对含硅矿物气相脱硅并循环利用含卤素物质的方法
【专利说明】对含硅矿物气相脱硅并循环利用含卤素物质的方法
[0001]本申请是申请号为201410458727.4,申请日为2014年09月10日，发明创造名称为“对含硅矿物气相脱硅并循环利用含卤素物质的方法”的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及脱硅领域，具体涉及对含硅矿物气相脱硅并循环利用含卤素物质的方法。
【背景技术】
[0003]很多物质中都含有二氧化娃杂质，这些娃杂质影响物质的性能，尤其是在钢铁材料中，Si的含量过多、特别是大于1.5%时，会降低奥氏体相的稳定性从而导致蠕变强度和韧性下降，所以需要脱除。常用脱硅方法包括碱脱硅法，物理脱硅法，氟化氢、氟硅酸及其它含氟物水相脱硅法。
[0004]物理脱硅法成本较低，但是脱硅效果比较差，例如:专利申请公布号:CN101306399,公开日:2008.11.19,申请号:200810115455。其中，氟化氢或氟硅酸及其盐水相脱硅法在液相中反应，温度低，但脱硅产生的二氧化硅品质差，经济价值不大。
[0005]碱脱硅法中比较有代表性的是拜耳法，公开号:US4036931，公开号:US4511542，公开号:US4647439，这三个专利中均体现了拜耳法采用强碱溶液溶解含二氧化硅的氧化铝类物质，将其中的二氧化硅溶解成硅铝酸盐，将其中氧化铝溶解成铝酸盐，铝酸盐在加氢氧化铝晶种的情况下不断从溶液体系析出。沉淀出氢氧化铝后的含氢氧化钠母液再从含氧化铝类物质中溶解新的铝土矿而得到回用。拜耳法的缺点是循环过程中需要消耗损失掉一部分的氢氧化钠和氧化错，循环工艺比较复杂，副产物赤泥量大，影响环境。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种对含娃矿物气相脱娃并循环利用含齒素物质的方法，不仅能够对含硅物质彻底脱硅，而且脱硅产生的二氧化硅的纯度高，同时生成的含卤物质再与新的矿物反应制备该金属的卤化物，参与循环，提高了卤化物的利用率。
[0007]本发明是这样实现的，对含硅矿物气相脱硅并循环利用含卤素物质的方法，具体包括如下步骤:
[0008](1)将含硅矿物中金属氧化物与含卤素物质反应完全制成该金属的卤化物；
[0009](2)将得到的所述金属卤化物与含硅矿物在高温下反应得到高温态的卤化硅气体和脱娃后的矿物；
[0010](3)将生成的高温态卤化硅气体收集并水解完全生成二氧化硅和含卤素物质；
[0011](4)将得到的所述含卤素物质经加工处理再与步骤(1)中的含硅矿物中金属氧化物反应生成该金属的卤化物，参与脱硅循环反应。
[0012]本发明提供的对含硅矿物气相脱硅并循环利用含卤素物质的方法中，将矿物与含卤素物质反应制成该金属的卤化物，具体反应式为焉〇3+6HX—2MX3+3H20,式⑴；得到的金属卤化物与含硅矿物在高温下反应生成卤化硅气体，并得到脱硅后的矿物，将生成的高温卤化硅气体水解完全生成二氧化硅和含卤素物质，具体反应式为:2MX3+M203mSi02+nSi02+3H20 —2M203+(m+n)Si02+6HX，式(2);将得到的含卤素物质再与步骤(1)中得到的矿物反应生成该金属的卤化物参与脱硅循环反应。在操作中，将水解得到的含卤素物质经化学处理后直接导入水解反应器中与反应器中脱硅后的矿物反应重新得到该金属的卤化物，参与脱硅循环反应。
[0013]本发明提供的对含硅矿物气相脱硅并循环利用含卤素物质的方法，由于二氧化硅是通过将收集到的卤化硅气体水解而生成，得到的二氧化硅纯度高，品质好，并且该工艺对含硅矿物脱硅彻底，在整个工艺中卤化物被进行了循环利用，基本没有消耗，并且整个循环工艺过程简单，没有副产物和损耗，成本低，应用前景广阔。
[0014]优选地，所述矿物为:含硅矿物或者含其它杂质的矿物；所述含卤素物质包括:卤素单质，卤化物、含有卤化物的物质、或者能够产生卤化物的物质。
[0015]优选地，所述含硅矿物包括:含硅金属氧化物或者非金属氧化物；
[0016]其中硅的存在形态包括二氧化硅、含有二氧化硅的混合物、二氧化硅与其它物质的复合物、含游离态或化合态二氧化硅的矿物和废料、或其它能够转化形成二氧化硅的物质。
[0017]优选地，所述含硅矿物为含硅金属氧化物；其中，含硅金属氧化物包括:含有游离态或化合态二氧化硅的矿物、固体化学品、矿物、废料、自然资源中的一种或多种；
[0018]优选地，固体化学品为硅胶、石英砂等；矿物为铝矾土、煤矸石、铁矿石、锆英砂类；废料为建筑废料、水泥废料等；自然资源包含硅矿物及非矿物。
[0019]最优选的，所述含硅矿物为含有游离态或化合态的二氧化硅的矿物。
[0020]而且，采用本发明的循环方法，第一步特定温度下制备的金属氯化物马上用于第二步脱硅，在高温下不仅能够彻底脱除游离的二氧化硅，其中二氧化硅复合物中二氧化硅也能够脱硅彻底。
[0021]所以，优选地，步骤(1)中，所述矿物与所述含卤素物质反应的温度为200-600°C，反应时间为2-16小时；优选地，所述反应的温度为300-400°C，反应时间为9小时。
[0022]优选地，步骤(2)中，所述金属卤化物加入量为使含硅矿物中硅完全反应化学计量的1-1.5倍。
[0023]优选地，步骤(2)中，所述高温下反应的温度为600-1500°C ;更优选地，所述高温下反应温度为800-1300°C ;最优选地，所述反应的温度为900-1000°C。
[0024]为了使得水解达到最好的效果，优选地，步骤⑶中，所述水解的温度为800-1300°C。
[0025]采用本发明提供的对含硅矿物气相脱硅并循环利用含卤素物质的方法，在高温下二氧化硅被反应气体直接从固体中带出后冷却沉降，能够得到纯度高达98% -99%的二氧化硅，脱硅后的矿物中的硅含量低于1 %。因此，本发明方法具有脱硅彻底，制得的二氧化硅纯度高，卤化物能够被循环利用完全的特点。
【具体实施方式】
[0026]下面通过具体的实施例对本发明做进一步的详细描述。
[0027]对含硅矿物气相脱硅并循环利用含卤素物质的方法，具体包括如下步骤:
[0028](1)将矿物与含卤素物质反应完全制成该金属的卤化物。
[0029]具体反应式为:M203+6HX— 2MX3+3H20，式(1)；
[0030]其中的矿物可以为含硅矿物或者含其它杂质的矿物均可。含卤素物质包括:卤素单质，卤化物、含有卤化物的物质、或者能够产生卤化物的物质。
[0031]而且，采用本发明的循环方法，第一步特定温度下制备的金属氯化物马上用于第二步脱硅，在高温下不仅能够彻底脱除游离的二氧化硅，其中二氧化硅复合物中二氧化硅也能够脱硅彻底。
[0032]优选地，所述矿物与所述含卤素物质反应的温度为200-600°C，反应时间为2_16小时。更优选地，所述反应的温度为300-400°C，反应时间为9小时。
[0033](2)将得到的所述金属卤化物与含硅矿物在反应器内反应完全生成卤化硅气体，并得到脱硅后的矿物；
[0034]其中，所述含硅矿物包括:含硅金属氧化物或者非金属氧化物；
[0035]其中硅的存在形态包括二氧化硅、含有二氧化硅的混合物、二氧化硅与其它物质的复合物、含游离态或化合态二氧化硅的矿物和废料、或其它能够转化形成二氧化硅的物质。
[0036]优选地，所述含硅矿物为含硅金属氧化物；其中，含硅金属氧化物包括:含有游离态或化合态二氧化硅的矿物、固体化学品、矿物、废料、自然资源中的一种或多种；
[0037]优选地，固体化学品为硅胶、石英砂等；矿物为铝矾土、煤矸石、铁矿石、锆英砂类；废料为建筑废料、水泥废料等；自然资源包含硅矿物及非矿物。
[0038]最优选的，所述含硅矿物为含有游离态或化合态的二氧化硅的矿物。
[0039]其中，所述金属卤化物加入量为使含硅矿物中硅完全反应化学计量的1-1.5倍。
[0040]优选地，所述反应的温度为600-1500 °C ;更优选地，所述反应的温度为800-1300°C ;最优选地，所述反应的温度为900-1000°C。
[0041](3)将生成的卤化硅气体水解完全生成二氧化硅和含卤素物质；
[0042]步骤⑵和步骤(3)合并后，具体反应式为:2MX3+M203.mSi02+nSi02+3H20 — 2M203+(m+n)Si02+6HX，式(2)；
[0043]为了使得水解达到最好的效果，优选地，所述水解的温度为800-1300°C。
[0044](4)将得到的所述含卤素物质再与步骤⑴中的矿物反应生成该金属的卤化物，参与脱娃循环反应。
[0045]在操作中，将水解得到的含卤素物质经化学处理后直接导入水解反应器中与反应器中脱硅后的矿物反应重新得到该金属的卤化物，参与脱硅循环反应。
[0046]上述循环步骤不分先后顺序，可以以任意顺序进行，也可以同时进行。
[0047]上述反应步骤可以分开在不同反应装置中进行，也可以分别合并在某一个或几个装置中进行。
[0048]采用本发明提供的对含硅矿物气相脱硅并循环利用含卤素物质的方法，在高温下二氧化硅被反应气体直接从固体中带出后冷却沉降，能够得到纯度高达98% -99%的二氧化硅。因此，本发明方法具有脱硅彻底，制得的二氧化硅纯度高，卤化物能够被循环利用完全的特点。
[0049]下面通过几个具体地实施例详细介绍本发明提供的对含硅矿物气相脱硅并循环利用含卤素物质的方法。
[0050]实施例1:
[0051]将氧化铝102.0公斤与氟化氢气体在第一反应器中高温600°C反应15小时制成氟化铝固