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微波技术辅助提取煤矸石中有价矿物资源

行业新闻

2020-03-03 10:21:53

来源:《粉煤灰国际》2019年第四期(侵删)

作者:刘成龙等

煤矸石中矿物主要以石英、高岭石、菱铁矿、方解石、锐钛矿等组成,因此,煤矸石中含有大量有价资源如铝、铁、钛、镓、铟、钒、稀土元素(REE)等,其中硅、铝、铁、钛矿物的总量约占到煤矸石的85%以上,目前,有许多研究人员采用传统加热方式通过酸浸或碱浸形式提取煤矸石中的有价资源,但是,这些研究普遍存在提取率低、能耗高、时间长、二次污染严重等问题。


近年来,随着微波技术的快速发展,许多学者围绕微波辅助提取煤矸石中有价资源开展了大量研究,刘成龙采用微波辅助技术,利用响应曲面实验设计提取煤矸石中的氧化铝,得到Al2O3提取率的二次多项回归模型方程.


微波功率850W、微波辐照时间65min、酸矸比1.4条件下,煤矸石中的氧化铝提取率可达93.82%,且实验结果与响应曲面模型预测值所得出的结果接近;翟倩探索了微波条件下利用煤矸石制备高性能氧化铝材料的相关工艺,研究显示在微波功率500W、固液比1:6、酸浸时间50min、酸浸温度80℃时,氧化铝产率可以达到93.78%,氧化铝产品颗粒尺寸约200nm,达到了纳米级。


刘成龙以贵州某地煤矸石为原料在微波条件下进行酸浸提取煤矸石中的钛,研究结果表明在酸矸比1.5,微波功率800W,微波加热时间90min,溶解温度75℃条件下,钛的提取率达到79.85%;LIU Chenglong借助X射线衍射、扫描电镜以及电子能谱技术对微波辅助酸浸煤矸石过程中不同酸浸阶段的产物进行了表征分析,进而对微波辅助酸浸煤矸石的相关工艺机理进行了初步探究,得到了微波酸浸处理煤矸石的反应机理模型。余复幸也在微波加热酸浸煤矸石方面进行了基础研究,表明微波技术在煤矸石浸取过程中具有酸浸时间短、有价元素的溶出率高、耗酸量少及节能环保等优势。


苏源研究了利用微波酸浸高铁含量煤矸石制取Fe2O3,探索煅烧时间、煅烧温度、微波功率等对Fe2O3浸出率的影响,结果表明,在微波功率500W、HCl质量分数20%、105℃酸浸30min时Fe2O3的浸出率可达39.36%,该法与传统方法相比大大节省了操作时间。赵振新以豫南地区煤矸石为原料破碎至80目,700℃煅烧90min,在微波功率500W、固液比1:3条件下,Al2O3的浸出率可达86%,将为含铝浸取液进一步制备铝系化工产品奠定较好的原料基础。


刘成龙利用Chem Office软件对煤矸石原料、微波辅助浸取煤矸石的酸浸未溶产物中所含化合物分子的三维结构及分子间键长进行了模拟,研究结果表明,微波辅助酸浸条件下,煤矸石中铁、铝组分浸取率分别达98.13%、95.07%,酸浸产物中铁、铝分别以FeH(SO4)2·2H2O、FeSO3和Al2SO4(OH)4·5H2O、AlH(SO4)2·2H2O存在,初步探明了微波固相法的酸浸反应机理与传统加热浸取机理的差异,煤矸石中含铁、铝反应物及其反应产物分子3D结构。


与此同时,刘成龙基于固相法和正交实验设计,系统对微波辅助和传统加热方式下煤矸石中铁、铝、钛有价元素浸取影响进行研究,研究发现两种加热方式均可促使煤矸石中的铁、铝、钛组分达到较高的浸取率,实验结果如表2所示,虽然在微波辅助条件下有价元素浸取率低于传统加热浸取,但是发现微波辅助浸取的时间仅为传统加热的25%,这样可以节约大量的能耗和操作时间。

微波煤炭

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