萃余酸中杂质金属离子和化合物的脱除方法 |
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| 申请号 | CN202311614249.7 | 申请日 | 2023-11-29 | 公开(公告)号 | CN117680285A | 公开(公告)日 | 2024-03-12 |
| 申请人 | 山东理工大学; | 发明人 | 王若林; 陶东平; 孙文娟; | ||||
| 摘要 | 本 发明 属于选矿技术利用和环境保护技术领域，具体的涉及一种萃余酸中杂质 金属离子 和化合物的脱除方法。将萃余酸中杂质 铁 、镁、 铝 等金属离子及化合物在 吸附 材料和浮选药剂的协同作用下进行选择性的脱除。该方法主要依据吸附材料的强吸附性和特定浮选药剂的强选择性，将吸附材料与浮选药剂协同使用，并通过调控吸附材料与浮选药剂的种类、配比、用量及反应顺序、时间、 温度 等条件，实现萃余酸中杂质金属离子和化合物的选择性脱除，提高萃余酸的综合利用率。该方法适用于磷化工行业萃余酸的 净化 体系，且方法简单、选择性强、效果显著、作用时间短，对于解决萃余酸处置回用困难、磷化工生产成本高、磷资源浪费严重等问题有着重要的意义。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种萃余酸中杂质金属离子和化合物的脱除方法，其特征在于：萃余酸中杂质金属化合物在吸附材料和浮选药剂的协同作用下进行选择性地脱除； |
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| 说明书全文 | 萃余酸中杂质金属离子和化合物的脱除方法技术领域[0001] 本发明属于选矿技术利用和环境保护技术领域，具体的涉及一种萃余酸中杂质金属离子和化合物的脱除方法。 背景技术[0002] 随着磷化工技术的不断进步，精制磷酸品质持续提升，磷资源依次向农业、工业、食品、医药等行业横向扩展。受工业提纯方法的局限，湿法磷酸在溶剂萃取法提纯过程中不可避免地产生萃余酸这一副产物。同时，随着磷矿品位的下降和稀酸杂质含量的提高，萃余酸的比例呈现出增加的趋势。萃余酸品质略低于普通磷酸，但P2O5含量达到40％甚至更高。立足于磷资源效益的最大化，萃余酸逐渐成为磷化工不可舍弃的资源。这一副产品在磷酸铵肥料(MAP、DAP)和重钙的生产中均有应用，其资源化利用是提高磷资源回收率的重要途径，同时可以极大地提高磷资源的使用价值和经济价值。然而，作为副产物的萃余酸组成复杂，杂质种类多、含量高，相态粘稠、流动性差。萃余酸中的杂质，以铁、镁、铝等金属离子和化合物的形式存在，增大磷酸的黏度、降低磷酸的品质，同时不利于管道输送，严重影响磷酸的正常生产和应用。 [0003] 面临日益严峻的资源浪费和环境污染等问题，如何合理的净化利用萃余酸，成为磷化工企业发展的重点方向之一。萃余酸中杂质金属离子的高效脱除一直是净化技术的难点，特别是铁、镁、铝等金属离子及化合物的脱除。传统的处理方法中，单一化学沉淀处理能力相对有限，难以实现金属离子的有效脱除；萃取净化及膜交换法，需依托于额外的萃取、蒸馏、膜交换设备，处理成本高、操作复杂。因此，萃余酸新型净化技术的开发与应用迫在眉睫。 [0004] 此外，传统的净化处理方法，拘泥于化工行业，而忽略了磷资源作为矿产资源的本质。从矿产资源综合回收与利用的角度出发，将矿物分选的思路与化工相结合，开发萃余酸高效净化技术高效脱除铁、镁、铝等杂质，实现萃余酸循环利用，减少工业废料排放，对二次资源综合回收利用和环境保护具有十分深远的意义。 发明内容[0005] 本发明的目的是：提供一种萃余酸中杂质金属离子和化合物的脱除方法。所述的脱除方法利用吸附材料的强吸附性与特定浮选药剂的强选择性，协同脱除杂质金属离子和化合物，从而实现萃余酸的高效净化。 [0006] 本发明所述的萃余酸中杂质金属离子和化合物的脱除方法是萃余酸中杂质金属化合物在吸附材料和浮选药剂的协同作用下进行选择性地脱除； [0007] 其中： [0008] 所述萃余酸包含含渣原液体系或过滤清液体系中的一种或两种； [0009] 含渣原液体系的含固量为30％‑80％，含渣原液体系中的杂质于固、液两相中处于溶解平衡状态； [0010] 过滤清液体系的含固量为0； [0011] 含渣原液体系与过滤清液体系共存时，含固量为1％～30％； [0012] 含渣原液体系和过滤清液体系中的杂质均包含金属离子或金属化合物中的一种或两种，其中金属离子包含铁、镁、铝、钛或钙中的至少一种；金属化合物包含三氧化二铁、氧化镁、三氧化二铝、二氧化钛或氧化钙中的至少一种； [0015] 其中： [0017] 磁性材料为火法烧制的赤铁矿或火法烧制的磁铁矿中的至少一种。 [0018] 硅酸盐材料为海泡石、石榴石、埃洛石、蒙脱石或坡缕石中的至少一种。 [0019] 氟硅酸类药剂为氟硅酸、氟硅酸钠或氟硅酸钙中的至少一种。 [0021] 磷酸盐类药剂为六偏磷酸钠或焦磷酸钠中的至少一种。 [0022] 萃余酸是磷化工生产磷酸过程中萃取工艺的副产品，含渣原液是未经过任何处理的萃余酸，过滤清液是经过沉降、过滤后的萃余酸，两者在组分含量、流动性、处理难度上存在明显的差异，因而在处理过程中分为不同的体系进行研究。 [0023] 处理含渣原液体系时，浮选药剂要先于吸附材料加入，或与吸附材料同步加入，吸附材料与浮选药剂的质量比为5:1～1:9，吸附材料与浮选药剂在含渣原液体系中的总添加量为50～200g/L，反应时间为10～30min，反应温度为30～60℃。 [0024] 处理过滤清液体系时，吸附材料要先于浮选药剂加入，或与浮选药剂同步加入，吸附材料与浮选药剂的质量比为9:1～1:5，吸附材料与浮选药剂在过滤清液体系中的总添加量为10～100g/L，反应时间为5～20min，反应温度为10～50℃。 [0025] 处理含渣原液与过滤清液共存体系时，吸附药剂与浮选药剂同时加入，吸附材料与浮选药剂的质量比为5:1～1:5，吸附材料与浮选药剂在共存体系中的总添加量为50～150g/L，反应时间为10～20min，反应温度为30～50℃。 [0026] 本发明所述的萃余酸中杂质金属离子和化合物的脱除方法，关键在于针对不同成分的萃余酸，通过吸附材料和浮选药剂的种类、配比、作用顺序、作用时间、作用温度等，实现杂质金属离子和化合物的脱除。经研究发现，萃余酸的含渣原液体系、过滤清液体系及两者共存体系的组分、性质存在明显的差异，因而采用的吸附材料和浮选药剂也存在明显的差异。对含渣原液体系而言，含固量高、杂质存在于固、液两相中且处于溶解平衡的状态。因此，在脱除液相中杂质金属离子和元素的同时，还要防止固相中金属离子的溶出，因而率先或同时加入浮选药剂，阻止固相杂质溶解，络合液相杂质，同时，增大整体用量、延长反应时间、提高反应温度，以确保反应完全。对于过滤清液而言，杂质金属离子及化合物只存在于液相中，因此，在脱除时考虑增强作用效果，因而率先或同时加入吸附材料充分吸附杂质金属离子和化合物，后加入浮选药剂络合难处理的杂质金属。其药剂用量、反应时间和温度，相比于含渣原液，均有所减小。对于含渣原液和过滤清液共存体系，既有一定的含固量，又有充分的液相，因此用量、配比、顺序、时间、温度等处理条件介于含渣原液和过滤清液两者之间。 [0027] 本发明与现有技术相比，具有以下有益效果： [0028] (1)本发明所述的萃余酸中杂质金属离子和化合物的脱除方法，利用吸附材料的强吸附性与特定浮选药剂的强选择性，协同脱除杂质金属离子和化合物，从而实现萃余酸的高效净化，且可以针对不同萃余酸组分选择性地脱除特定杂质金属离子和化合物，不会造成磷资源的损失，既可以解决由于杂质金属离子和化合物超标造成的萃余酸回用困难的问题，又可以提高萃余酸中磷资源的利用率，还可以解决因副产品堆置而造成的环境污染等问题，达到资源节约与环境友好的双重目的。 [0029] (2)本发明所述的萃余酸中杂质金属离子和化合物的脱除方法，将吸附材料与浮选药剂协同使用，并通过调控材料与药剂的种类、配比、用量、反应顺序、时间及温度等条件，实现萃余酸中杂质金属离子和化合物的选择性脱除，提高萃余酸的综合利用率。 [0030] (3)本发明所述的萃余酸中杂质金属离子和化合物的脱除方法，适用于磷化工行业萃余酸的净化体系，且方法简单、选择性强、效果显著、作用时间短，对于解决萃余酸处置回用困难、磷化工生产成本高、磷资源浪费严重等问题有着重要的意义。附图说明 [0031] 图1是实施例1中煤质活性炭用量为100g/L，马铃薯淀粉用量为100g/L时萃余酸含渣原液处理前后效果对比图； [0032] 图2是实施例2中海泡石用量为20g/L，氟硅酸用量为20g/L时萃余酸过滤清液处理前后效果对比图。 具体实施方式[0033] 以下结合实施例对本发明作进一步描述。 [0034] 实施例1 [0035] 以贵州某萃余酸含渣原液(含固量60％)为试验对象，选取煤质活性炭作为吸附材料、马铃薯淀粉作为浮选药剂，反应温度为40℃、反应时间为20min，进行了用量的试验，结果如下所示。试验表明，煤质活性炭与马铃薯淀粉协同使用的效果明显强于单独使用时。随着药剂用量的增大，Al2O3、Fe2O3、MgO的含量明显减少而P2O5的含量小幅度增长，MER值(杂质金属化合物含量与P2O5含量比值的百分数)明显减小。当活性炭和淀粉的整体用量为40g/L(低于50g/L)时，Al2O3、Fe2O3、MgO的含量以及MER值虽有下降但未达到最佳；当活性炭和淀粉的整体用量达到200g/L时，Al2O3、Fe2O3、MgO的含量以及MER值达到最低值，净化效果达到最佳；当整体用量超过200g/L时，杂质金属化合物含量减小的同时，P2O5的含量也明显减小，MER值不降反升，磷资源损失较大。同时，如图1所示，当煤质活性炭用量为100g/L，马铃薯淀粉用量为100g/L时，相比于未处理时的滤液(酸液)，最佳条件处理后的酸液在颜色、透光度、流动性等方面更具优势。 [0036] 表1萃余酸含渣原液试验结果 [0037] [0038] 实施例2 [0039] 以湖北某磷化工萃余酸过滤清液为试验对象，固定反应温度为20℃、反应时间10min、整体用量为40g/L，研究海泡石、氟硅酸、Al基淀粉用量和比例对萃余酸杂质金属及MER值得影响，结果如下所示。试验表明，协同作用效果优于单一作用的效果；海泡石与氟硅酸按照1:1的质量比，可以减小Al2O3、MgO含量，减小萃余酸的MER值。 [0040] 表2萃余酸过滤清液试验结果 [0041] [0042] [0043] 实施例3 [0044] 以贵州某萃余酸含渣原液与过滤清液共存体系为试验对象，固定反应温度为45℃、反应时间15min，研究火法烧制的磁铁矿与六偏磷酸钠的配比和用量对杂质金属脱除情况的影响。结果如下所示。结果表明，整体用量固定时，火法烧制的磁铁矿与六偏磷酸钠协同作用的效果优于单一作用；协同作用时，火法烧制的磁铁矿占比高于六偏磷酸钠，杂质金属脱除效果好，MER值降低。总用量在150g/L以内时，随总用量增大，杂质金属含量明显降低；总用量超过150g/L时，随用量增大，MER至减小缓慢。 [0045] 表3萃余酸过滤清液试验结果 [0046] |
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