权利要求
1.一种利用
铜冶金尾渣制备高纯白炭黑的方法，其特征在于：包括如下步骤;
S1：干燥：将铜冶金尾渣置于干燥箱中，在105-120℃下干燥2-4小时，干燥后得到干燥尾渣;
S2：粉碎与筛分：将干燥尾渣采用行星式球磨机粉碎，球料比5-8:1，转速300-400r/min，粉碎时间1-2小时，过400-600目筛，得到粒径≤38μm的尾渣粉末;
S3：酸浸，将尾渣粉末与浓度为1.5mol/L的硫酸按液固比(5-8):1(mL/g)混合，置于反应釜中，在50-80℃下搅拌反应2-4小时，搅拌速率200-300r/min，反应结束后，采用板框
过滤机进行固液分离，得到酸浸滤液和酸浸渣;
S4：除杂处理，包括以下步骤;
S41：向酸浸滤液注入恒温釜中，并加入质量分数92%-98%的还原铁粉，还原铁粉为液体中三价铁含量1.2-1.5倍，在40-60℃下搅拌反应0.5-1小时，反应结束后，采用板框过滤机进行固液分离，得到不含三价铁的滤液;
S42：取S41过滤后的滤液，向其中缓慢加入浓度1.5mol/L的硫酸，调节滤液pH至2.5-3.0，搅拌速率200r/min，搅拌5分钟;
S43：加入滤液质量0.3-0.5%的食品级柠檬酸，纯度≥99.5%，继续搅拌15分钟，使柠檬酸与滤液中二价铁、铜、
锌等金属离子形成稳定络合物;
S44：将S3中的酸浸渣烘干后粉碎至600目，并加入S43的滤液中，用量为滤液质量0.5-0.8%，搅拌20分钟后，采用板框过滤机过滤，得到净化滤液;
S5：沉硅，将净化滤液转移至反应釜，加热至60-80℃，搅拌速率250-350r/min，缓慢加入表面活性剂和分散沉淀剂作用，将形成的白炭黑悬浮液进行固液分离;
S6：后处理，包括下列步骤;
S61：将白炭黑悬浮液采用离心过滤，转速3000-4000r/min，时间10-15分钟，得到滤饼;
S62：用去离子水洗涤滤饼至滤液pH为3-4，去除残留的铁盐分以及重离子残留成分，使白炭黑成品杂质含量小于60ppm;
S63：将滤饼与去离子水调成20%含固量浆液，利用氨水调节Ph=6-8，使白炭黑PH符合行业要求;
S64：将洗涤后的滤饼置于喷雾干燥机中，进口温度550-650℃，出口温度100-120℃，去除有机物及羟基，得到二氧化硅含量达到99.5%以上高纯白炭黑产品;
S65：利用超细研磨机对高纯白炭黑进行精细研磨，形成超细白炭黑粉体。
2.根据权利要求1所述的一种利用铜冶金尾渣制备高纯白炭黑的方法，其特征在于：所述恒温釜包括釜体、搅拌系统以及防堆料单元;
所述釜体(1)的上下端分别设置有注料口和排料管;
所述搅拌系统包括带有搅拌杆(3)的搅拌轴(2)，且所述搅拌轴(2)被安装在所述釜体(1)上端的驱动电机(6)驱动;
所述防堆料单元用于放置底部设置的排料管内有还原铁粉的堆积。
3.根据权利要求2所述的一种利用铜冶金尾渣制备高纯白炭黑的方法，其特征在于：所述防堆料单元包括与排料管的管口适配的堵塞块(4)、活动柱(10)、转动轴(5)以及驱动缸(9);
所述搅拌轴(2)中空设置，所述搅拌轴(2)的下端与所述堵塞块(4)的上端转动连接;
所述转动轴(5)转动设置在所述釜体(1)上，所述转动轴(5)的下端位于所述釜体(1)的内腔，所述转动轴(5)的下端滑动设置在所述搅拌轴(2)的内腔，所述转动轴(5)的外壁上设有限位条(501)，且所述搅拌轴(2)的中空腔内设置有与所述限位条(501)适配的限位凹槽，所述转动轴(5)的上端安装有从动齿轮(8)，且所述从动齿轮(8)与安装在所述驱动电机(6)输出轴上的驱动齿轮(7)啮合连接;
所述转动轴(5)中空设置，所述活动柱(10)的下端贯穿所述转动轴(5)的中空腔并与所述堵塞块(4)的上端转动连接;
所述驱动缸(9)安装于所述釜体(1)的上端，所述驱动缸(9)的活动端与所述活动柱(10)安装连接;
所述堵塞块(4)从下至上依次设置有与所述排料管的管口适配的插接部(403)、与所述管口适配的锥台形密封部(402)以及带有环形斜面的导料环(401)。
4.根据权利要求3所述的一种利用铜冶金尾渣制备高纯白炭黑的方法，其特征在于：还设置有离心甩料单元，通过使得所述堵塞块(4)快速旋转，利用离心力作用将所述堵塞块(4)上附着的杂质去除。
5.根据权利要求4所述的一种利用铜冶金尾渣制备高纯白炭黑的方法，其特征在于：所述离心甩料单元包括安装于安装板上的定位杆(14)、第一小齿轮(11)、第二小齿轮(12)以及第三大齿轮(13);
所述活动柱(10)竖直方向上设置有中空腔;
所述安装板安装于所述釜体(1)上端，所述定位杆(14)的上端与所述安装板转动连接，所述定位杆(14)的下端位于所述活动柱(10)的中空腔内，所述定位杆(14)的下端底部凹槽内设置有第一磁体;
所述堵塞块(4)的上端轴心处的凹槽内设置有第二磁体;
所述第一小齿轮(11)和第二小齿轮(12)的规格一致，且尺寸小于所述第三大齿轮(13)的尺寸，所述第一小齿轮(11)安装于所述定位杆(14)上，所述第一小齿轮(11)、第二小齿轮(12)以及第三大齿轮(13)相互啮合连接;
所述第三大齿轮(13)被所述驱动电机(6)驱动。
6.根据权利要求5所述的一种利用铜冶金尾渣制备高纯白炭黑的方法，其特征在于：还设置有节能单元，当所述堵塞块(4)将所述管口堵塞时，所述驱动电机(6)无法带动所述第三大齿轮(13)旋转;
当所述堵塞块(4)向上运动解除对所述管口的堵塞时，所述驱动电机(6)可带动所述第三大齿轮(13)旋转。
7.根据权利要求6所述的一种利用铜冶金尾渣制备高纯白炭黑的方法，其特征在于：所述节能单元包括固定设置于所述活动柱(10)上的板体(15)、转动设置在所述板体(15)上的空心管(17)、与所述第三大齿轮(13)同轴设置的插接齿盘(21)以及安装于所述空心管(17)外壁的插接齿环(16);
所述空心管(17)套设在所述驱动电机(6)的输出轴上，所述驱动电机(6)的输出轴上安装有限位杆(18)，且所述空心管(17)的内腔壁上设置有与所述限位杆(18)适配的竖直凹槽。
8.根据权利要求3所述的一种利用铜冶金尾渣制备高纯白炭黑的方法，其特征在于：所述驱动缸(9)的输出端内腔滑动设置有滑柱(19)，且所述滑柱(19)的上端与所述活动柱(10)固定连接，所述滑柱(19)的外围设置有弹簧(20)，且所述弹簧(20)的上下端分别与所述活动柱(10)和所述驱动缸(9)的输出端固定连接。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及白炭黑制备技术领域，特别涉及一种利用铜冶金尾渣制备高纯白炭黑的方法。
背景技术
[0002]铜冶金尾渣是
铜冶炼过程中产生的固体废弃物，其产量巨大，若直接堆存不仅占用大量土地资源，还可能因重金属离子渗漏造成土壤、水体污染，因此对铜冶金尾渣进行资源化利用具有重要的环境意义和经济价值。
[0003]铜冶金尾渣中含有一定量的硅元素(以硅酸盐形式存在)，基于该成分特性，现有技术中已开发出利用铜冶金尾渣制备白炭黑(其为电子级硅微粉功能填料)的工艺，核心流程通常包括干燥、粉碎、酸浸、沉硅及后处理等步骤，该类工艺通过酸浸将尾渣中的硅元素转化为可溶性硅酸盐进入滤液，再经沉硅步骤生成白炭黑，实现了尾渣的资源化回收，一定程度上降低了废弃物排放压力。
[0004]然而，现有利用铜冶金尾渣制备白炭黑的工艺在实际应用中存在下列问题：
[0005]铜冶金尾渣中含有较多铁元素，酸浸过程中会以三价铁离子形式进入滤液，后续沉硅过程中，残留的三价铁易与氢氧根结合生成氢氧化铁沉淀，该沉淀会牢固附着在白炭黑颗粒表面，不仅导致白炭黑成品呈现黄灰色、白度不达标，还会使产品铁含量偏高，且酸浸滤液中除铁离子外，还含有铜、锌等微量重金属离子，这些重金属离子在沉硅过程中会与白炭黑颗粒共沉淀，或在后续处理中形成稳定杂质，导致产品重金属含量超标，严重影响白炭黑的纯度以及白度;
[0006]故此，本申请提供了一种利用铜冶金尾渣制备高纯白炭黑的方法来满足需求。
发明内容
[0007]本申请的目的在于提供一种利用铜冶金尾渣制备高纯白炭黑的方法，用于解决现有酸浸过程存在的三价铁离子以及微量重金属离子会导致后续白炭黑纯度以及白度下降的技术问题。
[0008]为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：一种利用铜冶金尾渣制备高纯白炭黑的方法，包括如下步骤;
[0009]S1：干燥：将铜冶金尾渣置于干燥箱中，在105-120℃下干燥2-4小时，干燥后得到干燥尾渣;
[0010]在105-120℃下，能有效去除尾渣中的游离水，同时避免温度过高导致尾渣中某些成分发生变化;干燥时间的设定则是为了确保游离水完全去除，若时间过短，游离水去除不彻底，会影响后续粉碎等工序的进行。
[0011]S2：粉碎与筛分：将干燥尾渣采用行星式球磨机粉碎，球料比5-8:1，转速300-400r/min，粉碎时间1-2小时，过400-600目筛，得到粒径≤38μm的尾渣粉末;
[0012]球料比、转速和粉碎时间的选择是经过多次试验确定的，该参数组合能使尾渣得到充分粉碎，增大比表面积，有利于后续酸浸工序中硅的溶出;过400-600目筛则是为了保证尾渣粉末的粒径均匀，满足后续反应的要求。
[0013]S3：酸浸，将尾渣粉末与浓度为1.5mol/L的硫酸按液固比(5-8):1(mL/g)混合，置于反应釜中，在50-80℃下搅拌反应2-4小时，搅拌速率200-300r/min，反应结束后，采用板框过滤机进行固液分离，得到酸浸滤液和酸浸渣;
[0014]液固比的选择是为了确保尾渣粉末能与稀酸充分接触反应，若液固比过小，稀酸量不足，反应不充分;若过大，则会增加后续处理成本，反应温度和时间的设定是因为在此条件下，尾渣中的硅酸盐能与稀酸充分反应，提高硅的溶出率。搅拌速率的控制是为了使反应体系均匀，促进反应进行。
[0015]S4：除杂处理，包括以下步骤;
[0016]S41：向酸浸滤液中加入还原铁粉，并加入质量分数92%-98%的还原铁粉，还原铁粉为液体中三价铁含量1.2-1.5倍，在40-60℃下搅拌反应0.5-1小时，反应结束后，采用板框过滤机进行固液分离，得到不含三价铁的滤液;
[0017]加入还原铁粉的量为三价铁含量的1.2-1.5倍，是为了确保将Fe3+完全还原为Fe2+，又使未反应铁粉成为“易分离的简单沉淀”;反应温度和时间的设定是因为在此条件下，还原反应能高效进行，若温度过低或时间过短，还原反应不完全，无法将将Fe3+全部还原为Fe2+。
[0018]S42：取S41过滤后的滤液，向其中缓慢加入浓度1.5mol/L的硫酸，调节滤液pH至2.5-3.0，搅拌速率200r/min，搅拌5分钟;
[0019]pH至2.5-3.0，是柠檬酸络合金属离子的最佳区间，能让柠檬酸与二价铁、重金属离子(例如铜、锌)的络合常数提升2-3倍，且硫酸是原工艺已使用的试剂，完全无新杂质引入，避免因pH过高导致络合不完全，或pH过低破坏柠檬酸结构，为后续络合除杂奠定基础;
[0020]柠檬酸是常见且安全的络合剂，其羧基能与金属离子形成稳定可溶性络合物，阻止这些离子在S5沉硅时生成沉淀附着在白炭黑表面;且柠檬酸在后续S64喷雾干燥(550-650℃)中会完全分解为二氧化碳和水，无任何残留。
[0021]S43：加入滤液质量0.3-0.5%的食品级柠檬酸，纯度≥99.5%，继续搅拌15分钟，使柠檬酸与滤液中二价铁、铜、锌等金属离子形成稳定络合物;
[0022]S44：将S3中的酸浸渣烘干后粉碎至600目，并加入S43的滤液中，用量为滤液质量0.5-0.8%，搅拌20分钟后，采用板框过滤机过滤，得到净化滤液;
[0023]S3中酸浸渣本身富含硅羟基(-Si-OH)，粉碎至600目后比表面积增大，可物理吸附未被络合的微量杂质和柠檬酸络合物，且酸浸渣是原工艺副产物，无需额外制备吸附剂，实现废物利用;
[0024]整个的S4除杂工艺中的S42、S43和S44步骤可进一步净化还原后的滤液，去除S41中未涉及的微量重金属和胶体杂质去除S4未涉及的微量重金属和胶体杂质，为沉硅提供高纯度、低浊度的反应基质，使白炭黑在沉淀阶段即可减少杂质包裹，最终提高白炭黑的纯度和白度，其整个除杂工艺使得后续成品白炭黑引入新的杂质。
[0025]S5：沉硅，将净化滤液转移至反应釜，加热至60-80℃，搅拌速率250-350r/min，缓慢加入表面活性剂和分散沉淀剂作用，将形成的白炭黑悬浮液进行固液分离;
[0026]S6：后处理，包括下列步骤;
[0027]S61：将白炭黑悬浮液采用离心过滤，转速3000-4000r/min，时间10-15分钟，得到滤饼;
[0028]该离心转速和时间的设定是为了能有效分离出滤饼，若转速过低或时间过短，分离不彻底。
[0029]S62：用去离子水洗涤滤饼至滤液pH为3-4，去除残留的铁盐分以及重离子残留成分，使白炭黑成品杂质含量小于60ppm;
[0030]S63：将滤饼与去离子水调成20%含固量浆液，利用氨水调节PH=6-8，使白炭黑PH符合行业要求;
[0031]S64：将洗涤后的滤饼置于喷雾干燥机中，进口温度550-650℃，出口温度100-120℃，去除有机物及羟基，得到二氧化硅含量达到99.5%以上高纯白炭黑产品;
[0032]S65：利用超细研磨机对高纯白炭黑进行精细研磨，形成超细白炭黑粉体。
[0033]作为本实施例中的一种优选的实施方式，在S41中，还原铁粉与去离子水按质量比1:10制成悬浮液，通过计量泵以10-15mL/min的速率缓慢滴加到酸浸滤液中，滴加过程中同步维持体系搅拌速率200-250r/min，确保悬浮液与滤液充分混合。
[0034]作为本实施例中的一种优选的实施方式，在S46中，先将食品级柠檬酸与少量去离子水按质量比1:5混合，在40℃下搅拌10分钟制成饱和溶液，通过计量泵以8-10mL/min的速率滴加到滤液中，滴加过程中维持搅拌速率200r/min，滴加完成后继续搅拌15分钟，确保络合反应完全。
[0035]作为本实施例中的一种优选的实施方式，所述恒温釜包括釜体、搅拌系统以及防堆料单元;
[0036]所述釜体的上下端分别设置有注料口和排料管;
[0037]所述搅拌系统包括带有搅拌杆的搅拌轴，且所述搅拌轴被安装在所述釜体上端的驱动电机驱动;
[0038]所述防堆料单元用于放置底部设置的排料管内有还原铁粉的堆积。
[0039]作为本实施例中的一种优选的实施方式，所述防堆料单元包括与排料管的管口适配的堵塞块、活动柱、转动轴以及驱动缸;
[0040]所述搅拌轴中空设置，所述搅拌轴的下端与所述堵塞块的上端转动连接;
[0041]所述转动轴转动设置在所述釜体上，所述转动轴的下端位于所述釜体的内腔，所述转动轴的下端滑动设置在所述搅拌轴的内腔，所述转动轴的外壁上设有限位条，且所述搅拌轴的中空腔内设置有与所述限位条适配的限位凹槽，所述转动轴的上端安装有从动齿轮，且所述从动齿轮与安装在所述驱动电机输出轴上的驱动齿轮啮合连接;
[0042]所述转动轴中空设置，所述活动柱的下端贯穿所述转动轴的中空腔并与所述堵塞块的上端转动连接;
[0043]所述驱动缸安装于所述釜体的上端，所述驱动缸的活动端与所述活动柱安装连接;
[0044]所述堵塞块从下至上依次设置有与所述排料管的管口适配的插接部、与所述管口适配的锥台形密封部以及带有环形斜面的导料环。
[0045]作为本实施例中的一种优选的实施方式，还设置有离心甩料单元，通过使得所述堵塞块快速旋转，利用离心力作用将所述堵塞块上附着的杂质去除。
[0046]作为本实施例中的一种优选的实施方式，所述离心甩料单元包括安装于安装板上的定位杆、第一小齿轮、第二小齿轮以及第三大齿轮;
[0047]所述活动柱竖直方向上设置有中空腔;
[0048]所述安装板安装于所述釜体上端，所述定位杆的上端与所述安装板转动连接，所述定位杆的下端位于所述活动柱的中空腔内，所述定位杆的下端底部凹槽内设置有第一磁体;
[0049]所述堵塞块的上端轴心处的凹槽内设置有第二磁体;
[0050]所述第一小齿轮和第二小齿轮的规格一致，且尺寸小于所述第三大齿轮的尺寸，所述第一小齿轮安装于所述定位杆上，所述第一小齿轮、第二小齿轮以及第三大齿轮相互啮合连接;
[0051]所述第三大齿轮被所述驱动电机驱动。
[0052]作为本实施例中的一种优选的实施方式，还设置有节能单元，当所述堵塞块将所述管口堵塞时，所述驱动电机无法带动所述第三大齿轮旋转;
[0053]当所述堵塞块向上运动解除对所述管口的堵塞时，所述驱动电机可带动所述第三大齿轮旋转。
[0054]作为本实施例中的一种优选的实施方式，所述节能单元包括固定设置于所述活动柱上的板体、转动设置在所述板体上的空心管、与所述第三大齿轮同轴设置的插接齿盘以及安装于所述空心管外壁的插接齿环;
[0055]所述空心管套设在所述驱动电机的输出轴上，所述驱动电机的输出轴上安装有限位杆，且所述空心管的内腔壁上设置有与所述限位杆适配的竖直凹槽。
[0056]作为本实施例中的一种优选的实施方式，所述驱动缸的输出端内腔滑动设置有滑柱，且所述滑柱的上端与所述活动柱固定连接，所述滑柱的外围设置有弹簧，且所述弹簧的上下端分别与所述活动柱和所述驱动缸的输出端固定连接。
[0057]综上，本发明的技术效果和优点：
[0058]1、本发明结构合理，本方法通过S4完整除杂工艺，实现了铜冶金尾渣制备高纯白炭黑的技术突破，使得产品二氧化硅含量以及白度均有所提升，铁及重金属以及总杂质含量大幅下降，使得白炭黑的纯度以及白度有了进一步的提高;
[0059]2、本发明中，其恒温釜体上增设有防堆料单元，避免排料管处形成还原铁粉的堆积而导致还原反应不够彻底，影响后续产品质量;
[0060]3、本发明中，还设置离心甩料单元，可自动对堵塞块上端附着的杂质进行清理，避免因铁粉颗粒引入额外铁离子而导致沉硅过程中生成氢氧化铁沉淀，降低白炭黑白度。
附图说明
[0061]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0062]图1为实施例和对比例实验数据表格;
[0063]图2为恒温釜体剖面结构示意图;
[0064]图3为图2中搅拌轴和转动轴剖面结构示意图;
[0065]图4为图2中恒温釜体局部结构示意图;
[0066]图5为图4中A处放大结构示意图;
[0067]图6为图4中B处放大结构示意图;
[0068]图7为图2中C处放大结构示意图。
[0069]图中：1、釜体;2、搅拌轴;3、搅拌杆;4、堵塞块;401、导料环;402、锥台形密封部;403、插接部;5、转动轴;501、限位条;6、驱动电机;7、驱动齿轮;8、从动齿轮;9、驱动缸;10、活动柱;11、第一小齿轮;12、第二小齿轮;13、第三大齿轮;14、定位杆;15、板体;16、插接齿环;17、空心管;18、限位杆;19、滑柱;20、弹簧;21、插接齿盘。
具体实施方式
[0070]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0071]为验证权利要求1所述方法对提升白炭黑纯度与白度的有效性，本实验以同一批次铜冶金尾渣为原料，设置3组实施例和2组对比例，通过控制变量法对比产品核心指标。
[0072]实验原料：选取某铜冶炼厂产出的铜冶金尾渣，其主要成分(质量分数)为：SiO2为38.2%、Fe2O3为22.5%、CuO为0.35%、ZnO为0.28%，其余为钙、镁氧化物及杂质。
[0073]检测指标及方法：
[0074]二氧化硅含量：采用X射线荧光光谱仪检测;
[0075]白度：采用亨特LabScanXE白度仪检测，以亨特白度值(L*)表示，数值越高白度越好;
[0076]铁含量及重金属(Cu、Zn)含量：采用ICP-MS电感耦合等离子体质谱仪检测;
[0077]杂质总含量：采用重量法检测，单位为ppm。
[0078]实施例1
[0079]S1干燥：铜冶金尾渣置于干燥箱，115℃干燥3h，得到干燥尾渣。
[0080]S2粉碎与筛分：行星式球磨机球料比6:1，转速350r/min，粉碎1.5h，过500目筛，得粒径≤38μm尾渣粉末。
[0081]S3酸浸：尾渣粉末与1.5mol/L硫酸按液固比6:1(mL/g)混合，置于反应釜，65℃、搅拌速率250r/min反应3h，板框过滤得酸浸滤液和酸浸渣。
[0082]S4除杂处理(核心步骤)
[0083]S41：酸浸滤液转入恒温釜，加入液体中三价铁含量1.3倍的还原铁粉(纯度95%，粒径≤100μm)，50℃搅拌反应0.8h，板框过滤得不含三价铁滤液。
[0084]S42：缓慢加入1.5mol/L硫酸，调节滤液pH至2.8，搅拌速率200r/min，搅拌5min。
[0085]S43：加入滤液质量0.4%的食品级柠檬酸(纯度99.6%)，搅拌15min，使柠檬酸与二价铁、铜、锌离子形成稳定络合物。
[0086]S44：将S3酸浸渣烘干粉碎至600目，按滤液质量0.6%加入，搅拌20min，板框过滤得净化滤液。
[0087]S5沉硅：净化滤液转入反应釜，70℃、搅拌速率300r/min，缓慢加入表面活性剂(十二烷基苯磺酸钠，添加量0.1%)和分散沉淀剂(碳酸氢铵，浓度2mol/L)，反应2h，得白炭黑悬浮液。
[0088]S6后处理
[0089]S61：悬浮液离心过滤，转速3500r/min，时间12min，得滤饼。
[0090]S62：去离子水洗涤滤饼至滤液pH=3.5，去除残留盐分。
[0091]S63：滤饼与去离子水调成20%含固量浆液，氨水调节pH=7.0。
[0092]S64：喷雾干燥，进口温度600℃，出口温度110℃，去除有机物及羟基。
[0093]S65：超细研磨机研磨，得高纯白炭黑粉体。
[0094]实施例2
[0095]与实施例1的区别如下：
[0096]S1：105℃干燥2h;
[0097]S2：球料比5:1，转速300r/min，粉碎1h，过400目筛;
[0098]S3：液固比5:1，50℃反应2h，搅拌速率200r/min;
[0099]S4：S41还原铁粉添加量为三价铁含量1.2倍，40℃反应0.5h;S42调pH至2.5;S43柠檬酸添加量0.3%;S44酸浸渣添加量0.5%;
[0100]S5：60℃，搅拌速率250r/min;S6：离心转速3000r/min、时间10min;喷雾干燥进口550℃、出口100℃;其余步骤同实施例1。
[0101]实施例3
[0102]与实施例1的区别如下：
[0103]S1：120℃干燥4h;S2：球料比8:1，转速400r/min，粉碎2h，过600目筛。
[0104]S3：液固比8:1，80℃反应4h，搅拌速率300r/min。
[0105]S4：S41还原铁粉添加量为三价铁含量1.5倍，60℃反应1h;S42调pH至3.0;S43柠檬酸添加量0.5%;S44酸浸渣添加量0.8%。
[0106]S5：80℃，搅拌速率350r/min;S6：离心转速4000r/min、时间15min;喷雾干燥进口650℃、出口120℃;其余步骤同实施例1。
[0107]对比例1(完全传统工艺，无任何除杂步骤)
[0108]S1–S3：与实施例1的S1–S3步骤完全一致，得到酸浸滤液和酸浸渣。
[0109]S5沉硅(无S4净化)：直接将酸浸滤液转入反应釜，沉硅条件与实施例1一致;
[0110]S6后处理：与实施例1的S6步骤完全一致，得白炭黑粉体;
[0111]对比例2(传统工艺+单一还原除杂，无S42–S44)
[0112]S1–S3：与实施例1一致;
[0113]简化除杂：仅执行S41还原铁粉除三价铁步骤，过滤后直接进行S5沉硅(无S42调pH、S43络合、S44吸附)。
[0114]S5–S6：与实施例1一致。
[0115]上述实施例以及对比例的实验数据如图1所示，由图1中的实验数据可知;
[0116]实施例1-3的二氧化硅含量均≥99.5%，高于对比例1(97.2%)和对比例2(98.5%)，原因是权利要求1的S4的除杂工艺形成了“还原+调pH+络合+吸附”的净化体系;
[0117]S41将三价铁还原为易分离的二价铁沉淀，S42调pH至柠檬酸络合最佳区间，S43通过柠檬酸络合重金属离子避免共沉淀，S44利用酸浸渣硅羟基吸附残留杂质，四级协同实现深度净化;
[0118]对比例1无除杂步骤，酸浸滤液中的铁、铜、锌离子直接进入沉硅环节，与白炭黑共沉淀，大幅稀释二氧化硅含量;
[0119]实施例的亨特白度值≥95.1，超行业标准，较对比例1提升13.6-15.0个单位;
[0120]白度的关键影响因素是铁含量，实施例铁含量≤18ppm，对比例1铁含量达325ppm，三价铁形成的氢氧化铁沉淀会使白炭黑呈黄灰色，S4工艺彻底解决了铁杂质残留问题;
[0121]实施例的Cu+Zn总含量≤8ppm，满足电子级白炭黑应用要求;对比例1的重金属含量是实施例的7–11倍，无法用于高端领域;
[0122]结论：权利要求1所述方法通过S4完整除杂工艺，实现了铜冶金尾渣制备高纯白炭黑的技术突破，相比无S4步骤的传统工艺，产品二氧化硅含量提升2.3-2.6个百分点，白度提升13个百分点以上，铁及重金属含量降低90%以上，总杂质含量控制在60ppm以内，完全满足电子级白炭黑的严苛标准。
[0123]如图2所示，恒温釜包括釜体、搅拌系统以及防堆料单元;
[0124]釜体1的上下端分别设置有注料口和排料管;
[0125]搅拌系统包括带有搅拌杆3的搅拌轴2，且搅拌轴2被安装在釜体1上端的驱动电机6驱动;
[0126]防堆料单元用于放置底部设置的排料管内有还原铁粉的堆积。
[0127]由于在实际工作时，其排料管的进料口与下端安装的电动阀门之间具有一定的深度，在此空间内容易导致还原铁粉(颗粒状)在此处堆积，导致还原反应不够彻底，影响后续产品质量，故设置防堆料单元解除此问题。
[0128]作为本实施例中的一种优选的实施方式，如图2-4和图7所示，防堆料单元包括与排料管的管口适配的堵塞块4、活动柱10、转动轴5以及驱动缸9;
[0129]搅拌轴2中空设置，搅拌轴2的下端与堵塞块4的上端转动连接;
[0130]转动轴5转动设置在釜体1上，转动轴5的下端位于釜体1的内腔，转动轴5的下端滑动设置在搅拌轴2的内腔，转动轴5的外壁上设有限位条501，且搅拌轴2的中空腔内设置有与限位条501适配的限位凹槽，转动轴5的上端安装有从动齿轮8，且从动齿轮8与安装在驱动电机6输出轴上的驱动齿轮7啮合连接;
[0131]转动轴5中空设置，活动柱10的下端贯穿转动轴5的中空腔并与堵塞块4的上端转动连接;
[0132]驱动缸9安装于釜体1的上端，驱动缸9的活动端与活动柱10安装连接;
[0133]堵塞块4从下至上依次设置有与排料管的管口适配的插接部403、与管口适配的锥台形密封部402以及带有环形斜面的导料环401。
[0134]在使用时，初开始状态如图1所示，堵塞块4(可在其外表面设置弹性密封套)将管口密封堵住，保证恒温反应釜在工作时，铁粉不在排料管内腔堆积;
[0135]工作时，驱动电机6工作带动转动轴5转动，转动轴5带动搅拌轴2上的搅拌杆3做旋转运动对内部流体进行搅拌，同时由于搅拌轴2与堵塞块4转动连接，其堵塞块4在此过程中保持不动状态;
[0136]待需要将恒温反应釜中的流体排出时，此时通过驱动缸9带动活动柱10向上运动，其活动柱10会带动搅拌轴2以及堵塞块4整体向上运动，从而使得解除堵塞块4对排料管的密封堵塞，使得堵塞块4与釜体1内腔底部存在一定的间距，避免对流体的排料速度产生影响;
[0137]待排料完毕后，控制驱动缸9带动活动柱10向下运动，从而使得堵塞块4再次对排料管进行堵塞密封。
[0138]需要注意的是：一，由于设置了本防堆积单元，其排料管上无需在设置电动阀门;二，锥台形密封部402的设置，使得堵塞块4与管口端部形成阻挡以及紧密贴合;且通过导料环401上的环形斜面，不容易使得杂质在堵塞块4上端停留堆积。
[0139]作为本实施例中的一种优选的实施方式，还设置有离心甩料单元，通过使得堵塞块4快速旋转，利用离心力作用将堵塞块4上附着的杂质去除。
[0140]在工作过程中，其堵塞块6的上端不可避免地会有杂质的附着，为避免该杂质的存在影响后续流体质量，需要进行清理，故设置离心甩料单元对其上的杂质(包括未完全反应的还原铁粉颗粒、酸浸渣吸附后残留的少量硅基胶体或其他悬浮杂质，这些杂质会严重影响后续流体质量，铁粉颗粒会引入额外铁离子，导致沉硅过程中生成氢氧化铁沉淀，降低白炭黑白度)进行自动清理。
[0141]作为本实施例中的一种优选的实施方式，如图4和图6所示，离心甩料单元包括安装于安装板上的定位杆14、第一小齿轮11、第二小齿轮12以及第三大齿轮13;
[0142]活动柱10竖直方向上设置有中空腔;
[0143]安装板安装于釜体1上端，定位杆14的上端与安装板转动连接，定位杆14的下端位于活动柱10的中空腔内，定位杆14的下端底部凹槽内设置有第一磁体;
[0144]堵塞块4的上端轴心处的凹槽内设置有第二磁体;
[0145]第一小齿轮11和第二小齿轮12的规格一致，且尺寸小于第三大齿轮13的尺寸，第一小齿轮11安装于定位杆14上，第一小齿轮11、第二小齿轮12以及第三大齿轮13相互啮合连接;
[0146]第三大齿轮13被驱动电机6驱动。
[0147]驱动电机6工作，带动搅拌轴2进行旋转，需要排料时，通过驱动缸9使得活动柱10带动堵塞块4向上运动(不对搅拌轴2的旋转造成影响)，而向上运动的堵塞块4在运动一定高度后与定位杆14通过第一磁体和第二磁体之间的磁吸力作用固定(且不对后续分开产生影响);
[0148]驱动电机6带动第三大齿轮13转动，而第三大齿轮13通过两组小齿轮带动定位杆14进行快速旋转，进而带动堵塞块4进行快速旋转，通过离心力作用将堵塞块4上的杂质甩掉，形成自动清理。
[0149]作为本实施例中的一种优选的实施方式，还设置有节能单元，当堵塞块4将管口堵塞时，驱动电机6无法带动第三大齿轮13旋转;
[0150]当堵塞块4向上运动解除对管口的堵塞时，驱动电机6可带动第三大齿轮13旋转。
[0151]通过节能单元的设置，在需要对堵塞块4进行旋转去杂时，其驱动电机6才会带动第三大齿轮3进行旋转，其余时间驱动电机6无法带动第三大齿轮3旋转，进而节约一部分电能损耗。
[0152]作为本实施例中的一种优选的实施方式，如图6所示，节能单元包括固定设置于活动柱10上的板体15、转动设置在板体15上的空心管17、与第三大齿轮13同轴设置的插接齿盘21以及安装于空心管17外壁的插接齿环16;
[0153]空心管17套设在驱动电机6的输出轴上，驱动电机6的输出轴上安装有限位杆18，且空心管17的内腔壁上设置有与限位杆18适配的竖直凹槽。
[0154]当驱动缸9带动活动柱10向上运动时，其旋转的空心管17会相对驱动电机6的输出轴向上运动，并完成插接齿环16与插接齿盘21插接，此时活动柱10停止运动，通过插接齿环16与插接齿盘21插接带动第三大齿轮13进行转动，通过两组小齿轮的配合最终通过定位杆14仅带动堵塞块4进行快速旋转，通过离心力的作用将其上的杂质去除，甩料完毕后(在进行排料时进行甩料操作，搅拌轴2可对流体进行搅拌，同时流动的流体可对堵塞块4的表面形成冲刷，进一步有利于其上杂质的去除)且排料完毕后，控制驱动缸9调动活动柱10以及空心管17向下运动，并最终完成堵塞块4对排料管的密封堵塞以及插接齿环16与插接齿盘21插接分离。
[0155]需要注意的是：一，在进行离心甩料时，其堵塞块4的旋转方向与搅拌轴2的旋转方向相反，这使得釜体1内部的流体的旋转方向与堵塞块4的旋转方向相反，会大幅提升流体与堵塞块4表面的相对速度，增强流体对堵塞块表面的冲刷力，这种反向冲刷可快速带走被离心力甩脱的杂质，避免杂质重新附着在堵塞块4表面，进一步提升清理效果;二，插接齿环16与插接齿盘21的上端均呈圆周设置有等腰三角形结构的定位齿，且相邻两组定位齿之间设置有插接间隙。
[0156]作为本实施例中的一种优选的实施方式，如图5所示，驱动缸9的输出端内腔滑动设置有滑柱19，且滑柱19的上端与活动柱10固定连接，滑柱19的外围设置有弹簧20，且弹簧20的上下端分别与活动柱10和驱动缸9的输出端固定连接。
[0157]通过弹簧20的设置，可缓冲堵塞块4与排料管之间的抵触压力。
[0158]最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
说明书附图(7)
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“利用铜冶金尾渣制备高纯白炭黑的方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
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编辑：北方有色网
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