硝酸浸出黄磷炉渣中有价金属提取工艺研究

硝酸浸出黄磷炉渣中有价金属提取工艺研究

黄磷炉渣是在梁启超法中通过磷酸、硅石、焦粉等原料制备的。生产过程中产生的废物主要成分为二氧化硅和氧化钙，可用于制备黑碳和钙盐产品。根据已有的文献报道,可采用盐酸、磷酸、硝酸等溶液浸渍黄磷炉渣以利用其价值。由于黄磷炉渣中同时含有铁等杂质元素,采用酸溶液浸取黄磷炉渣制取白炭黑产品时,钙、铁元素的分离对白炭黑产品质量有很大的影响。笔者主要研究了采用硝酸溶液浸渍黄磷炉渣时,杂质成分铁、钙在分离过程中的分离特性。1实验部分1.1实验原材料实验所用黄磷炉渣主要成分如表1所示,实验中其他试剂均为化学分析纯。1.2黄磷炉渣的制备在20~100℃条件下,向三口烧瓶中加入240~560mL质量分数为10%~30%的HNO3溶液,边搅拌边缓慢加入40g粒径为65μm的黄磷炉渣,反应2.0~6h后,过滤,浸出渣采用70℃热水洗涤至pH为5~6,然后在120℃下干燥,750℃下煅烧0.5h,研磨后的浸出渣即为白炭黑产品。1.3产品白砂糖的检测按GB/T1511—2006《锰矿石钙和镁含量的测定EDTA滴定法》分析钙含量;按GB/T3049—2006《工业用化工产品铁含量测定的通用方法》分析铁含量;按HG/T3062—1999《橡胶配合剂沉淀水合二氧化硅干燥样品二氧化硅含量的测定》分析二氧化硅含量;采用全自动白度仪分析白炭黑产品的白度;采用全自动氮吸附比表面积测试仪分析白炭黑产品的比表面积。2结果与讨论2.1煅烧温度及煅烧时间图1为浸出温度对黄磷炉渣中Fe和CaO浸出率的影响。实验条件:w(硝酸)=20%、液固比为8∶1、反应时间为2h、搅拌速度为300r/min、洗涤终点pH=5、干燥温度为120℃、煅烧温度为750℃、煅烧时间0.5h。由图1可见,随浸出温度的升高,铁的浸出率呈明显升高趋势,在100℃时,铁浸出率达到84.09%,此时固相白炭黑产品中的铁含量为1440mg/kg。由图1还可看出,浸出温度对氧化钙的浸出率影响不大,其浸出率均维持在99.7%以上,可以认为在硝酸溶液浸出过程中,黄磷炉渣中氧化钙基本上都进入到液相之中。综上所述,浸出温度对钙的浸出率影响较小,但对黄磷炉渣中铁的浸出率影响很大,为了得到铁含量较低(铁浸出率高)的白炭黑产品,应在较高的温度下进行浸取处理。根据实验研究结果,选择最佳的浸出温度为100℃。2.2液固比对铁水浸率的影响图2为液固比对黄磷炉渣中Fe和CaO浸出率的影响。实验条件:浸出温度为100℃、w(硝酸)=20%、反应时间为2h、搅拌速度300r/min、洗涤终点pH=5、干燥温度为120℃、煅烧温度为750℃,煅烧时间为0.5h。由图2可见,铁的浸出率随液固比的增大呈明显上升趋势,当液固比为6∶1时,铁的浸出率为63.22%;当液固比变为8∶1时,铁浸出率升至84.09%;继续增加液固比至14∶1时,铁浸出率达到87.88%。此时,固相中的铁含量为1431mg/kg。由图2还可看出,随着液固比的增大,氧化钙的浸出率基本维持在99.8%以上,可知液固比的变化对氧化钙的浸出率影响不大。综合考虑,实验选择最佳液固比为14∶1。2.3硝酸盐浓度对铁、钙的物营养成分的影响图3为硝酸浓度对黄磷炉渣中Fe和CaO浸出率的影响。实验条件:浸出温度为100℃、液固比为14∶1、反应时间为2h、搅拌速度300r/min、洗涤终点pH=5、干燥温度为120℃、煅烧温度为750℃,煅烧时间为0.5h。由图3可见,硝酸浓度的变化对铁、钙的浸出有较大的影响。当w(硝酸)=10%时,铁和钙的浸出率分别为40.80%和93.92%;当w(硝酸)=20%时,铁和钙的浸出率达到最大,分别为87.88%和99.91%,此时固相白炭黑产品中铁的含量为1431mg/kg;当w(硝酸)=30%时,铁的浸出率略有下降(81.92%),CaO的浸出率下降幅度较大(96.33%)。综合考虑,实验选择最佳硝酸质量分数为20%。2.4反应时间对黄磷炉渣铁、氧化钙的水浸率的影响图4为反应时间对黄磷炉渣中Fe和CaO浸出率的影响。实验条件:浸出温度为100℃、液固比为14∶1、w(硝酸)=20%、搅拌速度为300r/min、洗涤终点pH=5、干燥温度为120℃、煅烧温度为750℃,煅烧时间为0.5h。由图4可见,随着反应时间的延长,黄磷炉渣中铁的浸出率随反应时间的延长逐渐增大,当反应时间为2h时,铁的浸出率为87.88%;反应4h时,铁的浸出率达到89.61%;继续反应至6h时,铁的浸出率升至91.62%,此时,固相白炭黑产品中的铁含量为650mg/kg。由图4还可看出,随着反应时间的增加,黄磷炉渣中氧化钙的浸出率逐渐降低,反应2h时,钙的浸出率为99.91%,反应4h时,钙的浸出率降至95.14%,继续反应至6h时,钙的浸出率与4h相比,基本保持不变。在研究的反应时间变化范围内,钙的浸出率均维持在95%以上。由于铁含量严重影响白炭黑产品的外观质量,应尽量降低产品中的铁含量,因此实验选择最佳浸出反应时间为6h。2.5搅拌速度对氧化钙提取率的影响图5为搅拌速度对黄磷炉渣中Fe和CaO浸出率的影响。实验条件:浸出温度为100℃、液固比为14∶1、w(硝酸)=20%、反应时间为6h、洗涤终点pH=5、干燥温度为120℃、煅烧温度为750℃,煅烧时间为0.5h。由图5可见,搅拌速度的变化对铁浸出率有一定的影响,当搅拌速度由300r/min升至350r/min时,铁的浸出率由91.62%增至92.71%,此时固相白炭黑中的铁含量为450mg/kg,此后继续加快搅拌速度,铁的浸出率反而降至91.33%左右。由图5还可看出,随着搅拌速度的增大,氧化钙的浸出率基本稳定,维持在99.9%以上。综合考虑,实验选择最佳搅拌速度为350r/min。2.6sio2及杂质fe利用硝酸浸出黄磷炉渣,经洗涤、干燥、煅烧得到白炭黑产品。经化学分析及仪器测定,该产品中SiO2含量达到99.20%(质量分数),杂质Fe含量为450mg/kg,比表面积达到252m2/g,白度达到88.51%。3保证质量产品的质量1)以黄磷炉渣为原料,采用硝酸浸取可制取白炭黑产品,但原料中含有的钙和杂质铁对产品质量有很大的影响,充分分离钙、铁是制取高SiO2含量和具有白色外观质量产品的保证。2)采用硝酸浸出黄磷炉渣时,有效分离铁、钙的最佳浸出条件:浸出温度为100℃、液固比为14∶1、w(硝酸)=20%、反应时间为6h、搅拌速度