一种利用高炉渣制备具有吸波功能二氧化硅的方法
阅读说明：本技术 一种利用高炉渣制备具有吸波功能二氧化硅的方法 (Method for preparing silicon dioxide with wave absorbing function by using blast furnace slag ) 是由 申星梅 王健 李辽沙 徐致远 武杏荣 曹发斌 于 2021-04-02 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种利用高炉渣制备具有吸波功能二氧化硅的方法,属于冶金渣综合利用领域。该方法将高炉渣中很难去除的微量铁离子作为吸波功能组元,而非杂质,与外加铁源一起经酸解、固液分离、调节滤液pH、陈化、加有机还原剂后煅烧制得。本发明可省去高炉渣制备二氧化硅过程中流程长、能耗高的除铁工序,简化生产工艺；同时赋予二氧化硅吸波功能,提高了产品附加值,拓宽了其应用领域。本发明解决了现有高炉渣制备二氧化硅技术中产品质量参差不齐或经济不合理的问题,同时实现了固废再利用,对我国冶金产业绿色发展和可持续发展具有积极的意义。(The invention discloses a method for preparing silicon dioxide with a wave-absorbing function by using blast furnace slag, belonging to the field of comprehensive utilization of metallurgical slag. The method takes trace iron ions which are difficult to remove in the blast furnace slag as wave-absorbing functional components, but not impurities, and the trace iron ions and an external iron source are subjected to acidolysis, solid-liquid separation, filtrate pH adjustment, aging, addition of an organic reducing agent and calcination to obtain the composite material. The invention can save the iron removal process with long flow and high energy consumption in the process of preparing the silicon dioxide by the blast furnace slag, and simplify the production process; meanwhile, the silicon dioxide is endowed with a wave absorbing function, the added value of the product is improved, and the application field of the product is widened. The invention solves the problems of uneven product quality or unreasonable economy in the existing technology for preparing silicon dioxide by using blast furnace slag, realizes the reutilization of solid waste, and has positive significance for green development and sustainable development of the metallurgical industry in China.)
技术领域
本发明属于冶金渣综合利用领域，具体涉及一种高炉渣精细化利用制备具有吸波性能二氧化硅的方法。
背景技术
高炉渣是高炉炼铁过程中排放的废弃物，目前利用率已接近100％。但是，传统粗放式利用占较大比重，主要集中于建材领域；而附加值较高的、以溶液合成为主的利用技术，大多存在产品质量参差不齐，或经济不合理等问题，最终无法广泛应用。高炉渣中含有30％～40％的硅组分，可以作为提取二氧化硅的原料。采用含硅固废制备二氧化硅的报道有很多，工艺大多涉及浸出、陈化、分离、干燥等。
文献CN201510651029.0公开了一种利用水淬高炉渣制备白炭黑的方法，将高炉渣磨至一定粒度后进行酸浸，超声分散后进行水浴加热，最后冷却、离心、干燥得到白炭黑。该方法虽然工艺和反应条件简单，但是产品纯度较难控制，尤其是渣中含量1％以下的铁组分往往伴随于二氧化硅产品中，很难去除，从而影响产品白度。
文献CN201610381604.4公开了一种由矿渣制备纳米级二氧化硅的方法，将矿渣和纯碱熔融后水淬，盐酸清洗后湿磨，经阳离子交换树脂后加入硝酸铵，调节pH静置陈化，洗涤干燥后加入淀粉煅烧。该方法采用纯碱将矿渣中的硅于高温下提取出来，再通过酸洗、离子交换树脂等步骤去除杂质；但是，存在工艺流程长、能耗高等问题，经济上不合理。
文献CN201610381980.3公开了一种矿渣中提取二氧化硅的方法，采用碱液溶解预处理后的矿渣，向滤液中通入二氧化碳过滤后，加入乙酸乙酯和硫酸，最后分离干燥。该方法采用碱浸方式，可以有效避免铁离子等杂质进入溶液，得到纯度98％以上的二氧化硅；但是，高炉渣直接碱浸的活性较低，需要多步预处理提高活性，也同样存在流程长、能耗高、经济不合理等问题。
综上，高炉渣制备二氧化硅的现有技术中，工艺流程简单的产品质量不高，尤以铁离子的影响较为严重，渣中微量铁离子就能显著影响产品白度，从而限制应用；工艺流程复杂的可获得质量较好的产品，但经济上又不合理，从而无法应用。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种工艺简单、经济合理、产品质量与附加值高的高炉渣精细化利用制备具有吸波功能二氧化硅的方法。
为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案予以实现的。
本发明将高炉渣中很难去除的微量铁离子作为吸波功能组元，而非杂质，与外加铁源一起经酸解、固液分离、调节滤液pH、陈化、加有机还原剂后煅烧制得，具体包括如下步骤：
(1)取高炉渣与外加铁源混合均匀，再加入到盛有硫酸溶液的容器中搅拌反应30min；所述外加铁源为三价铁盐；所述高炉渣与三价铁盐的质量比为1:0.4～1.2。
(2)将步骤(1)产物进行固液分离，采用碱液调节滤液pH值至2.1～2.9后，静置陈化。
(3)将步骤(2)陈化产物洗涤、干燥后，加入柠檬酸混合均匀；所述陈化产物与柠檬酸的质量比为1:4。
(4)将步骤(3)混合物预热后煅烧，洗涤、干燥后得到目标产物：具有吸波功能的二氧化硅。
进一步的，所述步骤(1)中的高炉渣平均粒径为0.7mm。
进一步的，所述步骤(1)中高炉渣与三价铁盐的质量比为1:1。
进一步的，所述步骤(2)中采用碱液调节滤液pH值至2.9。
本发明的科学原理：
高炉渣与三价铁盐混合加入硫酸后，渣中钙组分以CaSO4形式进入固相，其他组分分别以H3SiO4 －、Fe3+、Al3+、Mg2+等形式进入液相。由于Al3+、Mg2+的初始沉淀pH值分别为3和9，固液分离后控制滤液pH值<3，可使Al3+、Mg2+杂质留在液相；Fe3+的初始沉淀pH值为2，控制滤液2<pH值<3，即将Al3+、Mg2+留在液相的同时，使Fe3+沉淀为Fe(OH)3。陈化过程中，H3SiO4 －逐渐聚合并脱水形成SiO2，与Fe3+一起进入固相。随后，将生成的SiO2-Fe(OH)3在先还原后氧化的气氛下煅烧后，即得到具有吸波功能的SiO2-γFe2O3。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
1、本发明将高炉渣中很难去除的微量铁离子作为吸波功能组元，而非杂质，可以省去流程长、能耗高的除铁工序，从而简化生产工艺，降低产品成本。
2、本发明赋予二氧化硅吸波功能，能够提高产品附加值，拓宽产品应用领域。本发明制备的二氧化硅吸波强度最大为-5.2dB。
3、本发明解决了现有高炉渣制备二氧化硅技术中产品质量参差不齐或经济不合理的问题。
4、本发明实现了固废再利用，对我国冶金产业绿色发展和可持续发展具有积极的意义。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行进一步的阐述。
实施例1
称取平均粒径0.7mm的高炉渣9.0g，加入硫酸铁9.0g作为外加铁源，在研钵中混合均匀；取质量浓度15％的硫酸溶液70g，搅拌条件下将高炉渣和硫酸铁的混合物以0.5g/s的细流速度缓缓加入硫酸溶液中；反应30min后，将产物置于抽滤机上固液分离；取滤液置于容器中，搅拌条件下逐滴加入1mol/L氢氧化钠溶液，调节体系pH值至2.9，然后在100℃烘箱中陈化12h；陈化后的样品离心洗涤干燥后，与柠檬酸按质量比1:4混合均匀，放入150℃马弗炉中预热30min；待混合物完全熔融后，将马弗炉温度升至400℃煅烧2h，洗涤、干燥。
实施例2
称取平均粒径0.7mm的高炉渣9.0g，加入硫酸铁10.8g作为外加铁源，在研钵中混合均匀；取质量浓度15％的硫酸溶液70g，搅拌条件下将高炉渣和硫酸铁的混合物以0.5g/s的细流速度缓缓加入硫酸溶液中；反应30min后，将产物置于抽滤机上固液分离；取滤液置于容器中，搅拌条件下逐滴加入1mol/L氢氧化钠溶液，调节体系pH值至2.1，然后在100℃烘箱中陈化12h；陈化后的样品离心洗涤干燥后，与柠檬酸按质量比1:4混合均匀，放入150℃马弗炉中预热30min；待混合物完全熔融后，将马弗炉温度升至400℃煅烧2h，洗涤、干燥。
对比例1
称取平均粒径0.7mm的高炉渣9.0g，取质量浓度15％的硫酸溶液70g，搅拌条件下将高炉渣以0.5g/s的细流速度缓缓加入硫酸溶液中；反应30min后，将产物置于抽滤机上固液分离；取滤液置于容器中，搅拌条件下逐滴加入1mol/L氢氧化钠溶液，调节体系pH值至2.9，然后在100℃烘箱中陈化12h；陈化后的样品离心洗涤干燥后，与柠檬酸按质量比1:4混合均匀，放入150℃马弗炉中预热30min；待混合物完全熔融后，将马弗炉温度升至400℃煅烧2h，洗涤、干燥。
对比例2
称取平均粒径0.7mm的高炉渣9.0g，加入硫酸铁2.7g作为外加铁源，在研钵中混合均匀；取质量浓度15％的硫酸溶液70g，搅拌条件下将高炉渣和硫酸铁的混合物以0.5g/s的细流速度缓缓加入硫酸溶液中；反应30min后，将产物置于抽滤机上固液分离；取滤液置于容器中，搅拌条件下逐滴加入1mol/L氢氧化钠溶液，调节体系pH值至2.9，然后在100℃烘箱中陈化12h；陈化后的样品离心洗涤干燥后，与柠檬酸按质量比1:4混合均匀，放入150℃马弗炉中预热30min；待混合物完全熔融后，将马弗炉温度升至400℃煅烧2h，洗涤、干燥。
对比例3
称取平均粒径0.7mm的高炉渣9.0g，加入硫酸铁9.0g作为外加铁源，在研钵中混合均匀；取质量浓度15％的硫酸溶液70g，搅拌条件下将高炉渣和硫酸铁的混合物以0.5g/s的细流速度缓缓加入硫酸溶液中；反应30min后，将产物置于抽滤机上固液分离；取滤液置于容器中，搅拌条件下逐滴加入1mol/L氢氧化钠溶液，调节体系pH值至1.9，然后在100℃烘箱中陈化12h；陈化后的样品离心洗涤干燥后，与柠檬酸按质量比1:4混合均匀，放入150℃马弗炉中预热30min；待混合物完全熔融后，将马弗炉温度升至400℃煅烧2h，洗涤、干燥。
对比例4
称取平均粒径0.7mm的高炉渣9.0g，加入硫酸铁9.0g作为外加铁源，在研钵中混合均匀；取质量浓度15％的硫酸溶液70g，搅拌条件下将高炉渣和硫酸铁的混合物以0.5g/s的细流速度缓缓加入硫酸溶液中；反应30min后，将产物置于抽滤机上固液分离；取滤液置于容器中，搅拌条件下逐滴加入1mol/L氢氧化钠溶液，调节体系pH值至1.9，然后在100℃烘箱中陈化12h；陈化后的样品离心洗涤干燥后，与丁二酸按质量比1:4混合均匀，放入150℃马弗炉中预热30min；待混合物完全熔融后，将马弗炉温度升至400℃煅烧2h，洗涤、干燥。
按照实施例和对比例的方法，分别测试所得二氧化硅的吸波性能，具体结果如表1所示：
表1实施例和对比例所得二氧化硅的吸波性能
从试验结果来看，本发明所制备二氧化硅已具备吸波功能。而且，本发明省去了现有高炉渣制备二氧化硅技术中流程长、能耗高的除铁工序，简化了生产工艺；同时，赋予二氧化硅吸波功能，提高了产品附加值，拓宽了产品应用领域。
显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。
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