一种聚能系统设备对非金属矿的提取提纯方法与流程

本发明涉及一种聚能系统设备对非金属矿的提取提纯方法，特别涉及一种以聚能系统设备为氧化体系，氢氧化钾、氯化铵或硫酸铵、环烷酸为提取提纯介质，分解提取提纯铬铁矿中的铬、分解提取提纯稀土矿中的混合氧化稀土、分解去除高岭土中的铁钛、分解去除钾长石中的铁钛、分解去除铝土矿中的铁钛、钛矿的提纯除铁方法。本发明选用聚能和化学协同的效应，实现了对环境无污染、不需高温高压的更好的温和操作条件。

背景技术：

1、现有的铬铁矿提取工艺，应用最多的是无钙焙烧工艺，该工艺的改进，一定程度上提高了铬转化率，同时减少了铬渣的排放，但无钙焙烧法仍是一种传统焙烧工艺，在焙烧原理、操作过程及操作温度方面基本相同，无法避免焙烧温度过高、能耗大、排放大量含铬有毒的废气，也无法避免大量含铬酸性有毒废水的产生等环境污染严重的传统工艺问题，所以仍未彻底解决铬渣、废气、废水等严重的环境污染问题。

2、目前提取提纯稀土矿中的混合氧化稀土的方法，仍是采用矿山就地淋洗、静止浸泡，产生的废水直接渗入土壤，对土壤及环境造成严重污染。

3、现有去除高岭土、钾长石、铝土矿中的铁钛、钛矿的提纯除铁方法，是电磁选除铁、化学除铁钛。目前最好的方法是电磁选除铁，电磁选除铁的缺点是除铁效率有限，产生的废渣废水量大、投资大、能耗高，对钛的去除效果不好；化学除铁钛成本高，操作环境恶劣，对环境污染严重。

因此，本领域需要发明一种成本较低，提取效率高、无污染、工艺条件温和的铬铁矿和稀土矿提取提纯、高岭土及钾长石和铝土矿中的铁钛去除方法。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种聚能系统设备对非金属矿的提取提纯方法，以聚能系统设备为氧化体系，氢氧化钾、氯化铵或硫酸铵、环烷酸为提取提纯介质，分解提取提纯铬铁矿中的铬、分解提取提纯稀土矿中的混合氧化稀土、分解去除高岭土中的铁钛、分解去除钾长石中的铁钛、分解去除铝土矿中的铁钛的方法。

本发明的目的之二是解决上述现有技术的不足，提供了一种成本低、提取效率高、工艺条件温和、不用高温焙烧、不污染环境的方法。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种聚能系统设备对非金属矿的提取提纯方法，包括如下步骤：

1、聚能系统设备的制造方法：制造一个壁厚0.5cm左右、容积10m³左右的钛板浆槽(1)，浆槽的底部开一个直径100mm的圆孔，圆孔焊接一个直径100mm的法兰与高速分散泥浆泵(2)的出浆口相连接，分散泥浆泵进浆口安装一个3kw、80khz的超声发射头(3)，超声发射头设有五个由铂制成的圆形聚能环(4)；浆槽的上部开一个直径100mm的圆孔，圆孔与高压气流喷射泵(5)出口连接，高压气流喷射泵设有进气管口(6)；浆槽的底部侧壁开一个直径60mm的圆孔，圆孔焊接一个直径60mm的法兰，作为进浆口(7)；浆槽的上部侧壁开一个直径60mm的圆孔，圆孔焊接一个直径60mm的法兰，作为出浆口(8)；由上述部件构成聚能系统设备

2、聚能系统设备对非金属矿的提取提纯方法

a、氧化分解铬铁矿提取铬及铬酸盐的制备方法：

将铬铁矿粉碎，筛分为-200目，将氢氧化钾水溶液与铬铁矿粉混合，即称取铬铁矿粉200-350kg，氢氧化钾或氢氧化钠或碳酸钾水溶液250-470kg，自来水650-529.5kg，搅拌混合均匀；将混合浆料通过高速分散泥浆泵(2)的进浆口(7)进入聚能系统设备钛板浆槽(1)中，再将空气通过高压气流喷射泵进气管口(6)进入聚能系统设备钛板浆槽(1)中作为氧化剂，与聚能系统设备钛板浆槽下部进入的浆逆流混合，在超声发射头(3)和五个由铂制成的圆形聚能环(4)的作用下进行化学氧化反应，反应后的混合料浆经固液分离得到富铁尾渣和含有铬碱的溶液，含有铬碱的溶液经分离脱水为铬酸钾或铬酸钠晶体；或再将含有铬碱的溶液通过高速分散泥浆泵(2)的进浆口(7)进入聚能系统设备钛板浆槽(1)中，再将空气通过高压气流喷射泵进气管口(6)进入聚能系统设备钛板浆槽(1)中作为氧化剂，与聚能系统设备钛板浆槽下部进入的含有铬碱的溶液逆流混合，在超声发射头(3)和五个由铂制成的圆形聚能环(4)的作用下进行化学氧化反应，反应后的混合料浆经固液分离得到铬酸酐晶体和氢氧化钾或氢氧化钠溶液。本发明选用聚能和化学协同的氧化反应，能够通过化学直接或间接的氧化作用，实现更低温度的温和反应，在介质碱浓度条件下铬铁矿中铬铁尖晶石的高效氧化分解，实现了铬的高效提取。

b、稀土矿中的混合稀土的提取方法：

将筛分为-200目的稀土矿与氯化铵水溶液混合制得混配料浆，即称取稀土矿1000kg，氯化铵或硫酸铵15-25kg，自来水2480-300kg，搅拌混合均匀。通过高速分散泥浆泵(2)的进浆口(7)进入聚能系统设备钛板浆槽(1)中，在超声发射头(3)和五个由铂制成的圆形聚能环(4)的作用下进行稀土矿中的稀土化学溶解反应，反应后的混合料浆经固液分离得到尾渣和含有稀土的溶液，稀土溶液经碳酸钠或草酸结晶，碳酸钠或草酸用量按稀土2g，碳酸钠或草酸1g的比例加入稀土的溶液中，搅拌混合使稀土结晶沉淀，再经固液分离脱水，将脱水的晶体沉淀物高温煅烧为氧化稀土。本发明选用聚能和化学协同的稀土溶解反应，实现更低温度的温和反应，在介质浆浓度条件下的稀土矿中的稀土高效分解溶出，实现了稀土的高效提取。

c、高岭土矿中的铁钛脱除方法。

将筛分为200--325目的高岭土与分散剂六偏磷酸钠的水溶液混合制得混配料浆，即称取高岭土1000kg，六偏磷酸钠2-5kg、水4000-5000kg，搅拌混合5分钟；再向混合浆中加入氢氧化钾或氢氧化钠5-7kg，搅拌5分钟，再将浆料通过高速分散泥浆泵(2)的进浆口(7)进入聚能系统设备钛板浆槽(1)中，在超声发射头(3)和五个由铂制成的圆形聚能环(4)的作用下使高岭土中的铁钛进行化学聚合反应，反应后的混合料浆经再经高梯度磁选机初步除去磁性铁；再将固液分离得到低铁钛的高岭土加水配成20％浓度的料浆，再按每m³料浆加入环烷酸2-5g、妥尔油250-350kg，料浆通过高速分散泥浆泵(2)的进浆口(7)进入聚能系统设备钛板浆槽(1)中，在超声发射头(3)和五个由铂制成的圆形聚能环(4)的作用下使高岭土中的弱磁性铁钛进行化学分解反应，使高岭土中的弱磁铁钛溶解在水溶液中，料浆经固液分离得到含铁钛更低的高岭土，经固液分离的水溶液经结晶沉淀水中的铁钛，再经固液分离脱水，除去水中的沉淀铁钛，除铁钛的清水循环利用。本发明选用聚能和化学协同的高岭土中铁钛溶解反应，实现更好的温和反应，在介质浆浓度条件下的高岭土矿中弱磁性的铁钛高效分解溶出，实现了高岭土的高效除铁钛。

d、钾长石矿中的铁钛脱除方法。

将钾长石粉碎，筛分为200目的钾长石与分散剂多聚磷酸钠的水溶液混合制得混配料浆，即称取钾长石1000kg，多聚磷酸钠4-5kg、水4000-5000kg，搅拌混合5分钟；再向混合浆中加入氢氧化钾3-5kg，十二烷基磺酸钠1.5-2kg，分钟，再将浆料通过高速分散泥浆泵(2)的进浆口(7)进入聚能系统设备钛板浆槽(1)中，在超声发射头(3)和五个由铂制成的圆形聚能环(4)的作用下使钾长石中的铁钛进行化学聚合反应，反应后的混合料浆经再经高梯度磁选机初步除去磁性铁，再固液分离得到低铁钛的钾长石和含铁钛离子的水溶液，再按每m³含铁钛的水溶液加入环烷酸10-25g结晶沉淀水中的铁钛，再经固液分离脱水，除去水中的铁钛，除铁钛的清水循环利用。本发明选用聚能和化学协同的高岭土中铁钛反应，实现更好的温和反应，在介质浆浓度条件下的钾长石矿中弱磁性的铁钛高效分解溶出，实现了钾长石的高效除铁钛。

e、铝土矿中的铁钛脱除方法。

将筛分为200目的铝土矿与分散剂硅酸钠的水溶液混合制得混配料浆，即称取铝土矿1000kg，硅酸钠5-6kg、水4000-5000kg，搅拌混合5分钟；再向混合浆中加入氢氧化钾1.5-3kg，搅拌混合5分钟，再将浆料通过高速分散泥浆泵(2)的进浆口(7)进入聚能系统设备钛板浆槽(1)中，在超声发射头(3)和五个由铂制成的圆形聚能环(4)的作用下使铝土矿中的铁钛进行化学聚合反应，反应后的混合料浆经再经高梯度磁选机初步除去磁性铁，再固液分离得到低铁钛的铝土矿和含铁钛离子的水溶液，再按每m³含铁钛的水溶液加入环烷酸10-15g结晶沉淀水中的铁钛，再经固液分离脱水，除去水中的铁钛，除铁钛的清水循环利用。本发明选用聚能和化学协同的铝土矿中铁钛反应，实现更好的温和反应，在介质浆浓度条件下的铝土矿中弱磁性的铁钛高效分解溶出，实现了高岭土的高效除铁钛。

f、钛矿的提纯除铁方法

将筛分为200目的钛矿与分散剂焦磷酸钠的水溶液混合制得混配料浆，即称取钛矿1000kg，焦磷酸钠2-3kg、水4000-5000kg，搅拌混合5分钟；再向混合浆中加入聚乙烯吡咯烷酮0.5-1kg，搅拌混合5分钟，再将浆料通过高速分散泥浆泵(2)的进浆口(7)进入聚能系统设备钛板浆槽(1)中，在超声发射头(3)和五个由铂制成的圆形聚能环(4)的作用下使钛矿中的铁进行化学聚合反应，反应后的混合料浆再经高梯度磁选机初步除去磁性铁，再固液分离得到低铁的钛矿和含铁离子的水溶液，再按每m³含铁钛的水溶液加入环烷酸15-20g结晶沉淀水中的铁，再经固液分离脱水，除去水中的铁，除铁的清水循环利用。本发明选用聚能和化学协同的钛矿中的铁反应，实现更好的温和反应，在介质浆浓度条件下的钛矿中弱磁性的铁高效分解溶出，实现了钛矿的高效除铁。

与现有技术相比，本发明具有明显的优势：

该方法成品转化率可达97％以上，且尾渣排放量小，无废水、废气排放，无环境污染，易于实现尾渣综合利用。

从反应条件看，与传统工艺相比，反应条件温和，能耗低，能够有效降低生产成本，能够大大降低反应操作压力，减少设备投资。从反应规模看，聚能系统设备有效容积为10000l，反应介质与工业反应后循环液配比相同，所以此过程与工业过程非常接近，易于实现工业化。

附图说明

图1为本发明中的聚能系统设备制造方法示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例1

聚能系统设备的制造方法：制造一个壁厚0.5cm左右、容积10m³左右的钛板浆槽(1)，浆槽的底部开一个直径100mm的圆孔，圆孔焊接一个直径100mm的法兰与高速分散泥浆泵(2)的出浆口相连接，分散泥浆泵进浆口安装一个3kw、80khz的超声发射头(3)，超声发射头设有五个由铂制成的圆形聚能环(4)；浆槽的上部开一个直径100mm的圆孔，圆孔与高压气流喷射泵(5)出口连接，高压气流喷射泵设有进气管口(6)；浆槽的底部侧壁开一个直径60mm的圆孔，圆孔焊接一个直径60mm的法兰，作为进浆口(7)；浆槽的上部侧壁开一个直径60mm的圆孔，圆孔焊接一个直径60mm的法兰，作为出浆口(8)；由上述部件构成聚能系统设备。

实施例2

聚能系统设备对非金属矿的提取提纯方法

a、氧化分解铬铁矿提取铬及铬酸盐的制备方法：

将铬铁矿粉碎，筛分为-200目，将氢氧化钾水溶液与铬铁矿粉混合，即称取铬铁矿粉350kg，氢氧化钾水溶液470kg，自来水529.5kg，搅拌混合均匀；将混合浆料通过高速分散泥浆泵(2)的进浆口(7)进入聚能系统设备钛板浆槽(1)中，再将空气通过高压气流喷射泵进气管口(6)进入聚能系统设备钛板浆槽(1)中作为氧化剂，与聚能系统设备钛板浆槽下部进入的浆逆流混合，在超声发射头(3)和五个由铂制成的圆形聚能环(4)的作用下进行化学氧化反应，反应后的混合料浆经固液分离得到富铁尾渣和含有铬碱的溶液，含有铬碱的溶液经分离脱水为铬酸钾晶体；或再将含有铬碱的溶液通过高速分散泥浆泵(2)的进浆口(7)进入聚能系统设备钛板浆槽(1)中，再将空气通过高压气流喷射泵进气管口(6)进入聚能系统设备钛板浆槽(1)中作为氧化剂，与聚能系统设备钛板浆槽下部进入的含有铬碱的溶液逆流混合，在超声发射头(3)和五个由铂制成的圆形聚能环(4)的作用下进行化学氧化反应，反应后的混合料浆经固液分离得到铬酸酐晶体和氢氧化钾溶液。本发明选用聚能和化学协同的氧化反应，能够通过化学直接或间接的氧化作用，实现更低温度的温和反应，在介质碱浓度条件下铬铁矿中铬铁尖晶石的高效氧化分解，实现了铬的高效提取。

b、稀土矿中的混合稀土的提取方法：

将筛分为-200目的稀土矿与氯化铵水溶液混合制得混配料浆，即称取稀土矿1000kg，氯化铵20kg，自来水2480kg，搅拌混合均匀。通过高速分散泥浆泵(2)的进浆口(7)进入聚能系统设备钛板浆槽(1)中，在超声发射头(3)和五个由铂制成的圆形聚能环(4)的作用下进行稀土矿中的稀土化学溶解反应，反应后的混合料浆经固液分离得到尾渣和含有稀土的溶液，稀土溶液经草酸结晶沉淀，草酸用量按稀土3g，草酸1g的比例加入稀土的溶液中，搅拌混合使稀土结晶沉淀，再经固液分离脱水，提取晶体沉淀物，将脱水的晶体沉淀物高温煅烧为氧化稀土。本发明选用聚能和化学协同的稀土溶解反应，实现更低温度的温和反应，在介质浆浓度条件下的稀土矿中的稀土高效分解溶出，实现了稀土的高效提取。

c、高岭土矿中的铁钛脱除方法。

将筛分为200--325目的高岭土与分散剂六偏磷酸钠的水溶液混合制得混配料浆，即称取高岭土1000kg，六偏磷酸钠2kg、水4000kg，混合搅拌5分钟；再向混合浆中加入氢氧化钾7kg，搅拌5分钟，再将浆料通过高速分散泥浆泵(2)的进浆口(7)进入聚能系统设备钛板浆槽(1)中，在超声发射头(3)和五个由铂制成的圆形聚能环(4)的作用下使高岭土中的铁钛进行化学聚合反应，反应后的混合料浆经再经高梯度磁选机初步除去磁性铁；再将固液分离得到低铁钛的高岭土加水配成20％浓度的料浆，再按每m³料浆加入环烷酸2g、妥尔油250g，料浆通过高速分散泥浆泵(2)的进浆口(7)进入聚能系统设备钛板浆槽(1)中，在超声发射头(3)和五个由铂制成的圆形聚能环(4)的作用下使高岭土中的弱磁性铁钛进行化学分解反应，使高岭土中的弱磁铁钛溶解在水溶液中，料浆经固液分离得到含铁钛更低的高岭土，经固液分离的水溶液经结晶沉淀水中的铁钛，再经固液分离脱水，除去水中的沉淀铁钛，除铁钛的清水循环利用。本发明选用聚能和化学协同的高岭土中铁钛溶解反应，实现更好的温和反应，在介质浆浓度条件下的高岭土矿中弱磁性的铁钛高效分解溶出，实现了高岭土的高效除铁钛。

d、钾长石矿中的铁钛脱除方法。

将钾长石粉碎，筛分为200目的钾长石与分散剂多聚磷酸钠的水溶液混合制得混配料浆，即称取钾长石1000kg，多聚磷酸钠4kg、水4000kg，混合搅拌5分钟；再向混合浆中加入氢氧化钾3kg，十二烷基磺酸钠1.5kg，搅拌5分钟，再将浆料通过高速分散泥浆泵(2)的进浆口(7)进入聚能系统设备钛板浆槽(1)中，在超声发射头(3)和五个由铂制成的圆形聚能环(4)的作用下使钾长石中的铁钛进行化学聚合反应，反应后的混合料浆经再经高梯度磁选机初步除去磁性铁，再固液分离得到低铁钛的钾长石和含铁钛离子的水溶液，再按每m³含铁钛的水溶液加入环烷酸10g结晶沉淀水中的铁钛，再经固液分离脱水，除去水中的铁钛，除铁钛的清水循环利用。本发明选用聚能和化学协同的高岭土中铁钛反应，实现更好的温和反应，在介质浆浓度条件下的钾长石矿中弱磁性的铁钛高效分解溶出，实现了钾长石的高效除铁钛。

e、铝土矿中的铁钛脱除方法。

将筛分为200目的铝土矿与分散剂硅酸钠的水溶液混合制得混配料浆，即称取铝土矿1000kg，硅酸钠6kg、水4000kg，混合搅拌5分钟；再向混合浆中加入氢氧化钾1.5kg，混合搅拌5分钟，再将浆料通过高速分散泥浆泵(2)的进浆口(7)进入聚能系统设备钛板浆槽(1)中，在超声发射头(3)和五个由铂制成的圆形聚能环(4)的作用下使铝土矿中的铁钛进行化学聚合反应，反应后的混合料浆经再经高梯度磁选机初步除去磁性铁，再固液分离得到低铁钛的铝土矿和含铁钛离子的水溶液，再按每m³含铁钛的水溶液加入环烷酸15g结晶沉淀水中的铁钛，再经固液分离脱水，除去水中的铁钛，除铁钛的清水循环利用。本发明选用聚能和化学协同的铝土矿中铁钛反应，实现更好的温和反应，在介质浆浓度条件下的铝土矿中弱磁性的铁钛高效分解溶出，实现了高岭土的高效除铁钛。

f、钛矿的提纯除铁方法

将筛分为200目的钛矿与分散剂焦磷酸钠的水溶液混合制得混配料浆，即称取钛矿1000kg，焦磷酸钠2kg、水4000kg，混合搅拌5分钟；再向混合浆中加入聚乙烯吡咯烷酮0.5kg，混合搅拌5分钟，再将浆料通过高速分散泥浆泵(2)的进浆口(7)进入聚能系统设备钛板浆槽(1)中，在超声发射头(3)和五个由铂制成的圆形聚能环(4)的作用下使钛矿中的铁进行化学聚合反应，反应后的混合料浆经再经高梯度磁选机初步除去磁性铁，再固液分离得到低铁的钛矿和含铁离子的水溶液，再按每m³含铁钛的水溶液加入环烷酸15g结晶沉淀水中的铁，再经固液分离脱水，除去水中的铁，除铁的清水循环利用。本发明选用聚能和化学协同的钛矿中的铁反应，实现更好的温和反应，在介质浆浓度条件下的钛矿中弱磁性的铁高效分解溶出，实现了钛矿的高效除铁。