矿砂颗粒加工方法与流程

本发明涉及一种从矿砂颗粒中去除污染物的方法。

背景技术：

1、矿砂颗粒是一系列具有经济意义的离散矿物的来源，包括锆(锆石)、含钛矿物(如钛铁矿，白炭黑和金红石)和主要由硅(如二氧化硅和石英)组成的基质中的稀土。但是，根据来源的不同，源自矿砂矿石的单个矿物通常还包括有不受欢迎的元素的混合物，例如铁、钛、铀和钍，这些元素不适合具有经济意义的矿物的各种最终用途。其中，放射性元素-铀和钍-尤其不受欢迎。

2、由于存在于一些矿砂中的各种矿物的化学性质，开发稳健且经济的工艺以在通常需要的较大规模上分离一种或多种不良元素是一项持续的挑战。

3、锆石(主要是硅酸锆-zrsio4)是包含在许多矿砂中的矿物。锆石在瓷砖和陶瓷中被用作遮光剂，并为釉料和瓷砖增加白度、亮度、耐化学性和耐刮擦性。铁、钛、镧系元素和锕系元素等杂质的存在会降低锆石赋予的亮度，并给釉料和瓷砖带来颜色。高于某些规定限值的放射性元素的存在，例如>500ppm的铀和钍，使得锆石不适合在陶瓷工业中使用。

4、釉料中铁的存在会赋予许多不同的颜色，具体取决于其形式和釉料中存在的其他物种。据研究，铁通常会变暗并产生红色或黄色的色调。

5、二氧化钛可用作釉料中的遮光剂，但被发现会在釉料中引入彩色色调。人们发现使用锐钛矿会给釉料引入(带来)蓝色色调，而金红石则会给釉料带来淡黄色色调。三价钛(ti3或ti2o3)是黑色的，因此，当存在时，将增加釉料的光吸收能力，降低其亮度。

6、镧系元素(稀土)是一种已知的玻璃着色剂。众所周知，镨尤其会在釉料中产生黄色至绿色，并在与锆石(商业名称镨锆石黄)结合时产生强烈的黄色。同样，众所周知，钕会在釉料中产生蓝色至紫色，铒可能会产生粉红色调，而铈会产生红色。还已知铀在+4氧化态的釉料中产生强烈的橙色至红色，在+6氧化态的玻璃和釉料中产生黄色至绿色。为了明显地实现这些效果，需要大量的元素(即>1％)，然而，即使在痕量水平下，这些元素仍可能影响釉料的整体白度。

7、目前，开采的锆石以优质等级(或陶瓷等级)或化学等级出售。优质等级锆石适合作为陶瓷遮光剂在主导市场中使用。化学等级锆石通常具有较高浓度的污染物元素，使其无法用作遮光剂。化学等级锆石更适合加工成氯氧化锆氧化锆，其为大多数锆化学品的前体。

8、目前有已知的方法可以改善优质等级锆石的光学质量。一种这样的方法是热酸浸出(hotacidleach,hal)工艺。该方法在ep0670376中有所描述。hal工艺涉及将锆石与最少量的浓硫酸混合。酸润湿锆石颗粒表面，当加入少量水时，由于硫酸的水合作用，它会在颗粒表面迅速产生大量热量。硫酸和热的结合使锆石表面的铁和其他杂质与酸发生反应。然后洗涤反应的锆石以去除任何残留的酸和硫酸盐物质，例如铁和钛。

9、hal工艺依赖于水和硫酸反应产生的热量，仅能有效去除锆石的表面涂层。hal工艺的反应时间也相对较短(大约1小时)。hal工艺不能有效去除以涂层以外的形式存在的杂质。此类其他形式可包括存在于锆石晶粒或结构中的离散颗粒和杂质。

10、该方法的变体通常由不同的锆石商业供应商实施。

11、国际公布专利申请wo2005/116277公开了一种“将劣质锆石升级为优质……适合用作釉料遮光剂”的方法。该方法包括在600至900℃下煅烧磨碎的锆石和矿化剂(例如碱金属卤化物或硫酸铵)的混合物，然后洗涤并进一步粉碎煅烧的产物。人们认为，获得适合用作玻璃遮光剂的更高等级的产品必然涉及去除一定比例的铁(三价铁)和氧化钛杂质。

12、更一般地说，已知的裂解或分解难熔矿物的方法是通过在高温下与浓硫酸反应。这方面的两个例子包括用于从钛铁矿或钛渣生产tio2颜料的硫酸盐方法，以及稀土磷酸盐如独子石的硫酸裂解。在每种情况下，该方法涉及使用浓硫酸在150-250℃附近的温度下分解矿石。然后将所得混合物溶解在水或稀酸中以提取有价值的物质。这种方法不适用于锆石，因为锆石是高度耐火(难熔)的，并且在上述条件下不会充分反应。

13、国际公布专利申请wo2016/127209公开了一种用于改善锆石的等级和光学质量的方法。该方法包括用硫酸烘烤锆石。然而，虽然这种酸烘烤过程能够去除含锆石的矿砂中存在的一些杂质，但它并不总是能去除足够的铀和钍杂质。

14、具有成本效益的矿砂加工方法将具有相当大的价值，该方法能够将放射性元素的浓度降低到矿石中存在的浓度以下。由于存在不希望的放射性元素，该方法可以有利地使以前认为不适合开采的矿石得以利用。

15、说明书中对任何现有技术的引用并不是承认或暗示该现有技术构成任何司法管辖区的公知常识的一部分、或者可以合理地期望该现有技术被本领域技术人员理解、被认为相关和/或与其他现有技术相结合。

技术实现思路

1、在一个方面，本技术提供了一种用于从矿砂颗粒中去除污染物的方法，所述方法包括：

2、在至少约400℃的温度下使矿砂颗粒与过量的焦硫酸盐(pyrosulfate)反应以提供反应产物；和

3、在冷却反应产物之后，用水性萃取剂从所述反应产物中萃取污染物。

4、相对于矿砂颗粒，所述焦硫酸盐的过量可以是质量过量或摩尔过量。

5、在实施例中，矿砂颗粒和焦硫酸盐的反应在三氧化硫(so3)的气氛下进行。

6、在另一个方面，提供了一种用于从矿砂颗粒中去除污染物的方法，所述方法包括：

7、加热包含矿砂颗粒和选自硫酸钠、硫酸氢钠、氢氧化钠、氯化钠、碳酸钠、硫酸钾、硫酸氢钾、氢氧化钾、氯化钾、碳酸钾、硫酸锂、硫酸氢锂、氢氧化锂、氯化锂，碳酸锂及其组合的盐形成反应混合物，以在三氧化硫气氛下升温至至少约400℃的温度，从而提供反应产物；和

8、在冷却反应产物后，用水性萃取剂从反应产物中萃取污染物。

9、在本文所述的任何方面的一些实施例中，污染物至少包括铀、钍或其组合。

10、在一些实施例中，本文所述的方法包括加热至至少约900c的温度。

11、在另一个方面，提供了一种硫酸锆钠，其特征在于经验式为na2zr(so4)3。

12、在另一个方面，提供了一种硫酸锆钠，其特征在于经验式为na8zr(so4)6。

13、本文所述的方法可以提供包含60-100wt％锆石、0-15wt％氧化锆和0-25wt％二氧化硅以及不超过500ppm的选自铀、钍及其组合的放射性杂质的产品组合物，其中，所述组合物中锆与硅的重量比率(zr:si)为从约1.3:1至约2:1。

14、另一方面，提供了一种组合物，所述组合物包含锆石、氧化锆(zro2)和二氧化硅(sio2)或所述组合物由锆石、氧化锆(zro2)和二氧化硅(sio2)组成，其中所述组合物包含不超过500ppm的放射性杂质，所述放射性杂质选自铀、钍及其组合。其中所述组合物中锆与硅(zr:si)的重量的比率为从约1.3:1至约2:1。

15、下面进一步阐述涉及用于精炼矿砂颗粒的装置的其他的方面。

16、本发明的其他方面和前述段落中描述的方面的其他实施例将从以下描述中变得显而易见，所述描述通过示例的方式并参考附图给出。