從銅熔煉渣中回收鐵的研究

占?jí)垲? 葛賢發(fā), 徐磊

(銅陵有色設(shè)計(jì)研究院, 安徽 銅陵244000)

摘要：模擬鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯工藝直接還原磁選回收銅渣尾礦中的鐵,試驗(yàn)研究了堿度、預(yù)熱溫度、預(yù)熱時(shí)間、還原溫度、還原時(shí)間及煤礦比等因素對(duì)鐵精礦質(zhì)量的影響.結(jié)果表明:堿度為0.3,預(yù)熱溫度為1 000℃,預(yù)熱時(shí)間為9 min,還原溫度為1 200℃,還原時(shí)間為70 min,煤礦比為2∶1,焙燒礦球磨時(shí)間為20 min(小于0.074 mm,占95%左右)以及磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.08 T的條件下,鐵品位及回收率均達(dá)到90%以上.

關(guān)鍵詞：鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯; 銅渣; 鐵; 直接還原; 磁選

收稿日期：2014-12-15

作者簡(jiǎn)介：占?jí)垲?1972-),男,高級(jí)工程師,主要從事化工、冶金方面的研究.E-mail:zsg721021@126.com

中圖分類號(hào)：TD 951

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Abstract：The iron was recovered from the copper slag by means of direct reduction and magnetic process of the analog grate-kiln.The experiment studied the effects of alkalinity,preheating temperature, preheating time,reduction temperature,reduction time and coal ratio on the quality of iron ore.Results show that the iron grade and recovery rate reach 90% when the alkalinity is 0.3,the preheating temperature is 1 000℃,preheating time is 9 min,the reduction temperature is 1 200℃,reduction time is 70 min,coal ratio is 2∶1,roasted ore milling time is 20 min (less than 0.074 mm,accounting for about 95%),and magnetic field strength is 0.08 T.

Study on Reclamation of Fe from Flotation Tailings of Copper SlagZHAN Shougang, GE Xianfa, XU Lei

(Tongling Nonferrous Design and Research Institute, Tongling 244000, China)

Key words： grate-rotary kiln; copper slag;iron; direct reduction; magnetic separation

0引言

銅冶煉會(huì)產(chǎn)生大量的廢渣,銅渣經(jīng)過(guò)浮選后,銅得到有效的回收,但銅渣中還有大量的鐵資源,如果廢棄即造成資源浪費(fèi)又污染環(huán)境[1-3].因此如何高效回收銅渣選銅尾礦中鐵的研究[4-6],對(duì)緩解我國(guó)銅和鐵資源短缺,消除銅渣堆場(chǎng)造成的重金屬二次污染隱患具有一定的意義.

本文研究的銅渣來(lái)自銅陵有色金屬集團(tuán)公司.銅陵有色金屬集團(tuán)公司是集采、選、冶為一體的綜合性冶金企業(yè),每年排放200萬(wàn)t選銅尾礦,其中含鐵高達(dá)40%左右,每年可供回收的鐵達(dá)80萬(wàn)t.

1銅渣選銅尾礦性質(zhì)

試驗(yàn)所用的原料主要是銅渣選銅尾礦,其化學(xué)成分見表1,銅渣中鐵的賦存狀態(tài)見表2.

表1　銅渣的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))

表2　銅渣中鐵物相分析

由表1可以看出,銅渣選銅尾礦鐵的品位達(dá)39.85%,高于我國(guó)鐵礦石的平均鐵品位(32%),因此鐵的回收具有一定價(jià)值.從表2中可以看出銅渣選銅尾礦中的鐵主要以硅酸鐵的形式存在,占58.52%.

2試驗(yàn)原理

銅渣中的鐵物相主要以磁鐵礦(Fe3O4)和硅酸鐵(2FeO·SiO2)的形式存在,大部分為硅酸鐵.因此,必須對(duì)銅渣進(jìn)行處理使其中的鐵從硅酸鹽中分離出來(lái),并長(zhǎng)成較大的顆粒才能借助于現(xiàn)有的選礦方法把其中的鐵分離出來(lái).由于鈣與氧化硅的親和性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鐵與氧化硅的親和性,即采用氧化鈣從硅酸鹽中置換氧化鐵的反應(yīng)將是一個(gè)可以自動(dòng)進(jìn)行的放熱反應(yīng).因此本試驗(yàn)方案將在銅渣中混入一定量的石灰作為鐵的置換劑進(jìn)行焙燒.如果能夠在氧化鈣置換氧化鐵的過(guò)程中及時(shí)將生成的氧化鐵除去,則有利于鈣鐵置換反應(yīng)的進(jìn)行.在進(jìn)行鈣鐵置換的過(guò)程中,如果能夠及時(shí)將所生成的FeO還原成Fe單質(zhì),就相當(dāng)于在置換反應(yīng)過(guò)程中能夠及時(shí)地移走反應(yīng)產(chǎn)物FeO,因此本試驗(yàn)在銅渣中混入石灰的同時(shí)還要混入還原劑.

3試驗(yàn)材料及方法

3.1　主要還原劑

試驗(yàn)中所用的煤為煙煤,主要的化學(xué)成分滿足煤基直接還原用煤固定碳含量、灰分、揮發(fā)分等要求,是一種良好的還原劑,能夠完全滿足直接還原用煤的要求[7].

試驗(yàn)所用的添加劑為灰色粉末,粒度小于0.074 mm(200目),占85%左右,比表面積1 500 cm2/g,其主要化學(xué)成分為FexO、CaO、MgO、固定碳、有機(jī)黏結(jié)成份和CO2等.

3.2　試驗(yàn)方法

鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯工藝廣泛應(yīng)用于鋼鐵行業(yè)的球團(tuán)生產(chǎn)及直接還原鐵生產(chǎn).該工藝分為配料、造球、焙燒和冷卻4個(gè)過(guò)程.

模擬鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯直接還原試驗(yàn):將銅渣選銅尾礦、添加劑充分混勻,然后在試驗(yàn)室圓盤造球機(jī)中進(jìn)行造球,得到合格生球.之后放入120℃烘箱中2 h至質(zhì)量不再變化.球團(tuán)干燥后在臥式管爐中進(jìn)行預(yù)熱試驗(yàn),調(diào)節(jié)預(yù)熱制度.球團(tuán)預(yù)熱完畢后,配加相應(yīng)質(zhì)量比的還原劑后放入還原罐,在馬弗爐中進(jìn)行直接還原,還原完后蓋煤冷卻.冷卻后的團(tuán)塊人工破碎后(-1 mm)放入球磨機(jī)中進(jìn)行細(xì)磨,礦漿體積分?jǐn)?shù)為50%.然后在磁選管中進(jìn)行磁選后獲得最終產(chǎn)品.

主要工藝流程如圖1所示.

4試驗(yàn)結(jié)果與討論

4.1　造球試驗(yàn)

采用石灰石調(diào)節(jié)堿度,A型添加劑用量的體積分?jǐn)?shù)為20%(外配),生球水分的體積分?jǐn)?shù)為8.5%左右,造球時(shí)間為13 min,不同條件下生球性能見表3.

隨著堿度升高,生球的落下強(qiáng)度有所提高,生球落下強(qiáng)度由2.5次/0.5 m提高到3.7次/0.5 m;生球抗壓強(qiáng)度由16 N/個(gè)降低到11 N/個(gè);生球爆裂溫度均在480℃以上.可見含添加劑球團(tuán)的生球落下強(qiáng)度較低,生球抗壓強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性良好.

表3　不同條件下的生球性能

4.2　預(yù)熱試驗(yàn)

(1)預(yù)熱溫度

生球干燥后在管爐中進(jìn)行預(yù)熱試驗(yàn).表4為在不同堿度(R)條件下,預(yù)熱時(shí)間15 min,預(yù)熱溫度對(duì)預(yù)熱球強(qiáng)度影響的試驗(yàn)結(jié)果.

當(dāng)在同一堿度條件下,生球抗壓強(qiáng)度隨溫度的升高而升高,當(dāng)溫度達(dá)到一定時(shí),生球呈現(xiàn)熔融態(tài).考慮到球團(tuán)預(yù)熱時(shí),需要一個(gè)較大的溫度范圍,因此適宜的預(yù)熱溫度為1 000℃.

表4　預(yù)熱溫度對(duì)預(yù)熱球抗壓強(qiáng)度的影響

(2)預(yù)熱時(shí)間

不同堿度適宜的溫度條件下,預(yù)熱時(shí)間對(duì)預(yù)熱球強(qiáng)度的影響見表5.

表5　預(yù)熱時(shí)間對(duì)預(yù)熱球抗壓強(qiáng)度的影響

當(dāng)堿度為0.3,預(yù)熱時(shí)間由6 min提高到9 min時(shí),抗壓強(qiáng)度由1 173 N提高到1 270 N.繼續(xù)延長(zhǎng)預(yù)熱時(shí)間,抗壓強(qiáng)度變化不大.當(dāng)堿度為0.6,預(yù)熱時(shí)間由9 min提高到12 min時(shí),抗壓強(qiáng)度由799 N提高到891 N.繼續(xù)延長(zhǎng)預(yù)熱時(shí)間,抗壓強(qiáng)度有所降低.

綜上所述,當(dāng)堿度為0.3,預(yù)熱溫度為1 000℃,預(yù)熱時(shí)間為9 min時(shí),預(yù)熱球的抗壓強(qiáng)度最佳.

4.3　直接還原-磁選試驗(yàn)

(1)還原溫度

堿度為0.3,預(yù)熱溫度1 000℃,預(yù)熱時(shí)間9 min,還原時(shí)間70 min,煤礦質(zhì)量比2∶1,焙燒礦球磨時(shí)間20 min(小于0.074 mm,占95%左右),磁場(chǎng)強(qiáng)度0.08 T條件下,還原溫度對(duì)鐵精礦質(zhì)量的試驗(yàn)影響結(jié)果見圖2.

隨著還原溫度的升高,鐵精礦質(zhì)量也隨之升高,當(dāng)還原溫度到1 200℃時(shí),鐵品位及回收率均達(dá)到90%以上.繼續(xù)提高溫度,鐵精礦質(zhì)量變化不大,因此1 200℃最宜.

(2)還原時(shí)間

堿度為0.3,預(yù)熱溫度1 000℃,預(yù)熱時(shí)間9 min,還原溫度1 200℃,煤礦質(zhì)量比2∶1,焙燒礦球磨時(shí)間20 min(小于0.074 mm,占95%左右),磁場(chǎng)強(qiáng)度0.08 T條件下,還原時(shí)間對(duì)鐵精礦質(zhì)量的影響見圖3.

當(dāng)還原時(shí)間由30 min延長(zhǎng)到70 min,精礦鐵品位由74.81%提高到90.68%,鐵回收率由88.56%提高到90.49%.繼續(xù)延長(zhǎng)還原時(shí)間,精礦鐵品位及鐵回收率有所降低.因此,適宜的還原時(shí)間為70 min.

(3)煤礦質(zhì)量比

堿度為0.3,預(yù)熱溫度為1 000℃,預(yù)熱時(shí)間為9 min,還原溫度為1 200℃,還原時(shí)間為70 min,焙燒礦球磨時(shí)間為20 min(小于0.074 mm,占95%左右),磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.08 T條件下,煤礦質(zhì)量比對(duì)鐵精礦質(zhì)量的試驗(yàn)影響結(jié)果見表6.

表6　煤礦質(zhì)量比對(duì)鐵精礦質(zhì)量的影響

煤礦比從1增加至2,鐵的品位及回收率均有明顯的提高,繼續(xù)提高煤礦比至3時(shí),鐵品位及回收率變化不大,因此最佳的煤礦質(zhì)量比為2.

5結(jié)論

(1)采用鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯工藝直接還原磁選回收銅渣尾礦中鐵最佳條件為:堿度為0.3,預(yù)熱溫度為1 000℃,預(yù)熱時(shí)間為9 min,還原溫度為1 200℃,還原時(shí)間為70 min,煤礦比為2∶1,焙燒礦球磨時(shí)間為20 min(小于0.074 mm,占95%左右),磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.08T的條件下,鐵品位及回收率均達(dá)到90%以上.

(2)該研究可以為今后鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯工藝回收鐵工業(yè)化生產(chǎn)提供理論依據(jù).

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