氣體及其他會對環(huán)境造成污染的物質產(chǎn)生，因此產(chǎn)生的二次污染小。
4)本發(fā)明提供的方法處理廢渣因為經(jīng)過水熱硫化激活處理，廢渣中的重金屬得到固定，能起到降低有害重金屬的浸出毒性的作用，從而有利于廢渣的穩(wěn)定化和無害化。
5)本發(fā)明提供的方法可同時實現(xiàn)鈣以及鉛、鋅、銅等其他有價金屬的回收利用。


圖1為本發(fā)明的工藝流程圖2 Ca)為硫酸鈣純化合物水化調控前的掃描電鏡圖；(b)硫酸鈣純化合物水化調控后的掃描電鏡圖3 Ca)為某含鋅廢渣水熱激活-水化調控前的掃描電鏡圖；(b)為某含鋅廢渣水熱激活-水化調控后 的掃描電鏡圖4為某含鋅廢渣水熱激活-水化調控后濕篩法分離提取的二水硫酸鈣的XRD圖5為某含鋅廢渣水熱激活-水化調控前后再進行浮選實驗的結果(鋅的浮選回收率和精礦品位)；其中A:水熱激活-水化調控前；B:水熱激活-水化調控后。
具體實施方式
以下實施例或實施方式旨在進一步說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明的限定。
實施例1
硫酸鈣純化合物的水化調控
步驟一，稱取100克無水硫酸鈣和10克硫酸鈉置于I升高壓釜中，再加入300毫升水，密封高壓釜，轉速設置為200r/min，啟動電機，升溫至100°C，恒溫保持2小時。
步驟二，關閉攪拌裝置和加熱開關，使高壓釜內物料自然冷卻至80°C，打開高壓釜，加入0.5克二水硫酸鈣晶體(過200目)作為晶種，密封高壓釜，待釜內物料繼續(xù)自然冷卻至60°C。
步驟三，高壓釜內物料降至60°C恒溫保持2小時后關閉加熱開關，待其自然冷卻至室溫。打開高壓釜取出物料，過濾，并用水反復沖洗，除去可溶性離子。將濾渣置于40°C烘箱中烘干。采用掃描電鏡觀察樣品的形貌和大小。
水化調控前后樣品在掃描電鏡下的觀察結果如圖2所示，硫酸鈣水化調控前粒度小，大部分顆粒粒徑約為100微米。經(jīng)過水化調控后，細小的硫酸鈣晶體轉化成二水硫酸鈣晶體，粒度明顯變大，大部分顆粒長達500微米左右，且晶體表面光滑，呈棱柱狀。
實施例2
某冶煉廠含鋅廢渣水熱激活-水化調控
步驟一，將某冶煉廠產(chǎn)生的含鋅廢渣與硫磺按M: S=1: 1.2的比例進行配料，其中M代表單位干廢渣中所有重金屬的物質的量，S代表添加的硫磺的物質的量。按液固比為3:1加入水，將物料混合后放入高壓釜中，密封高壓釜。
步驟二，開啟電機，轉速設置為200r/min，升溫至200°C保持4小時進行水熱激活，反應結束后關閉攪拌裝置和加熱開關，令其自然冷卻至100°C加入10克無水硫酸鈉做激發(fā)齊U，保持100°c攪拌兩小時后關閉加熱和攪拌裝置，令其自然冷卻至80°C，加入5克二水硫酸鈣晶體做晶種，攪拌十分鐘，待其溫度降至60°C時陳化兩小時，自然冷卻至室溫。
步驟三，打開高壓釜取出物料，過濾，并用水反復洗滌，除去可溶性離子。將濾渣于40°C下烘干。采用掃描電鏡觀察樣品的大小和形貌。結果如圖3所示，含鋅廢渣為灰白色的細粒樣粉末樣，粒徑小于5微 米，容易團聚。經(jīng)水熱激活-水化調控后硫酸鈣晶體長大至兩百多微米，且結晶致密，晶體表面光滑平整，黏附現(xiàn)象較之未水熱激活-水化調控前明顯減少。
步驟四，采用濕篩法分離出其中的尺寸較大的晶體，測得其中的鋅含量為0.3%。XRD檢測結果表明，提取出的尺寸較大的晶體為二水硫酸鈣。將提取二水硫酸鈣晶體后的礦漿進行硫化鋅的浮選，得出鋅的回收率為64%，精礦品位為34%。含鋅廢渣水熱激活-水化調控前后鋅的浮選回收率和精礦品位如圖4所示。結果顯示，較水熱激活-水化調控前，浮選回收率提高了 40%左右，精礦品位上升了 16%。
權利要求
1.一種促進廢渣中有價金屬與含鈣脈石礦物分離的方法，其特征在于，包括以下步驟: 將廢渣中放入高壓釜中，加入硫磺或硫化鈉作為添加劑，添加劑的用量根據(jù)廢渣中含有的鈣和其他金屬離子轉換為硫酸鈣和金屬硫化物來計算，然后按3:1-5:1的液固質量比加入水，密封升溫至150°C -200°C攪拌，保持2-3小時后停止加熱和攪拌，自然冷卻至100°C，加入硫酸鈉、氯化鈉、硫酸鉀中的一種或幾種作為激發(fā)劑，激發(fā)劑加入量占廢渣重量的5%-10%，攪拌1-2小時后，自然冷卻至80°C，再加入占廢渣重量0.5%-1%的二水硫酸鈣晶種；攪拌5-10分鐘后，自然冷卻至60°C，恒溫保持1-2小時后冷卻至室溫；通過物理分離的方法使物料中的二水硫酸鈣晶體與其他物質分離，分離二水硫酸鈣晶體后的物料再采用浮選的方法回收其中的金屬硫化物； 所述的廢渣包括選礦、冶金、化工行業(yè)產(chǎn)生的含鈣固體廢棄物或半流體狀物質。
所述的廢渣中的鈣包括以氫氧化鈣，碳酸鈣或硫酸鈣的一種或者幾種的形式存在。
所述的其他金屬包括金、銀、銅、鉛、鋅中的一種或幾種。
2.根據(jù)權利要求1所述的促進廢渣中有價金屬與含鈣脈石礦物分離的方法，其特征在于，所述的廢渣包括冶煉廢渣、粉塵、污泥、沉積物、浮選尾礦或尾砂。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的密封反應時攪拌轉速為150-250r/min0
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的二水硫酸鈣晶體與其他物質分離的方法為旋流分離器分離或濕 篩法。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種促進廢渣中有價金屬與含鈣脈石礦物分離的方法。以含鈣廢渣為處理對象，首先通過水熱激活使廢渣中的含鈣脈石礦物生成無水硫酸鈣晶體，再通過水化結晶調控使無水硫酸鈣晶體水化成二水硫酸鈣晶體并使之長大至幾百微米，隨后采用物理分離方法將它與其他物質分離。水熱激活技術包括加入添加劑，控制水熱溫度、水熱時間、攪拌速度及液固比；水化調控技術包括加入激發(fā)劑，控制水化時間，加入晶種，控制陳化時間等。該發(fā)明可同時實現(xiàn)廢渣中鈣及其他有價金屬的回收利用，有助于實現(xiàn)廢渣的減量化、無害化與資源化。
文檔編號C22B7/04GK103173627SQ20131012615
公開日2013年6月26日 申請日期2013年4月12日 優(yōu)先權日2013年4月12日
發(fā)明者閔小波, 柴立元, 袁翠玉, 梁彥杰, 陳杰, 柯勇, 李青竹 申請人:中南大學