一种粉煤灰磁珠的资源化利用方法[发明专利]

(10)申请公布号
(43)申请公布日 (21)申请号 201510163914.4
(22)申请日 2015.04.08
B09B 3/00(2006.01)
B09B 5/00(2006.01)
B01J 20/10(2006.01)
B01J 20/28(2006.01)
B01J 20/30(2006.01)
(71)申请人安徽理工大学
地址232001 安徽省淮南市舜耕中路168号
(72)发明人李建军 乔尚元 张丽亭 朱金波
但宏兵 吴先锋
(74)专利代理机构安徽省合肥新安专利代理有
限责任公司 34101
代理人
何梅生
(54)发明名称
一种粉煤灰磁珠的资源化利用方法
(57)摘要
本发明公开了一种粉煤灰磁珠的资源化利用
方法，属于资源循环与环保领域，其特征在于通过
分步磁选分级，将粉煤灰磁珠分为弱、中、强磁性
的三种磁珠；强磁性磁珠可作为水处理磁种和重
介质选煤的重介质直接应用；对中、弱磁性磁珠
进行预处理和碱处理，分别获取中、弱磁性多孔陶
瓷，碱处理后的铝盐和硅盐的混合溶液可用作提
铝的原材料。

本发明方法可实现粉煤灰磁珠的精
细化、高附加值的资源化利用，工艺简单，适于工
业化生产，同时由于本发明方法消耗粉煤灰废弃
物，可产生较高的生态环境效益。

(51)Int.Cl.
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书3页 附图2页
(10)申请公布号CN 104858204 A (43)申请公布日2015.08.26
C N 104858204
A
1.一种粉煤灰磁珠的资源化利用方法，其特征在于：
将粉煤灰过120目筛后，首先在强磁场中进行磁选，获得粉煤灰中的各类磁珠，然后将各类磁珠在弱磁场中进行磁选，从各类磁珠中筛选出强磁性磁珠，最后再将剩下的磁珠在中磁场中进行磁选，获得中磁性磁珠和弱磁性磁珠；
对所述弱磁性磁珠按如下方法进行处理：用水对所述弱磁性磁珠进行清洗，以去除弱
磁性磁珠表面吸附的非磁性微粉，然后将清洗后弱磁性磁珠与Na
2CO
3
混合，在720-850℃下
煅烧1-2小时，冷却后置于浓度为1-3mol/L的碱溶液中，搅拌1-4小时，经磁分离后获得铝盐和硅盐的混合溶液及弱磁性多孔陶瓷；对所述铝盐和硅盐的混合溶液进行脱硅处理后，
用作提铝生产的原料；所述弱磁性多孔陶瓷用做磁性吸附剂或大比表面积载体；Na
2CO
3
质
量为清洗后弱磁性磁珠质量的5％-30％；
对所述中磁性磁珠按如下方法进行处理：用水对所述中磁性磁珠进行清洗，以去除中
磁性磁珠表面吸附的非磁性微粉，然后将清洗后中磁性磁珠与Na
2CO
3
混合，在720-850℃下
煅烧1-2小时，冷却后置于浓度为1-3mol/L的碱溶液中，搅拌1-4小时，经磁分离后获得铝盐和硅盐的混合溶液及中磁性多孔陶瓷；对所述铝盐和硅盐的混合溶液进行脱硅处理后，
用作提铝生产的原料；所述中磁性多孔陶瓷用做磁性吸附剂或大比表面积载体；Na
2CO
3
质
量为清洗后中磁性磁珠质量的5％-30％；
所述强磁性磁珠用作水处理磁种材料或重介质选煤的重介质。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述碱溶液为NaOH溶液、石灰水或氨水。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述强磁场的磁场强度为300mT；所述中磁场的磁场强度为100mT；所述弱磁场的磁场强度为50mT。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：强磁性磁珠的比饱和磁化强度＞14emu/g；2.5emu/g≤中磁性磁珠的比饱和磁化强度≤14emu/g；弱磁性磁珠的比饱和磁化强度<2.5emu/g。

5.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于：在强磁场、弱磁场及中磁场中进行磁选的次数为2～4次。

一种粉煤灰磁珠的资源化利用方法
一、技术领域
[0001] 本发明涉及一种粉煤灰磁珠的资源化利用方法，具体地说是一种建立在磁性分级基础上的粉煤灰磁珠资源化利用方法。

二、背景技术
[0002] 粉煤灰是一种工业固体废弃物。

近年来，我国粉煤灰的年排放均超过2亿吨，累计堆存量超过30亿吨。

大量粉煤灰既占用大量耕地，对土壤、水资源和空气造成严重污染；同时，粉煤灰中含有大量的无机矿物资源，大量废弃造成巨大的资源浪费。

目前，我国粉煤灰综合利用率低于60％，且主要用于混凝土与建筑领域，精细化、高附加值利用率极低。

精细化的粉煤灰综合利用是我国亟待解决的重要课题。

粉煤灰中含有4-17％的具有含铁磁性微珠，称为磁珠。

粉煤灰磁珠中含有大量的铁资源，同时又是天然的磁性陶瓷微粒材料，因此在钢铁冶炼原料、磁性材料等领域具有重要的应用前景。

[0003] 现有文献中，公开号为CN102895956A的发明专利利用粉煤灰磁珠和有机包埋剂合成了高磁响应粉煤灰微团，可用于高效处理重金属废水和有机污染物废水。

公开号为CN101469378A的发明专利利用高铝粉煤灰和粉煤灰磁珠制备了铝硅铁合金，研究结果表明，含粉煤灰球团性能好，入炉冶炼成分均匀，有助于矿热炉炉况稳定，生产铝硅铁合金性能良好。

公开号为CN2475481Y的发明专利利用粉煤灰磁珠以及磁珠和磁铁矿粉的混合物作为磁稳定流化床的分选介质，制备了一种磁稳定流化床分选装置，用于高效煤分选。

[0004] 上述文献提到的方法虽然都涉及粉煤灰磁珠的资源化利用，但都是将磁珠作为均一的磁性颗粒材料使用，未对磁珠进行精细的磁性分级和差异化资源化应用。

研究表明，不同来源的粉煤灰磁珠、及粉煤灰磁珠中的不同组分，矿物组成和磁性差异都很大，在此条件下上述文献中磁珠的应用效果将很难保持稳定，而且磁珠的应用面较窄，对粉煤灰的消耗量不大；极易造成资源浪费。

三、发明内容
[0005] 本发明是为避免上述资源化应用所存在的不足之处，旨在提供一种基于磁性精细分级的粉煤灰磁珠资源化应用的方法，所要解决的技术问题是对粉煤灰磁性精选分级、不同磁性的磁珠区别化的资源化处理；磁珠消耗量大、资源转化率高、经济效益高、适于工业化生产。

[0006] 本发明粉煤灰磁珠的资源化利用方法，包括磁珠的精选分级、磁珠的预处理和碱处理、分类应用等单元过程，粉煤灰磁珠最终转化为铁精矿(或磁种)、中磁性多孔陶瓷、弱磁性多孔陶瓷、工业提铝原料。

[0007] 本发明通过如下方法实现粉煤灰磁珠的资源化利用：
[0008] 将粉煤灰过120目筛后，首先在强磁场中进行磁选2-4次，获得粉煤灰中的各类磁珠，然后将各类磁珠在弱磁场进行磁选2-4次，从各类磁珠中筛选出强磁性磁珠，最后再将剩下的磁珠在中磁场中进行磁选2-4次，将剩下的磁珠分为中磁性磁珠和弱磁性磁珠；所
述强磁场的磁场强度为300mT；所述中磁场的磁场强度为100mT；所述弱磁场的磁场强度为50mT。

强磁性磁珠的比饱和磁化强度＞14emu/g；2.5emu/g≤中磁性磁珠的比饱和磁化强度≤14emu/g；弱磁性磁珠的比饱和磁化强度<2.5emu/g。

[0009] 对所述弱磁性磁珠按如下方法进行处理：用水对所述弱磁性磁珠进行清洗，
以去除弱磁性磁珠表面吸附的非磁性微粉，然后将清洗后弱磁性磁珠与Na
2CO
3
混合，在
720-850℃下煅烧1-2小时，冷却后置于浓度为1-3mol/L的碱溶液中，搅拌1-4小时，经磁分离后获得铝盐和硅盐的混合溶液及弱磁性多孔陶瓷；对铝盐和硅盐的混合溶液进行脱硅处理后，用作提铝生产的原料；所述弱磁性多孔陶瓷用做磁性吸附剂或大比表面积载体；
Na
2CO
3
质量为清洗后弱磁性磁珠质量的5％-30％；
[0010] 对所述中磁性磁珠按如下方法进行处理：用水对所述中磁性磁珠进行清洗，
以去除中磁性磁珠表面吸附的非磁性微粉，然后将清洗后中磁性磁珠与Na
2CO
3
混合，在
720-850℃下煅烧1-2小时，冷却后置于浓度为1-3mol/L的碱溶液中，搅拌1-4小时，经磁分离后获得铝盐和硅盐的混合溶液及中磁性多孔陶瓷；对铝盐和硅盐的混合溶液进行脱硅处理后，用作提铝生产的原料；所述中磁性多孔陶瓷用做磁性吸附剂或大比表面积载体；
Na
2CO
3
质量为清洗后中磁性磁珠质量的5％-30％；
[0011] 所述强磁性磁珠用作水处理磁种材料或重介质选煤的重介质。

[0012] 所述碱溶液为NaOH溶液、石灰水或氨水。

[0013] 与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
[0014] 1、本发明方法将粉煤灰磁珠按磁性分级，从而根据各种磁珠的矿物组成不同，差异化的对粉煤灰磁珠进行资源化处理，资源转化率高、工艺简单，易于工业化生产。

[0015] 2、本发明方法中，粉煤灰里的中磁性磁珠和弱磁性磁珠经碱处理后生成磁性多孔陶瓷颗粒，不但具有高比表面积，而且可通过磁分离回收，在水处理、催化反应等领域具有重要应用前景，因此本发明属于粉煤灰资源的高附加值、精细化应用，可产生较高经济效益。

[0016] 3、本发明方法对应的钢铁冶炼、工业提铝、污水处理等下游产业具有巨大原料需求，可消耗大量粉煤灰磁珠，因此本发明方法可产生巨大的环境效益。

四、附图说明
[0017] 图1为本发明粉煤灰磁珠的资源化利用方法的工艺流程图。

[0018] 图2中a-e分别为室温下测得的典型的强磁性磁珠、中磁性磁珠、弱磁性磁珠及中磁性多孔陶瓷、弱磁性多孔陶瓷的磁滞回线。

从图中可以看出强磁性磁珠、中磁性磁珠、弱磁性磁珠的比饱和磁化强度分别为26.97、5.94和1.84emu/g，由于中磁性多孔陶瓷、弱磁性多孔陶瓷是由中磁性磁珠、弱磁性磁珠经碱处理浸出部分Al、Si等非磁性组分得到的，所以比饱和磁化强度有所增加，分别为6.89和2.54emu/g。

[0019] 图3为利用中磁性多孔陶瓷和弱磁性多孔陶瓷吸附Cu2+离子后的含铜污水的紫外可见吸收谱图，曲线a、b分别对应处理前、中磁性多孔陶瓷处理后的含铜污水。

通过与铜离子标准吸收曲线的对比可以得到Cu2+离子的浓度：在多孔陶瓷颗粒添加量为质量比2‰、慢速搅拌吸附2小时的条件下，中磁性多孔陶瓷对Cu2+离子的去除率可达86.4％。

五、具体实施方式
[0020] 以下结合附图及实施例对本发明做进一步详细描述。

[0021] 实施例1：
[0022] 1、磁珠的精选分级
[0023] 称取1.0Kg粉煤灰，将其过120目筛后，利用干法滚筒磁选机在300mT的强磁场下进行强磁选3次，获得粉煤灰中的各类磁珠，然后将各类磁珠在50mT的弱磁场中进行磁选3次，从各类磁珠中筛选出强磁性磁珠；最后再将剩下的磁珠在100mT的中磁场中进行磁选3次，将剩下的磁珠分为中磁性磁珠和弱磁性磁珠。

[0024] 2、中磁性磁珠和弱磁性磁珠的分别处理：
[0025] 对弱磁性磁珠按如下方法进行处理：用水对弱磁性磁珠进行清洗，以去除弱磁性
磁珠表面吸附的非磁性微粉，然后将清洗后弱磁性磁珠与Na
2CO
3
(占清洗后弱磁性磁珠质
量的10％)混合，在800℃下煅烧2小时，冷却后置于浓度为1mol/L的NaOH溶液中，低速搅拌2小时，利用永磁铁分离后获得铝盐和硅盐的混合溶液及弱磁性多孔陶瓷，将弱磁性多孔陶瓷用自来水与去离子水洗至pH值为9，然后在110℃下干燥2小时；
[0026] 对中磁性磁珠按如下方法进行处理：用水对中磁性磁珠进行清洗，以去除中磁性
磁珠表面吸附的非磁性微粉，然后将清洗后中磁性磁珠与Na
2CO
3
(占清洗后中磁性磁珠质
量的10％)混合，在800℃下煅烧2小时，冷却后置于浓度为1mol/L的NaOH溶液中，低速搅拌2小时，利用永磁铁分离后获得铝盐和硅盐的混合溶液及中磁性多孔陶瓷，将中磁性多孔陶瓷用自来水与去离子水洗至pH值为9，然后在110℃下干燥2小时。

[0027] 3、产品的分类应用
[0028] 中磁性多孔陶瓷和弱磁性多孔陶瓷经表面处理后可用做水处理的磁性吸附剂去除水中的染料分子和重金属离子。

在中磁性多孔陶瓷颗粒添加量为质量比2‰、慢速搅拌吸附2小时的条件下，中磁性多孔陶瓷对Cu2+离子的去除率可达86.4％(如图3所示)。

完成吸附后的磁性多孔陶瓷可经磁选机快速、全部回收。

[0029] 强磁性磁珠经球磨和表面处理后用于水处理磁种材料。

将其用于煤泥水的磁絮凝实验，结果显示，在外磁场作用下，不但煤泥水的絮凝沉降速度提高，而且上清液浊度降低30％以上；磁絮团中的磁种材料可循环使用。

[0030] 铝盐和硅盐的混合溶液经脱硅处理后，直接作为提铝生产的原料，可实现工业生产。

图1
图2
图3。