一种高硅铁矿石生产超纯纳米白炭黑的工艺的制作方法

本发明涉及一种生产白炭黑的工艺，具体涉及一种高硅铁矿石生产超纯纳米白炭黑的工艺，属于铁矿冶金技术领域。

背景技术：

截止2018年，我国铁矿石资源保有储量约470亿t，但97％为贫矿，平均铁品位仅为34.29％，比世界铁矿石平均铁品位(48.24％)低14个点，比四大矿山铁矿石平均铁品位(56.07％)低22个点。这种矿石在我国湖南衡阳、宁乡等地储量巨大，仅衡阳市境内的洞口铁矿储量达5～6亿吨，但这些矿石一般含铁矿物嵌布粒度极细，达到-400目，甚至-600目以上，常规选矿手段难以得到有效富集。

处理铁矿石传统的高温冶金工艺主要包括磁化焙烧、直接还原(煤基法和气基法)及配料烧结-高炉炼铁法。磁化焙烧虽然是从铁矿石中回收金属铁较好的处理工艺，但产品为磁铁矿及少量浮士体，产品档次低，价格便宜。同时，该工艺无论是回转窑法、竖炉法，还是流化床法，由于其铁回收率低、还原程度难以均匀化及设备大型化的难题等未解决，目前均停留在实验室研究阶段。配矿烧结-高炉法为我国低品位矿的利用提供一条思路，但是该方法吨铁水的能耗高、渣量大，既浪费宝贵了焦煤资源，又会造成炉料顺行困难。在国家节能环保和高炉精料方针的号召下，该工艺将会逐渐被淘汰。目前传统直接还原工艺中气基法和部分煤基法需要使用氧化球团，而高硅低品位铁矿石采用氧化球团-直接还原工艺的吨铁能耗非常大，不具有节能环保优势。部分煤基还原工艺可以采用矿-煤复合球团进行生产，但是高硅铁矿石在传统直接还原的高温条件下会产生大量铁橄榄石，造成铁回收失败。因此，从高硅低品位铁矿石中高效回收铁资源成为难点。

与此同时，针对该高硅铁矿含硅量高的特点，若能够充分利用生产还原铁粉的工艺环节，助力于后期高硅尾渣的处理，生产优质的硅酸钠，再利用优质的硅酸钠生产超纯的白炭黑，将会有效提高该铁粉还原工艺的副产值。

因此，如何提供一种高硅铁矿石生产超纯纳米白炭黑的工艺，其能够利用高硅铁矿生产白炭黑，提高白炭黑的生产品质，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于利用高硅铁矿生产白炭黑，提高白炭黑的品质。本发明提供一种高硅铁矿石生产超纯纳米白炭黑的工艺，包括以下步骤：1)制作还原物料：将高硅铁矿制作成待烧结球团。2)还原待烧结球团：高温加热待烧结球团，得到还原球团，排出烧结烟气。3)破碎磨选出高硅尾渣：破碎还原球团得到还原碎料，采用超细磨装置磨选还原碎料得到还原粉料，磁选还原粉料得到高硅尾渣。4)提取硅酸钠溶液：向高硅尾渣中加入碱液得到固液混合物，浸出硅酸钠溶液。5)提炼白炭黑：向硅酸钠溶液中加入酸洗涤，析出硅酸沉淀，过滤得到滤液，干燥硅酸沉淀得到白炭黑。

根据本发明的第一个实施方案，提供一种高硅铁矿石生产超纯纳米白炭黑的工艺：

一种高硅铁矿石生产超纯纳米白炭黑的工艺，包括以下步骤：

1)制作还原物料：将高硅铁矿制作成待烧结球团。

2)还原待烧结球团：高温加热待烧结球团，得到还原球团，排出烧结烟气。

3)破碎磨选出高硅尾渣：破碎还原球团得到还原碎料，采用超细磨装置磨选还原碎料得到还原粉料，磁选还原粉料得到高硅尾渣。

4)提取硅酸钠溶液：向高硅尾渣中加入碱液得到固液混合物，浸出硅酸钠溶液。

5)提炼白炭黑：向硅酸钠溶液中加入酸洗涤，析出硅酸沉淀，过滤得到滤液，干燥硅酸沉淀得到白炭黑。

作为优选，步骤3)中超细磨装置的出料粒度为600-900目。优选为750-850目。

作为优选，步骤2)中低温加热的温度为800℃-1200℃，优选为900℃-1000℃，更优选为900℃-980℃。

作为优选，步骤2)中低温加热的时间为15-45min，优选为20-30min。

作为优选，步骤1)中，包括以下步骤：

1a)破碎铁矿石得到铁矿石碎料，破碎内配煤得到内配煤碎料。

1b)将铁矿石碎料和内配煤碎料在粘结剂的作用下配料、磨矿，得到球团原料。

1c)球团原料在造球装置中，制成球团。

1d)干燥球团：将球团在第一干燥装置进行干燥预热得到待烧结球团。

作为优选，步骤2)中排出的烧结烟气通入步骤5)中的硅酸钠溶液中，得到净化烟气。

或

步骤2)中排出的烧结烟气先通入第一干燥装置对球团进行干燥，再通入步骤5)中的硅酸钠溶液中，得到净化烟气。

作为优选，净化烟气通入步骤3)中的超细磨装置防止铁氧化。

作为优选，步骤5)中的滤液通入造球装置中参与步骤1c)的造球过程。

作为优选，步骤4)中，采用逆流浸出法从高硅尾渣中浸出硅酸钠溶液。其中，包括以下步骤。

4a)高硅尾渣正向碱浸：第一层碱浸单元碱浸后的高硅尾渣进入第二层碱浸单元进行碱浸。第二层碱浸单元碱浸后的高硅尾渣进入第三层碱浸单元进行碱浸。

4b)浸出溶液逆向排出：在第三层碱浸单元加入碱液，第三层浸出溶液加入到第二层碱浸单元，第二层浸出溶液加入到第一层碱浸单元，第一层碱浸单元的浸出溶液通入硅酸钠存储容器中。

4c)保持弱碱性：向第一层碱浸单元和第二层碱浸单元补入碱液，保持第一层碱浸单元和第二层碱浸单元溶液ph值为7-9，优选为7.5-8.5。

作为优选，步骤4)中碱浸后剩余的滤渣作为粘结剂参与到步骤1)中的待烧结球团制取过程。

作为优选，步骤2)中产生的烧结烟气与步骤4)中的固液混合物进行换热。

根据本发明的第二个实施方案，提供一种高硅铁矿石生产超纯纳米白炭黑的工艺：

一种高硅铁矿石生产超纯纳米白炭黑的工艺，包括以下步骤：

1)制作还原物料：将高硅铁矿制作成待烧结球团。

2)还原待烧结球团：高温加热待烧结球团，得到还原球团，排出烧结烟气。

3)破碎磨选出高硅尾渣：破碎还原球团得到还原碎料，采用超细磨装置磨选还原碎料得到还原粉料，磁选还原粉料得到高硅尾渣。

4)提取硅酸钠溶液：向高硅尾渣中加入碱液得到固液混合物，浸出硅酸钠溶液。

5)生成白炭黑：将硅酸钠溶液喷入100-600℃二氧化碳气体中，得到高硅含钠固体；再对高硅含钠固体进行稀酸洗涤、过滤得到滤液，干燥固体得到白炭黑。

作为优选，步骤3)中超细磨装置的出料粒度为600-900目。优选为750-850目。

作为优选，步骤2)中低温加热的温度为800℃-1200℃，优选为900℃-1000℃，更优选为900℃-980℃。

作为优选，步骤2)中低温加热的时间为15-45min，优选为20-30min。

作为优选，步骤1)中，包括以下步骤：

1a)破碎铁矿石得到铁矿石碎料，破碎内配煤得到内配煤碎料。

1b)将铁矿石碎料和内配煤碎料在粘结剂的作用下配料、磨矿，得到球团原料。

1c)球团原料在造球装置中，制成球团。

1d)干燥球团：将球团在第一干燥装置进行干燥预热得到待烧结球团。

作为优选，步骤2)中排出的烧结烟气通入步骤5)中的硅酸钠溶液中，得到净化烟气。

或

步骤2)中排出的烧结烟气先通入第一干燥装置对球团进行干燥，再通入步骤5)中的硅酸钠溶液中，得到净化烟气。

作为优选，净化烟气通入步骤3)中的超细磨装置防止铁氧化。

作为优选，步骤5)中的滤液通入造球装置中参与步骤1c)的造球过程。

作为优选，步骤4)中，采用逆流浸出法从高硅尾渣中浸出硅酸钠溶液。其中，包括以下步骤。

4a)高硅尾渣正向碱浸：第一层碱浸单元碱浸后的高硅尾渣进入第二层碱浸单元进行碱浸。第二层碱浸单元碱浸后的高硅尾渣进入第三层碱浸单元进行碱浸。

4b)浸出溶液逆向排出：在第三层碱浸单元加入碱液，第三层浸出溶液加入到第二层碱浸单元，第二层浸出溶液加入到第一层碱浸单元，第一层碱浸单元的浸出溶液通入硅酸钠存储容器中。

4c)保持弱碱性：向第一层碱浸单元和第二层碱浸单元补入碱液，保持第一层碱浸单元和第二层碱浸单元溶液ph值为7-9，优选为7.5-8.5。

作为优选，步骤4)中碱浸后剩余的滤渣作为粘结剂参与到步骤1)中的待烧结球团制取过程。

作为优选，步骤2)中产生的烧结烟气与步骤4)中的固液混合物进行换热。

在本申请的第一个实施方案中，高硅铁矿被制成烧结待烧结球团后，进入直接还原系统，在直接还原系统中，经过高温加热，烧结球团发生氧化还原反应，球团内的铁矿石还原出微小的铁单体，得到还原球团。对还原球团进行破碎磨选处理，先将还原球团破碎得到还原碎料，再采用超细磨装置将还原碎料研磨成还原粉料。还原粉料通过磁选，磁选出还原铁粉，剩余的即为高硅尾渣。最后将高硅滤渣通过碱浸的方式，得到硅酸钠。本申请提供的技术方案，在步骤3)的破碎磨选的过程中，最终将还原球团磨成超细粉末。也就是说，高硅尾渣也成呈超细粉末状，从而增大了高硅尾渣的比表面积。使得在步骤4)碱浸的过程中，高硅尾渣能够与碱液更充分更快速的反应。于此同时，由于将硅氧化物磨成超细粉末，氧化硅的粒度小。氧化硅大多以硅氧四面体的形式存在。那么在氧化硅与碱反应的过程中，氧化硅在碱性条件下呈酸性，即氧化硅以形成硅酸的形式与氢氧化钠反应。钠离子与硅酸根离子结合。准确来说是钠离子与硅酸根离子的氧形成化学键，钠离子与硅酸根离子的结合，使得反应中，氧化硅不断的溶于氢氧化钠，生成硅酸钠。将还原球团磨成超细粉末状的还原粉料，有利于氧化硅的溶解。同时可以有效的减少碱的添加量，降低生产成本。再得到优质硅酸钠的前提下，向优质硅酸钠中加入酸(例如：稀酸，盐酸等)，即可得到硅酸沉淀，过滤干燥后得到优质白炭黑。

在本申请的第二个实施方案中，高硅铁矿被制成烧结待烧结球团后，进入直接还原系统，在直接还原系统中，经过高温加热，烧结球团发生氧化还原反应，球团内的铁矿石还原出微小的铁单体，得到还原球团。对还原球团进行破碎磨选处理，先将还原球团破碎得到还原碎料，再采用超细磨装置将还原碎料研磨成还原粉料。还原粉料通过磁选，磁选出还原铁粉，剩余的即为高硅尾渣。最后将高硅滤渣通过碱浸的方式，得到硅酸钠。本申请提供的技术方案，在步骤3)的破碎磨选的过程中，最终将还原球团磨成超细粉末。也就是说，高硅尾渣也成呈超细粉末状，从而增大了高硅尾渣的比表面积。使得在步骤4)碱浸的过程中，高硅尾渣能够与碱液更充分更快速的反应。于此同时，由于将硅氧化物磨成超细粉末，氧化硅的粒度小。氧化硅大多以硅氧四面体的形式存在。那么在氧化硅与碱反应的过程中，氧化硅在碱性条件下呈酸性，即氧化硅以形成硅酸的形式与氢氧化钠反应。钠离子与硅酸根离子结合。准确来说是钠离子与硅酸根离子的氧形成化学键，钠离子与硅酸根离子的结合，使得反应中，氧化硅不断的溶于氢氧化钠，生成硅酸钠。将还原球团磨成超细粉末状的还原粉料，有利于氧化硅的溶解。同时可以有效的减少碱的添加量，降低生产成本。再得到优质硅酸钠的前提下，将优质硅酸钠溶液喷入高温(100-600℃)的二氧化碳气体中，使得硅酸钠充分的跟二氧化碳进行反应，产生超细粉末状的高硅含钠固体，即氧化硅和碳酸钠的固体混合物。再对高硅含钠固体进行稀酸洗涤，粉末状的碳酸钠与稀酸反应迅速，快速溶解。最终得到超细粉末状的活性二氧化硅，即白炭黑。本申请提供的方案，能够产生高质量超纯度的活性白炭黑。

需要说明的是，从提硅提铁两个角度来看，超细磨矿不仅是制备超细铁粉的过程，还是制备超细提硅原料的过程。通过试验发现，高硅尾渣碱浸过程属于未反应核模型，反应从颗粒外部逐步向内进行。通过超细磨将尾渣颗粒变小，提高了粉体的反应表面积，进而加快了硅的浸出速率。

在本申请中，超细磨装置所磨成的还原粉料的粒度要求为600-900目。优选为750-850目。现有技术已经完全能够实现这一技术特征。对粒度的要求进行限制，是综合了研磨耗能，磁选方式的选择得出来的。

需要进一步说明的是，目前工业上生产沉淀法白炭黑厂家均采用火法制备硅酸钠溶液。生产硅酸钠的原料为石英砂、纯碱，将二者按一定比例混合送至反射窑炉中，经高温煅烧(1400℃左右)熔化炉后水淬包装即为固体硅酸钠。将固体硅酸钠在一定温度、压力下将其溶化成液体即为水玻璃。化学反应式为：na2co3+sio2→(高温)na2sio3+co2↑。与湿法生产水玻璃相比，干法工艺能耗高，硅酸钠杂质含量高，应用沉淀法制备白炭黑产品质量差。本工艺通过还原焙烧起到提硅降铁降铝目的，再通过超细磨矿实现了浸出原料粒度细化，再经过磁选-强磁选后实现硅富集之后，采用常压低温低碱耗浸出可制备出模数在2.5以上杂质含量极低的高品质硅酸钠溶液，实现了绿色生产。

在本申请提供的方案，所针对的高硅铁矿具有铁品位低的特点，但该高硅铁矿石的含铁矿物的嵌布粒度极细。也就是说，当对该铁矿进行加热还原的过程中，还原出来的铁单体的粒度就非常的细。现有技术中，一般加热直接还原的方案所选用的加热温度高于1200℃，且持续时间超过45min。将现有技术应用与该高硅铁矿的提炼过程，会导致，铁矿中的还原出来的铁单体过度富集，导致粒度增大。以此会使得，后期难以磨选。因此在本申请方案中，结合该高硅铁矿的特点，采用低温加热的方案为800℃-1200℃，优选为900℃-1000℃，更优选为900℃-980℃。且该低温加热方案的持续时间为15-45min，优选为20-30min。以防止铁单体的粒度长大，有利于后面工序的磨选。

需要进一步说明的是，与常规铁矿石煤基直接还原相比较，高硅铁矿石对还原温度要求更高，在此基础上开发了铁矿内配煤复合小球团直接还原工艺。采用低温(高温段仅900-980℃)快速(高温段900-980℃持续时间仅20-30min)直接还原方法，将高硅铁矿石中铁氧化物迅速转变为金属铁。

其中，铁矿煤基直接还原主要化学反应包括如下反应：

3fe2o3(s)+c(s)→2fe3o4(s)+co(g)式(1)

3fe2o3(s)+co(g)→2fe3o4(s)+co2(g)式(2)

fe3o4(s)+co(g)→3feo(s)+co2(g)(t≥843k)式(3)

feo(s)+co(g)→fe(s)+co2(g)式(4)

c(s)+co2(g)→2co(g)式(5)

2feo(s)+sio2(s)→2feo·sio2(s)式(6)

1/2(2feo·sio2)(s)+co(s)→fe(s)+1/2sio2(s)+co2(g)式(7)

需要进一步说明的是，铁颗粒预富集后脉石和铁分离程度提高，脉石主要以sio2为主，焙烧后结晶度大幅降低，活性高，可磨性好，降低能耗。同时金属铁的可塑性强，因此整体磨矿时间短，磨矿能耗低。还原系统所得金属铁颗粒细小，因此磨矿过程仅需要达到铁颗粒单体解离即可得到超细粒度铁粉。

在本申请中，结合工艺的自身特点。第一个方案，将步骤2)中排出的烧结烟气通入步骤5)中的硅酸钠溶液中生成硅酸，得到净化烟气。烧结烟气中含有大量co2，二氧化碳溶于水后形成碳酸，碳酸属于弱酸，酸性比硅酸强，因此烧结烟气通入硅酸钠溶液后，析出硅酸，和得到含有碳酸钠的溶液。

第二个方案，步骤2)中排出的烧结烟气先通入第一干燥装置对球团进行干燥，再通入步骤5)中的硅酸钠溶液中生成硅酸。在利用烧结烟气为中心或还原性气体的理化性质的同时，还利用了烧结烟气高温的特点，用烧结烟气在第一干燥装置中对球团进行干燥和预热。能够有效利用能量，减少资源浪费。

在本申请中，烧结烟气通入硅酸溶液后得到净化烟气，由于烧结烟气中主要含有n2、co2，由于制球团时c过量，烧结烟气中还可能存在co。烧结烟气中的co2溶于水后，净化烟气中主要存在大量的n2，和少量的co2，还可能存在少量的co。也就是说净化烟气为中性或者还原性气体。中性或者还原性气体能够防止超细磨过程中，高温铁粉接触氧气氧化。

需要进一步说明的是，采用超细磨矿方式生产超细铁粉，磨矿是干磨或湿磨的任一种，磨矿过程使用回转窑烟气作为保护气氛。

在本申请中，还存在第二干燥装置，第二干燥装置用于干燥磁选出来的还原铁粉，采用净化后的烟气作为超细铁粉烘干和钝化介质，起到资源综合利用和流程优化的作用。

需要进一步是说明的是，由于超细磨装置中的物料为刚烧结过的物料，温度高。净化烟气通入超细磨装置中除了起到防止还原铁粉氧化的作用外，还能够对超细磨装置中的还原铁粉起到降温的作用。

在本申请中，硅酸钠通入烧结烟气后的滤液，通入造球装置中参与造球过程，降低减少了废液的排放。

传统方案中，由于渣料中的氧化硅粒度过大。为了让氧化硅能够尽快的融入碱液中，往往采用的方式为，加大碱液的添加量。

在本申请中，步骤4)加入碱液浸出，加入碱液的量为保持混合溶液的ph值为弱碱性即可。即不需要过量的加入碱液。这是由于步骤3)中，采用超细磨的方式，将还原粉料的粒度控制在600-900目的范围内。优选为750-850目。因此可以在添加少量碱液的情况下，将氧化硅完全溶解。而控制碱液少量加入的方式，即为控制回合溶液的ph值。因此通过控制溶液的ph值，来控制碱液的添加量。

需要说明的是，如图3所示，高硅铁矿石中主要脉石成分为sio2，在本工艺还原焙烧温度范围内sio2结晶度大幅降低，转变为非晶态sio2，活性高，为后续碱浸提硅创造有利条件。同时，在本工艺温度范围内进行还原焙烧，石英相会发生二级相变，由α-石英向β-石英及β2-鳞石英转变，最后在冷却过程中逐步转变为α-鳞石英。由热力学分析可知，与原矿中结晶态的α-石英相比(吉布斯自由能-87.84kj·mol^-1)，α-鳞石英(-174.29kj·mol^-1)和非晶态sio2(-210.92kj·mol^-1)与naoh反应的热力学条件更加优越，有效促进硅的浸出。

在本申请中，采用逆流浸出的方式能够得到高模数的硅钠比的硅酸钠溶液。在高硅尾渣中包含了，少量的氧化亚铁、γ-氧化铝、活性炭。氧化亚铁不溶于碱，在浸出过程中，进入滤渣。γ-氧化铝具有极强的吸水性能，其内部结构为多孔结构，能够起到一定的吸附过滤作用。另外活性炭同样为多孔结构，具有过滤作用。因此在采用逆流浸出的方式时，从第一层碱浸单元到第三层碱浸单元，不单只具有让氧化硅充分与氢氧化钠反应的作用。由于高硅尾渣中存在少量的γ-氧化铝、活性炭，能够使得逆流浸出的过程中，起到更高的过滤吸附的作用，从而使得最终得到的硅酸钠溶液的模数高。

需要说明的是，硅钠比的模数为浸出的硅的量比上加入碱液中钠的量。即能够减少碱液的使用。

需要进一步说明的是，从回收硅元素的角度来看，还原焙烧过程是一个提硅、降铁、降铝的过程，可获得高品质硅酸钠溶液，为后续制备白炭黑创造有利条件。还原焙烧既是一个将铁的氧化物转变为金属铁的过程，又是将含量最多的物质晶态sio2转变为非晶态sio2的过程。在热力学上，与fe2o3相比，金属铁与碱液发生反应的热力学条件更差，因此焙烧-磁选后的尾渣中铁元素更不易进入提硅液中。由于铁矿原矿中含有的铝氧化物主要为α-al2o3，而α-al2o3活性很强，容易与naoh反应消耗碱液并进入提硅液中，铝元素在白炭黑产品中属于毒性元素，因此对白炭黑制备不利。根据热力学相图分析可知，当焙烧温度提高至930-960℃时，α-al2o3将逐步转变为不易与碱液反应的γ-al2o3。同时，该温度范围时莫来石也将析出sio2转从而使提硅率进一步提高。

氧化铝相关的化学反应如下：

α-al2o3→γ-al2o3式(8)

al2o3·2sio2→γ-al2o3+2sio2式(9)

因此，通过还原焙烧实现了铁矿石提硅降铁降铝的目的，为生产高品质提硅液创造良好条件。

在本申请中，高硅尾渣经过碱液浸出后，得到硅酸钠溶液和滤渣。滤渣中含有氧化铝遇碱生成的胶体，具有一定粘性。将滤渣作为造球的粘结剂，可以减少额外粘结剂的使用，降低生产成本。

在本申请中，利用烧结烟气与步骤4)中的碱浸溶液进行换热，能够提高碱液的温度，加快氧化硅与碱液的反应，提高碱浸的速率。

需要补充说明的是，本申请提供的方案，实现工业三废零排放。该工艺将工业三废(废水、废气、废固)均变废为宝，结合工艺自身的优势特点全部返回利用，实现了工业生产零排放。其中废水中主要物质为还原系统所需添加剂，故返回造球系统利用。废气经换热、净化处理后用作球团干燥、浸出供热、白炭黑沉淀剂、铁粉磨矿保护气氛及铁粉烘干的钝化气体。废固包括中矿和浸出滤渣两部分，其中中矿为低铁含碳渣，可作为水泥合格原料。滤渣可作为粘结剂返回配料系统全部使用。因此，整个工艺实现了工业三废零排放。

本申请提供的方案，实现能量的100％利用。整个工艺能耗最高的工序为直接还原系统，而该系统烟气带走热量占到了总热量的20-40％，这部分热量在其他直接还原工艺中并未得到较好的利用，甚至是直接排放损失掉。本工艺将该部分热量先后用于干燥生球团、换热后供给低温浸出，剩余热量产蒸汽用于厂区其他用途，实现了能量100％利用。

本申请提供的方案，生产成本低，产品质量高。本工艺原料来源广，成本低。工序简单，设备造价低。产品为高质量超细铁粉和高质量超纯白炭黑，具有较大的利润空间。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本申请提供的技术方案，通过短时间低温加热，直接还原出超细粒度的还原铁粉，降低焙烧过程的能源消耗；

2、本申请提供的技术方案，产出的还原铁粉粒度超细，能有利于破碎磨矿，降低磨矿的能耗；

3、本申请提供的技术方案，使用净化后的烟气烘干还原铁粉和钝化铁粉颗粒，余热利用，有利于节约能源；

4、本申请提供的技术方案，利用烧结烟气作为磨矿过程中的保护气体，有利于保证超细磨产出还原铁粉的质量；

5、本申请提供的技术方案，低温加热的直接还原技术，能够确保高硅铁矿石的α-石英转变为α-鳞石英，有利于硅的浸出；

6、本申请提供的技术方案，采用超细磨技术处理还原球团，一能得到超细还原铁粉，二能加快后期硅的浸出速率；

7、本申请提供的技术方案，采用碱液浸出硅酸钠的方案，有利于降低能耗；

8、本申请提供的技术方案，实现了工业三废的零排放，达到了能量100％回收利用的目的，降低生成成本，提高产品质量。

附图说明

图1为本发明高硅铁矿石生产超纯纳米白炭黑的工艺的概要流程图；

图2为本发明高硅铁矿石生产超纯纳米白炭黑的工艺的整体细节流程图；

图3为sio2多型转变关系图；

图4为铁矿还原系统热力学吸放热分析图；

图5为铁矿还原系统热力学co消耗分析图。

具体实施方式

根据本发明的实施方案，提供一种高硅铁矿石生产超纯纳米白炭黑的工艺：

一种高硅铁矿石生产超纯纳米白炭黑的工艺，包括以下步骤：

1)制作还原物料：将高硅铁矿制作成待烧结球团。

2)还原待烧结球团：高温加热待烧结球团，得到还原球团，排出烧结烟气。

3)破碎磨选出高硅尾渣：破碎还原球团得到还原碎料，采用超细磨装置磨选还原碎料得到还原粉料，磁选还原粉料得到高硅尾渣。

4)提取硅酸钠溶液：向高硅尾渣中加入碱液得到固液混合物，浸出硅酸钠溶液。

5)提炼白炭黑：向硅酸钠溶液中加入酸洗涤，析出硅酸沉淀，过滤得到滤液，干燥硅酸沉淀得到白炭黑。

作为优选，步骤3)中超细磨装置的出料粒度为600-900目。优选为750-850目。

作为优选，步骤2)中低温加热的温度为800℃-1200℃，优选为900℃-1000℃，更优选为900℃-980℃。

作为优选，步骤2)中低温加热的时间为15-45min，优选为20-30min。

作为优选，步骤1)中，包括以下步骤：

1a)破碎铁矿石得到铁矿石碎料，破碎内配煤得到内配煤碎料。

1b)将铁矿石碎料和内配煤碎料在粘结剂的作用下配料、磨矿，得到球团原料。

1c)球团原料在造球装置中，制成球团。

1d)干燥球团：将球团在第一干燥装置进行干燥预热得到待烧结球团。

作为优选，步骤2)中排出的烧结烟气通入步骤5)中的硅酸钠溶液中，得到净化烟气。

或

步骤2)中排出的烧结烟气先通入第一干燥装置对球团进行干燥，再通入步骤5)中的硅酸钠溶液中，得到净化烟气。

作为优选，净化烟气通入步骤3)中的超细磨装置防止铁氧化。

作为优选，步骤5)中的滤液通入造球装置中参与步骤1c)的造球过程。

作为优选，步骤4)中，采用逆流浸出法从高硅尾渣中浸出硅酸钠溶液。其中，包括以下步骤。

4a)高硅尾渣正向碱浸：第一层碱浸单元碱浸后的高硅尾渣进入第二层碱浸单元进行碱浸。第二层碱浸单元碱浸后的高硅尾渣进入第三层碱浸单元进行碱浸。

4b)浸出溶液逆向排出：在第三层碱浸单元加入碱液，第三层浸出溶液加入到第二层碱浸单元，第二层浸出溶液加入到第一层碱浸单元，第一层碱浸单元的浸出溶液通入硅酸钠存储容器中。

4c)保持弱碱性：向第一层碱浸单元和第二层碱浸单元补入碱液，保持第一层碱浸单元和第二层碱浸单元溶液ph值为7-9，优选为7.5-8.5。

作为优选，步骤4)中碱浸后剩余的滤渣作为粘结剂参与到步骤1)中的待烧结球团制取过程。

作为优选，步骤2)中产生的烧结烟气与步骤4)中的固液混合物进行换热。

实施例1

一种高硅铁矿石生产超纯纳米白炭黑的工艺，包括以下步骤：

1)制作还原物料：将高硅铁矿制作成待烧结球团。

2)还原待烧结球团：高温加热待烧结球团，得到还原球团，排出烧结烟气。

3)破碎磨选出高硅尾渣：破碎还原球团得到还原碎料，采用超细磨装置磨选还原碎料得到还原粉料，磁选还原粉料得到高硅尾渣。

4)提取硅酸钠溶液：向高硅尾渣中加入碱液得到固液混合物，浸出硅酸钠溶液。

5)提炼白炭黑：向硅酸钠溶液中加入酸洗涤，析出硅酸沉淀，过滤得到滤液，干燥硅酸沉淀得到白炭黑。

实施例2

重复实施例1，只是步骤3)中超细磨装置的出料粒度为800目。

实施例3

重复实施例2，只是步骤2)中低温加热的温度为950℃。

实施例4

重复实施例3，只是步骤2)中低温加热的时间为25min。

实施例5

重复实施例4，只是步骤1)中，包括以下步骤：

1a)破碎铁矿石得到铁矿石碎料，破碎内配煤得到内配煤碎料。

1b)将铁矿石碎料和内配煤碎料在粘结剂的作用下配料、磨矿，得到球团原料。

1c)球团原料在造球装置中，制成球团。

1d)干燥球团：将球团在第一干燥装置进行干燥预热得到待烧结球团。

实施例6

重复实施例5，只是步骤2)中排出的烧结烟气通入步骤5)中的硅酸钠溶液中，得到净化烟气。

实施例7

重复实施例5，只是步骤2)中排出的烧结烟气先通入第一干燥装置对球团进行干燥，再通入步骤5)中的硅酸钠溶液中，得到净化烟气。

实施例8

重复实施例7，只是净化烟气通入步骤3)中的超细磨装置防止铁氧化。

实施例9

重复实施例8，只是步骤5)中的滤液通入造球装置中参与步骤1c)的造球过程。

实施例10

重复实施例9，只是步骤4)中，采用逆流浸出法从高硅尾渣中浸出硅酸钠溶液。其中，包括以下步骤。

4a)高硅尾渣正向碱浸：第一层碱浸单元碱浸后的高硅尾渣进入第二层碱浸单元进行碱浸。第二层碱浸单元碱浸后的高硅尾渣进入第三层碱浸单元进行碱浸。

4b)浸出溶液逆向排出：在第三层碱浸单元加入碱液，第三层浸出溶液加入到第二层碱浸单元，第二层浸出溶液加入到第一层碱浸单元，第一层碱浸单元的浸出溶液通入硅酸钠存储容器中。

4c)保持弱碱性：向第一层碱浸单元和第二层碱浸单元补入碱液，保持第一层碱浸单元和第二层碱浸单元溶液ph值为7.5。

实施例11

重复实施例10，只是步骤4)中碱浸后剩余的滤渣作为粘结剂参与到步骤1)中的待烧结球团制取过程。

实施例12

重复实施例11，只是步骤2)中产生的烧结烟气与步骤4)中的固液混合物进行换热。