氧化锆晶体加工废粉料循环利用方法与流程

本发明涉及再生资源产业化技术领域，特别涉及氧化锆晶体加工废粉料循环利用技术。

背景技术：

以人工方法合成高纯氧化锆晶体（人造宝石）是将高纯氧化锆粉添加一定量的稳定剂氧化钇，在高频炉内经2800-3000℃的温度条件下经熔融、拉晶后制成的立方氧化锆晶体（人造宝石），有着与真钻石非常相近的性质，通常被人们称之为“人造宝石”，被广泛用作钻石的代替品。

在我国，经过数十年的发展，广西梧州的高纯氧化锆晶体（人造宝石）产业加工量一度占据国内的95%，世界的85%。据不完全统计，梧州人造宝石产业平均每年消耗约10000吨以上的锆石，年产值约30亿元。但是,它加工成宝石饰物的成品率低,每年在加工成宝石的过程中要产生约6000吨以上的含锆、钇的氧化锆废粉料，长期以来该废粉料由于在加工过程中掺杂了切割、打磨工具磨损的杂质,以及地表杂物等，而难以重新回炉拉制新的高纯氧化锆晶体,只能用于生产陶瓷等低附加值的产品，也有经过高温碱熔融等复杂的工艺来生产氯氧化锆、硫酸锆、碳酸锆和二氧化锆等产品，如专利cn1986423a和专利cn103950977a等，但这些方法有一个共同的特点，就是在高温碱熔融时在去除sio2的同时，只能回收氧化锆晶体加工废粉料中的氧化锆，而将其中的氧化钇分离出去，产生含氧化钇的废渣，没有实现氧化锆晶体加工废粉料中的氧化锆和氧化钇的完全循环利用。造成了大量的资源浪费。且该技术生产工艺复杂，流程长，能耗高，辅材用量大，需要在700-850℃的条件下，用固体烧碱来熔融此加工废粉料，然后再用硫酸转化和盐酸浸取等，对设备条件要求苛刻。同时，需要消耗大量的硫酸和盐酸，且产生大量的难以有效利用的盐酸和硫酸混合物的废酸和强酸性的废渣以及酸性气体，治理难度相当大，给环境保护造成巨大的压力，社会、经济效益和应用前景甚忧。

技术实现要素：

鉴于上述不足之处，本发明的目的在于提供一种氧化锆晶体加工废粉料循环利用并重新入炉生产氧化锆晶体的方法。该技术能耗低，工艺流程简单，操作容易控制，既经济，又安全、环保，氧化锆粉的回收率达96%以上，实现了真正意义上的循环利用，是氧化锆晶体产业实现循环利用和清洁生产的优选途径。具有良好的社会效益、经济效益和市场前景。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术解决方案：

一种氧化锆晶体加工废粉料循环利用方法包括以下步骤：

（1）磁选：将氧化锆晶体加工废粉料首先经过筛分、磁选除去机械杂质和磁性物质；

（2）碱洗：将磁选后的物料在碱洗反应釜内用氢氧化钠溶液洗涤，然后将料桨进行过滤，得到碱洗滤饼和氢氧化钠滤液；

（3）酸洗：将碱洗滤饼加入酸反应釜内，用酸洗液进行洗涤，然后将料桨进行过滤，得到酸洗滤饼和酸滤液；

（4）水洗：将酸洗滤饼加入水洗釜内，用纯净水进行洗涤，然后进行过滤，得到水洗滤饼和水洗液；水洗液返回步骤（3）循环使用；

（5）煅烧：将水洗滤饼煅烧去除其中的树脂和金刚砂后，得到氧化锆粉料；

（6）拉晶：将氧化锆粉料加入高频炉内，采用现有成熟的氧化锆晶体生产技术，在2800-3000℃的条件下，氧化锆粉料经熔融、拉晶后制成氧化锆晶体。

进一步的，所述筛分设备选自振动筛、回转筛、摇动筛、固定筛；磁选设备选自电磁选矿机、管道式永磁过滤器。

进一步的，所述碱洗条件为：物料在温度90-100℃，固液比1:（2.5-3.5）的条件下用5-20%的氢氧化钠溶液洗涤至料浆中的sio2含量低于100ppm；

进一步的，所述酸洗条件为：碱洗滤饼在温度90-100℃，固液比1:（2.5-3.5）的条件下用10-30%的硫酸溶液或浓度为10-30%硝酸溶液或浓度为10-20%的盐酸溶液洗涤至料浆中fe2o3≤10ppm、al2o3≤100ppm、mgo≤100ppm。

进一步的，所述水洗条件为：酸洗滤饼在60-80℃，固液比1:（3.0-3.5）的条件下用纯净水进行洗涤至酸根离子≤0.05%。

进一步的，所述煅烧条件为：水洗滤饼在900-950℃的条件下煅烧2.5-3小时。

进一步的，所述的碱洗反应釜采用带搅拌器的不锈钢反应釜，酸洗反应釜采用带搅拌器的搪瓷反应釜。

进一步的，所述步骤（2）得到的氢氧化钠滤液可直接送往硫酸生产企业用于尾气处理so2气体用；所述步骤（3）得到的酸滤液可直接送往硫酸生产企业作为生产硫酸的补充水使用。可实现无废碱液和酸液排放。

本发明所制得的氧化锆粉料还可以作为生产高纯氯氧化锆、硫酸锆、碳酸锆、二氧化锆等锆制品的原料用。

优选的，步骤（1）所述的筛分设备选用振动筛；步骤（2）（3）（4）所述的过滤设备选用板框压滤机。

本发明氧化锆晶体加工废粉料循环利用技术，将氧化锆晶体加工废粉料经过筛分、磁选、碱洗、酸洗、水洗及煅烧得到氧化锆粉料，将此氧化锆粉料重新加入高频炉内，采用现有成熟的氧化锆晶体生产技术制成氧化锆晶体。解决了氧化锆晶体加工过程中产生的废粉料一直以来难以有效循环利用或利用的附加值低以及可能对环境造成严重污染的问题，实现了工业废粉料资源的循环利用，具有良好的社会效益、经济效益和市场前景。

在碱洗反应釜中，sio2与氢氧化钠反应生成可溶于水的硅酸钠，反应式如下：

2naoh+sio2=na2sio3+h2o

在酸洗反应釜中fe2o3、al2o3、mgo与硫酸反应生成可溶于酸和水的盐类，反应式如下：

2fe2o3+3h2so4=fe2(so4)3+3h2o

2al2o3+3h2so4=al2(so4)3+3h2o

mgo+h2so4=mgso4+h2o

以上反应产生的杂质，均可在过滤与水洗过程中除去，达到除去杂质的目的。

本技术发明解决了长期以来氧化锆晶体（人造宝石）加工过程中产生的粉体废粉料中有用成份氧化锆和氧化钇难以共同有效循环利用或利用的附加值低以及可能对环境造成严重污染的问题；本发明技术与现有的氧化锆晶体加工过程中产生的废粉料利用技术相比，不需要进行高温碱熔和盐酸浸取，不需要对锆、钇进行分离，产品为氧化锆和氧化钇的混合物，其成份与烧制氧化锆晶体的成份完全一样，因此可直接重新回炉烧制新的氧化锆晶体，完全实现了氧化锆晶体加工过程中产生的废粉料中的氧化锆和氧化钇全部循环利用。且本发明技术能耗低，工艺流程简单，操作容易控制，既经济，又安全、环保，氧化锆和氧化钇粉的回收率达96%以上，是氧化锆晶体产业实现循环利用和清洁生产的优选途径。具有良好的社会效益、经济效益和市场前景。同时，该技术生产出的氧化锆粉料，也可用于加工氯氧化锆、硫酸锆、碳酸锆、二氧化锆等产品的原料，实现产品的多元化。

附图说明

图1为氧化锆晶体加工废粉料循环利用流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

实施例1

（1）将1000kg氧化锆晶体加工废粉料（含水10.28%，sio2含量1650ppm、fe2o3620ppm、al2o3285ppm、mgo130ppm）；首先经过筛分、磁选除去机械杂质和磁性物质。

（2）将步骤（1）中除去机械杂质和磁性物质后的物料，按固液比（物料与氢氧化钠溶液比）1:2.5加入碱洗反应釜内，控制温度100℃，氢氧化钠溶液浓度12%的条件下，加热洗涤12小时，料浆中的sio2含量93ppm；然后将料桨进行过滤，得到碱洗滤饼和氢氧化钠滤液。

（3）将碱洗滤饼按固液比（碱洗滤饼与硫酸液比）1:2.5加入酸洗反应釜内，控制温度95℃，硫酸液浓度20%的条件下，洗涤10小时，分析得到料浆中fe2o3=9ppm、al2o3=84ppm、mgo=42ppm；然后将料桨进行过滤，得到酸洗滤饼和酸滤液。

（4）将酸洗滤饼加入水洗釜内，在温度70℃，固液比（酸洗滤饼与纯净水比）1:2.0的条件下，用纯净水进行洗涤约2小时，重复2次，分析测得硫酸根离子=0.05%；然后将料桨进行过滤，得到水洗滤饼和水洗液。水洗液返回步骤（3）循环使用。

（5）将水洗滤饼在煅烧炉内在920℃的条件下进行煅烧2.5小时，得到氧化锆粉865kg。回收率为96.11%。

（6）将氧化锆粉料加入高频炉内，在2800-3000℃的条件下，氧化锆粉料经熔融、拉晶后制成氧化锆晶体。

实施例2

（1）将1000kg氧化锆晶体加工废粉料（含水12.56%，sio2含量1350ppm、fe2o3510ppm、al2o3305ppm、mgo157ppm）；首先经过筛分、磁选除去机械杂质和磁性物质；

（2）将除去机械杂质和磁性物质后的物料，按固液比1:3.0加入碱洗反应釜内，控制温度95℃，氢氧化钠溶液浓度15%的条件下，加热洗涤10小时，料浆中的sio2含量89ppm；然后将料浆进行过滤，得到碱洗滤饼和氢氧化钠滤液。

（3）将碱洗滤饼按固液比1:3.0加入酸洗反应釜内，控制温度100℃，硫酸液浓度30%的条件下，洗涤10小时，分析得到料浆中fe2o3=7ppm、al2o3=75ppm、mgo=38ppm；然后将料浆进行过滤，得到酸洗滤饼和酸滤液。

（4）将酸洗滤饼加入水洗釜内，在70℃，固液比1:2.0的条件下，用纯净水进行洗涤约2小时，重复2次，分析测得硫酸根离子浓度=0.04%；然后将料浆进行过滤，得到水洗滤饼和水洗液。水洗液返回步骤（3）循环使用。

（5）将水洗滤饼在煅烧炉内在920℃的条件下进行煅烧2.5小时，得到氧化锆粉843kg。回收率为96.42%。

（6）将氧化锆粉料加入高频炉内，在2800-3000℃的条件下，氧化锆粉料经熔融、拉晶后制成氧化锆晶体。