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某高锌含铁尘泥综合利用试验研究 ① 张 茂 (长沙矿冶研究院有限责任公司,湖南 长沙 410012) 摘 要 采用锌挥发焙烧⁃磁选回收铁工艺流程回收利用高锌含铁尘泥,研究了焙烧、磁选工艺参数对回收效果的影响。 结果表明, 含铁尘泥在焙烧温度 1 200 ℃、焙烧时间 90 min、还原剂用量 15%条件下还原焙烧,锌挥发率达 97.10%;焙烧渣经一粗一精弱磁选, 可获得铁品位 61.42%、铁回收率 86.98%的铁精矿。 该工艺流程可为高锌含铁尘泥的规模化工程利用提供技术支撑。 关键词 含铁尘泥; 瓦斯泥; 锌; 铁; 铁精矿; 焙烧; 磁选 中图分类号 TD981文献标识码 Adoi10.3969/ j.issn.0253-6099.2021.01.023 文章编号 0253-6099(2021)01-0098-03 Experimental Research on Comprehensive Utilization of Zinc⁃Rich and Iron⁃Rich Dust Slime ZHANG Mao (Changsha Research Institute of Mining and Metallurgy Co Ltd, Changsha 410012, Hunan, China) Abstract A technological process of roasting for zinc volatilization followed by magnetic separation for iron recovery was adopted to recycle the dust slime containing high content of zinc and iron, and the influences of processing parameters of roasting and magnetic separation on the recovery effect were explored. The results show that the iron⁃containing dust slime is subjected to a reduction roasting process at 1 200 ℃ for 90 min, with the reducing agent at a dosage of 15%, leading to the zinc volatilization rate up to 97.10%; then the obtained roasting slag is subjected to a low⁃intensity magnetic separation with one roughing and one cleaning process, resulting in the iron concentrate grading 61.42% Fe at 86.98% recovery. It is concluded that this technological process can provide the technical support for the large⁃scale utilization of zinc⁃rich and iron⁃rich dust slime. Key words iron⁃rich dust slime; gas sludge; zinc; iron; iron concentrate; roasting; magnetic separation 炼铁过程中产生了大量含铁尘泥(一般为铁产量 的 1%,又称高炉瓦斯泥),是炼铁烟尘的收集物,其主 要组分为铁、碳、硅等[1-3]。 我国(尤其我国南方的一 些炼铁厂)炼铁所用的铁矿石中含有一定量的低挥发 点有色金属,这些有色金属在冶炼过程中通过挥发、氧 化后进入烟尘中。 含铁尘泥中铁品位低以及有害杂质 含量高,不能直接回用炼铁。 锌在高炉内循环富集会 缩短炉衬寿命,影响高炉的正常操作[4]。 含铁尘泥若不 加以回收利用,一方面将造成资源浪费;另外其含有大 量有害组分,如重金属离子等,堆存会造成环境污染[5]。 因此,开展瓦斯泥的回收利用研究非常必要[6]。 本文在 分析高炉瓦斯泥原料性质的基础上,提出采用焙烧挥发 锌再磁选铁的流程回收利用瓦斯泥中的有价金属,可为 瓦斯泥大规模工程化利用提供技术支撑。 1 试验原料与方法 1.1 原料性质 高炉瓦斯泥化学多元素分析结果见表 1。 其中 铁、锌含量较高,具有回收利用价值;同时需要选矿排 除的脉石组分主要包括 SiO2、Al2O3、CaO 和 MgO。 表 1 高炉瓦斯泥主要化学成分(质量分数) / % TFeMFeFeOFe2O3CuPbZnCdSiO2Al2O3 31.620.456.3038.21 0.0451.108.040.0177.113.58 CaOMgOMnONa2OK2OPAsSIg 5.921.790.630.541.680.100.0161.4019.30 ①收稿日期 2020-08-10 作者简介 张 茂(1979-),男,云南宾川人,高级工程师,主要从事选矿工艺、工程及固废处理研究。 第 41 卷第 1 期 2021 年 02 月 矿矿 冶冶 工工 程程 MINING AND METALLURGICAL ENGINEERING Vol.41 №1 February 2021 万方数据 通过镜下鉴定和 X 射线衍射分析研究表明,铁矿 物主要是磁铁矿、假象赤铁矿、赤铁矿和铁酸钙,偶见 金属铁和铁酸镁零星分布;金属硫化物为磁黄铁矿,但 含量很低;脉石矿物均以碳质物(包括石墨和无定形 碳)居多,其次是石英、方解石、橄榄石和硅质玻璃体 等;还含有一定数量的氧化锌矿物。 瓦斯泥铁化学物 相分析结果见表 2,锌化学物相分析结果见表 3。 表 2 铁化学物相分析结果 铁相含量/ %分布率/ % 金属铁中铁0.451.42 磁铁矿中铁5.3116.79 假象赤铁矿中铁10.0531.79 赤褐铁矿中铁11.6436.81 碳酸盐中铁2.889.11 硫化物中铁0.551.74 硅酸盐中铁0.742.34 合计31.62100.00 表 3 锌化学物相分析结果 锌相含量/ %分布率/ % 硫化物0.597.34 氧化锌4.1351.37 硫酸锌0.010.12 硅酸锌0.354.35 锌铁尖晶石2.9636.82 合计8.04100.00 由表 2 可知,瓦斯泥中铁的赋存状态较为复杂,分 布在磁铁矿、假象赤铁矿和赤(褐)铁矿和呈金属铁中 的铁,合计分布率为 86.81%,此即为选矿时铁的最大 理论回收率。 由表 3 可知,赋存在硫化物中的锌含量很低,而呈 氧化物和锌铁尖晶石产出的锌合计分布率达 88.19%。 由此可见,很难采用常规选矿方法回收样品中的锌 矿物。 取有代表性的高炉瓦斯泥矿样,用标准套筛进行 筛分分级,粒度组成分析结果见表 4。 表 4 粒度分析结果 粒级 / mm 分布率 / % 负累计 分布率/ % 铁品位 / % 铁分布率 / % 铁负累计 分布率/ % +0.1503.73 100.0027.123.04100.00 -0.150+0.0757.6896.27 31.147.2096.96 -0.075+0.0459.4388.60 34.359.7589.76 -0.045+0.0372.3079.17 36.792.5580.01 -0.03776.86 76.8633.4777.4677.46 合计100.0033.21100.00 由表 4 可见,此含铁尘泥粒度极细,碳、铁和锌在 全部粒级范围内品位波动不大,所以每个粒级中铁和 锌均需要回收。 1.2 试验方法及设备 含铁尘泥经混匀烘干,称取一定量与还原剂煤均 匀混合,放入已达到预设温度的马弗炉内焙烧还原,保 温一定时间后取出,采用水淬冷却得到焙烧渣。 对焙 烧渣取样,分析其锌、铁元素含量,计算锌挥发率。 对焙烧渣进行细磨,然后采用可调磁场强度的磁 选管进行磁选试验(流程试验采用鼓式磁选机进行磁 选)。 分析铁精矿、尾矿中铁含量,计算铁回收率。 试验用主要设备为SX2 系列箱式电阻炉(温度低 于1300 ℃, 功率12 kW);XMB⁃67 型球磨机(Φ200 mm 240 mm);XCGS⁃73 型磁选管(Φ50 mm,H<0.3 T,可调); 电磁式鼓型弱磁选机(Φ400 mm300 mm,H<0.18 T,可 调);GB⁃6003⁃85 型套筛(筛孔 0.075 mm)。 2 试验结果与讨论 2.1 锌挥发焙烧试验 2.1.1 焙烧温度与焙烧时间组合试验 根据锌沸点 907 ℃及还原焙烧试验一般规律,焙 烧温度与时间之间有着互补关系,即温度高时,焙烧时 间可缩短,温度低时需延长焙烧时间,故进行不同焙烧 温度(1 100 ℃、1 150 ℃和 1 200 ℃)下的焙烧时间试 验,采用煤作为还原剂,用量为瓦斯泥质量的 15%,试 验结果见表 5。 表 5 焙烧温度与焙烧时间组合试验结果 焙烧温度 / ℃ 焙烧时间 / min 产品 名称 产率 / % 锌品位 / % 锌挥发率 / % 6075.004.1661.19 1 10090焙烧渣72.504.2361.86 12066.673.6469.82 6075.003.7365.21 1 15090焙烧渣67.081.0291.49 12062.830.6994.61 6069.332.4678.79 1 20090焙烧渣63.250.4196.77 12059.580.4296.89 表 5 结果表明,在同一焙烧时间下,锌挥发率随着 焙烧温度升高而增加;在同一焙烧温度下,锌挥发率随 着焙烧时间增加而增加,但到一定焙烧时间后锌挥发 趋于稳定。 1 100 ℃时,锌挥发率都小于70%;1 150 ℃ 时,焙烧 90 min 锌挥发率可达 90%以上;1 200 ℃时, 焙烧 90 min 锌挥发可达 96%以上。 99第 1 期张 茂 某高锌含铁尘泥综合利用试验研究 万方数据 为了确定焙烧渣铁的可选性,直接对焙烧渣进行磁 场强度 0.14 T 的磁选管磁选试验,结果见表 6。 表 6 焙烧渣磁选管试验结果 焙烧温度 / ℃ 焙烧时间 / min 铁精矿产率 / % 铁品位/ % 铁精矿 尾矿 焙烧渣 铁精矿回收率 / % 6084.0144.2720.20 40.4292.01 1 1009083.7349.4312.12 43.3695.45 12082.6548.6616.02 43.0093.54 6082.4745.0218.34 40.3492.03 1 1509085.8151.6211.84 45.9896.35 12085.6755.0910.94 48.7696.78 6079.8450.7514.59 43.4693.23 1 2009085.5455.039.1648.4097.26 12083.4054.8112.80 47.8495.56 表 6 结果表明,焙烧渣在磁场强度 0.14 T 下磁选 时,铁精矿铁回收率均可达到 92%以上,变化不大;而 铁精矿品位随着焙烧温度增加逐渐增加,在 1 200 ℃ 焙烧 90 min 时,铁精矿品位最高可达 55.03%,同时铁 精矿作业回收率也最高,可达 97.26%。 通过焙烧温度与焙烧时间的组合试验研究,在焙 烧温度 1 200 ℃、焙烧时间 90 min 时,可获得锌挥发率 96.77%;同时焙烧渣经磁选可获得铁品位 55.03%、回 收率 97.26%的铁精矿。 2.1.2 还原剂用量试验 在焙烧温度 1 200 ℃、焙烧时间 90 min 时,进行了 还原剂用量试验,结果见表 7。 为了确定焙烧渣铁的 可选性,直接对焙烧渣进行磁场强度 0.14 T 的磁选管 磁选试验,结果见表 8。 表 7 还原煤用量试验结果 还原剂用量 / % 产品 名称 产率 / % 锌品位 / % 锌挥发率 / % 15焙烧渣63.250.4196.77 25焙烧渣70.170.4496.16 35焙烧渣76.330.2597.63 表 8 焙烧渣磁选管试验结果 还原剂用量 / % 铁精矿产率 / % 铁品位/ % 铁精矿尾矿焙烧渣 铁精矿回收率 / % 1585.5455.039.1648.4097.26 2577.2455.2511.2245.2394.35 3571.1455.0611.2442.4192.35 由表 7~8 可知,在焙烧温度 1 200 ℃、焙烧时间 90 min 条件下,还原剂用量达到 15%以上时,锌挥发 率都可达 96%以上;还原剂用量 15%时焙烧渣磁选可 获得铁精矿品位 55.03%、回收率 97.26%的较好技术 指标,因此,选取还原剂煤用量为 15%。 2.1.3 球团焙烧验证试验 由于含铁尘泥粒度较细,工业上对其直接进行焙 烧粉尘量较大,需进行造块焙烧,降低粉尘量,故进行 了球团焙烧验证试验,造球条件为还原剂用量 15%、 黄泥 10%、水分 30%。 球团烘干后,在 1 200 ℃下进行 焙烧锌挥发试验,结果见表 9。 对球团焙烧渣进行磁 场强度 0.14 T 的磁选试验,结果见表 10。 表 9 球团还原焙烧试验结果 焙烧时间 / min 产品 名称 产率 / % 锌品位 / % 锌挥发率 / % 60焙烧渣74.170.7892.80 90焙烧渣71.670.1698.57 120焙烧渣66.450.1898.52 表 10 球团焙烧渣磁选管磁选试验结果 焙烧时间 / min 铁精矿产率 / % 铁品位/ % 铁精矿尾矿焙烧渣 铁精矿回收率 / % 6073.7446.3413.2237.6490.78 9076.2447.1114.1439.2891.45 12077.5047.2012.9039.4892.65 由表 9~10 可知,焙烧温度 1 200 ℃时,焙烧时间 90 min,锌挥发率 98%以上;球团焙烧渣直接磁选时, 铁精矿品位 47.11%,回收率 91.45%。 2.2 焙烧⁃磁选工业流程试验 在焙烧温度 1 200 ℃、焙烧时间 90 min、还原剂用 量 15%条件下焙烧挥发锌,再对焙烧渣进行一粗一精 磁选开路流程试验,结果分别见表 11~12。 表 11 焙烧验证试验结果 焙烧 条件 产品 名称 产率 / % 锌品位 / % 锌挥发率 / % 焙烧温度 1 200 ℃ 焙烧时间 90 min 还原剂用量 15% 焙烧渣70.750.3397.10 表 12 焙烧渣磁选流程试验结果 磁选 条件 铁精矿产率 / % 铁品位/ % 铁精矿尾矿焙烧渣 回收率 / % 粗选 0.1 T 精选 0.09 T 61.1361.4214.6243.1786.98 流程试验结果表明高锌含铁尘泥在该条件下焙 烧,锌挥发率达 97.10%。 焙烧渣通过一粗一精磁选流 程,获得了铁品位 61.42%、回收率 86.98%的铁精矿。 (下转第 105 页) 001矿 冶 工 程第 41 卷 万方数据 逆流萃取,镍和钴萃取率依旧能达到 99%以上,且萃 余液中镍和钴含量均低于 0.001 g/ L,有机相的镍和钴 饱和容量基本无变化。 负载有机相经过0.04 mol/ L 稀 硫酸单级洗涤后,在相比 O/ A = 8/1、硫酸浓度 0.7 mol/ L 条件下进行 6 级逆流反萃,反萃液中镍浓度可 达 40.3 g/ L 左右,钴浓度为 1.8 g/ L 左右,钙和镁浓度 分别为 0.08 g/ L 和 0.02 g/ L,全流程钙和镁除杂率分 别为99.36%和 99.97%。 3 结 论 1) P204/4PC 协同萃取体系从含少量镍钴钙的硫 酸镁溶液中回收镍钴,有机相组成和平衡 pH 值对镍 钴与钙镁的萃取分离效果影响较大。 负载有机相采用 稀酸洗涤能选择性洗脱部分钙、镁进一步提高分离效 果。 稀硫酸溶液可有效反萃负载有机相中的镍钴,实 现镍钴的高倍富集。 2) 在有机相组成为 0.25 mol/ L P204 + 0.5 mol/ L 4PC +磺化煤油、温度 30 ℃、反应时间 15 min 和皂化 率 50%条件下经过 5 级串级逆流萃取,镍和钴萃取率 均达99.5%以上,萃余液中镍和钴含量均低于0.01 g/ L, 钙镁萃取率小于1%。 负载有机相经过0.04 mol/ L 稀硫 酸洗脱后,在相比 O/ A=8/1、硫酸浓度 0.7 mol/ L 条件 下进行6 级逆流反萃,镍和钴反萃率均达到99%以上, 反萃液中镍和钴浓度分别达到 40.4 g/ L 和 1.8 g/ L,钙 和镁浓度分别为 0.02 g/ L 和 0.08 g/ L,钙镁除杂率达 到 99%以上。 3) P204/4PC 协萃体系能够直接从高镁溶液中选 择性提取镍钴,实现了镍钴与钙镁的高效分离。 该体 系具有流程短、分离效果好和操作成本低等特点,具有 良好的工业应用前景。 参考文献 [1] 湛 菁,张传福,黎昌俊,等. 镍钴合金粉的制备及其应用现状[J]. 硬质合金, 2002,19(4)206-210. 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