利用蛇纹石无废制备镁系和硅系材料的方法与流程

1.本发明涉及蛇纹石处理方法领域，具体是一种利用蛇纹石无废制备镁系和硅系材料的方法。


背景技术：

2.蛇纹石是一种重要的硅酸盐类矿物，主要含有镁和硅等元素，伴有少量的镍、钯等稀有金属。蛇纹石多呈深绿色、黑绿色、黄绿色等，为层状硅酸盐矿物，由“氢氧镁石”八面体片与[sio4]四面体片的六方网片按1:1结合构成结构单元层，通式为a6si4o10(oh)8，其中a可为mg、al、fe、mn、cr、ni等。
[0003]
我国蛇纹石矿资源储量丰富，保有储量超过五亿吨，主要分布于江西、四川、青海、安徽等地，我国蛇纹石矿质地良好，伴有镍等金属矿产。我国从20世纪90年代开始对蛇纹石进行开发研究，但进展缓慢，多数矿山主要出售原块矿和简单加工的粗产品，造成资源的浪费。根据蛇纹石的性质，国内蛇纹石的应用主要应用于以下三个方面：（1）光学效应，用于建筑装饰材料和玉石原料；（2）耐高温性能，用于耐火材料、制备阻燃剂；（3）晶体化学特性，用于烧制镁磷肥、镁质瓷、冶金溶剂原料、轻质氧化镁和多孔二氧化硅、医药等。随着资源与环境问题的凸显，建立资源节约型、环境友好型社会的理念逐步深入人心，国家及社会对清洁生产和绿色工艺越发重视。
[0004]
国外对蛇纹石矿的利用研究较成熟，尤其对酸浸过程的研究。目前，美国、澳大利亚、奥地利、波兰等国家已经实现了蛇纹石矿综合利用的工业化，获得了较好的经济和环境效益。奥地利提出了一种利用蛇纹石生产氧化镁和多孔二氧化硅的方法，将用盐酸浸取蛇纹石粉料，过滤分离焙烧得到多孔二氧化硅，沉淀除去al3 、fe3 等杂质后煅烧得到纯度为98%的氧化镁产品。波兰开发了从蛇纹石中回收镁、镍等元素的工艺，用硫酸浸取，通过调节溶液ph值，镁、镍的浸出率高达89%~92%。澳大利亚的golden triangle resources nl公司以蛇纹石为原料生产纯度高达99.93%的高质量金属镁，生产成本仅为世界生产成本的1/4。
[0005]
目前，对蛇纹石的处理方法可分为三类：物理选矿、生物选矿和化学提纯。其中，物理选矿能耗低、工艺结构简单，但蛇纹石伴生矿较多，处理难度大，分离效率不高，且难以选出高品位的精矿、生物选矿尚处于摸索阶段，关键技术不成熟。化学提纯可有效提高利用率，并在一定程度上保证产品的纯度，但仍存在设备投资大、能耗高、工艺流程复杂、原材料小好多、经济效益不佳等诸多缺点。目前，对蛇纹石的选矿及综合利用在国内外以化学提纯为主。实际应用中，对蛇纹石进行选矿的方法主要是酸浸取法，基本原理为采用盐酸、硫酸、硝酸等强酸在一定温度下对蛇纹石进行酸化处理，使其分解。根据流程不同，分为两种：（1）煅烧酸浸法，该法的工艺流程为破碎
‑
煅烧、活化
‑
酸浸，此方法污染小；（2）热酸浸取法，该法适合初期可行性试探探索，缺点是设备复杂、空气污染较大。
[0006]
现有技术申请号为201611014047.9的中国专利：一种利用蛇纹石制备高纯氧化镁的方法，其公开了通过蛇纹石得到氧化镁的方法过程。其中，首先将蛇纹石制粉；接着过滤取滤渣；再然后，将酸浸滤渣溶解、净化；最后，加入沉淀剂并进行干燥、煅烧，得到高纯度的
氧化镁。现有技术存在的缺点是得到的镁系产物注重高纯氧化镁，且仅仅对酸浸液进行处理，大量的酸浸渣未进行有效、高值化处理。
[0007]
蛇纹石中的氧化镁和二氧化硅的含量占总质量的80%以上，而多种新型氧化镁、氢氧化镁和二氧化硅等作为重要的化工原理近些年来市场上一直旺销，并且从蛇纹石中提取氧化镁和白炭黑已经成为国内外研究的焦点。针对蛇纹石矿石的特点，通过综合利用生产高附加值的硅系列、镁系列产品，多种工艺间的集成与优化组合，可极大限度的实现经济、资源、环境效益的统一。我国有着丰富的质地良好的蛇纹石资源，然而却未能高效利用，故尽快开发出一条综合利用蛇纹石的绿色之路，以实现资源、环境、经济、社会效益的统一，不仅符合现阶段我国产业结构升级、发展模式转变的战略需求，还将有力的促进绿色产业的发展。


技术实现要素：

[0008]
本发明的目的是提供一种利用蛇纹石无废制备镁系和硅系材料的方法，以解决上述背景技术存在的问题。
[0009]
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：利用蛇纹石无废制备镁系和硅系材料的方法，包括以下步骤：（1）、将蛇纹石破碎后制成细粉物料，接着对细粉物料进行酸浸得到矿浆，然后将矿浆加热至设定温度反应一段时间，反应结束后进行固液分离，得到酸浸滤液和酸浸滤渣；（2）、将步骤（1）得到的酸浸滤液在设定温度下静置结晶，然后再进行固液分离得到第一滤渣，所述第一滤渣为低品位镁系物料；将所述低品位镁系物料加入去离子水制成溶液，向溶液中加入氧化剂直至溶液颜色不再发生变化，接着向溶液中加入碱溶液调节ph于一定范围，然后进行固液分离得到滤液；向所述滤液中加入阴离子沉淀剂，直至完全固液分离得到第二滤渣；将所述第二滤渣进行烘干处理，得到高品位镁系物料；（3）、向将步骤（1）得到的酸浸滤渣中添加碱助剂进行焙烧，得到焙烧料；向所述焙烧料中添加一定浓度的酸溶液，于一定条件下反应，得到酸浸液；所得酸浸液于一定条件下静置，得到含硅凝胶。
[0010]
进一步的，步骤（1）中，设定温度为90℃~120℃，反应时间为30min~150min。
[0011]
作为优选，步骤（2）中，所述碱溶液调节ph为7~10。
[0012]
作为优选，步骤（3）中，所述碱助剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氧化钙中的任意一种或者任意几种的任意比例混合物。
[0013]
作为优选，碱助剂与酸浸滤渣添加比例为1:1~1:10。
[0014]
进一步的，焙烧温度为300℃~800℃，焙烧时间为2h~5h。
[0015]
作为优选，添加的酸溶液为硫酸溶液，其浓度为0.5mol/l~3.0mol/l。
[0016]
作为优选，添加的蛇纹石酸浸滤渣与酸溶液质量比为1:1~1:10。
[0017]
作为优选，所得酸液于25℃~80℃条件下，静置1h~5h，得到含硅凝胶。
[0018]
本发明针对蛇纹石原矿提出一种由蛇纹石制备镁系和硅系材料的高值化无废利用方法。本发明以蛇纹石原矿为原料，通过酸浸取，将镁、硅进行初步分离，分别对含镁滤液
进行深度净化，得到高品位镁系物料；所得到的酸浸滤渣，向其中添加碱助剂，碱助剂于焙烧过程与酸浸滤渣进行反应，所得焙烧料与酸液进行反应，得到含铝、硅凝胶，此凝胶可应用于吸附、医学等领域，具有较高的实用价值。蛇纹石经过酸浸过程，得到酸浸液和酸浸渣，通过对两者的进一步处理，得到高品位镁系和硅系物料，实现镁、硅的定向分离。因沉淀母液为高纯含镁溶液，故可以通过添加不同沉淀剂，得到高纯镁盐；所得滤渣可全部转化为具有高附加值的凝胶产物。
[0019]
本发明以蛇纹石原矿为原料，通过综合利用生产高附加值的硅系列、镁系列产品，多种工艺间的集成与优化组合，主要优点在于，整个工艺过程无废气、废水、废渣排出，所有蛇纹石原矿均得到高值化利用，且实现了镁、硅元素的定向分离，工艺简单，易控制，可极大限度的实现经济、资源、环境效益的统一。
附图说明
[0020]
图1为本发明实施例中的一由蛇纹石制备镁系和硅系材料的高值化无废利用方法流程示意图。
[0021]
图2为实施例1~实施例3所得酸浸滤液图片。
[0022]
图3为实施例1~实施例3所得酸浸滤渣图片。
[0023]
图4为实施例1~实施例3所得低品位镁系物料。
[0024]
图5为所得实施例1~实施例3所得高纯氢氧化镁的xrd图。
[0025]
图6为所得实施例1~实施例3所得高纯氢氧化镁的sem图。
[0026]
图7为实施例1所得凝胶图片。
[0027]
图8为实施例2所得凝胶图片。
[0028]
图9为实施例3所得凝胶图片。
具体实施方式
[0029]
以下，将参照具体数据来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。
[0030]
以下将通过具体的实施例来说明本发明的由蛇纹石制备镁系和硅系材料的高值化无废利用方法。但是，本领域技术人员将理解的是，下述实施例仅是本发明的制备方法的具体示例，不用于限定其全部。
[0031]
如图1所示，本发明利用蛇纹石无废制备镁系和硅系材料的方法，包括以下步骤：（1）、将蛇纹石破碎后制成细粉物料，接着对细粉物料进行酸浸得到矿浆，然后将矿浆加热至设定温度反应一段时间，设定温度为90℃~120℃，反应时间为30min~150min。反应结束后进行固液分离，得到酸浸滤液和酸浸滤渣；（2）、将步骤（1）得到的酸浸滤液在设定温度下静置结晶，然后再进行固液分离得到第一滤渣，所述第一滤渣为低品位镁系物料；将所述低品位镁系物料加入去离子水制成溶液，向溶液中加入氧化剂直至溶液颜色不再发生变化，接着向溶液中加入碱溶液调节ph至7~10，然后进行固液分离得到滤液；
向所述滤液中加入阴离子沉淀剂，直至完全固液分离得到第二滤渣；将所述第二滤渣进行烘干处理，得到高品位镁系物料；（3）、向将步骤（1）得到的酸浸滤渣中添加碱助剂进行焙烧，得到焙烧料。其中，碱助剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氧化钙中的任意一种或者任意几种的任意比例混合物，碱助剂与酸浸滤渣添加比例为1:1~1:10。焙烧温度为300℃~800℃，焙烧时间为2h~5h。
[0032]
向所述焙烧料中添加一定浓度的酸溶液，于一定条件下反应，得到酸浸液；其中酸溶液为硫酸溶液，其浓度为0.5mol/l~3.0mol/l，蛇纹石酸浸滤渣与酸溶液质量比为1:1~1:10。
[0033]
所得酸浸液于25℃~80℃条件下，静置1h~5h，得到含硅凝胶。
[0034]
实施例1将矿物经粉化后获得粒径大于20目的矿粉；将矿粉与质量分数为40%的硫酸溶液按照质量百分比1:4混合均匀，于90℃条件下反应2h，固液分离，得到滤液和滤渣。
[0035]
将此滤液于4℃条件下静置12h，固液分离，得滤渣即为低品位镁系物料；取低品位镁系物料按一定质量比加入去离子水，制成溶液后，加入双氧水，至颜色不再发生变化；向其中加入浓氨水溶液，调节ph=7.00，固液分离；向滤液中加入氢氧化钠溶液，固液分离；所得滤渣于100℃条件下干燥，得到高品位氢氧化镁物料。
[0036]
采用氢氧化钠为碱助剂，碱助剂与蛇纹石酸浸滤渣的比例为1:1，于300℃条件下焙烧2h，所得焙烧料与0.5mol/l的硫酸溶液以质量比为1:1混合，于80℃条件下静置2h，得到凝胶。
[0037]
实施例2方法同实施例1，不同点在于：矿粉与硫酸溶液的质量比为1:10，调节ph=10.00，加入氢氧化钠溶液。碱助剂与蛇纹石酸浸滤渣比例为1:1，于600℃条件下焙烧2h，所得焙烧料与0.5mol/l的硫酸溶液以质量比为1:10混合，于80℃条件下静置2h，得到凝胶。
[0038]
实施例3方法同实施例1，不同点在于：矿粉与硫酸溶液的质量比为1:10，调节ph=7.00，加入氢氧化钠溶液。碱助剂与蛇纹石酸浸滤渣比例为1:10，于300℃条件下焙烧5h，所得焙烧料与0.5mol/l的硫酸溶液以质量比为1:5混合，于25℃条件下静置5h，得到凝胶。
[0039]
结合实施例进行说明，所得的酸浸滤液如图2所示，酸浸滤渣如图3所示，经低温静置
‑
除杂后得到图4所示的针状低品位镁系物料。通过向其中添加沉淀剂，即可得到高纯镁盐（如图5~图6所示），更进一步地，通过控制反应条件，可以实现产物的形貌控制。所得酸浸滤渣，经焙烧
‑
酸溶过程后，可得如图7~图9所示凝胶，该凝胶组成单一，可应用于医药、吸附、涂层等领域。
[0040]
虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解：在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。