【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于赤泥的湿法冶金，具体涉及一种避免赤泥淋滤液中产生硅胶的方法。
技术介绍
1、赤泥是氧化铝生产过程中外排的固态或半固态粉泥状废弃物。因赤泥盐碱含量高、有强烈腐蚀性、含一定放射性，其综合利用效率低下，多以筑坝堆存为主。赤泥的产出量因矿石品位、生产工艺和技术水平而异，每生产1.0吨氧化铝将排放0.8～2.0吨赤泥。目前全球赤泥的总堆存量约为50亿吨，而我国赤泥目前累计堆存量已超过30亿吨，并以每年1.2亿吨的速率增加。赤泥在堆存时会给周边地下水、地表水、土壤、大气环境造成严重的生态风险，因此亟需对赤泥进行无害化与资源化处置。
2、赤泥中富含sc、y、la、ce等稀土元素，从赤泥中提取这些有价金属元素已成为现今赤泥综合资源化利用的重要途径之一。目前从赤泥中淋滤有价金属元素的主流方法为酸浸提取法和生物淋滤法。但由于我国铝土矿资源多为高硅低铁型的一水硬铝石，二氧化硅含量超过10％，铝硅比普遍低于8.0，且一水硬铝石多呈隐晶质或微晶集合体，与硅酸盐矿物紧密镶嵌，导致氧化铝冶炼时排放的碱性赤泥废渣中的硅含量很高，氧化铝与氧化硅的质量比高达1.1～1.2。当采用盐酸、硫酸等无机酸进行化学酸浸赤泥时，或采用硫杆菌和真菌等进行生物淋滤赤泥时，赤泥中高含量的二氧化硅会以硅酸(h4sio4)形式随稀土元素一并进入浸出液中，硅酸在较低ph值条件下(约为1.7～2.2)由于阴离子水解及羟基上氧的配合作用和缩聚作用形成无定形的硅酸溶胶或凝胶。若从赤泥中溶出的sio2浓度过高(超过2.0g/l)，在放置过程中甚至会胶凝成半固体状态的水凝
3、在湿法冶金过程中，形成的硅胶会严重影响赤泥中有价金属元素的淋滤及后续回收效率，主要表现为：(1)硅胶会包裹封锁赤泥矿物颗粒，阻碍有价金属离子的深度淋滤，降低金属离子的浸出速率；(2)硅胶会附着于工业滤布表面，降低浸出液的过滤效率；(3)硅胶会使浸出液有机相分层困难，并生成大量乳化物，降低浸出液的萃取效率。
4、为避免生成硅胶对赤泥淋滤效率产生负面影响，目前已有研究采用磷酸浸出赤泥中的sio2并使稀土元素富存于赤泥残渣中，或采用高温焙烧及浓酸浸出法抑制单体硅酸的凝聚缩合反应使si留存于赤泥残渣中，或采用凝聚-硅胶晶种絮凝-活性炭吸附法使赤泥的酸浸液脱硅。以上方法存在强酸高能耗、脱硅不彻底、稀土元素与sio2从赤泥中共浸出或酸浸液脱硅时有价金属损失等缺陷。
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术提供一种避免赤泥淋滤液中产生硅胶的方法，该方法不仅能够在赤泥进行淋滤之前即将赤泥中的含硅矿物有效去除，从源头上避免赤泥中的含硅矿物溶于淋滤液中形成硅胶，同时在赤泥淋滤过程中通过添加h2o2营造强氧化环境，使残留于赤泥精矿且在淋滤过程中溶解在淋滤液中的硅元素二次成矿形成晶形石英从而在淋滤液中同步沉淀，达到最大化抑制或消除淋滤液中形成硅胶，避免或减少硅胶对于赤泥淋滤的负面影响。该方法的另一优势是在脱除赤泥中含硅矿物的同时能够富集赤泥中的含fe、ti及稀土元素矿物。
2、本专利技术具体是通过以下技术方案来实现的，依据本专利技术提出的一种避免赤泥淋滤液中产生硅胶的方法，包括赤泥脱碱、赤泥浓缩泥浆重选、赤泥精矿脱硅、脱硅赤泥精矿淋滤，具体包括以下步骤：
3、(1)赤泥脱碱：将赤泥干燥后破碎研磨，过150目筛，得粉状赤泥，将粉状赤泥溶于水(粉状赤泥与水的质量比为1:5)，搅拌制成赤泥泥浆，静置自然沉降5～10min，泥浆分层，上层为富含naoh的碱液，可以进一步回收烧碱，下层为脱碱后的赤泥浓缩泥浆；
4、(2)赤泥浓缩泥浆重选：将步骤(1)得到的赤泥浓缩泥浆与水混合制得浆液，然后通入螺旋溜槽或摇床进行重选，通过重选法分离出密度较大的赤泥精矿(密度大于3.5g/cm3)和密度较小的赤泥尾矿(密度小于3.0g/cm3)。
5、所述的赤泥精矿主要为以下矿物的混合物：赤铁矿(密度＝5.0g/cm3)、针铁矿(密度＝4.2g/cm3)、金红石(密度＝4.0g/cm3)、锐钛矿(密度＝3.9g/cm3)、钙钛矿(密度＝4.4g/cm3)、独居石(密度＝5.2g/cm3)、氟碳铈矿(密度＝4.9g/cm3)、磷钇矿(密度＝4.7g/cm3)。
6、所述的赤泥尾矿主要为以下矿物的混合物：石英(密度＝2.6g/cm3)、方解石(密度＝2.7g/cm3)、硅铝酸盐矿物(密度≤2.9g/cm3)。
7、所述的赤泥精矿中富含fe，ti及稀土元素，主要包含以下类型的矿物：赤铁矿和针铁矿为含铁矿物；金红石、锐钛矿、钙钛矿为含钛矿物；独居石、氟碳铈矿、磷钇矿为含稀土元素矿物；稀土元素还以类质同象形式赋存于赤铁矿、金红石、钙钛矿等含钛和铁的矿物中。
8、所述的赤泥尾矿主要为含硅矿物，可进一步制成水玻璃、沸石等产品。
9、(3)赤泥精矿脱硅：为脱除在步骤(2)的重选工艺中未有效分离而残存于赤泥精矿中的石英和硅铝酸盐矿物，采用生物絮凝沉淀进一步处理赤泥精矿，具体包括：
10、(3.1)将多粘类芽孢杆菌接种于灭菌后的活化培养基中，于32～35℃条件下搅拌或震荡培养3d，得到活化后的多粘类芽孢杆菌种子液；
11、所述的活化培养基以去离子水为溶剂，其成分按照重量百分数包括：葡萄糖2％，蛋白胨0.5％，酵母浸膏0.3％，k2hpo4 0.1％，cacl2 0.01％，mgso4 0.005％；
12、(3.2)将步骤(3.1)所得活化后的多粘类芽孢杆菌种子液接种于灭菌后的絮凝培养液中，于32～35℃条件下搅拌或震荡培养；当絮凝培养液中的活菌cfu活菌量超过2.0×107且多糖含量超过1.2g/l时结束培养，将培养液在4000-5000rpm离心3-5min，倒掉上清液，余下的粘稠状液体为生物活性絮凝剂；所得生物活性絮凝剂可冷冻干燥后制成粉末，便于长期保存，使用时用去离子水溶解。生物活性絮凝剂粉末的制备方法包括：将所得生物活性絮凝剂在温度50～60℃、压力0.01～0.1mpa下低温蒸发浓缩，然后在温度为-30～-40℃、真空度0.03mbar条件下冷冻干燥，最后制成粉末。
13、该步骤中所述的多粘类芽孢杆菌种子液的接种体积占絮凝培养液体积的2～5％；所述的絮凝培养液以去离子水为溶剂，其成分按照重量百分数包括：葡萄糖15％，酵母浸膏2.5％，k2hpo4 0.1％，cacl2 0.01％，mgso4 0.005％。絮凝培养液的灭菌条件为121℃灭菌30min；
14、(3.3)将步骤(2)所得赤泥精矿和步骤(3.2)所得生物活性絮凝剂加入水中，采用稀盐酸(比如0.1～1mol/l盐酸溶液)调节所得絮凝体系的ph值为5.6～5.8，缓慢搅拌后静置20～30min，倒掉上清液，将收集的絮凝沉淀物用清水冲洗干净，得到进一步脱硅后的赤泥精矿。
15、絮凝体系中赤泥精矿的质量(g)占生物活性絮凝剂和水体积之和(ml)的5～10％，生物活性絮凝剂的体积(ml)占本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种避免赤泥淋滤液中产生硅胶的方法，其特征在于包括赤泥脱碱、赤泥浓缩泥浆重选、赤泥精矿脱硅、脱硅赤泥精矿淋滤，具体包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的避免赤泥淋滤液中产生硅胶的方法，其特征在于步骤(1)中，赤泥研磨后过150目筛，粉状赤泥与水的质量比为1:5。
3.如权利要求1所述的避免赤泥淋滤液中产生硅胶的方法，其特征在于步骤(2)中，赤泥精矿的密度大于3.5g/cm3，赤泥尾矿的密度小于3.0g/cm3；所述的赤泥精矿主要为赤铁矿、针铁矿、金红石、锐钛矿、钙钛矿、独居石、氟碳铈矿、磷钇矿的混合物；所述的赤泥尾矿主要为石英、方解石、硅铝酸盐矿物的混合物。
4.如权利要求1所述的避免赤泥淋滤液中产生硅胶的方法，其特征在于步骤(3.1)中，所述的活化培养基以去离子水为溶剂，其成分按照重量百分数包括：葡萄糖2％，蛋白胨0.5％，酵母浸膏0.3％，K2HPO4 0.1％，CaCl2 0.01％，MgSO4 0.005％。
5.如权利要求1所述的避免赤泥淋滤液中产生硅胶的方法，其特征在于步骤(3.2)中，所述的多粘类芽孢杆菌种子液的接
6.如权利要求1所述的避免赤泥淋滤液中产生硅胶的方法，其特征在于步骤(3.2)中，所得生物活性絮凝剂冷冻干燥后制成粉末，便于长期保存，使用时用去离子水溶解；生物活性絮凝剂粉末的制备方法包括：将所得生物活性絮凝剂在温度50～60℃、压力0.01～0.1MPa下低温蒸发浓缩，然后在温度为-30～-40℃、真空度0.03mbar条件下冷冻干燥，制成粉末。
7.如权利要求1所述的避免赤泥淋滤液中产生硅胶的方法，其特征在于步骤(3.3)中，絮凝体系中赤泥精矿的质量(g)占生物活性絮凝剂和水体积之和(mL)的5～10％，生物活性絮凝剂的体积占生物活性絮凝剂和水体积之和的14～16％。
8.如权利要求1所述的避免赤泥淋滤液中产生硅胶的方法，其特征在于步骤(4)所述的化学淋滤系统中的酸浸液由磷酸、硝酸、盐酸中的一种或两种混合或三种混合形成，酸浸液的pH小于2.0；脱硅后的赤泥精矿的投加质量占化学淋滤系统中酸浸液质量的5～50％，每100g脱硅后的赤泥精矿投加16～18mL所述的H2O2溶液。
9.如权利要求1所述的避免赤泥淋滤液中产生硅胶的方法，其特征在于步骤(4)所述的生物淋滤系统采用的产酸微生物至少为黑曲霉、青霉、醋酸杆菌、乳酸杆菌、氧化硫硫杆菌中的一种；产酸微生物产生酸性发酵液，酸性发酵液pH低于3.0；脱硅后的赤泥精矿的投加质量占生物淋滤系统中酸性发酵液质量的5～20％，每100g脱硅后的赤泥精矿投加8～9mL所述的H2O2溶液。
...【技术特征摘要】
1.一种避免赤泥淋滤液中产生硅胶的方法，其特征在于包括赤泥脱碱、赤泥浓缩泥浆重选、赤泥精矿脱硅、脱硅赤泥精矿淋滤，具体包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的避免赤泥淋滤液中产生硅胶的方法，其特征在于步骤(1)中，赤泥研磨后过150目筛，粉状赤泥与水的质量比为1:5。
3.如权利要求1所述的避免赤泥淋滤液中产生硅胶的方法，其特征在于步骤(2)中，赤泥精矿的密度大于3.5g/cm3，赤泥尾矿的密度小于3.0g/cm3；所述的赤泥精矿主要为赤铁矿、针铁矿、金红石、锐钛矿、钙钛矿、独居石、氟碳铈矿、磷钇矿的混合物；所述的赤泥尾矿主要为石英、方解石、硅铝酸盐矿物的混合物。
4.如权利要求1所述的避免赤泥淋滤液中产生硅胶的方法，其特征在于步骤(3.1)中，所述的活化培养基以去离子水为溶剂，其成分按照重量百分数包括：葡萄糖2％，蛋白胨0.5％，酵母浸膏0.3％，k2hpo4 0.1％，cacl2 0.01％，mgso4 0.005％。
5.如权利要求1所述的避免赤泥淋滤液中产生硅胶的方法，其特征在于步骤(3.2)中，所述的多粘类芽孢杆菌种子液的接种体积占絮凝培养液体积的2～5％；
6.如权利要求1所述的避免赤泥淋滤液中产生硅胶的方法，其特征在于步骤(3.2)中，所得生物活性絮凝剂冷冻干燥后制成粉末...
【专利技术属性】
技术研发人员：曲洋，李辉，蒋柱武，张宏宇，沈俊宏，严璋，何畅，刘亚敏，
申请(专利权)人：福建理工大学，
类型：发明
国别省市：
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