一種以含硅酸鹽的工業(yè)廢渣為原料制備氣相白炭黑并回收金屬的工藝及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種以含硅酸鹽的工業(yè)廢渣為原料低溫制備氣相白炭黑并回收金屬的工藝，該工藝中以工業(yè)廢渣等廢棄物作為原料，將其與含氟酸液、鹽酸以及硝酸進行反應(yīng)，制備成高附加值的產(chǎn)物氣相白炭黑并回收金屬，所制得的產(chǎn)物中SiO2含量大于99.9％，其多點BET法測定比表面積為：350～500m2/g，達到了變廢為寶的效果；上述制備工藝中所產(chǎn)生的酸性氣體經(jīng)負壓水吸收罐吸收后，能夠制得對應(yīng)的酸液，當酸液濃縮到一定的濃度后可循環(huán)使用。同時本發(fā)明還提供了用于上述工藝中的生產(chǎn)裝置，該生產(chǎn)裝置所用到的零部件均為化工廠常用器具，成本低廉，能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說明】
一種以含硅酸鹽的工業(yè)廢渣為原料制備氣相白炭黑并回收金屬的工藝及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種以含硅酸鹽的工業(yè)廢渣為原料，制備氣相白炭黑并回收金屬的工藝方法及裝置，屬于化工提純及環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域。【背景技術(shù)】
[0002]自改革開放以來，我國在科學(xué)技術(shù)取得了巨大進步的同時，經(jīng)濟上也得到了快速的發(fā)展；具體表現(xiàn)在礦山開采、金屬冶煉、燃煤發(fā)電廠、化工、建材等方面也得到快速的發(fā)展；同時在工業(yè)發(fā)展過程中也排出了大量的工業(yè)廢渣:如:銅渣、鎂渣、鎳渣、硫酸鋁渣、鋰渣、高爐礦渣、鐵合金渣、鉛鋅渣、粒化電路磷渣等;還有非金屬礦廢渣:如，高嶺土、長石、滑石、葉蠟石、膨潤土、凹凸棒石、坡縷石、蛇紋石、硅灰石等礦物廢渣;而這些廢渣中的主要成分是三氧化二鐵、二氧化娃、三氧化二鋁、氧化媽、氧化鎂、氧化鉀、氧化鈉及其金、銀、銅等有色金屬。據(jù)國家統(tǒng)計部門提供的數(shù)據(jù):2004年工業(yè)廢渣為12億噸，2009年突破20億噸……；這些工業(yè)廢渣如不利用，一方面:大量堆存不僅占用大量的土地，還造成嚴重的大氣污染、土壤污染和水資源污染，危害自然環(huán)境和人類健康，已經(jīng)成為社會發(fā)展過程中的一大公害。另一方面，工業(yè)廢渣又是一種二次資源，有很大的利用價值，如果把工業(yè)廢渣進行無害化和資源化處理，進行二次資源的科學(xué)、合理、高效的利用，這對我們當今社會推行節(jié)能減排、綠色環(huán)保、人和自然的和諧發(fā)展有著十分重要的現(xiàn)實意義。
[0003]氣相法制備白炭黑的原料一般為四氯化硅、氧氣(或空氣)和氫氣，高溫下反應(yīng)而成。其化學(xué)反應(yīng)式為:SiCl4+2H2+〇2—>Si〇2+4HCl，四氯化硅在高溫下氣化(火焰溫度1000? 1800°C)后，與一定量的氫和氧(或空氣)在1800°C左右的高溫下進行氣相水解;此時生成的氣相法白炭黑顆粒極細，與氣體形成氣溶膠，不易捕集，故使其先在聚集器中聚集成較大顆粒，然后經(jīng)旋風分離器收集，再送入脫酸爐，用含氮空氣吹洗氣相二氧化硅至PH值為4?6即為成品。我國目前生產(chǎn)氣相白炭黑的企業(yè)大都采用此法，該法也是國際上通用的氣相白炭黑的生產(chǎn)方法。我國也有企業(yè)采用甲基三氯硅烷生產(chǎn)氣相白炭黑，并成功地完成了工業(yè)化生產(chǎn)?，F(xiàn)今的氣相法白炭黑的生產(chǎn)工藝中不僅存在高溫工序，而且還用到非常危險的、且易燃易爆的氫氣和氧氣，其生產(chǎn)過程中工人的操作環(huán)境比較艱苦;對安全系數(shù)要求很高。查閱相關(guān)資料和中國專利文獻，沒有發(fā)現(xiàn)利用其他原料生產(chǎn)氣相白炭黑的相關(guān)報道。
[0004]若是能夠?qū)⒐I(yè)廢渣進行二次加工利用，將其與氣相白炭黑的制備相結(jié)合，用于制備氣相白炭黑產(chǎn)品，那么將解決本領(lǐng)域中的上述兩個棘手技術(shù)問題，具有顯著的進步。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種以含硅酸鹽的工業(yè)廢渣為原料，制備氣相法白炭黑并回收金屬的生產(chǎn)工藝方法及裝置;它成功地避開了現(xiàn)今氣相法白炭黑過程中使用氫氣和氧氣及高溫水解的工藝過程，還解決了目前的工業(yè)廢渣不能高效利用的問題，本發(fā)明同時還提供了在常溫常壓下能生產(chǎn)氣相白炭黑產(chǎn)品的新工藝技術(shù)和生產(chǎn)裝置。
[0006]實現(xiàn)本發(fā)明上述目的所采用的技術(shù)方案為:
[0007]一種以工業(yè)廢渣為原料制備氣相白炭黑的工藝，其特征在于包括以下步驟:(1)、 將含氟酸液，與硝酸、鹽酸中的一種或兩種進行混合，制得混合酸液備用;將工業(yè)廢渣研磨至200目以下的細度，磁選除去其中的鐵，經(jīng)磁選和重選后的料槳經(jīng)濃縮和脫水后制得硅酸鹽礦粉分析其3102^1203、0&0、1%0、1(20、似20的含量后備用;如果堿金屬或堿土金屬含量高， 則先用濃鹽酸溶除后，過濾、洗滌濾渣、脫水后備用;濾液單獨處理；
[0008](2)、將混合酸液投入反應(yīng)釜中，開啟反應(yīng)釜的攪拌裝置和反應(yīng)系統(tǒng)中的廢氣吸收裝置，將步驟(1)中的物料投入到反應(yīng)釜中；
[0009](3)、控制反應(yīng)釜中的反應(yīng)溫度為75?85°C，混合酸液中的氫氟酸或氟硅酸與工業(yè)廢渣中的二氧化硅反應(yīng)生成四氟化硅氣體，該四氟化硅氣體與混合酸液中所揮發(fā)的鹽酸、 硝酸等酸性氣體以及水蒸氣一起被負壓帶入冷卻釜中；
[0010](4)、控制冷卻釜中的冷卻溫度為10?40°C，混合氣體在冷卻釜中反應(yīng)生成HF、 Cl2/N02、Si02 ? nH20,其中HF和C12/N02被負壓從冷卻釜中帶出，并被水吸收生成可供重復(fù)使用的氫氟酸、鹽酸/硝酸，Si02 ? nH20凝結(jié)吸附在冷卻釜中的冷卻裝置上，收集冷卻釜中的 Si02 ? nH20；[〇〇11](5)、將所收集的Si02 ? nH20在真空加熱器內(nèi)進行負壓預(yù)熱，除去其中殘留的酸性氣體HF和C12/N02,然后再進行干燥，干燥后即可制得氣相白炭黑產(chǎn)品，產(chǎn)品中Si02含量大于 99.9%，其多點BET法測定比表面積不小于350m2/g;[〇〇12](6)、在反應(yīng)釜中，含氟酸液分解硅酸鹽礦粉中的二氧化硅和三氧化二鋁；鹽酸與硝酸則分解物料中的剩余金屬，分解后的金屬以離子和鹽的形式留在混合酸液中；反應(yīng)釜中的物料反應(yīng)完成后進行過濾，分離出濾渣中的A1F3;然后將濾液送入蒸發(fā)器中蒸干，蒸發(fā)過程中產(chǎn)生的酸霧氣體，通過水吸收到一定的濃度后再利用；即可得到金屬鹽類混合物，再通過置換反應(yīng)分離出各種金屬。
[0013]所述的氫氟酸的質(zhì)量濃度或體積濃度為2?30%，氟硅酸的質(zhì)量濃度或體積濃度為10?30%，硝酸的質(zhì)量濃度或體積濃度為2?40%，鹽酸的質(zhì)量濃度或體積濃度為10%? 30% 〇
[0014]步驟(6)中蒸發(fā)時產(chǎn)生的酸霧氣氣體用水吸收罐進行吸收變成酸液，當酸液達到一定濃度后，再返回車間重新利用，未吸收的尾氣用酸霧吸收塔進行中和處理后排空。
[0015]本發(fā)明還提供了用于上述工藝中的裝置，所述裝置包括熱空氣送入系統(tǒng)、化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)以及廢氣吸收系統(tǒng)，其中熱空氣送入系統(tǒng)用于儲存壓縮空氣并對空氣進行加熱后送入合成系統(tǒng)中；所述合成系統(tǒng)由酸液儲罐、料倉和反應(yīng)釜組成，酸液儲罐和料倉的底部通過管道與反應(yīng)釜相連通，反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)置有攪拌裝置，反應(yīng)釜的內(nèi)襯為耐溫、耐酸、 耐磨材料，在反應(yīng)釜底部的上方，設(shè)有一根環(huán)形的圓管，圓管上均勻分布有透氣孔或透氣管，反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)置有一根以上的與環(huán)形的圓管相連通的豎管，所述豎管的頂端通過反應(yīng)釜的釜蓋上的管閥與熱空氣送入系統(tǒng)相連通;釜內(nèi)壁自上而下或自下而上安裝有緊貼釜壁的且呈螺旋線狀的四氟毛細管束，該管束的上下兩端分別與釜壁外的冷熱介質(zhì)通過其閥門連接，通過給管束內(nèi)的毛細管通入冷熱介質(zhì)，為爸內(nèi)反應(yīng)系統(tǒng)提供加熱或冷卻。
[0016]冷卻系統(tǒng)由一級冷卻釜和二級冷卻釜串聯(lián)組成；其中一級冷卻釜與反應(yīng)釜相連接，反應(yīng)釜的釜蓋上設(shè)有一根與一級冷卻釜相連且深入到一級冷卻釜底部中央的管道，一級冷卻釜的內(nèi)部設(shè)置有冷卻裝置，一級冷卻釜的底部設(shè)置有出料閥，一級冷卻釜的釜蓋上設(shè)置有一根與二級冷卻釜相連且深入到二級冷卻釜底部中央的管道，所述的二級冷卻釜的內(nèi)部設(shè)置有冷卻裝置，二級冷卻釜的底部設(shè)置有出料閥；二級冷卻釜的釜蓋上設(shè)置有一根與廢氣吸收系統(tǒng)相連接的管道，所述的廢氣吸收系統(tǒng)由一個以上的負壓水吸收罐和酸霧吸收裝置組成，負壓水吸收罐的頂部設(shè)置有管道且通過管道與酸霧吸收裝置中的引風機相連接。
[0017]所述的熱空氣送入系統(tǒng)包括空氣壓縮機、空氣儲存罐、空氣加熱器及管道，空氣壓縮機、空氣儲存罐以及空氣加熱器通過管道相連接，管道上還設(shè)置有閥門和儀表。
[0018]所述的圓管上均勻分布有直徑為10?20mm的且朝向不同的透氣管，相鄰的透氣管之間的間距為50?150mm，且相鄰的透氣管的伸出方向之間的夾角為60?120°，反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)置有兩根豎管，所述兩根豎管分別連接于圓管的左右兩端。
[0019]所述一級冷卻釜的冷卻裝置由轉(zhuǎn)軸和冷卻圓盤組成，所述轉(zhuǎn)軸為一根外部包裹有聚四氟乙烯的空心圓管，轉(zhuǎn)軸的頂端由一級冷卻釜的釜蓋上伸出，轉(zhuǎn)軸內(nèi)設(shè)置有一根自上而下的冷卻水管A，冷卻水管A的頂部為進水端且進水端與冷卻水源相連接;轉(zhuǎn)軸上均勻分布有冷卻圓盤，所述冷卻圓盤以轉(zhuǎn)軸為圓心安裝固定在轉(zhuǎn)軸上，并隨轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，所述冷卻圓盤為中空結(jié)構(gòu)，所有冷卻圓盤的內(nèi)部均設(shè)置有呈盤旋狀分布的冷卻水管B，且上下相鄰的冷卻圓盤中的冷卻水管B首尾相連，最底部的冷卻圓盤中的冷卻水管B的進水端與冷卻水管A 的底端相連通，最頂部的冷卻圓盤中的冷卻水管B的出水端通向空心圓管，冷卻水管B中排出的冷卻水由轉(zhuǎn)軸的頂端溢出；所述的冷卻圓盤上均勻分布有豎向的通氣孔，且上下相鄰的冷卻圓盤上的通氣孔相互錯位。[〇〇20] 所述通氣孔的直徑為10?20mm，相鄰的通氣孔之間的中心距為20mm?30mm。[0021 ]所述的一級冷卻釜的釜蓋上設(shè)有真空表和便于檢修的人孔，一級冷卻釜的釜蓋上還設(shè)置有壓縮空氣吹氣裝置，壓縮空氣吹氣裝置與壓縮氣體源相連接。
[0022]所述的二級冷卻釜中的冷卻裝置為多層翅片結(jié)構(gòu)，二級冷卻釜的釜壁上設(shè)置有冷卻水入口和冷卻水出口，冷卻水入口與最下層翅片的入水口相連通，冷卻水由最下層的翅片流入，所述翅片呈連續(xù)彎折結(jié)構(gòu)，相鄰的上下兩層翅片的端部相連通，冷卻水出口與最上層翅片的出水口相連通;二級冷卻釜的釜蓋上設(shè)置有壓縮空氣吹氣裝置，壓縮空氣吹氣裝置與壓縮氣體源相連接，二級冷卻釜的釜蓋上設(shè)有真空表，且其釜蓋和釜底都設(shè)有便于檢修的人孔。
[0023]所述的負壓水吸收罐設(shè)置有兩個，兩個負壓水吸收罐相串聯(lián)或并聯(lián)連接。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點:1、本發(fā)明以工業(yè)廢渣等廢棄物作為原料，將其制備成高附加值的產(chǎn)物氣相白炭黑，所制得的產(chǎn)物中Si02含量大于99.9%，其多點BET法測定比表面積不小于350m2/g，因此達到了變廢為寶的效果。2、本發(fā)明所提供的制備工藝屬于一種全新的工藝思路，解決了現(xiàn)有的氣相白炭黑制備工藝中所存在的高溫工序、用到非常危險的易燃易爆的氫氣和氧氣等缺點。本發(fā)明所提供的生產(chǎn)工藝能夠在常溫常壓下進行制備。3、本發(fā)明的制備工藝中所產(chǎn)生的酸性氣體經(jīng)負壓水吸收罐吸收后，能夠制得對應(yīng)的酸液，當酸液濃縮到一定的濃度后可循環(huán)使用，能夠大大的節(jié)約了生產(chǎn)中的成本和環(huán)保處理廢水的問題。4、本發(fā)明提供的生產(chǎn)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，且所用到的零部件均為化工廠常用器具，成本低廉。5、本發(fā)明能夠針對工業(yè)廢渣中的高價金屬進行回收，具有很大的經(jīng)濟效益?！靖綀D說明】
[0025]圖1為本發(fā)明提供的制備裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2為一級冷卻釜中冷卻圓盤的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖3為二級冷卻釜中翅片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖中:1-酸液儲罐，2-料倉，3-反應(yīng)釜，4-攪拌裝置，5-圓管，6-豎管，7-—級冷卻釜，8-二級冷卻釜，9-出料閥，10-負壓水吸收罐，11-酸霧吸收裝置，12-空氣壓縮機，13-空氣儲存罐，14-空氣加熱器，15-轉(zhuǎn)軸，16-冷卻圓盤，17-冷卻水管A，18-通氣孔，19-翅片?！揪唧w實施方式】[〇〇29]下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明做詳細具體的說明，但是本發(fā)明的保護范圍并不局限于以下實施例。
[0030]本實施例中所提供的制備裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示，所述裝置包括熱空氣送入系統(tǒng)、 合成系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)以及廢氣吸收系統(tǒng)，其中熱空氣送入系統(tǒng)用于儲存壓縮空氣并對空氣進行加熱后送入合成系統(tǒng)中，所述的熱空氣送入系統(tǒng)包括空氣壓縮機12、空氣儲存罐13、空氣加熱器14及管道，空氣壓縮機12、空氣儲存罐13以及空氣加熱器14通過管道相連接，管道上還設(shè)置有閥門和儀表。[0031 ]所述化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)由酸液儲罐1、料倉2和反應(yīng)釜3組成，酸液儲罐1和料倉2的底部通過管道與反應(yīng)釜3相連通，反應(yīng)釜3內(nèi)設(shè)置有攪拌裝置4，反應(yīng)釜的內(nèi)襯為耐溫、耐酸、耐磨材料，具體選用碳化娃、氟材料、石墨材料等。在反應(yīng)爸3底部的上方200mm左右處，設(shè)有一根環(huán)形的圓管5,所述圓管的直徑為100?200mm，所述的圓管5上均勾分布有直徑為10?20mm 的且朝向不同的透氣管，相鄰的透氣管之間的間距為50?150mm，且相鄰的透氣管的伸出方向之間的夾角為60?120°。反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)置有兩根與環(huán)形的圓管相連通的豎管6,兩根豎管6 分別連接于圓管5的左右兩端，所述豎管6的頂端通過反應(yīng)釜的釜蓋上的管閥與熱空氣送入系統(tǒng)相連通。在反應(yīng)釜內(nèi)的釜壁有螺旋掛鉤，用于支撐釜內(nèi)用于加熱或降溫的聚四氟乙烯毛細管束。
[0032]冷卻系統(tǒng)由一級冷卻釜7和二級冷卻釜8串聯(lián)組成;其中一級冷卻釜7與反應(yīng)釜3相連接，反應(yīng)釜3的釜蓋上設(shè)有一根與一級冷卻釜7相連且深入到一級冷卻釜底部中央的管道，一級冷卻釜7的內(nèi)部設(shè)置有冷卻裝置，所述一級冷卻釜的冷卻裝置由轉(zhuǎn)軸15和冷卻圓盤 16組成，所述轉(zhuǎn)軸15為一根外部包裹有聚四氟乙烯的空心圓管，轉(zhuǎn)軸的頂端由一級冷卻釜的爸蓋上伸出，轉(zhuǎn)軸內(nèi)設(shè)置有一根自上而下的冷卻水管A17，冷卻水管A的頂部為進水端且進水端與冷卻水源相連接;轉(zhuǎn)軸15上均勻分布有冷卻圓盤16。冷卻圓盤的結(jié)構(gòu)如圖2所示， 所述冷卻圓盤16以轉(zhuǎn)軸15為圓心安裝固定在轉(zhuǎn)軸上，并隨轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，所述冷卻圓盤為中空結(jié)構(gòu)，所有冷卻圓盤的內(nèi)部均設(shè)置有呈盤旋狀分布的冷卻水管B，且上下相鄰的冷卻圓盤中的冷卻水管B首尾相連，最底部的冷卻圓盤中的冷卻水管B的進水端與冷卻水管A的底端相連通，最頂部的冷卻圓盤中的冷卻水管B的出水端通向空心圓管，冷卻水管B中排出的冷卻水由轉(zhuǎn)軸的頂端溢出。所述的冷卻圓盤上均勻分布有豎向的通氣孔18,且上下相鄰的冷卻圓盤上的通氣孔相互錯位，以保證其氣體的冷卻效果。所述通氣孔的直徑為10?20mm，相鄰的通氣孔之間的中心距為20mm?30mm。
[0033]所述的一級冷卻釜的釜蓋上設(shè)有真空表和便于檢修的人孔，一級冷卻釜的釜蓋上還設(shè)置有壓縮空氣吹氣裝置，壓縮空氣吹氣裝置與壓縮氣體源相連接。一級冷卻釜7的釜蓋上設(shè)置有一根與二級冷卻釜8相連且深入到二級冷卻釜8底部中央的管道。一級冷卻釜的底部設(shè)置有出料閥9。
[0034]所述的二級冷卻釜8的內(nèi)部設(shè)置有冷卻裝置，所述的二級冷卻釜中的冷卻裝置為多層翅片結(jié)構(gòu)，二級冷卻釜8的釜壁上設(shè)置有冷卻水入口和冷卻水出口，冷卻水入口與最下層翅片的入水口相連通，冷卻水由最下層的翅片流入，所述翅片19呈連續(xù)彎折結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。相鄰的上下兩層翅片的端部相連通，冷卻水出口與最上層翅片的出水口相連通，冷卻水從最下層翅片進入，到最上面一層翅片流出來。二級冷卻釜的釜蓋上設(shè)置有壓縮空氣吹氣裝置，壓縮空氣吹氣裝置與壓縮氣體源相連接，出料時用壓縮空氣吹掃。二級冷卻釜的釜蓋上設(shè)有真空表，且其釜蓋和釜底都設(shè)有便于檢修的人孔。二級冷卻釜的底部設(shè)置有出料閥9;二級冷卻釜8的釜蓋上設(shè)置有一根與廢氣吸收系統(tǒng)相連接的管道。
[0035]所述的廢氣吸收系統(tǒng)由兩個負壓水吸收罐10和酸霧吸收裝置11組成，兩個負壓水吸收罐相串聯(lián)或并聯(lián)連接。負壓水吸收罐的頂部設(shè)置有管道且通過管道與酸霧吸收裝置中的引風機相連接。經(jīng)二級水吸收罐吸收后的酸霧在酸霧吸收裝置中與液堿溶液的霧滴發(fā)生中和反應(yīng)后再排放到空氣中，當負壓水吸收罐的酸液達到一定的濃度后送給車間循環(huán)使用。
[0036]下面以湖北某礦業(yè)公司所生產(chǎn)的工業(yè)廢渣為例來對本發(fā)明的詳細制備工藝做詳細說明，經(jīng)分析，該工業(yè)廢渣中各組分含量如下:Si02: 30.73 % ; Al2〇3:1.32 %，F(xiàn)e2〇3: 5.95% ;CaO:50.65% ;K2〇:0.08% ;MgO: 11.30% ;S〇3:0.10% ;Na20:0.10%。具體的生產(chǎn)步驟如下:
[0037] (1)、將氫氟酸、氟硅酸中的一種或兩種，與硝酸、鹽酸中的一種或兩種進行混合， 制得混合酸液，氫氟酸、氟硅酸、硝酸或鹽酸均為工業(yè)級;或者采用工業(yè)副產(chǎn)的均可。作為優(yōu)選，所述的氫氟酸的質(zhì)量濃度或體積濃度為2?30%，氟硅酸的質(zhì)量濃度或體積濃度為10? 30%，硝酸的質(zhì)量濃度或體積濃度為2?40%，鹽酸的質(zhì)量濃度或體積濃度為10%?30%。
[0038]將工業(yè)廢渣研磨至200目以下的細度，磁選除去其中的鐵，經(jīng)磁選和重選后的料槳經(jīng)濃縮和脫水后制得硅酸鹽礦粉備用，硅酸鹽礦粉烘干后使用最佳，但要增加相應(yīng)成本。
[0039] (2)、將混合酸液投入反應(yīng)釜中，開啟反應(yīng)釜的攪拌裝置和反應(yīng)系統(tǒng)中的廢氣吸收裝置，將硅酸鹽礦粉慢慢投入到反應(yīng)釜中。
[0040] (3 )、如果投入的混合酸液中含有氫氟酸，由于它與二氧化硅反應(yīng)過程是一個放熱過程，則需打開反應(yīng)反應(yīng)釜外的冷卻水閥門維持反應(yīng)溫度75?85°C。如果投入的混合酸液中不含有氫氟酸而含有氟硅酸，則需打開反應(yīng)釜夾套的蒸汽閥門和釜內(nèi)壁上安裝的螺旋四氟毛細管束的釜外壁上的熱源閥門給反應(yīng)釜慢慢加熱?；旌纤嵋褐械臍浞峄蚍杷崤c工業(yè)廢渣中的二氧化硅反應(yīng)生成四氟化硅氣體，該氣體一部分溶于反應(yīng)體系的水中形成氟硅酸繼續(xù)溶解工業(yè)廢渣中的二氧化硅，另一部分溢出的四氟化硅氣體和揮發(fā)的硝酸/鹽酸氣體以及水蒸氣一起被負壓帶入冷卻爸中。[0041 ] (4)、控制冷卻釜中的冷卻溫度為10?40°C，混合氣體在冷卻釜中反應(yīng)生成HF、 Cl2/N02、Si02 ? nH20,化學(xué)反應(yīng)式如下:
[0042]SiF4+4HN〇3+nH2〇 = 4HFT+4N02T+Si〇2 ? nH20
[0043]SiF4+4HCl+nH2〇 = 4HFT+Cl2T+Si〇2 ? nH20[〇〇44]其中HF和C12/N02從一級冷卻釜和二級冷卻釜中溢出，進入廢氣吸收系統(tǒng)并被水吸收生成可供重復(fù)使用的氫氟酸、鹽酸/硝酸，該氫氟酸、鹽酸/硝酸濃縮到一定的濃度后可循環(huán)使用;這樣大大的節(jié)約了生產(chǎn)中的成本和環(huán)保處理廢水的問題。[〇〇45]而Si02 ? nH20慢慢凝結(jié)吸附在一級冷卻釜中的冷卻圓盤上，從開始在冷卻圓盤上凝聚，再慢慢地自然結(jié)呈晶瑩剔透球形晶粒，像魚卵一樣聚集在一起，非常美觀，當一級冷卻釜的冷卻圓盤聚集到一定的量時，開啟轉(zhuǎn)軸裝置，轉(zhuǎn)軸帶動冷卻圓盤旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用下，物料被甩到釜壁，再用壓縮空氣吹到一級冷卻釜的底部，經(jīng)底部的出料閥被送到干燥工序;處理完一級冷卻釜的物料后，二級冷卻釜則直接開啟壓縮空氣閥門，直接把凝結(jié)的物料吹到釜底后經(jīng)底部的出料閥被送到干燥工序；
[0046](5)、由于物料含有水分，其呈酸性，而氫氟酸、四氟化硅和硝酸或鹽酸氣體的揮發(fā)性極強，因此在干燥前，先將所收集的Si02 ? nH20在真空加熱器內(nèi)進行負壓預(yù)熱，除去其中殘留的酸性氣體HF和C12/N02,然后再進行干燥，干燥后即可制得氣相白炭黑產(chǎn)品，產(chǎn)品中 Si〇2含量大于99.9%，其多點8￡1'法測定比表面積不小于35〇1112/8。[〇〇47](6)、上述的酸液反應(yīng)過程中:氫氟酸和氟硅酸分解硅酸鹽礦粉中的二氧化硅和三氧化二鋁;鹽酸與硝酸則分解物料中的其他金屬、堿金屬;在此過程中硝酸主要起到氧化作用，鹽酸絡(luò)合作用。分解后的金屬則以離子和對應(yīng)的鹽留在酸液中；反應(yīng)完成后趁熱過濾后，濾渣中的主要成分為:AlF3、Ti02,再把濾渣用濃硫酸溶除渣中的鈦礦用于制備鈦白粉原料；最后分離出A1F3產(chǎn)品；濾液趁熱送入蒸發(fā)器蒸發(fā)蒸干，，即可得到高純金屬鹽(稀土金屬)混合物;再分析混合物中各種有價金屬元素的含量，再根據(jù)分析結(jié)果通過置換、中和、萃取、重結(jié)晶等手段分離提取各種金屬:如、金、銀、銅及稀土元素等；蒸發(fā)時產(chǎn)生的酸霧氣氣體用水吸收罐進行二級以上吸收變成酸液，當酸液達到一定濃度后，再返回車間再重新利用，未吸收的尾氣用酸霧吸收塔進行中和處理后排空。
【主權(quán)項】
1.一種以含硅酸鹽的工業(yè)廢渣為原料制備氣相白炭黑并回收金屬的工藝，其特征在于 包括以下步驟:(1)、將含氟酸液，與硝酸、鹽酸中的一種或兩種進行混合，制得混合酸液備 用；將工業(yè)廢渣研磨至200目以下的細度，磁選除去其中的鐵，經(jīng)磁選和重選后的料槳經(jīng)濃 縮和脫水后制得硅酸鹽礦粉分析其3102^1203、0&0、1%0、1(20、似20的含量后備用；如果堿金 屬或堿土金屬含量高，則先用濃鹽酸溶除后，過濾、洗滌濾渣、脫水后備用;濾液單獨處理；(2)、將混合酸液投入反應(yīng)釜中，開啟反應(yīng)釜的攪拌裝置和反應(yīng)系統(tǒng)中的廢氣吸收裝 置，將步驟(1)中的物料投入到反應(yīng)釜中；(3)、控制反應(yīng)釜中的反應(yīng)溫度為75?85°C，混合酸液中的氫氟酸或氟硅酸與工業(yè)廢渣 中的二氧化硅反應(yīng)生成四氟化硅氣體，將四氟化硅氣體與混合酸液中所揮發(fā)的酸性氣體以 及水蒸氣一起被負壓帶入冷卻爸中；(4)、控制冷卻釜中的冷卻溫度為10?40°C，混合氣體在冷卻釜中反應(yīng)生成HF、C12/N02、 Si02 ? nH20,其中HF和C12/N02被負壓從冷卻釜中帶出，并被水吸收生成可供重復(fù)使用的氫 氟酸、鹽酸/硝酸，Si02 ? nH20凝結(jié)吸附在冷卻釜中的冷卻裝置上，收集冷卻釜中的Si02 ? nH2〇;(5)、將所收集的Si02 ? nH20在真空加熱器內(nèi)進行負壓預(yù)熱，除去其中殘留的酸性氣體 HF和C12/N02,然后再進行干燥，干燥后即可制得氣相白炭黑產(chǎn)品，產(chǎn)品中Si02含量大于 99.9%，其多點BET法測定比表面積不小于350m2/g;(6)、在反應(yīng)釜中，含氟酸液分解硅酸鹽礦粉中的二氧化硅和三氧化二鋁；鹽酸與硝酸 則分解物料中的剩余金屬，分解后的金屬以離子和鹽的形式留在混合酸液中；反應(yīng)釜中的 物料反應(yīng)完成后進行過濾，分離出濾渣中的A1F3;然后將濾液送入蒸發(fā)器中蒸干，即可得到 高純金屬鹽混合物，對金屬混合物中的各金屬分別予以分離提取，即可得到不同的高純度 金屬。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備氣相白炭黑并回收金屬的工藝，其特征在于:所述的氫氟 酸的質(zhì)量濃度或體積濃度為2?30 %，氟硅酸的質(zhì)量濃度或體積濃度為10?30 %，硝酸的質(zhì) 量濃度或體積濃度為2?40%，鹽酸的質(zhì)量濃度或體積濃度為10%?30%。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備氣相白炭黑并回收金屬的工藝，其特征在于:步驟(6)中 蒸發(fā)時產(chǎn)生的酸霧氣氣體用水吸收罐進行吸收變成酸液，當酸液達到一定濃度后，再返回 車間重新利用，未吸收的尾氣用酸霧吸收塔進行中和處理后排空。4.一種用于權(quán)利要求1所述工藝中的裝置，其特征在于:所述裝置包括熱空氣送入系 統(tǒng)、化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)以及廢氣吸收系統(tǒng)，其中熱空氣送入系統(tǒng)用于儲存壓縮空氣并 對空氣進行加熱后送入化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)及中；所述化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)由酸液儲罐、料倉和反應(yīng)釜 組成，酸液儲罐和料倉的底部通過管道與反應(yīng)釜相連通，反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)置有攪拌裝置，反應(yīng)釜 的內(nèi)襯為耐溫、耐酸、耐磨材料，在反應(yīng)釜底部的上方，設(shè)有一根環(huán)形的圓管，圓管上均勻分 布有透氣孔或透氣管，反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)置有一根以上的與環(huán)形的圓管相連通的豎管，所述豎管 的頂端通過反應(yīng)釜的釜蓋上的管閥與熱空氣送入系統(tǒng)相連通;釜內(nèi)壁自上而下或自下而上 安裝有緊貼釜壁的且呈螺旋線狀的四氟毛細管束，該管束的上下兩端分別與釜壁外的冷熱 介質(zhì)通過其閥門連接，通過給管束內(nèi)的毛細管通入冷熱介質(zhì)，為釜內(nèi)反應(yīng)系統(tǒng)提供加熱或 冷卻。冷卻系統(tǒng)由一級冷卻釜和二級冷卻釜串聯(lián)組成；其中一級冷卻釜與反應(yīng)釜相連接，反應(yīng)釜的釜蓋上設(shè)有一根與一級冷卻釜相連且深入到一級冷卻釜底部中央的管道，一級冷卻 釜的內(nèi)部設(shè)置有冷卻裝置，一級冷卻釜的底部設(shè)置有出料閥，一級冷卻釜的釜蓋上設(shè)置有 一根與二級冷卻釜相連且深入到二級冷卻釜底部中央的管道，所述的二級冷卻釜的內(nèi)部設(shè) 置有冷卻裝置，二級冷卻釜的底部設(shè)置有出料閥；二級冷卻釜的釜蓋上設(shè)置有一根與廢氣 吸收系統(tǒng)相連接的管道，所述的廢氣吸收系統(tǒng)由一個以上的負壓水吸收罐和酸霧吸收裝置 組成，負壓水吸收罐的頂部設(shè)置有管道且通過管道與酸霧吸收裝置中的引風機相連接。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于:所述的熱空氣送入系統(tǒng)包括空氣壓縮機、 空氣儲存罐、空氣加熱器及管道，空氣壓縮機、空氣儲存罐以及空氣加熱器通過管道相連 接，管道上還設(shè)置有閥門和儀表。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于:所述的圓管上均勻分布有直徑為10?20mm 的且朝向不同的透氣管，相鄰的透氣管之間的間距為50?150mm，且相鄰的透氣管的伸出方 向之間的夾角為60?120°，反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)置有兩根豎管，所述兩根豎管分別連接于圓管的左 右兩端。7.根據(jù)權(quán)利要求4的裝置，其特征在于:所述一級冷卻釜的冷卻裝置由轉(zhuǎn)軸和冷卻圓盤 組成，所述轉(zhuǎn)軸為一根外部包裹有聚四氟乙烯的空心圓管，轉(zhuǎn)軸的頂端由一級冷卻釜的釜 蓋上伸出，轉(zhuǎn)軸內(nèi)設(shè)置有一根自上而下的冷卻水管A，冷卻水管A的頂部為進水端且進水端 與冷卻水源相連接;轉(zhuǎn)軸上均勻分布有冷卻圓盤，所述冷卻圓盤以轉(zhuǎn)軸為圓心安裝固定在 轉(zhuǎn)軸上，并隨轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，所述冷卻圓盤為中空結(jié)構(gòu)，所有冷卻圓盤的內(nèi)部均設(shè)置有呈盤旋狀 分布的冷卻水管B，且上下相鄰的冷卻圓盤中的冷卻水管B首尾相連，最底部的冷卻圓盤中 的冷卻水管B的進水端與冷卻水管A的底端相連通，最頂部的冷卻圓盤中的冷卻水管B的出 水端通向空心圓管，冷卻水管B中排出的冷卻水由轉(zhuǎn)軸的頂端溢出；所述的冷卻圓盤上均勻 分布有豎向的通氣孔，且上下相鄰的冷卻圓盤上的通氣孔相互錯位。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于:所述通氣孔的直徑為10?20mm，相鄰的通 氣孔之間的中心距為20mm?30mm。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于:所述的一級冷卻釜的釜蓋上設(shè)有真空表和 便于檢修的人孔，一級冷卻釜的釜蓋上還設(shè)置有壓縮空氣吹氣裝置，壓縮空氣吹氣裝置與 壓縮氣體源相連接。10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于:所述的二級冷卻釜中的冷卻裝置為多層 翅片結(jié)構(gòu)，二級冷卻釜的釜壁上設(shè)置有冷卻水入口和冷卻水出口，冷卻水入口與最下層翅 片的入水口相連通，冷卻水由最下層的翅片流入，所述翅片呈連續(xù)彎折結(jié)構(gòu)，相鄰的上下兩 層翅片的端部相連通，冷卻水出口與最上層翅片的出水口相連通;二級冷卻釜的釜蓋上設(shè) 置有壓縮空氣吹氣裝置，壓縮空氣吹氣裝置與壓縮氣體源相連接，二級冷卻釜的釜蓋上設(shè) 有真空表，且其釜蓋和釜底都設(shè)有便于檢修的人孔。
【文檔編號】C01B33/18GK105967192SQ201610534965
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年7月8日
【發(fā)明人】田輝明, 楊水彬, 田正芳, 葉發(fā)兵
【申請人】黃岡師范學(xué)院, 田輝明