某硫鐵礦尾礦脫硅浸出液再生及硅酸鈣的合成

1、<p>　　某硫鐵礦尾礦脫硅浸出液再生及硅酸鈣的合成</p><p>　　李超，劉述平，唐湘平</p><p>　?。ㄖ袊刭|(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)綜合利用研究所，成都 610041）</p><p>　　摘要：某硫鐵礦尾礦中含有大量的鋁、硅、鈦等元素，通過化學(xué)脫硅法可制備出鋁精礦，實(shí)現(xiàn)該尾礦的綜合利用。結(jié)果表明，化學(xué)脫硅浸出液加入石灰乳可同時(shí)得到再生堿液和硅酸鈣產(chǎn)品

2、，NaOH濃度約為120 g/L的再生堿液返回脫硅浸出過程循環(huán)使用。合成硅酸鈣最佳試驗(yàn)條件為：CaO用量為理論用量1.1倍、反應(yīng)時(shí)間120 min、反應(yīng)溫度90 ℃。在優(yōu)化條件下SiO2和Al2O3沉淀率分別為95.64%和84.93%。制得的硅酸鈣產(chǎn)品白度95%~98%，顆粒直徑20 μm左右，可用于造紙、建材、保溫材料等方面。</p><p>　　關(guān)鍵詞：硫鐵礦尾礦；脫硅浸出液；硅酸鈣；再生堿液</p&

3、gt;<p>　　中圖分類號：X758文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1007-7545（2019）02-0000-00</p><p>　　Regeneration of Desiliconization Leachate from Pyrite Tailings and Synthesis of Calcium Silicate</p><p>　　LI Chao, LI

4、U Shu-ping, TANG Xiang-ping</p><p>　　(Institute of Multipurpose Utilization of Mineral Resources, CAGS, Chengdu 610041, China)</p><p>　　Abstract：Aluminum concentrate can be prepared from pyrite

5、tailings bearing a large amount of aluminum, silicon and titanium by chemical desiliconization. Regenerated alkaline solution and calcium silicate can be simultaneously obtained from desiliconization leachate by adding l

6、ime milk. Regenerated alkaline solution with NaOH concentration of 120 g/L is returned to desiliconization leaching process for recycling. The optimum conditions for synthesis of calcium silicate include CaO dosage of 1.

7、1 </p><p>　　Key words：pyrite tailings; desiliconization leachate; calcium silicate; regenerated alkaline solution</p><p>　　硫鐵礦是我國主要的硫礦資源，全世界以硫鐵礦為原料生產(chǎn)的硫酸中，我國約占一半[1]。硫尾礦中常含有大量的鋁、硅、鈦，同時(shí)伴生少量的鈧、鈮、稀土等

8、稀有金屬，具有較大的綜合利用價(jià)值。目前較多礦山將硫鐵礦尾礦直接堆放，不僅浪費(fèi)資源，而且尾礦中硫含量較高，長期堆存會(huì)產(chǎn)生大量的酸性水，對周圍環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。因此，對硫鐵礦尾礦的綜合利用顯得尤其重要[2]。選硫尾礦中鋁硅比（A/S）較低，通過化學(xué)脫硅可制備出鋁精礦，鋁精礦再進(jìn)行拜耳法溶出?；瘜W(xué)脫硅就是以氫氧化鈉溶液在一定條件下與鋁礦石原料中的硅礦物發(fā)生反應(yīng)，使其中部分或大部分硅呈硅酸鈉形態(tài)進(jìn)入溶液，從而提高固相產(chǎn)物的鋁硅比[3-5]。硫

9、鐵礦選硫尾礦脫硅過程中產(chǎn)出大量脫硅浸出液。浸出液中的硅主要以Na2SiO3及其水合物的形式存在，同時(shí)浸出液中還存在大量的NaOH。目前針對化學(xué)脫硅后產(chǎn)生的浸出液處理方法研究較少，工藝不夠完善[6]。試驗(yàn)通過加入石灰乳與浸出液中Na2SiO3反應(yīng)，產(chǎn)出硅酸鈣，同時(shí)得到NaOH再生液，再生后的堿液返回浸出過程循環(huán)使用。硅酸鈣產(chǎn)品可用于造紙、建材、保溫材料等方面[7-9]。</p><p><b>　　1 原

10、料與方法</b></p><p><b>　　1.1 試驗(yàn)原料</b></p><p>　　脫硅浸出液來自廣西某硫鐵礦選硫尾礦經(jīng)化學(xué)脫硅得到的溶液，主要成分（g/L）：SiO2 11.19、Al2O3 1.75、NaOH 124.5。</p><p>　　1.2 試驗(yàn)儀器與試劑</p><p>　　試驗(yàn)儀器主

11、要有：電子天平（LD510-2）；恒溫鼓風(fēng)干燥箱(JHG-9053A)；恒溫?cái)嚢杵鳎?5-2型）；2XZ-4X旋片式真空泵。試劑主要有分析純氧化鈣和氫氧化鈉。</p><p>　　收稿日期：2018-11-01</p><p>　　基金項(xiàng)目：中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目（DD20160074）</p><p>　　作者簡介：李超(1989-)，男，四川達(dá)縣人，碩士，工

12、程師.</p><p>　　1.3 試驗(yàn)原理及方法</p><p>　　試驗(yàn)中首先將氧化鈣熟化，制成石灰乳與浸出液中的硅及少量的鋁反應(yīng)，產(chǎn)出活性硅酸鈣及氫氧化鈉溶液。主要反應(yīng)：</p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p&

13、gt;　　試驗(yàn)以溶液中硅和鋁的沉淀率作為考察指標(biāo)，考查CaO用量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間對脫硅液再生效果的影響。</p><p><b>　　2 結(jié)果與討論</b></p><p>　　2.1 CaO用量試驗(yàn)</p><p>　　CaO用量以溶液中SiO2和Al2O3完全沉淀所需CaO理論量的倍數(shù)（CaO用量系數(shù)）表示。每次取200 mL溶液，在反

14、應(yīng)溫度90 ℃、反應(yīng)時(shí)間120 min的條件下進(jìn)行CaO用量試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示?？梢钥闯觯S著CaO用量的增加，浸出液中SiO2和Al2O3的沉淀率逐漸增加，當(dāng)CaO加入量為理論消耗量的1.1倍時(shí)，SiO2和Al2O3的沉淀率分別為95.51%和85.12%，繼續(xù)增大CaO用量對沉淀率的影響不大。因此，后續(xù)試驗(yàn)選擇CaO用量系數(shù)為1.1。</p><p>　　圖1 CaO用量對SiO2和Al2O3沉淀率的影

15、響</p><p>　　Fig.1 Effect of CaO dosage on precipitation rate of SiO2 and Al2O3</p><p>　　2.2 反應(yīng)時(shí)間試驗(yàn)</p><p>　　每次取200 mL溶液，固定CaO用量系數(shù)為1.1、反應(yīng)溫度90 ℃，進(jìn)行反應(yīng)時(shí)間試驗(yàn)，結(jié)果如圖2所示。由圖2可以看出，在反應(yīng)時(shí)間達(dá)到120 min

16、之前，延長反應(yīng)時(shí)間有利于提高SiO2沉淀率。反應(yīng)時(shí)間為120 min時(shí)，SiO2沉淀率較高（達(dá)96.04%）。隨著反應(yīng)時(shí)間的繼續(xù)增加，SiO2和Al2O3的沉淀率并沒有明顯的上升，因此選擇反應(yīng)時(shí)間為120 min。</p><p>　　圖2 反應(yīng)時(shí)間對SiO2和Al2O3沉淀率的影響</p><p>　　Fig.2 Effect of reaction time on precipitat

17、ion rate of SiO2 and Al2O3</p><p>　　2.3 反應(yīng)溫度試驗(yàn)</p><p>　　每次取200 mL溶液，在CaO用量系數(shù)為1.1、反應(yīng)時(shí)間120 min的條件下，反應(yīng)溫度對SiO2和Al2O3沉淀率的影響如圖3所示。由圖3可以看出，隨著反應(yīng)溫度的升高，SiO2和Al2O3的沉淀率逐漸增大，當(dāng)反應(yīng)溫度高于90 ℃時(shí)，SiO2和Al2O3的沉淀率變化不明顯，

18、故選擇反應(yīng)溫度為90 ℃。</p><p>　　圖3 反應(yīng)溫度對SiO2和Al2O3沉淀率的影響</p><p>　　Fig.3 Effect of reaction temperature on precipitation rate of SiO2 and Al2O3</p><p>　　2.4 硅酸鈣洗滌試驗(yàn)</p><p>　　在合成的

19、硅酸鈣產(chǎn)品中殘留著一定量的NaOH，產(chǎn)品呈現(xiàn)出較強(qiáng)的堿性，可能會(huì)給硅酸鈣產(chǎn)品的應(yīng)用帶來一定的影響，因此下面對產(chǎn)出的硅酸鈣進(jìn)行洗滌試驗(yàn)。</p><p>　　2.4.1 洗水用量對洗滌效果的影響</p><p>　　對過濾得到的未洗滌的硅酸鈣產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)漿洗滌。每次取未洗滌的硅酸鈣產(chǎn)品10.00 g（濕重），分別用不同體積的水，在室溫下攪拌20 min，然后過濾、烘干、稱重。試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示

20、。由圖4可以看出，當(dāng)用水量達(dá)到100 mL時(shí)，產(chǎn)品重量基本不變化，表明產(chǎn)品中的可溶性物質(zhì)（主要是NaOH）已得到有效去除。因此，后續(xù)每2.25 g產(chǎn)品洗滌用水量為80~100 mL。</p><p>　　圖4 用水量對洗滌效果的影響</p><p>　　Fig.4 Effect of water consumption on washing</p><p>　　2.

21、4.2 洗滌時(shí)間對洗滌效果的影響</p><p>　　試驗(yàn)中每次稱取未洗滌的硅酸鈣產(chǎn)品10 g，分別用100 mL水，在室溫下攪拌洗滌不同的時(shí)間，然后過濾、烘干、稱重。結(jié)果如圖5所示。從圖5可以看出，洗滌時(shí)間達(dá)到5 min后，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到恒定。后續(xù)的洗滌時(shí)間可選擇為5 min。</p><p>　　圖5 洗滌時(shí)間對洗滌效果的影響</p><p>　　Fig.5 Ef

22、fect of washing time on washing</p><p>　　2.5 優(yōu)化條件試驗(yàn)</p><p>　　根據(jù)前述試驗(yàn)結(jié)果，確定以脫硅溶液為原料合成硅酸鈣的優(yōu)化試驗(yàn)條件為：CaO用量為理論用量1.1倍、反應(yīng)時(shí)間120 min、反應(yīng)溫度90 ℃。每次使用脫硅浸出液1 000 mL制備硅酸鈣，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。由表1可以看出，在合成硅酸鈣的過程中，再生液中NaOH的濃度約

23、為120 g/L，堿液的再生效果明顯。在優(yōu)化條件下SiO2的沉淀率平均95.64%，Al2O3的沉淀率平均84.93%。</p><p>　　表1 優(yōu)化條件試驗(yàn)結(jié)果</p><p>　　Table 1 Experiment results of optimization condition</p><p>　　2.6 硅酸鈣產(chǎn)品的檢測</p><

24、p>　　合成硅酸鈣產(chǎn)品白度檢測結(jié)果為95%~98%，主要化學(xué)成分（%）：SiO2 32.72、CaO 35.92、Al2O3 3.67、Na2O 2.39，掃描電鏡形貌見圖6。從檢測結(jié)果可知，由于脫硅液中含有Al2O3，產(chǎn)出的硅酸鈣產(chǎn)品中含有少量的鋁酸鈣，還含有少量的Na2O。合成硅酸鈣產(chǎn)品為多孔的球形團(tuán)聚體，二次顆粒直徑20 μm左右，可用于造紙、建材、保溫材料等方面。</p><p>　　圖6 硅酸鈣掃

25、描電鏡形貌</p><p>　　Fig.6 SEM microstructures of calcium silicate</p><p><b>　　3 結(jié)論</b></p><p>　　1）脫硅浸出液合成硅酸鈣最佳試驗(yàn)條件為：CaO用量為理論用量1.1倍、反應(yīng)時(shí)間120 min、反應(yīng)溫度90 ℃。再生堿液中NaOH濃度約為120 g/L。在

26、優(yōu)化條件下SiO2的沉淀率為95.64%，Al2O3沉淀率為84.93%。</p><p>　　2）制得的硅酸鈣產(chǎn)品白度為95%~98%，顆粒直徑20 μm左右，可用于造紙、建材、保溫材料等方面。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 歐陽素勤，銀星宇. 硫鐵礦選礦研究現(xiàn)狀[J]. 礦產(chǎn)保護(hù)與利用，201

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