[发明专利]一种纤蛇纹石纳米纤维中金属离子的高效浸出工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种纤蛇纹石纳米纤维中金属离子的高效浸出工艺，特别涉及利用纤蛇纹石制备的氧化硅纳米纤维中金属离子的高效浸出的方法，属于矿物材料与矿物加工领域。

背景技术

蛇纹石是一种天然含镁硅酸盐矿物，是由硅氧四面体片和氢氧镁石八面体片结合而成的1∶1型层状硅酸盐矿物，按晶体内部结构的不同主要分为利蛇纹石、叶蛇纹石和纤蛇纹石三个矿物种。蛇纹石的理想化学式为Mg₃[Si₂O₅](OH)₄，其中MgO含量为43.0％，SiO₂含量为44.1％。除此之外，很多金属以类质同象取代的方式存在于蛇纹石晶格之中，包括镍、钛、铬、钯等稀有金属。早在上个世纪40年代，就有美国专利报道了蛇纹石中镁的提取利用。随后几十年来，国内外很多研究者都提出了关于蛇纹石的综合利用方法和镁硅系列产品的开发技术。实现这些方法和技术的前提，是通过冶金方法(包括火法和湿法)高效地将蛇纹石中的镁、硅元素分离。其中，湿法酸浸已被证明是一种有效地处理技术，在很大程度上可以实现镁的浸出。浸出得到的镁液可以用来制备镁产品，而得到的滤饼则可用来制备硅产品，如有机硅、白炭黑、分子筛等。

关于蛇纹石矿物的酸浸，已有众多论文和专利报导。目前比较成熟和传统的工艺是采用高浓度的无机酸在加热的情况下对蛇纹石进行常压浸出，可以较完全地除去其中的金属离子，继而开展后继的硅渣利用和浸出液提取镁等金属的工作。国内很多研究人员都是采用类似的工艺对蛇纹石及其尾矿资源进行了镁、硅的综合利用。这类工艺流程简单，能有效地利用蛇纹石中的镁、硅等资源，但不足之处在于所用酸的浓度太高，如31％的浓盐酸(专利200610030750.9等)、40～60％的浓硫酸(专利200810058252.4、01131802.3等)等，这不但增加了浸出过程中设备和人员的负担，而且形成的尾酸pH值过低，不利于中和处理，或对环境造成潜在危害。

除了上述的直接浸出工艺以外，近年来出现了新浸出工艺的报道。例如，万勇等人(万勇等，矿物学报，2004，24(4)：347-350)利用微波辐照开展蛇纹石的硫酸浸出研究，能有效地提高蛇纹石的浸出效率，但较佳的硫酸浓度依然很高，为50％左右。王晖等人(专利200710035025.5)报道了一种逆流循环工艺对蛇纹石中的金属进行浸出，能有效地降低浸出成本，有利于降低后继净化处理工序成本，综合高效地回收其中的金属资源。但从其实施例中可以看出，所使用的酸浓度依然较高，如硫酸为40％左右。

我们前期获得了纤蛇纹石纳米纤维制备的发明专利(专利名称：纤蛇纹石纳米纤维的制备方法；专利号：ZL200610031635.3)，得到的纤蛇纹石纳米纤维直径在数十纳米，长度为十数微米，表面覆盖了一层表面活性剂吸附层。通过酸浸溶蚀掉纤蛇纹石纳米纤维中的金属离子，可以低成本、高效率、大规模地制备出氧化硅纳米纤维，在众多领域具有广泛应用前景。与通常浸出所使用的蛇纹石(含纤蛇纹石)不同的是，该纤蛇纹石纳米纤维由于具有极小的尺寸和极大的比表面积，因此具有很强的反应活性及增稠性。高浓度的酸虽然可有效浸出该纤蛇纹石纳米纤维中的金属，形成高纯度氧化硅，但在浸出过程中容易引起纤维的断裂，降低产物氧化硅纳米纤维的长径比。同时由于该纤蛇纹石纳米纤维的增稠性很强，较低的液固比使得搅拌浸出无法进行。由于该种纤蛇纹石纳米纤维不耐强酸、增稠性等特点，前人已开发的以高浓度酸、低液固比为特征的蛇纹石酸浸工艺无法应用于其中。因此，针对纤蛇纹石纳米纤维的这些特点，开发以低酸浓度、大液固比、逆流为特点的纤蛇纹石纳米纤维高效浸出工艺，才能在有效实现金属离子高效浸出的同时，维持产物氧化硅纳米纤维的大长径比形貌特征。这对于纤蛇纹石制备氧化硅纳米纤维的工业应用具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种酸耗较低、设备及操作过程简单、适合大规模生产，而且能有效实现金属离子高效浸出的同时，维持产物氧化硅纳米纤维的大长径比形貌特征的纤蛇纹石纳米纤维中金属离子高效浸出的方法。