本发明属于
尾矿综合利用技术领域，具体涉及一种石棉尾矿磁选铁精粉和残渣制取硅镁凝胶的方法。
背景技术：
石棉尾矿是石棉矿选矿加工过程中剥离下来的尾渣。石棉尾矿矿山不仅占用了大量的土地资源，造成大气、水体和土壤等环境污染，石棉尾矿中未分离的短纤维容易引起呼吸道疾病，致病石棉尘肺和肺癌，对人类的健康和安全构成严重威胁。因此，对石棉尾矿进行安全环保的处理与处置对于改善人类健康和生态环境具有重要的意义。
由于石棉尾矿中除含有少量石棉外，主要由蛇纹石、水镁石、磁铁矿等构成，化学组成主要为sio2(35％～45％)、mgo(35％～42％)，tfe(7.5～28％)，具有资源属性和利用价值。目前对于石棉尾矿具有两方面的综合利用思路，一方面是有价元素的提取，另一方面是加工利用。由于石棉尾矿中含有一定量的铁元素，对石棉尾矿进行磁选提取高品位铁精粉是其中一种资源化利用方向。崔长征等(现代矿业,2011,506:40-41)以含铁量为27.62％的青海石棉尾矿的干式磁选精矿为原料，采用加分散剂的弱磁选工艺，获得了铁品位为63.19％的铁精粉，回收率为74.58％。虽然上述磁选方案中提取了一定品位的铁精粉，然而磁选效率不高，磁选残渣中还含有部分未分离出的磁性组分、非磁性的铁组分以及大量的硅镁残渣。石棉尾矿经过选矿工艺提取铁精粉，最多利用了石棉尾矿中20％的铁精粉，其余80％以上的硅镁残渣仍然含有石棉纤维，属于危险
固废。
利用硅元素或者含硅固废制取凝胶材料是重要的硅基利用方式之一。硅凝胶具有凝固剂、止血剂、干燥剂、催化剂、其他催化剂的载体以及无机泡沫建筑材料的前驱体等多方面用途，目前已经被广泛应用，具有良好的市场价值。
专利cn201310200817.9公开了一种固相硅凝胶的制备方法，以黄沙、河沙、海沙的氧化硅为硅源，加入金属氧化物或者金属盐，混合研磨后与水混合，通过水热法制取硅凝胶。专利cn201410729837.x公开了一种低压缩形变的双组份加成型高阻燃硅凝胶及其制备方法，该发明将添加了
阻燃剂的双组份在平板硫化机上进行模压硫化制备硅凝胶，使硅凝胶的阻燃等级较高，并具有良好的物理性能和工业价值。专利cn201910943702.6公开了一种用于制备隔热材料的硅凝胶固化剂及其制备方法，以硅凝胶骨架材料为基础，添加填充剂和表面活性剂，水热条件下制备硅凝胶，显著提升了硅凝胶材料的机械性能和保温隔热效果。然而，利用石棉尾矿的硅镁残渣制取硅镁凝胶，目前还未见报道。
技术实现要素：
针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的目的在于提供一种石棉尾矿磁选铁精粉和残渣制取硅镁凝胶的方法。本发明方法将石棉尾矿进行磁选获得有价值的铁精粉，硅镁残渣分别碳化并加入固化剂、有机发泡剂等助剂，获得可用于无机泡沫建筑材料、凝固剂、催化剂、干燥剂等的硅镁无机凝胶。综合磁性元素提取和硅镁残渣加工利用两方面，实现了石棉尾矿的最大资源化，且具有流程简单、成本较低、安全环保的优点。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种石棉尾矿磁选铁精粉和残渣制取硅镁凝胶的方法，包括如下步骤：
(1)将石棉尾矿经破碎研磨过筛，与碱和含碳材料混合研磨，然后焙烧活化，得到活化残渣；
(2)将步骤(1)的活化残渣采用磁选机进行磁选，得到铁精粉和硅镁残渣；
(3)将步骤(2)的硅镁残渣用碱液浸渍并过滤分离，得到碱浸溶液和碱浸残渣；
(4)将步骤(3)的碱浸溶液用酸液调节ph值为3～5，通入co2得到硅酸胶体；碱浸残渣用酸液溶解得到镁盐溶液，通入co2得到碳酸氢镁溶液；
(5)将步骤(4)得到的硅酸胶体和碳酸氢镁溶液混合，加入有机发泡剂和固化剂，常温下搅拌混合后静置，然后蒸发干燥，得到硅镁凝胶。
进一步地，步骤(1)中所述过筛是指过50～200目筛。
进一步地，步骤(1)中所述的碱是指氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙和碳酸钠中的至少一种，碱的加入量为石棉尾矿重量的0.5～2倍。
进一步地，步骤(1)中所述的含碳材料是指焦炭、风化煤、泥炭、褐煤、生物质固废中的至少一种，含碳材料的加入量为石棉尾矿重量的0.5～1倍。
进一步地，步骤(1)中所述焙烧活化的温度为400～800℃，时间为0.5～3h。
进一步地，步骤(2)中所述磁选的磁场强度为12000～20000oe。
进一步地，步骤(3)中所述的碱液是指氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙中至少一种的溶液，碱液的浓度为0.5～6.0mol/l。
进一步地，步骤(4)中所述的酸液是指盐酸、硫酸、硝酸中的至少一种溶液，酸液的浓度为0.5～6.0mol/l。
进一步地，步骤(4)中所述通入co2的流量为0.06～0.5m3/h，通入时间为0.5～5h。
进一步地，步骤(5)中所述的有机发泡剂是指偶氮化合物发泡剂、磺酰肼类化合物发泡剂、亚硝基化合物发泡剂中的至少一种；有机发泡剂的加入量为硅酸胶体和碳酸氢镁混合溶液质量的0.02～0.1倍。
进一步地，步骤(5)中所述的固化剂是指乙二胺、苯二甲胺、二乙撑三胺中的至少一种；固化剂的加入量为硅酸胶体和碳酸氢镁混合溶液质量的0.05～0.2倍。
进一步地，步骤(5)中所述搅拌的转速为1200～3000rpm，所述静置的时间为20～30min。
相对于现有技术，本发明具有如下优点及有益效果：
(1)本发明将石棉尾矿进行磁选，得到高附加值的铁精粉，利用硅镁残渣获得了可以用于无机泡沫建筑材料、凝固剂、止血剂、干燥剂、催化剂，或用作其他催化剂载体的硅镁无机凝胶，产品市场大，经济性较高，实现了石棉尾矿的最大资源化。
(2)本发明方法制取过程使用酸碱量较少，无废渣、废水等二次污染产生，流程简单，成本较低，实现了石棉尾矿资源利用过程的安全环保。
附图说明
图1为本发明实施例中石棉尾矿磁选铁精粉和残渣制取硅镁凝胶的工艺流程图。
图2为本发明实施例3所得硅镁凝胶(a)与氢氧化镁凝胶(b)和硅酸凝胶(c)的xrd图。
图3为本发明实施例3所得硅镁凝胶样品的外观形貌照片图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
以下实施例中所用的石棉尾矿原料组成如表1所示。
表1石棉尾矿原料化学组成
实施例1
本实施例的一种石棉尾矿磁选铁精粉和残渣制取硅镁凝胶的方法，其工艺流程图如图1所示，具体步骤如下：
(1)将石棉尾矿破碎研磨至过150目筛，与重量0.5倍的氢氧化钠和重量0.5倍的褐煤混合研磨，然后焙烧活化，得到活化残渣，焙烧温度800℃，焙烧时间2h；
(2)活化残渣采用场强12000oe的磁选机进行磁选，得到品位68％、产率90.5％的铁精粉和硅镁残渣；
(3)硅镁残渣用浓度1.0mol/l的氢氧化钠溶液浸渍，并过滤分离，得到碱浸溶液和碱浸残渣；
(4)碱浸溶液用浓度0.5mol/l的硫酸溶液调节溶液ph值为5，通入co2，得到硅酸胶体；碱浸残渣用1.0mol/l的硫酸溶液溶解得到镁盐溶液，通入co2得到碳酸氢镁溶液，co2流量0.1m3/h，通入时间1h；
(5)将硅酸胶体和碳酸氢镁溶液混合，加入重量0.02倍的有机发泡剂(偶氮化合物发泡剂)和重量0.05倍的固化剂(苯二甲胺)，常温下在高速搅拌器中以2000rpm转速进行搅拌，搅拌后静置30min，然后蒸发干燥，得到纯度69.3％的硅镁无机凝胶产品。
实施例2
本实施例的一种石棉尾矿磁选铁精粉和残渣制取硅镁凝胶的方法，其工艺流程图如图1所示，具体步骤如下：
(1)将石棉尾矿破碎研磨至过200目筛，与重量1.0倍的氢氧化钠和重量0.5倍的褐煤混合研磨，然后焙烧活化，得到活化残渣，焙烧温度800℃，焙烧时间2h；
(2)活化残渣采用场强20000oe的磁选机进行磁选，得到品位64％、产率86％的铁精粉和硅镁残渣；
(3)硅镁残渣用浓度1.0mol/l的氢氧化钠溶液浸渍，并过滤分离，得到碱浸溶液和碱浸残渣；
(4)碱浸溶液用浓度0.5mol/l的硫酸溶液调节溶液ph值为5，通入co2，得到硅酸胶体；碱浸残渣用1.0mol/l的硫酸溶液溶解得到镁盐溶液，通入co2得到碳酸氢镁溶液，co2流量0.2m3/h，通入时间1h；
(5)将硅酸胶体和碳酸氢镁溶液混合，加入重量0.05倍的有机发泡剂(偶氮化合物发泡剂)和重量0.1倍的固化剂(苯二甲胺)，常温下在高速搅拌器中以2000rpm转速进行搅拌，搅拌后静置30min，然后蒸发干燥，得到纯度75.6％的硅镁无机凝胶产品。
实施例3
本实施例的一种石棉尾矿磁选铁精粉和残渣制取硅镁凝胶的方法，其工艺流程图如图1所示，具体步骤如下：
(1)将石棉尾矿破碎研磨至过200目筛，与重量1.0倍的氢氧化钠和重量1倍的焦炭混合研磨，然后焙烧活化，得到活化残渣，焙烧温度800℃，焙烧时间2h；
(2)活化残渣采用场强20000oe的磁选机进行磁选，得到品位62％、产率92.6％的铁精粉和硅镁残渣；
(3)硅镁残渣用浓度1.0mol/l的氢氧化钠溶液浸渍，并过滤分离，得到碱浸溶液和碱浸残渣；
(4)碱浸溶液用浓度0.5mol/l的硫酸溶液调节溶液ph值为5，通入co2，得到硅酸胶体；碱浸残渣用1.0mol/l的硫酸溶液溶解得到镁盐溶液，通入co2得到碳酸氢镁溶液，co2流量0.3m3/h，通入时间1h；
(5)将硅酸胶体和碳酸氢镁溶液混合，加入重量0.05倍的有机发泡剂(偶氮化合物发泡剂)和重量0.1倍的固化剂(苯二甲胺)，常温下在高速搅拌器中以2000rpm转速进行搅拌，搅拌后静置30min，然后蒸发干燥，得到纯度82.5％的硅镁无机凝胶产品。
本实施例所得硅镁凝胶(a)与氢氧化镁凝胶(b)和硅酸凝胶(c)的xrd图如图2所示。可以看出硅镁凝胶主要是由氢氧化镁和硅酸凝胶两种物相组成。
本实施例所得硅镁凝胶的外观形貌如图3所示。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：
1.一种石棉尾矿磁选铁精粉和残渣制取硅镁凝胶的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将石棉尾矿经破碎研磨过筛，与碱和含碳材料混合研磨，然后焙烧活化，得到活化残渣；
(2)将步骤(1)的活化残渣采用磁选机进行磁选，得到铁精粉和硅镁残渣；
(3)将步骤(2)的硅镁残渣用碱液浸渍并过滤分离，得到碱浸溶液和碱浸残渣；
(4)将步骤(3)的碱浸溶液用酸液调节ph值为3～5，通入co2得到硅酸胶体；碱浸残渣用酸液溶解得到镁盐溶液，通入co2得到碳酸氢镁溶液；
(5)将步骤(4)得到的硅酸胶体和碳酸氢镁溶液混合，加入有机发泡剂和固化剂，常温下搅拌混合后静置，然后蒸发干燥，得到硅镁凝胶。
2.根据权利要求1所述的一种石棉尾矿磁选铁精粉和残渣制取硅镁凝胶的方法，其特征在于：步骤(1)中所述过筛是指过50～200目筛。
3.根据权利要求1所述的一种石棉尾矿磁选铁精粉和残渣制取硅镁凝胶的方法，其特征在于：步骤(1)中所述的碱是指氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙和碳酸钠中的至少一种，碱的加入量为石棉尾矿重量的0.5～2倍；所述的含碳材料是指焦炭、风化煤、泥炭、褐煤、生物质固废中的至少一种，含碳材料的加入量为石棉尾矿重量的0.5～1倍。
4.根据权利要求1所述的一种石棉尾矿磁选铁精粉和残渣制取硅镁凝胶的方法，其特征在于：步骤(1)中所述焙烧活化的温度为400～800℃，时间为0.5～3h。
5.根据权利要求1所述的一种石棉尾矿磁选铁精粉和残渣制取硅镁凝胶的方法，其特征在于：步骤(2)中所述磁选的磁场强度为12000～20000oe。
6.根据权利要求1所述的一种石棉尾矿磁选铁精粉和残渣制取硅镁凝胶的方法，其特征在于：步骤(3)中所述的碱液是指氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙中至少一种的溶液，碱液的浓度为0.5～6.0mol/l；步骤(4)中所述的酸液是指盐酸、硫酸、硝酸中的至少一种溶液，酸液的浓度为0.5～6.0mol/l。
7.根据权利要求1所述的一种石棉尾矿磁选铁精粉和残渣制取硅镁凝胶的方法，其特征在于：步骤(4)中所述通入co2的流量为0.06～0.5m3/h，通入时间为0.5～5h。
8.根据权利要求1所述的一种石棉尾矿磁选铁精粉和残渣制取硅镁凝胶的方法，其特征在于：步骤(5)中所述的有机发泡剂是指偶氮化合物发泡剂、磺酰肼类化合物发泡剂、亚硝基化合物发泡剂中的至少一种；有机发泡剂的加入量为硅酸胶体和碳酸氢镁混合溶液质量的0.02～0.1倍。
9.根据权利要求1所述的一种石棉尾矿磁选铁精粉和残渣制取硅镁凝胶的方法，其特征在于：步骤(5)中所述的固化剂是指乙二胺、苯二甲胺、二乙撑三胺中的至少一种；固化剂的加入量为硅酸胶体和碳酸氢镁混合溶液质量的0.05～0.2倍。
10.根据权利要求1所述的一种石棉尾矿磁选铁精粉和残渣制取硅镁凝胶的方法，其特征在于：步骤(5)中所述搅拌的转速为1200～3000rpm，所述静置的时间为20～30min。
技术总结
本发明属于尾矿综合利用技术领域，公开了一种石棉尾矿磁选铁精粉和残渣制取硅镁凝胶的方法。石棉尾矿经破碎研磨过筛，与碱和含碳材料混合研磨，然后焙烧活化，得到活化残渣；活化残渣经磁选得到铁精粉和硅镁残渣；硅镁残渣用碱液浸渍并过滤分离，得到碱浸溶液和碱浸残渣；碱浸溶液用酸液调节pH值为3～5，通入CO2得到硅酸胶体；碱浸残渣用酸液溶解得到镁盐溶液，通入CO2得到碳酸氢镁溶液；将硅酸胶体和碳酸氢镁溶液混合，加入有机发泡剂和固化剂，搅拌混合后蒸发干燥，得到硅镁凝胶。本发明方法获得了有价值的铁精粉，并制取了用途广泛的硅镁凝胶，实现了石棉尾矿的全资源化综合利用。
技术研发人员：宿新泰;林璋;兰滢滢;田兰兰;朱钱
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：2020.03.16
技术公布日：2020.07.10
声明：
“石棉尾矿磁选铁精粉和残渣制取硅镁凝胶的方法与流程” 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：中冶有色技术网
来源：华南理工大学
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2024年07月26日 ~ 28日 
