張漢泉，路漫漫，胡定國(guó)

(1.武漢工程大學(xué)環(huán)境與城市建設(shè)學(xué)院，湖北 武漢 430074；2.武鋼礦業(yè)有限公司靈鄉(xiāng)鐵礦，湖北 大冶 435121)

0 引 言

硫酸渣是硫鐵礦制備硫酸所得的燒渣，是硫酸廠的必然產(chǎn)物.每生產(chǎn)1 t硫酸產(chǎn)出硫酸渣0.8～1.1，我國(guó)每年硫酸渣的產(chǎn)量已經(jīng)超過(guò)2 000萬(wàn)t ，堆存占地超過(guò)1 000萬(wàn)m2，露天堆放的硫酸渣遇風(fēng)微塵污染空氣；遇雨流出呈酸性的粉紅色、鐵銹色污水，并帶有鉛、砷等有毒有害離子，給周邊地表、地下水及生態(tài)環(huán)境造成危害[1].占用了大量土地，嚴(yán)重污染環(huán)境.也有硫酸企業(yè)采用硫磺制備硫酸，以減少燒渣的排放.但是目前自然硫磺資源日趨貧乏，僅占硫資源儲(chǔ)量的20%，其余80%的硫主要以硫鐵礦的形式存在[2].我國(guó)硫鐵礦資源比較豐富，許多省份如安徽、內(nèi)蒙古、廣東、云南、貴州、山東、四川、江西和河南的儲(chǔ)量超過(guò)了1億t，開(kāi)發(fā)利用前途較好.自然硫主要儲(chǔ)存在地區(qū)山東省，礦層薄，礦石滲透性較差，選礦難度大，工業(yè)價(jià)值較小.所以我國(guó)目前只能以硫鐵礦為主，硫酸渣將長(zhǎng)期存在.絕大部分硫酸渣中鐵含量高達(dá)40%以上，粒度細(xì)，很多企業(yè)都采取一系列選別工藝制成鐵精粉，作為煉鐵鐵原料.例如鐵礦資源較貧乏的德國(guó)、意大利、日本等國(guó)家，把黃鐵礦燒渣作為重要的煉鐵原料來(lái)源之一[3].如意大利蒙特卡梯尼廠采用硫鐵礦燒渣磁化焙燒-磁選-球團(tuán)工藝來(lái)生產(chǎn)鐵精粉，董風(fēng)芝[4]等對(duì)硫酸渣回收鐵精礦的磁化焙燒工藝進(jìn)行過(guò)試驗(yàn)研究，獲得了較高品質(zhì)的鐵精礦.

1 試樣性質(zhì)分析

本次試驗(yàn)所用礦樣為湖南某硫酸渣礦，主要有用礦物為赤鐵礦和磁鐵礦，主要脈石礦物為石英.表1為試樣的多元素分析結(jié)果，表2為試樣粒度分布分析結(jié)果.

表1 試樣多元素分析Table 1 Composition of sample

表2 試樣粒度分布分析結(jié)果Table 2 Analysis of iron ore phase of middling of sample

從表1可以看出，試樣中鐵品位高，達(dá)到55.08%，具有很高的利用價(jià)值，作為廢棄物很可惜，其中的硫含量1.30%，對(duì)冶煉很不利，會(huì)增加鋼鐵的熱脆性，考慮在焙燒和磁選時(shí)能夠脫硫.試樣中磁化率(FeO/Fe)為10.20%，有一定的強(qiáng)磁性礦物.試樣中脈石礦物主要為石英，含量達(dá)到11.22%.二元堿度CaO/SiO2=0.363(質(zhì)量比)；四元堿度(CaO+ MgO)/(SiO2+Al2O3)=0.499(質(zhì)量比)，為酸性礦石.從表2可以看出，試樣中-0.037 mm的含量能夠達(dá)到52.63%，粒度很細(xì)，可以直接進(jìn)行磁選或磁化焙燒.

試驗(yàn)用煤粉為武鋼烏龍泉礦水泥廠普通燃煤，其主要指標(biāo)見(jiàn)表3.

表3 試驗(yàn)用煤粉工業(yè)分析結(jié)果Table 3 Technical analysis of fine coal %

2 磁選試驗(yàn)

在磨礦細(xì)度-0.044 mm占89.39%的條件下，用磁選管對(duì)試樣直接進(jìn)行弱磁選.磁選磁場(chǎng)為：47.76、95.52、143.28、187.06、230.84 kA/m.結(jié)果表明試樣直接磁選，精礦產(chǎn)率隨磁場(chǎng)強(qiáng)度增大而增大，但是精鐵品位在60%左右，硫含量1.02%，精礦回收率最多只能達(dá)到57.95%，難以獲得理想的精礦指標(biāo).

3 磁化焙燒-弱磁選試驗(yàn)

對(duì)氧化鐵礦(Fe2O3)原料而言，對(duì)磁化還原焙燒效果和成本影響較大的因素有焙燒溫度、還原氣氛和時(shí)間.按照不同條件對(duì)原樣進(jìn)行磁化焙燒，將焙燒礦水冷后按1∶1磨礦濃度進(jìn)行磨礦，對(duì)-0.074 mm占97.02%的焙燒礦用磁選管進(jìn)行弱磁選(一粗一精)，粗選磁場(chǎng)強(qiáng)度71.64 kA/m,精選磁場(chǎng)強(qiáng)度47.76 kA/m.

3.1 焙燒溫度試驗(yàn)

根據(jù)還原焙燒理論，如果焙燒溫度過(guò)低，反應(yīng)速度常數(shù)小，反應(yīng)速度慢；焙燒溫度過(guò)高，容易發(fā)生過(guò)還原而生成FeO，磁化率不佳 ，因此，氧化鐵礦磁化焙燒溫度要維持在適當(dāng)水平[5-6].溫度試驗(yàn)焙燒條件為還原劑用量10%，焙燒時(shí)間20 min.不同溫度下焙燒后的礦石磨礦至-0.074 mm占97.02%，得到的焙燒溫度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1.

從圖1中可以看出，隨著溫度上升，焙燒產(chǎn)品弱磁選所得鐵精礦的品位呈下降的趨勢(shì)，但是精礦回收率上升，當(dāng)焙燒溫度超過(guò)750 ℃時(shí)，鐵精礦的鐵品位和回收率變化均趨小，綜合精礦品位及回收率和能耗的等因素，確定750 ℃為最佳磁化焙燒溫度，進(jìn)行后面試驗(yàn).

圖1 磁化焙燒溫度試驗(yàn)結(jié)果Fig.1 Result of magnetizing roasting temperature test

3.2 磁化焙燒時(shí)間試驗(yàn)

以750 ℃為焙燒溫度，進(jìn)行焙燒時(shí)間單因素條件優(yōu)化試驗(yàn).此外，氧化鐵礦磁化焙燒時(shí)間往往與磁化焙燒溫度、 礦石粒徑、還原劑和礦石致密性等因素有關(guān).硫酸渣磁化焙燒條件為：還原煤粉用量10%(對(duì)燒渣)，磁化焙燒溫度750 ℃.焙燒后的產(chǎn)品磨至-0.074 mm占97.02%，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2.

圖2 磁化焙燒時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果Fig.2 Result of magnetizing roasting duration test

由圖2可以看出，精礦品位隨焙燒時(shí)間增加大體呈下降趨勢(shì)，精礦回收率則在40 min時(shí)達(dá)到一個(gè)最大值，綜合精礦品位回收率等各方面因素，該硫酸渣礦的最佳焙燒時(shí)間是40 min.

3.3 磁化焙燒還原劑用量試驗(yàn)

還原劑用量也是影響磁化焙燒因素之一.還原劑的用量過(guò)低 ，則還原反應(yīng)不充分，使礦物不能充分還原；反之，則造成能源的浪費(fèi)和成本的增加.焙燒時(shí)間40 min，焙燒溫度750 ℃.不同還原劑用量下焙燒后的試樣磨至-0.074 mm占97.02%，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3.由圖3可見(jiàn)，還原煤粉用量增加，焙燒礦弱磁選鐵精礦品位變化較小，精礦鐵回收率則是先增加，后降低，因此確定還原煤粉最佳用量為10%.這是由于還原劑用量過(guò)多會(huì)使還原過(guò)程中局部生成的富氏體致使精礦的各項(xiàng)指標(biāo)受到影響[7].綜合考慮鐵精礦的品位和回收率，最佳煤還原劑用量是10%.

圖3 磁化焙燒還原劑用量試驗(yàn)結(jié)果Fig.3 Result of ratio of coal of magnetizing roasting test

3.4 磨礦細(xì)度試驗(yàn)

硫酸渣在經(jīng)過(guò)磁化焙燒后，礦中的Si質(zhì)成分會(huì)融化粘結(jié)在一起，包鐵質(zhì)包裹在其中，影響下一步的磁選，因此磁化焙燒后進(jìn)行適當(dāng)時(shí)間的擦磨，使焙燒礦充分解離，出現(xiàn)新的表面，是十分必要的.在焙燒時(shí)間40 min，焙燒溫度750 ℃.還原劑用量10%在不同的粒度條件下磁選(-0.074 mm含量為55.53%為未磨直接磁選)，磨礦細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4.

圖4 磨礦細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果Fig.4 Granularity test of roasted product

由圖4可以看出，在磨礦粒度為-0.074 mm含量為97.02%時(shí)，精礦品位和精礦回收率都不錯(cuò)，選礦效率最高，因此綜合各項(xiàng)指標(biāo)，焙燒礦再選磨礦再選-0.074 mm含量達(dá)到95%以上的細(xì)度.

3.5 磁選精礦分析

硫酸渣磁化焙燒礦—磁選得到的鐵精礦鐵品位為64.57%，為考察精礦產(chǎn)品中有害雜質(zhì)的含量，對(duì)最終鐵精礦作了化學(xué)多元素分析，由表4可以看出，經(jīng)過(guò)焙燒-球磨-磁選后的硫酸渣，鐵品位從55.08%提高到64.57%，S含量從1.30%降低到0.13%，脫硫率達(dá)到90%，其他脈石成分滿足煉鐵要求，完全可以作為煉鐵原料使用.

表4 鐵精礦多元素分析結(jié)果Table 4 Chemical composition of concentrate /%

4 結(jié) 語(yǔ)

a. 鐵品位55.08%，硫含量1.3%的湖南某硫酸渣礦樣，硫酸渣進(jìn)行直接磁選，試驗(yàn)條件：磁場(chǎng)強(qiáng)度47.76～230.84 kA/m，得到的精礦品位為59.24%～60.15%，硫含量仍高達(dá)1.02%，精礦回收率僅為45.21%～57.29%.

b. 采用磁化焙燒-磁選的方案進(jìn)行試驗(yàn)，在焙燒時(shí)間40 min，焙燒溫度750 ℃，還原劑用量10%，焙燒產(chǎn)物磨至-0.074 mm占97.02%，經(jīng)一粗一精弱磁選得到鐵品位64.57%，硫含量0.13%的鐵精礦，精礦回收率為87.99%，磁化焙燒-磁選脫硫率達(dá)到90%，具有較大的參考價(jià)值.

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