石棉尾矿制备白炭黑的清洁生产工艺研究

摘要

矿产资源在开发过程中，产生的大量尾矿会给环境造成严重污染，甚至会危及到人类的生存和发展，因此尾矿资源化利用的开展对于改善矿区环境污染、缓解生态压力具有重要的现实意义。本文以四川省石棉县大量堆积的石棉尾矿为引线，阐述了石棉尾矿的危害及其综合利用的现状，介绍了回收石棉尾矿中有用元素SiO2 制取白炭黑的研究现状，以及产品白炭黑的制备方法和应用领域。分析了当前利用石棉尾矿制备白炭黑工艺技术的优缺点，结合前人研究的基础，创新性的提出石棉尾矿制备白炭黑的清洁生产工艺研究。
　　 本研究以清洁生产思想为指导展开整体生产工艺的设计，包括从工艺之初原材料的选择、工艺条件的确定、生产工艺的改进到最后的白炭黑产品及其副产品的产生，以及工艺过程中“三废”的处理和排放都严格的遵循清洁生产的技术要求。
　　 课题针对石棉县石棉尾矿中磁铁矿含量较高的特性，采用硅、镁固液分离工艺，二次酸浸联合磁选工艺及磁种分选除铁工艺三段工序展开石棉尾矿制备白炭黑的清洁生产工艺研究。主要研究内容和结果如下:
　　 1.通过化学分析和XRD 鉴定，掌握了石棉尾矿的化学成分及矿物组分，展开石棉尾矿在酸性介质中的分解工艺研究，通过单因素实验找出最优化的硅、镁固液分离工艺条件。结果表明，适量助溶剂的添加可大幅度的提高镁的浸出效率，在此最佳工艺条件下得到镁的浸出率高达98.76％。
　　 2.经硫酸浸矿后的酸浸渣杂质较多，其主要杂质铁以磁铁矿形式富集。针对此现象，实验室自行设计了电磁铁-搅拌器，采用盐酸二次酸浸联合磁选工艺进行杂质铁的脱除，分析了反应温度、反应时间、盐酸浓度及固液比对除铁效果的影响，选择确定了最佳除铁工艺条件，在此条件下杂质铁的脱出率达到94.41％。
　　 3.创新性的运用磁种分选技术代替化学试剂进行白炭黑粗产品的提纯工艺，在此工艺条件下，考察了磁种及分散剂的种类及用量对除铁效果的影响。在最佳磁种分选工艺的最佳条件下，得到产品中杂质铁脱出率达到78.42％。
　　 4.最佳工艺条件下制备得白炭黑产品，SiO2 纯度达到91.23％，BET 比表面积高达236m2/g，粒径范围在0.1～1μm，白度为83.7，满足HG/T3061-1999 中A类标准质量要求。
　　 5.该清洁生产工艺可使尾矿中二氧化硅回收率达到94.45％，且处理1t 石棉尾矿产生的综合效益为873.82 元，整体工艺基本实现了无污染生产，可获得良好的经济效益、环境效益和社会效益。
　　 该工艺流程简单，易于操作，运行工期短及投资成本低廉，是少投入、低污染、高产出的清洁生产技术的具体应用，是循环经济理念的具体实施，具有良好的工业应用前景。