利用微波热场高效浸取煤矸石中有价元素铁、铝、钛的方法与流程

本发明涉及有价元素提取技术领域，具体为利用微波热场高效浸取煤矸石中有价元素铁、铝、钛的方法。

背景技术：

煤矸石是在煤炭开采和洗选加工过程中所产生的固体废弃物，是与煤伴生存在的矿物岩石，它们共同经历过沉积、成岩(成煤)、变质、变形等复杂的地质作用过程。据统计，我国煤矸石已累计堆存50亿t以上，且每年3.0-3.5亿t的速度不断上升，预计到2020年我国煤矸石每年排放量将会增至7.29亿t。

煤矸石巨大的产量和储量造成了许多环境问题，主要有：(1)煤矸石长期堆存会占用大量土地，造成地资源闲置浪费；(2)造成污染，因为煤矸石中有汞、镉、铅、铬等重金属元素，经雨水淋溶后，易造成土壤污染，污水流入江河后易造成水体污染；(3)造成大气污染，长期暴露在空气中的煤矸石容易被风化而发生自燃，产生大量的so2、h2s、co、nox等有毒有害气体污染大气等，因此，如何将煤矸石进行资源化、无害化综合利用已经引起了国内外专家学者的积极关注和研究。煤矸石的主要成分有sio2、al2o3、fe2o3、tio2、cao、mgo，其中al2o3、fe2o3、tio2的总含量占到煤矸石的40％左右，如果该部分资源能充分利用，将对环境可持续发展产生积极影响，同时利用煤矸石中的这些有价矿物制备化工产品，将对固体废弃物资源化高效综合利用发展具有重要意义。

微波辅助技术是一种新型的加热方式，在冶金、催化、电化学、生物医药等领域应用广泛，微波加热具有迅速、选择、高效、均匀、环保等特点，随着国家环保制度的完善、人们环保意识的增强以及能源的日益紧缺，微波这种环保、快速、高效的加热技术一定会成为今后的发展方向。

专利cn108046272a提供了一种微波辅助酸浸提纯微硅粉方法，该发明制备方法包括：磁选、煅烧淬火和微波酸浸提，首先将微硅粉和蒸馏水按一定质量比置于容器中搅拌分散，进行磁选，煅烧淬火，将煅烧淬火后的微硅粉和无机酸混合后置于容器中搅拌，进行微波加热，自然冷却至室温，分离微硅粉和酸液，用蒸馏水将微硅粉洗至中性，干燥后即得到提纯后的微硅粉。该发明的优点是：通过利用微波加热技术替代传统的加热方式，在微波酸浸之前对微硅粉进行水洗磁选和高温煅烧水中淬火预处理，进一步加快微波酸浸提纯效率，提纯后的微硅粉物相组成未发生变化，提纯后sio2含量大于95％，该方法具有加热速度快、浸出效率高、污染小、能耗低、提纯工艺简单、提纯时间短等特点。

专利cn102642858a提供了一种用微波酸溶浸取粉煤灰中氧化铝的方法，该方法以微波加热改变传统加热，充分利用微波加热的高频性和穿透性，在微波反应器中使得粉煤灰-硫酸体系内部生热均匀，加速整个体系的酸浸反应，进而加快粉煤灰中氧化铝的溶出速率，缩短了反应时间，提高了氧化铝溶出率。

专利cn103408050a介绍了一种煤矸石中高效提取铝铁钛的方法，该方法以高铁高钛的粘土岩矸石为原料，采用煤矸石中和酸浸溶出物、中和渣干法酸浸提取有价元素铝、铁、钛，煤矸石经与酸浸液中和游离酸后，除去大部以碳酸盐形式存在的铁、镁等，中和渣干燥后与98％硫酸混合成球，在箱式电阻炉内250℃反应1h制得熟料，熟料用一定浓度的酸溶液溶解，过滤制得干法酸浸溶解液，该发明方法铝收率＞95％、铁收率＞97％、钛收率＞85％，为组成复杂的煤矸石高效提取酸溶物提供一种新的工艺技术。

综上所述，研究人员在煤矸石传统加热浸取铁、铝、钛方面取得了一定的成果，但是存在反应时间过长、能耗较大、工艺复杂等缺点，为此，我们提出利用微波热场高效浸取煤矸石中有价元素铁、铝、钛的方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供利用微波热场高效浸取煤矸石中有价元素铁、铝、钛的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：利用微波热场高效浸取煤矸石中有价元素铁、铝、钛的方法，包括如下步骤：

s1、备料：取煤矸石20kg，煤矸石经破碎、干燥、粉磨后，过100目筛，备用；

s2、浸取：取200g的备用粉磨煤矸石，与工业浓硫酸混合配料，搅拌均匀，置于微波热场中进行浸取；

s3、加热：在微波热场中反应30min，微波功率600-800w，制得微波熟料；

s4、溶解：向得到的微波熟料中加入煤矸石质量3-5倍的去离子水，在85℃-95℃条件下溶解1h，过滤，获得含有有价元素铁、铝、钛的酸浸液。

优选的，所述步骤s1中所用煤矸石原料为高铁高钛型煤矸石。

优选的，所述步骤s2中所用的工业浓硫酸为质量分数大于95％的浓硫酸。

优选的，所述步骤s2中煤矸石与工业浓硫酸的混合配料质量比为1.1-1.4。

优选的，所述步骤s2和步骤s3中的微波热场由微波反应器或者微波炉提供。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明利用微波热场高效浸取煤矸石中有价元素铁、铝、钛的方法，生产成本低、工艺流程简单、浸取效率高、能耗低、时间短的特点，本发明的技术方案通过控制原料配料比、微波功率、反应时间、溶解熟料水量、溶解温度等操作条件，浸取液中有价元素铁、铝、钛的含量分别在25g/l、41g/l、8g/l以上，为浸取液进一步制备铁、铝、钛系化工产品奠定好的原料基础，通过附图的xrd、sem图谱对比可以看出良好的浸取效果；煤矸石中的有价元素铁、铝、钛的浸取率可以达到98％、96％、88％以上，通过附图的xrd图谱对比发现，浸取渣的主要成分为氧化硅，这为浸取渣的资源化利用提供良好的条件，较好的避免了浸取渣对环境造成的二次污染。

附图说明

图1是本发明采用煤矸石原料的xrd谱图；

图2是本发明采用煤矸石原料的sem谱图；

图3是本发明实施例四制备得到的微波熟料xrd图谱；

图4是本发明实施例四制备得到的微波熟料sem图谱；

图5是本发明实施例四制备得到的浸取渣xrd图谱；

图6是本发明实施例四制备得到的浸取渣sem图谱。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：利用微波热场高效浸取煤矸石中有价元素铁、铝、钛的方法，包括如下步骤：

s1、备料：取煤矸石20kg，煤矸石经破碎、干燥、粉磨后，过100目筛，备用；

s2、浸取：取200g的备用粉磨煤矸石，与工业浓硫酸混合配料，搅拌均匀，置于微波热场中进行浸取；

s3、加热：在微波热场中反应30min，微波功率600-800w，制得微波熟料；

s4、溶解：向得到的微波熟料中加入煤矸石质量3-5倍的去离子水，在85℃-95℃条件下溶解1h，过滤，获得含有有价元素铁、铝、钛的酸浸液。

实施例一：

取煤矸石20kg，经破碎、干燥后进行粉磨，过100目筛，筛余量小于3wt％，备用；取200g备用煤矸石与工业浓硫酸混合配料，煤矸石与工业浓硫酸按照混合配料质量比为1.1混合，搅拌均匀后置于微波热场中进行浸取；然后将混合物料在微波功率为600w的微波热场中反应30min，制得微波熟料；得到的微波熟料中加入煤矸石质量4倍的去离子水，置于95℃的水浴条件下进行溶解，溶解1h后过滤，即获得含有有价元素铁、铝、钛的酸浸液，对酸浸液进行分析，浸取液中有价元素铁、铝、钛的含量分别为25.4g/l、41.3g/l、8g/l；滤渣首先用2％的酸溶液进行洗涤，然后用去离子水进行2次洗涤，干燥，以煤矸石中有价元素铁、铝、钛的百分含量为基础，用硅平衡进行分析计算，煤矸石中的有价元素铁、铝、钛的浸取率可以达到98.3％、96.4％、88.1％。

实施例二：

取煤矸石20kg，经破碎、干燥后进行粉磨，过100目筛，筛余量小于3wt％，备用；取200g备用煤矸石与工业浓硫酸混合配料，煤矸石与工业浓硫酸按照混合配料质量比为1.2混合，搅拌均匀后置于微波热场中进行浸取；混合物料在微波功率为700w的微波热场中反应35min，制得微波熟料；得到的微波熟料中加入煤矸石质量5倍的去离子水，置于90℃的水浴条件下进行溶解，溶解1h后过滤，即获得含有有价元素铁、铝、钛的酸浸液，对酸浸液进行分析，浸取液中有价元素铁、铝、钛的含量分别为25.7g/l、41.1g/l、8.4g/l；滤渣首先用2％的酸溶液进行洗涤，然后用去离子水进行2次洗涤，干燥，以煤矸石中有价元素铁、铝、钛的百分含量为基础，用硅平衡进行分析计算，煤矸石中的有价元素铁、铝、钛的浸取率可以达到98.5％、96.2％、88.3％。

实施例三：

取煤矸石20kg，经破碎、干燥后进行粉磨，过100目筛，筛余量小于3wt％，备用；取200g备用煤矸石与工业浓硫酸混合配料，煤矸石与工业浓硫酸按照混合配料质量比为1.3混合，搅拌均匀后置于微波热场中进行浸取；混合物料在微波功率为800w的微波热场中反应40min，制得微波熟料；得到的微波熟料中加入煤矸石质量3倍的去离子水，置于85℃的水浴条件下进行溶解，溶解1h后过滤，即获得含有有价元素铁、铝、钛的酸浸液，对酸浸液进行分析，浸取液中有价元素铁、铝、钛的含量分别为25.1g/l、41.8g/l、8.5g/l；滤渣首先用2％的酸溶液进行洗涤，然后用去离子水进行2次洗涤，干燥，以煤矸石中有价元素铁、铝、钛的百分含量为基础，用硅平衡进行分析计算，煤矸石中的有价元素铁、铝、钛的浸取率可以达到98.2％、96.5％、88.4％。

实施例四：

取煤矸石20kg，经破碎、干燥后进行粉磨，过100目筛，筛余量小于3wt％，备用；取200g备用煤矸石与工业浓硫酸混合配料，煤矸石与工业浓硫酸按照混合配料质量比为1.4混合，搅拌均匀后置于微波热场中进行浸取；混合物料在微波功率为700w的微波热场中反应45min，制得微波熟料；得到的微波熟料中加入煤矸石质量4倍的去离子水，置于90℃的水浴条件下进行溶解，溶解1h后过滤，即获得含有有价元素铁、铝、钛的酸浸液，对酸浸液进行分析，浸取液中有价元素铁、铝、钛的含量分别为26.1g/l、42.3g/l、8.9g/l；滤渣首先用2％的酸溶液进行洗涤，然后用去离子水进行2次洗涤，干燥，以煤矸石中有价元素铁、铝、钛的百分含量为基础，用硅平衡进行分析计算，煤矸石中的有价元素铁、铝、钛的浸取率可以达到99.1％、96.8％、88.7％。

本发明利用微波热场以煤矸石和工业浓硫酸为原料，经混合配料、微波热场辅助酸浸、热水溶解、过滤分离后浸取煤矸石中有价元素铁、铝、钛，浸取液中有价元素铁、铝、钛的含量分别在25g/l、41g/l、8g/l以上，煤矸石中的有价元素铁、铝、钛浸取率分别大于98％、96％、88％。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。