占壽罡， 許 冬

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從銅渣選銅尾礦中回收鐵的試驗研究

占壽罡， 許 冬

模擬鏈篦機- 回轉(zhuǎn)窯工藝直接還原- 磁選回收銅渣尾礦中的鐵。研究了堿度、預(yù)熱溫度、預(yù)熱時間、還原溫度、還原時間及煤礦比等對鐵精礦質(zhì)量的影響。試驗結(jié)果表明，在堿度0.3、預(yù)熱溫度1 000 ℃、預(yù)熱時間9 min、還原溫度1 200 ℃、還原時間70 min、煤礦比2∶1、焙燒礦球磨時間20 min(小于0.074 mm占95%左右)、磁場強度0.08 T的條件下，磁選鐵精礦品位及鐵的回收率均達(dá)到90%以上。

鏈篦機- 回轉(zhuǎn)窯； 銅渣； 鐵精礦； 直接還原； 磁選

銅冶煉過程中有大量廢渣產(chǎn)生，銅渣經(jīng)過浮選后，銅得到有效回收，但銅渣中還有大量鐵資源，如果廢棄即造成資源浪費又污染環(huán)境[1～3]。高效回收銅渣選銅尾礦中的鐵[4～6]，對緩解我國銅和鐵資源短缺，消除銅渣堆場造成的重金屬二次污染隱患具有重要意義。

1 銅渣選銅尾礦性質(zhì)

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)，每年產(chǎn)生的選銅尾礦達(dá)200萬t，其含鐵高達(dá)40%左右。本試驗的原料主要為銅陵有色集團(tuán)公司煉銅渣選銅尾礦，其化學(xué)成分如表1所示，銅渣中鐵的賦存狀態(tài)見表2。

由表1可以看出：銅渣選銅尾礦鐵的品位為39.85%，高于我國鐵礦石鐵品位的平均值(32%)，從中回收鐵具有一定價值。從表2看出，銅渣選銅尾礦中的鐵主要以硅酸鐵的形式存在，其占58.52%。

表1 銅渣化學(xué)成分

表2 銅渣中鐵物相 %

2 試驗原理

銅渣中的鐵主要以磁鐵礦(Fe3O4)和硅酸鐵(2FeO·SiO2)的形式存在，大部分為硅酸鐵。因此，必須對銅渣進(jìn)行處理使其中的鐵從硅酸鹽中分離出來并長成較大的顆粒，再借助于現(xiàn)有的選礦方法將鐵分離。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)將是一個可以自動進(jìn)行的放熱反應(yīng)。因此，本試驗方案為：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程中及時將所生成的氧化鐵除去，則有利于鈣鐵置換反應(yīng)的進(jìn)行。在進(jìn)行鈣鐵置換的過程中，如果能夠及時將所生成的FeO還原成Fe單質(zhì)，相當(dāng)于在置換反應(yīng)過程中及時地移走反應(yīng)產(chǎn)物FeO，因此本試驗在銅渣中混入石灰的同時還混入還原劑。

3 試驗材料及方法

3.1 主要材料

試驗中所用的煤為煙煤，主要化學(xué)成分滿足煤基直接還原用煤固定碳含量、灰分、揮發(fā)份等要求，是一種良好的還原劑，完全能夠滿足直接還原用煤的要求[7]。

試驗所用石灰石含SiO20.91%，CaO 60.38%，S 0.011%，燒失量LOI 37.47%。

試驗所用的添加劑為灰色粉末，粒度小于0.074 mm(200目)的占85%左右，比表面積1 500 cm2/g，主要化學(xué)成分為FexO 、CaO、MgO、固定碳、有機粘結(jié)成分、CO2等。

3.2 試驗方法

模擬鏈箅機—回轉(zhuǎn)窯直接還原試驗，將銅渣選銅尾礦、添加劑充分混勻，然后在實驗室圓盤造球機中造球，得到的合格生球放入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，調(diào)節(jié)預(yù)熱制度，預(yù)熱完后，配加相應(yīng)質(zhì)量比的還原劑放入還原罐，在馬弗爐中進(jìn)行直接還原，還原完后蓋煤冷卻。冷卻的團(tuán)塊人工破碎后(-1 mm)放入球磨機中進(jìn)行細(xì)磨，控制礦漿濃度50%。然后在磁選管中進(jìn)行磁選獲得最終產(chǎn)品。主要工藝流程見圖1。

圖1 試驗工藝流程圖

4 試驗結(jié)果與討論

4.1 造球試驗

采用石灰石調(diào)節(jié)堿度， A型添加劑用量為20%(外配)，生球水分8.5%左右，造球時間13 min，不同條件下生球的性能如表3所示。

從表3可以看出，隨著堿度升高，生球的落下強度有所提高，生球落下強度由2.5次/(0.5 m)提高到3.7次/(0.5 m)；生球抗壓強度由16 N/個降低到11 N/個；生球爆裂溫度均在480 ℃以上，可見含添加劑球團(tuán)生球落下強度較低，生球抗壓強度和熱穩(wěn)定性良好。

表3 不同條件下的生球性能

4.2 預(yù)熱試驗

4.2.1 預(yù)熱溫度對預(yù)熱球抗壓強度的影響

生球干燥后在管爐中進(jìn)行預(yù)熱試驗，預(yù)熱時間15 min，在不同堿度條件下，預(yù)熱溫度對預(yù)熱球抗壓強度的影響見表4。

表4 預(yù)熱溫度對預(yù)熱球抗壓強度的影響

同一堿度條件下，生球抗壓強度隨溫度的升高而升高，溫度達(dá)到一定時，生球呈現(xiàn)熔融態(tài)?？紤]到球團(tuán)預(yù)熱時，需要一個較大的溫度范圍，因此適宜的預(yù)熱溫度為1 000 ℃。

4.2.2 預(yù)熱時間對預(yù)熱球抗壓強度的影響

不同堿度、適宜的溫度條件下，預(yù)熱時間對預(yù)熱球抗壓強度的影響如表5所示。

表5 預(yù)熱時間對預(yù)熱球抗壓強度的影響

當(dāng)堿度為0.3時，預(yù)熱時間由6 min延長到9 min，抗壓強度由1 173 N提高到1 270 N，繼續(xù)延長預(yù)熱時間，抗壓強度變化不大。當(dāng)堿度為0.6時，預(yù)熱時間由9 min延長到12 min，抗壓強度由799 N/個提高到891 N/個，繼續(xù)延長預(yù)熱時間，抗壓強度有所降低。

綜上所述，當(dāng)堿度為0.3、預(yù)熱溫度為1 000 ℃、預(yù)熱時間為9 min，預(yù)熱球抗壓強度最佳。

4.3 直接還原- 磁選試驗

4.3.1 還原溫度對鐵精礦質(zhì)量的影響

堿度0.3、預(yù)熱溫度1 000 ℃、預(yù)熱時間9 min、還原時間70 min、煤礦質(zhì)量比2∶1、焙燒礦球磨時間20 min(小于0.074 mm占95%左右)、磁場強度0.08 T的條件下，還原溫度對鐵精礦質(zhì)量的影響見圖2。

圖2 還原溫度對鐵精礦質(zhì)量的影響

由圖2可見，隨著還原溫度的升高，鐵精礦的質(zhì)量也隨之提高，當(dāng)還原溫度達(dá)1 200 ℃時，鐵品位及回收率均在90%以上，繼續(xù)提高溫度，鐵精礦質(zhì)量變化不大，因此還原溫度1 200 ℃最宜。

4.3.2 還原時間對鐵精礦質(zhì)量的影響

堿度0.3、預(yù)熱溫度1 000 ℃、預(yù)熱時間9 min、還原溫度1 200 ℃、煤礦質(zhì)量比2∶1、焙燒礦球磨時間20 min(小于0.074 mm占95%左右)、磁場強度0.08 T的條件下，還原時間對鐵精礦質(zhì)量的影響見圖3。

圖3 還原時間對鐵精礦質(zhì)量的影響

由圖3可見，當(dāng)還原時間由30 min延長到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)延長還原時間，精礦鐵品位及鐵回收率有所降低。因此，適宜的還原時間為70 min。

4.3.3 煤礦質(zhì)量比對鐵精礦質(zhì)量的影響

堿度0.3、預(yù)熱溫度1 000 ℃、預(yù)熱時間9 min、還原溫度1 200 ℃、還原時間70 min、焙燒礦球磨時間20 min(小于0.074 mm占95%左右)、磁場強度0.08 T的條件下，煤礦質(zhì)量比對鐵精礦質(zhì)量的影響見表6。

由表6可見，煤礦比從1增加至2，鐵的品位及回收率均有明顯提高，繼續(xù)提高煤礦比至3時，鐵品位及回收率變化不大，因此最佳的煤礦質(zhì)量比為2。

表6 煤礦質(zhì)量比對鐵精礦質(zhì)量的影響

5 結(jié)論

(1)采用鏈篦機- 回轉(zhuǎn)窯工藝直接還原- 磁選回收銅渣尾礦中鐵的最佳條件為：堿度0.3、預(yù)熱溫度1 000 ℃、預(yù)熱時間9 min、還原溫度1 200 ℃、還原時間70 min、煤礦比2∶1、焙燒礦球磨時間20 min(小于0.074 mm占95%左右)、磁場強度0.08 T，在該條件下，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- 回轉(zhuǎn)窯工藝回收鐵工業(yè)化生產(chǎn)提供參考。

[1] 邱定蕃，吳義千，符斌，等.我國有色金屬資源循環(huán)利用[J].有色冶金節(jié)能，2005，(4)：6-13.

[2] 楊嫻，邵燕敏，汪壽陽.我國有色金屬資源綜合利用的主要問題與對策[J].中國科學(xué)院院刊，2008，23(3)：201-207.

[3] 陳海清，李沛興，劉水根，等.銅渣火法強化貧化工藝研究[J].湖南有色金屬，2006，(3)：16-19.

[4] 秦慶偉.從煉銅爐渣中提取銅鐵的研究[J].礦冶，2009，18(2)：9-12.

[5] 劉綱，朱榮，王昌安，等.銅渣熔融氧化提鐵的試驗研究[J].中國有色冶金，2009，(1)：71-74.

[6] 曹洪楊，付念新，張力，等.銅冶煉熔渣中鐵組分的遷移與析出行為[J].過程工程學(xué)報，2009，9(2)：284-188.

[7] 徐小峰.紅土鎳礦預(yù)富集一還原熔煉制取低鎳鐵合金研究[D].中南大學(xué)，2007．05.

科研人員攻克稀有金屬和貴金屬再利用難點

中國科學(xué)院金屬研究所稀有與貴重金屬循環(huán)利用基礎(chǔ)實驗室在高溫合金中稀有與貴重金屬分離、回收工作取得突破，建立起從高溫合金廢料中回收獲得各種單質(zhì)稀有、貴重金屬元素全面工藝及生產(chǎn)流程。

稀有金屬與貴重金屬被廣泛用于航空航天、汽車、能源化工等領(lǐng)域，特別是在高溫合金中被廣泛應(yīng)用。目前，我國高溫合金年產(chǎn)量約為5 000萬t，在生產(chǎn)和使用過程中產(chǎn)生的廢料占年產(chǎn)量的70%以上，僅沈陽市每年產(chǎn)生的高溫合金廢料就已超過500 t，直接經(jīng)濟(jì)損失超過2億元。中科院金屬所的科研人員經(jīng)過多年研究，通過系統(tǒng)研究電解液成分、電解溫度等關(guān)鍵參數(shù)對高溫合金溶解過程的影響機制，揭示出在高溫合金電解過程中鈍性元素強氧化能力是電解過程的關(guān)鍵控制因素，設(shè)計具有“破鈍化”功效的強電解質(zhì)，實現(xiàn)電解速率大幅度提升。該項目負(fù)責(zé)人表示，在今后的研發(fā)過程中，不僅要實現(xiàn)高溫合金中稀有貴金屬的回收再利用，同時將利用回收金屬制備高純及二次回收新型高溫合金材料，全面實現(xiàn)高溫合金高效生產(chǎn)。

(銅陵有色設(shè)計研究院， 安徽 銅陵 244000)

Experimental study on recovery of Fe from flotation tailings of copper slag

ZHAN Shou-gang, XU Dong

Simulating the grate-rotary kiln process, iron was recovered from tailings of the copper slag with direct reduction and magnetic separation process. The effect of alkalinity, preheating temperature, preheating time，reduction temperature, reduction time and coal ore ratio on the quality of iron concentrates was studied. The results showed that on the condition of alkalinity of 0.3, the preheating temperature of 1 000 ℃, preheating time of 9 min, the reduction temperature of 1 200 ℃, reduction time of 70 min, coal ore ratio of 2∶1, roasted ore milling time of 20 min (less than 0.074 mm accounting for about 95%), magnetic field strength of 0.08 T, both iron concentrates grade and recovery rate will all reach over 90%.

grate-rotary kiln； copper slag； iron concentrates； direct reduction； magnetic separation

占壽罡(1972—)，男，安徽安慶人，碩士，高級工程師。

2014-- 11-- 06

2015-- 05-- 27

TF811； X756

B

1672-- 6103(2015)05-- 0049-- 04