CN114606383B - 一种综合回收锂辉石工业浸出渣中有价元素的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种综合回收锂辉石工业浸出渣中有价元素的方法，常温下对锂辉石工业浸进行水洗，得到富硫酸钙水浸液，经蒸发后得到硫酸钙产品；水浸渣经压滤干燥后与铁源、碳粉、成核剂混合造球后置于熔炼炉中还原焙烧，还原产物磁选后得到硅铁合金与富氧化铝产品；本发明采用两步处理工艺，可以有效分离渣中的钙铝硅元素，回收硫酸钙、硅铁合金与氧化铝，该方法对锂渣进行了高附加值利用，解决了传统锂渣堆积、难处理，造成的环境污染、资源浪费等问题，具有工艺流程简单，耗时短，环境友好等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种水浸出加还原熔炼法综合回收硫酸法处理锂辉石矿的工业浸出渣中钙铝硅元素的方法，属于固废资源循环利用技术领域。
背景技术
锂是21世纪最重要的新能源金属之一，酸法处理锂辉石矿是工业提锂的主要方法。然而该过程每生产1吨碳酸锂会产生10吨左右的高铝硅浸出渣，浸出渣主要为HAlSi2O6、SiO2和少量CaSO4·nH2O，该浸出渣很难被湿法工艺有效利用，造成大量Ca、Al、Si元素的浪费，同时废渣的不断产生和堆积给环境造成较大的破坏。
目前，锂辉石工业浸出渣最常规的应用为：(1)应用于建筑、水泥领域，采用粗加工的方式，将其掺杂到建筑原料中去，改善建筑材料性能；(2)应用于化工领域，采用浸出法，对元素进行综合回收利用。
现有方法通过掺杂的方式对锂渣进行建材领域的初级利用，工艺简单，但是产品附加值低，经济效益有限；或者元素进行了分离，但产物均为中间产品，利用程度较低，且无法避免碱性溶液的使用，成本较高，总体经济效益低下，因此，为了充分利用渣中元素，增加经济效益，期望发明一种综合回收锂渣中钙、硅、铝元素的新工艺。
发明内容
本发明公开一种综合回收锂辉石工业浸出渣中有价元素的方法，采用两步处理工艺，有效分离渣中的钙铝硅元素，回收硫酸钙、硅铁合金与富氧化铝渣；该方法可解决传统锂渣堆积、难处理而造成的环境污染、资源浪费等问题，具有工艺流程简单，耗时短，环境友好等特点。本发明的技术方案如下：
一种综合回收锂辉石工业浸出渣中有价元素的方法，具体步骤如下：
(1)将锂辉石工业浸出渣与水按照质量比为1:10～100进行水浸，易溶组分硫酸钙CaSO4·nH2O进入液相中；
(2)将步骤(1)所得的水浸液经蒸发后得到硫酸钙产品；
(3)将步骤(1)所得的水浸渣经压滤干燥后，剩余渣与铁源、碳源、成核剂混合均匀后，将混合物料造球，混合球团在矿热炉中进行还原，还原产物需经磁选分离，得到硅铁合金和富氧化铝渣。
步骤(1)所述锂辉石工业浸出渣还可以是其他锂渣；锂辉石工业浸出渣的颗粒尺寸<0.2cm。
步骤(1)所述水浸时间为18～30h。
步骤(3)所述水浸渣经压滤干燥是指将水浸渣使用压滤机除去多余水分，在90～400℃下干燥4～48h。
步骤(3)所述原料配比为：剩余渣与碳源的质量比为1:1～4，混合物料中Si:Fe摩尔比为1:0.6～2.5，剩余渣与成核剂的质量比为1:0.05～0.2。
步骤(3)所述铁源为废铁、氧化铁粉或高品位赤铁矿、磁铁矿等。
步骤(3)所述碳粉为焦煤、兰炭、木炭等。
步骤(3)所述成核剂为硅的质量百分含量低于45％的硅铁合金粉末，如硅含量为33％的硅铁合金粉末、硅含量为45％的硅铁合金粉末等。
步骤(3)所述造球是添加粘结剂进行造球，粘结剂为白泥或膨润土，粘结剂添加量不低于混合物质量的5％。
步骤(3)所述还原气氛为N2或Ar气氛，还原温度范围为1100～1500℃，还原焙烧时间不少于3h。
本发明方法制得的硅铁合金的主要成分及质量百分比为：Si：44～56wt％，Fe：43～52wt％，杂质总和≤2.0wt％；所得的富氧化铝渣中，Al2O3的含量≥87％。
发明的优点和积极效果为：
(1)本发明以无害水浸方式分离了锂渣中的CaSO4·nH2O，并自然蒸发回收。
(2)本发明通过火法还原熔炼，分离了难处理的硅和铝，加入成核剂，促使反应生成的小合金微粒向成核剂迅速凝聚并长大，同时极大增加了液相合金液，促进合金与氧化铝的分离，最后通过磁选使硅以硅铁合金形式回收，铝以氧化铝形式回收利用。
(3)与现有技术相比具有原料适应性强，工艺流程简单，反应条件更容易达到，资源综合利用率高，产品附加值高，不产生固体废弃物，对环境友好等优点，大大提高了锂渣利用的经济效益。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明，本发明的保护范围并不仅仅为实施例所述内容。
实施例1
一种综合回收锂辉石工业浸出渣中有价元素的方法，具体步骤如下：
步骤1、将锂辉石工业浸出渣(颗粒尺寸<0.2cm)与水按照质量比1:20置于反应釜中进行水浸脱出渣中CaSO4，浸出时间为18h，得到水浸液和水浸渣，CaSO4浸出率为94.6％；水浸液经蒸发后得到硫酸钙产品；
步骤2、将步骤1中水浸渣使用压滤机除去多余水分，在90℃下干燥48h，得到剩余渣，剩余渣与铁源、碳源、成核剂混合均匀后，加入混合物料总质量5％的粘土型粘结剂(白泥)制球得到混合球团，其中剩余渣与碳源(焦煤)质量比为1:1；剩余渣与成核剂(硅含量为45％的硅铁合金粉末)质量比为1:0.05；铁源为废铁，混合物料中Si/Fe摩尔比为1:0.6；混合球团加入矿热炉中，在气氛为N2气氛下，加热至1100℃进行还原焙烧，保温3h，反应结束后，磁选得到硅铁合金的直收率为87.2％，磁选剩余的为富氧化铝渣；硅铁合金的主要成分及质量百分比为：Si：44～56wt％，Fe：43～52wt％，杂质总和≤2.0wt％；所得的富氧化铝渣中，Al2O3的含量为91％。
实施例2
一种综合回收锂辉石工业浸出渣中有价元素的方法，具体步骤如下：
步骤1、将锂辉石工业浸出渣(颗粒尺寸<0.2cm)与水按照质量比1:40置于反应釜中进行水浸脱出渣中CaSO4，浸出时间为24h，得到水浸液和水浸渣，CaSO4浸出率为96.2％；水浸液经蒸发后得到硫酸钙产品；
步骤2、将步骤1中水浸渣使用压滤机除去多余水分，在400℃下干燥4h，得到剩余渣，剩余渣与铁源、碳源、成核剂混合均匀后，加入混合物料总质量5％的粘土型粘结剂(膨润土)制球得到混合球团，其中剩余渣与碳源(焦煤)质量比为1:1.2；剩余渣与成核剂(硅含量为35％的硅铁合金粉末)质量比为1:0.15；铁源为氧化铁粉，混合物料中Si/Fe摩尔比为1:0.8；混合球团加入矿热炉中，在气氛为N2气氛下，加热至1200℃进行还原焙烧，保温8h，反应结束后，磁选得到硅铁合金的直收率为90.6％，磁选剩余的为富氧化铝渣；硅铁合金的主要成分及质量百分比为：Si：44～56wt％，Fe：43～52wt％，杂质总和≤2.0wt％；所得的富氧化铝渣中，Al2O3的含量为89％。
实施例3
一种综合回收锂辉石工业浸出渣中有价元素的方法，具体步骤如下：
步骤1、将锂辉石工业浸出渣(颗粒尺寸<0.2cm)与水按照质量比1:100置于反应釜中进行水浸脱出渣中CaSO4，浸出时间为18h，得到水浸液和水浸渣，CaSO4浸出率为98.2％；水浸液经蒸发后得到硫酸钙产品；
步骤2、将步骤1中水浸渣使用压滤机除去多余水分，在100℃下干燥36h，得到剩余渣，剩余渣与铁源、碳源、成核剂混合均匀后，加入混合物料总质量6％的粘土型粘结剂(白泥)制球得到混合球团，其中剩余渣与碳源(木炭)质量比为1:2；剩余渣与成核剂(硅含量为33％的硅铁合金粉末)质量比为1:0.1；铁源为高品位赤铁矿，混合物料中Si/Fe摩尔比为1:2.5；混合球团加入矿热炉中，在气氛为N2气氛下，加热至1400℃进行还原焙烧，保温5h，反应结束后，磁选得到硅铁合金的直收率为92.3％，磁选剩余的为富氧化铝渣，硅铁合金的主要成分及百分比为：Si：44～56wt％，Fe：43～52wt％，杂质总和≤2.0wt％；所得的富氧化铝渣中，Al2O3的含量为87％。
实施例4
一种综合回收锂辉石工业浸出渣中有价元素的方法，具体步骤如下：
步骤1、将锂辉石工业浸出渣(颗粒尺寸<0.2cm)与水按照质量比1:10置于反应釜中进行水浸脱出渣中CaSO4，浸出时间为30h，得到水浸液和水浸渣，CaSO4浸出率为95.2％；水浸液经蒸发后得到硫酸钙产品；
步骤2、将步骤1中水浸渣使用压滤机除去多余水分，在120℃下干燥20h，得到剩余渣，剩余渣与铁源、碳源、成核剂混合均匀后，加入混合物料总质量7％的粘土型粘结剂(膨润土)制球得到混合球团，其中剩余渣与碳源(兰炭)质量比为1:4；剩余渣与成核剂(硅含量为33％的硅铁合金粉末)质量比为1:0.2；铁源为磁铁矿，混合物料中Si/Fe摩尔比为1:1；混合球团加入矿热炉中，在气氛为Ar气氛下，加热至1500℃进行还原焙烧，保温3h，反应结束后，磁选得到硅铁合金的直收率为94.2％，磁选剩余的为富氧化铝渣，硅铁合金的主要成分及百分比为：Si：44～56wt％，Fe：43～52wt％，杂质总和≤2.0wt％；所得的富氧化铝渣中，Al2O3的含量为88％。
Claims (6)
1.一种综合回收锂辉石工业浸出渣中有价元素的方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）将锂辉石工业浸出渣与水按照质量比1:10~100进行水浸，水浸时间为18~30h，硫酸钙进入液相中；
（2）将步骤（1）所得的水浸液经蒸发后得到硫酸钙产品；
（3）将步骤（1）所得的水浸渣经压滤干燥后，剩余渣与铁源、碳源、成核剂混合均匀后，将混合物料造球，混合球团进行还原，还原产物经磁选分离后得到硅铁合金和富氧化铝渣；
所述剩余渣与碳源的质量比为1:1~4，混合物料中Si:Fe摩尔比为1:0.6~2.5，剩余渣与成核剂的质量比为1:0.05~0.2；
所述成核剂为硅的质量百分含量低于45%的硅铁合金粉末；
所述还原气氛为N2或Ar气氛，还原温度为1100～1500℃，时间不少于3h。
2.根据权利要求1所述综合回收锂辉石工业浸出渣中有价元素的方法，其特征在于，步骤（1）锂辉石工业浸出渣的颗粒尺寸<0.2cm。
3.根据权利要求1所述综合回收锂辉石工业浸出渣中有价元素的方法，其特征在于，步骤（3）水浸渣经压滤干燥是将水浸渣使用压滤机除去多余水分，在90～400℃干燥4～48h。
4.根据权利要求1所述综合回收锂辉石工业浸出渣中有价元素的方法，其特征在于，步骤（3）铁源为废铁、氧化铁粉、高品位赤铁矿、磁铁矿。
5.根据权利要求1所述综合回收锂辉石工业浸出渣中有价元素的方法，其特征在于，步骤（3）碳源为焦煤、兰炭、木炭。
6.根据权利要求1所述综合回收锂辉石工业浸出渣中有价元素的方法，其特征在于，步骤（3）添加粘结剂进行造球，粘结剂为白泥或膨润土，粘结剂添加量不低于混合物料质量的5%。
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