某含碳金矿焙烧扩大试验设计与结果分析.pdf

d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．2 0 9 5 1 7 4 4 ．2 0 1 2 ．0 4 ．0 0 5 某含碳金矿焙烧扩大试验设计与结果分析 函董晓伟吴晓松周晓源 长沙有色冶金设计研究院有限公司，长沙4 1 0 0 1 1 摘 要分别用传统的回转窑和新兴的微波窑对含碳金矿进行脱碳扩大试验。结果表明，在脱碳效 果基本一致，脱碳后矿样氰化浸出率均可高于8 5 ％的前提下，微波焙烧在总图布置、工程投资、节 能减排和环境保护等方面比回转窑焙烧更有优势。 关键词含碳金矿；回转窑焙烧；微波焙烧；氰化浸出 中图分类号T F 8 3 1 ；T F 8 0 2 ．6 7文献标识码A 文章编号2 0 9 5 1 7 4 4 2 0 1 2 0 4 0 0 4 1 0 5 某黄金集团股份有限公司已建设一套处理2 0 0t ／d 含金矿石的氰化浸出黄金生产线，但是其浸出效果不 理想，分析其原因是原矿中所含的碳元素在氰化浸出 过程中起干扰作用，为了提高金的氰化浸出率，必须 针对矿石性质进行脱碳工艺的研究，工艺扩大试验用 传统的回转窑和新兴的微波窑分别进行，以最终确定 与已建设施配套的脱碳焙烧工艺及其设备，形成完整 的黄金生产线。 1 实验方法 1 ．1 矿样成分与物相分析 试验原料缩分取样后，原矿样磨细到一7 4u m 占 9 0 ％化验分析，多元素化学分析结果见表1 ，x 衍射分 析结果见表2 ，碳物相分析结果见表3 ，金嵌布状态分 析结果见表4 。 表1 原矿化学成分 ／％ 1 单位为g ／t ；2 单位为k J ／k g 。 从表1 可知原矿含目前能利用的有价元素有金7 ．6 ∥t ，银1 2 ．7 8 鼽，碳7 ．2 6 ％。 由表2 可知，原矿属少硫化物含碳泥硅质板岩型、 表2 原矿X 射线衍射分析结果 ／％ 石英团块 脉 型和角砾岩型金矿石，自然类型为混合矿。 矿石中金属矿物主要是黄铁矿、黄铜矿，非金属矿物主 要为石英。 收稿日期2 0 1 2 ．0 5 2 2 作者简介董晓伟 1 9 7 9 一 ，男，甘肃镇原县人，工程师，主 要从事有色冶金设计与管理等方面的工作。 联系人吴晓松 1 9 8 1 ． ，男，河北丰宁县人，工程师，硕士， 主要从事有色冶金工程设计等方面的工作。 有色金属工程2 0 1 2 年第4 期4 1 万方数据 N O N F E R R O U SM E T A L SE N G I N E E R I N G 该矿石的特点是金粒度微细 O ．0 1m m ，并与石英 关系密切，碳含量高，由有机碳和石墨碳组成。这两点 表明该矿石属较难选冶的碳质金矿石，按一般常规氰化 浸出方法处理，很难得到高氰化金浸出率。 由表3 可知，该矿样中的碳主要是以有机碳与石墨 碳为主。直接氰化提金金的氰化效果不可能高，但该矿 发热值25 6 0 ．2 5k J ／k g ，利用该发热值采用焙烧脱碳一氰 化提金工艺，可以大大减少焙烧过程中的燃料消耗，节 省生产过程中燃料消耗成本。 表3 原矿碳物相分析结果 ／％ 相别有机碳石墨碳无机碳合计发热值／ k J - k g 。 含量3 ．6 42 ．7 1 1 ．1 47 ．4 9 25 6 0 ．2 5 分布率4 8 ．6 3 3 6 ．1 81 5 ．1 9 1 0 0 ．0 由表4 可以看出，原矿中的金主要是以包裹金的形 态存在，裸露金与半裸露金占4 0 ％。 确定的回转窑焙烧试验流程见图1 ，微波焙烧试验流程 见图2 。 含碳金原矿 图1 回转窑焙烧扩大试验工艺流程 表4 原矿金的嵌布状态 士H 刚 裸露金与有机碳、石墨包硫化物赤褐铁矿碳酸盐硅酸盐 厶{ 1 ”。 半裸露金 裹金 吸附 包裹金 包裹金 包裹金包裹金 。” 含量他tt 。1 3 ．1 61 ．6 60 ．5 50 ．5 00 ．7 91 ．1 47 ．8 0 分布率膈 4 0 ．5 32 1 ．3 0 7 ．1 l6 ．3 7 1 0 ．2 21 4 ．4 71 0 0 ．0 1 ．2 矿石的工艺性质 矿石密度为2 ．4 2t ／m 3 ；一1 0m m 矿石松散密度1 ．3 1 t ／m 3 ；一1 0m l i i 矿石堆积角为4 0 ．5 8 。；一1 0m m 矿石摩擦 角为3 0 ．8 0 。；一1 0 m m 原矿粒度分布及各粒级金含量见表5 。 由表5 可看出，一1 0i n l l l 原矿中金的品位随粒度变 细有所增高，然而金在粗粒级矿中的含量也较高，采用 分级的办法不能将金有效地分开。 表5 一l O m m 原矿粒度分布及金含量分布 1 ．3 工艺流程 根据矿样的性质，脱碳试验拟采用的方法主要有两 种，即回转窑焙烧和微波焙烧。回转窑焙烧长期以来广 泛用于冶金化工领域，具有工艺成熟稳妥可靠的特点， 但是在金矿脱碳工业化中尚未见到文献报道。微波焙烧 则是近年来兴起的一种新工艺，与回转窑焙烧相比更节 能环保，同样在金矿脱碳工业化中尚未见到文献报道。 堡垒 堑 鳖墼垒些 图2 微波焙烧扩大试验工艺流程 对比图1 和图2 可知，使用回转窑焙烧只需对其收 尘过程产出的烟尘进行制粒，无需磨矿，而使用微波焙烧 则需对所有试样进行制粒，制粒前必须对试样进行磨矿。 1 ．4 试验规模 试验分为三个阶段进行，即实验室探索试验、实验 室扩大试验和工业试验。实验室探索试验规模为处理试 样3 0 0g ／次，间断进行。实验室扩大试验规模为处理试 样2 0 0k g ／次，连续进行。由于该企业已建设一套处理 2 0 0t ／d 含金矿石的氰化浸出黄金生产线，其规模不大， 4 2 工程设计E n g i n e e r i n gD e s i g n 亭一 覃 万方数据 鉴于目前含碳金矿回转窘焙烧脱碳和微波焙烧脱碳都未 见文献报道．因此可将其视为工业试验规模。实验室扩 大试验所得到的技术参数作为工业试验设计的依据，由 于工业试验投资较大．工业试验焙烧设施在扩大试验的 前提下确定采用回转窑焙烧或采用微波焙烧．不再进行 两种设施的对比。 1 ．5 扩大试验主要焙烧设备 回转窑焙烧的主要设备是力3 0 0m m X62 0 0m m 耐热不锈钢燃气回转窑．见图3 。微波焙烧的j i 要设 备是∞15 0m m X58 0 0m I l l 耐热不锈钢立式微波窑． 见图4 。 2 试验结果与分析 2 ．1 主要试验数据 试验的目的是解决碳干扰金浸出的问题，凶此脱碳 的效果必须用金的浸出率来验证，而脱碳效果与脱碳时 间和脱碳温度直接有关．回转窑焙烧和微波焙烧脱碳的 时间和温度对金浸出的影响分别见表6 和表7 ，微波焙 烧昕用矿样粒度为- 2 0m m 。 图30 3 0 0 m m x62 0 0 m m 回转窑 材贡耐热不锈钢．外保温层1 在保证金氰化浸出率大于8 5 ％的前提下．由表6 可知．回转窑脱碳焙烧的焙烧时间是7 ．5h ，焙烧温度是 7 0 0 ℃。由表7 可知，微波脱碳焙烧的焙烧时间是3h ． 焙烧温度也是7 0 0C 。回转窑脱碳焙烧的实测烟气量为 2 1 4 ．5m 3 ／I t ，烟气含尘2 1 3 ．5m g ，m 3 。微波脱碳焙烧的实 测烟气量为8 2 ．5m ’／h ．烟气含尘l5 ．6m g ／m j 。 2 ．2 工业试验设计参数 扩大试验的目的是为工业试验选择工艺路线及相关 设备，回转窑焙烧与微波焙烧工业试验设计技术经济参 数对比如表8 所永，工程的给排水设施投资并人工艺设 施投资中。 由表8 可知，采用回转窑焙烧比采用微波窑焙烧需 多占土地面积7 31m 二，需要多投资1 1 9 8 ．0 6 万元。从总 图布置和工程投资来考虑，工程建设采用微波焙烧工艺 明显要好于回转窑焙烧工艺。 2 ．3 工业试验设计环保分析 工业试验设计的环保分析见表9 。焙烧产出的固体 物料均为提金的原料．因此没有固体废料产生，然而采 用回转窑焙烧在开窑时需消耗煤气1 8 9 ．4 Ik m jr 。a ，煤气 表6 回转窑焙烧试验数据 图40 1 5 0m mX58 0 0n l l l l 耐热不锈钢立式微波窑 有色垒震工i 呈2 0 1 2 年第4 期4 3 万方数据 【蕊企蠢工程型里型 垦璺璺里竺璺竺曼登生曼曼型鱼坐型型鱼 表7 微波焙烧试验数据 序号一三苎堡笪 型望塑苎壁塑圭塑墨竺 垦堕 堑 17 5 0 ℃保温1 2 0r a i n 直通气红外线0 6 5 ．0 0 7 0 0 ℃保温1 2 0m i n 直通气 6 5 0 ℃保温1 2 0m i n 直通气 6 8 0 ℃保温1 2 0m i n 直通气 5 0 0 ℃保温3 0 m i n 7 0 0 ℃保温1 2 0 m i n 直通气 5 0 0 ℃保温3 0m i n 未通气 7 0 0 ℃保温1 2 0m i n 通气 5 0 0 ℃保温3 0 m i n 通气 7 0 0 ℃保温1 8 0 m i n 通气 5 0 0 ℃保温3 0r a i n 未通气 7 0 0 ℃保温1 8 0m i n 通气 膨润土 6 8 0 ℃保温1 2 0m i n 直通气 6 8 0 ℃保温1 8 0m i n 直通气 7 0 0 ℃保温1 8 0m i n 直通气 5 5 0 ℃保温1 2 0 r a i n 通气 7 0 0 ℃保温1 2 0 m i n 不通气 5 5 0 ℃保温1 2 0m i n 通气 7 0 0 ℃保温6 0m i n 不通气 5 5 0 ℃保温1 2 0 m i n 通气 7 5 0 ℃保温6 0 m i n 不通气 5 5 0 ℃保温1 2 0m i n 通气 7 5 0 ℃保温1 2 0m i n 不通气 5 5 0 ℃保温1 2 0m i n 通气 6 8 0 ℃保温1 2 0m i n 不通气 红外线 红外线 红外线 红外线 红外线 红外线 红外线 热电偶 热电偶 热电偶 热电偶 热电偶 热电偶 热电偶 热电偶 7 5 ．0 0 7 0 ．0 0 8 6 ．6 0 8 2 ．6 0 8 3 ．6 5 8 6 ．7 3 7 0 ．O O 8 6 ．3 0 8 6 ．5 0 8 6 ．5 0 8 0 ．0 0 8 0 ．0 0 8 0 ．0 0 6 9 ．0 0 8 0 ．0 0 表8 工业试验工程设计技术经济参数 项目 回转窑焙烧微波焙烧 主要设备 占地面积／m 2 投资估算／万元主要设备 占地面积，m 2投资估算／万元 原矿破碎圆锥破碎机 5 7 011 8 ．4 3 圆锥破碎机 5 7 011 8 ．4 3 振动筛振动筛 磨矿制粒 脱碳焙烧 烟气收尘 煤气站 电力设施 总图运输 合计 回转窑 表面冷却器 布袋收尘器 烟尘制粒机 煤气发生炉 l1 7 0l5 3 6 ．2 2 球磨机 制粒机 微波窑 2 1 6 4 0 5 5 3 ．4 7 12 4 2 ．9 0 2 0 07 4 2 ．8 4 布袋收尘器由微波焙烧窑配套由微波焙烧窑配套 8 0 7 2 20 9 2 1 2 7 ．8 0 5 17 ．9 0 8 5 3 ．0 0 38 9 6 ．1 9 1 2 0 13 1 1 4 9 5 ．2 3 7 6 5 ．0 0 26 9 8 ．1 3 耗煤4 7 ．7 1t 热值2 17 3 6k J ／k g ，产出废渣1 2 ．8 8 讹。采 用微波焙烧所消耗的能源是电，因此无废渣产出。焙烧 产出的烟气均含有硫，需用污水池收集后进现有的污水 处理站处理，因原料成分一致，所以回转窑焙烧和微波 焙烧产生的污水量也相同。采用回转窑焙烧窑充填率为 1 1 ％左右，而微波焙烧窑的充填率大于8 0 ％，因此其 烟气量相差很大，微波焙烧的烟气量只有回转窑焙烧的 2 1 ％左右。微波焙烧窑产生的噪声也要小于回转窑的噪 声。由此可见，从环境保护的角度出发，微波焙烧窑工 艺明显的要优于回转窑焙烧工艺。 表9 工业试验工程设计环保参数 2 ．4 工业试验设计能耗分析 工业试验设计的能耗分析见表l O 。因原矿含碳 7 ．2 6 ％，焙烧过程中无需添加燃料，只是点火需要补充 能耗。从表1 0 中可以看出，微波焙烧工艺虽然装机容 4 4 工程设计E n g i n e e r i n gD e s i g n O O 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 2 3 4 5 6 7 8 9 m n 他 坦B H 2 万方数据 表1 0 工业试验工程设计能耗参数 焙烧装机容量／ 工艺 k W 电力消耗 补热耗能 新水消耗 ／ M W h 。a - L “标煤t ‘a1 煤气／电能 ／ 标煤t - a - 1 ／ m 3 ．a 一／ 标煤t ．a 一1 ～一 回转窑 9 7 2 ．1 28 7 8 ．1 03 5 3 ．7 2 1 8 9 ．4 1 ／ k m 3 ．a 一1 3 5 ．4 4 7 20 6 01 8 ．5 3 微波 12 3 2 ．1 9 7 6 ．5 51 2 0 ．0 218 0 0 ／ M W h ．a1 1 2 2 1 ．2 275 0 0 1 ．9 3 焙烧 工艺 软化水消耗 循环水消耗 ／ m 3 ’a 。1 “标煤t ，a1 ／ m 3 a - 1 ／ 标煤t a ‘ 回转窑 13 8 2 ．4n 6 7 6 0 4 8 0 0 8 6 ．4 9 微波1 0 95 0 01 5 ．6 6 合计／ 标煤t a - 1 4 9 4 ．8 5 3 5 8 ．8 3 量大于回转窑焙烧工艺，但是除补热能耗大于回转窑焙 烧工艺外，其余各项能耗指标均要小于回转窑焙烧工艺， 总的能耗是3 5 8 ．8 3t - 标煤／a ，比回转窑焙烧工艺少耗能 源1 3 6 ．0 2t - 标煤／a 。 3 结论 回转窑具有生产能力大、机械化程度高、维护及 操作简单，能适用多种工业原料的烧结、焙烧、挥发、 煅烧、离析等过程，因而被广泛地应用于冶金、水泥、 耐火材料、化工等部门”1 。微波焙烧技术虽然不如回 转窑焙烧技术成熟，但是微波能应用于冶金和材料制 备过程中具有的独特优点口] ，有针对难选金矿用微波 预处理脱硫脱砷的文献报道”1 ，因此微波窑焙烧工艺 用在脱碳焙烧工业化过程虽属尝试，但是其前景不容 忽视。通过对扩大试验设计技术经济参数分析、环保 分析和能耗分析，可以认为微波窑焙烧工艺相对于回 转窑焙烧工艺在总图布置、工程投资、节能减排、环 境保护等方面有着显著的优势，应作为下一步工业试 验的首选工艺。 参考文献 [ 1 ] 有色冶金炉设计手册编委会．有色冶金炉设计手册[ M ] ． 北京冶金工业出版社，2 0 0 9 4 0 0 - 4 0 1 ． [ 2 ] 李钒，张梅，王习东．微波在冶金过程中应用的现状与 前景[ J ] ．过程工程学报，2 0 0 7 ，7 1 1 8 6 1 9 1 ． [ 3 ] 谷晋川，刘亚川，谢扩军，等．难选冶金矿微波预处理研究[ J ] 有色金属，2 0 0 3 ，5 5 2 5 5 5 7 ． 有色金属工程2 0 1 2 年第4 期4 5万方数据