李正要 曹君磊 鄧文翔 王維維 樂(lè) 坤

(北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院，北京100083)

氧化焙燒—氰化浸出是處理包裹型微細(xì)粒金的有效手段，隨著易采易選金礦石的日益減少，氧化焙燒—氰化浸出工藝所產(chǎn)生的氰化尾渣越來(lái)越多。氧化焙燒氰化尾渣的一個(gè)主要特點(diǎn)是鐵含量一般在30%以上，是寶貴的二次資源［1］。由于氧化焙燒過(guò)程中很難將硫完全脫除，氰化尾渣中一般含有0.5%～4%的硫［2］。

從氧化焙燒氰化尾渣中回收鐵難度較大，主要原因是鐵礦物粒徑小、賦存特征復(fù)雜;經(jīng)氧化焙燒后的含硫礦物大部分被鐵礦物包裹，浸染狀態(tài)嚴(yán)重，多需加入脫硫劑才能獲得低硫合格鐵精礦產(chǎn)品。已有研究者不加脫硫劑采用直接還原焙燒—磁選工藝回收氰化尾渣中的鐵［3-5］，但所得鐵精礦硫含量都大于0.27%，超過(guò)了國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。采用還原焙燒同步脫硫工藝回收高硫氰化尾渣中的鐵鮮見(jiàn)報(bào)道。江西某冶煉廠所產(chǎn)氧化焙燒氰化尾渣含鐵43.15%、含硫1.97%，屬高硫氰化尾渣。前期研究結(jié)果表明用常規(guī)的選礦方法、磁化焙燒—磁選工藝都很難獲得理想的鐵回收指標(biāo)。本研究采用還原焙燒同步脫硫—磁選工藝對(duì)其進(jìn)行了鐵的回收試驗(yàn)，獲得了高品位、高回收率、低硫的還原鐵產(chǎn)品。

1 試驗(yàn)原料及試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)原料

1.1.1 試驗(yàn)樣品

江西某冶煉廠氧化焙燒氰化尾渣主要化學(xué)成分分析結(jié)果見(jiàn)表1，鐵的化學(xué)物相分析結(jié)果見(jiàn)表2。

由表1 可以看出:氰化尾渣中可回收的有價(jià)金屬主要是鐵，其含量達(dá)到43.15%;硫含量1.97%，要進(jìn)行脫硫才能獲得合格鐵產(chǎn)品。

表1 氰化尾渣主要化學(xué)成分分析結(jié)果Table 1 Main chemical composition analysis of cyanide tailing %

表2 氰化尾渣鐵化學(xué)物相分析結(jié)果Table 2 Iron phase analysis results of the cyanide tailing %

表2 表明，鐵的嵌布特征復(fù)雜，以非磁性氧化鐵存在的占87.15%，以磁性氧化鐵存在的占6.10%，以硫化鐵存在的占3.15%。

用偏光顯微鏡、掃描電鏡等對(duì)氰化尾渣進(jìn)行鏡檢，結(jié)果表明:氰化尾渣中鐵礦物主要為赤鐵礦、磁赤鐵礦、磁鐵礦、褐鐵礦、尖晶石、鈦鐵礦等;含硫礦物(主要是黃鐵礦和磁黃鐵礦)被赤鐵礦、磁鐵礦等包裹，其粒徑多小于0.003 mm;脈石礦物主要是石英、長(zhǎng)石、云母、伊利石及其他硅酸鹽礦物。

氰化尾渣粒度分析結(jié)果表明－0.074 mm 粒級(jí)占81%，尾渣粒度較細(xì)，還原焙燒時(shí)要注意溫度和時(shí)間的控制，以避免燒結(jié)或熔融。

1.1.2 還原劑和脫硫劑

根據(jù)探索試驗(yàn)結(jié)果，還原劑選用江西萍鄉(xiāng)煙煤，其主要成分分析結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 煙煤成分分析結(jié)果Table 3 Composition analysis on bituminous coal %

試驗(yàn)用脫硫劑為鈣質(zhì)脫硫劑BK，主要成分為鈣的無(wú)機(jī)鹽混合物。

1.2 試驗(yàn)方法

將氰化尾渣、煙煤(－2 mm)和脫硫劑BK 按一定比例混勻后置于石墨坩堝中(煙煤、脫硫劑BK 的加入量以煙煤、脫硫劑BK 與氰化尾渣的質(zhì)量比表示)，將坩堝放入KSY－12 －16 型馬弗爐中隨爐升溫進(jìn)行還原焙燒。還原焙燒結(jié)束后取出自然冷卻，將冷卻后的焙燒產(chǎn)品破碎后進(jìn)行兩段階段磨礦階段弱磁選。還原焙燒過(guò)程中，氰化尾渣中的含硫礦物與加入的脫硫劑發(fā)生反應(yīng)生成硫化鈣，通過(guò)磁選管磁選分離。試驗(yàn)流程見(jiàn)圖1。

圖1 全流程試驗(yàn)流程Fig.1 Flowsheet of reduction roasting-magnetic separation

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 還原劑用量試驗(yàn)

還原劑用量是影響鐵礦物還原效果的關(guān)鍵因素之一，同時(shí)對(duì)硫的脫除效果也有較大影響。在脫硫劑BK 用量為13%、還原焙燒溫度為1 150 ℃、還原焙燒時(shí)間為40 min 條件下，進(jìn)行還原劑煙煤用量試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 煙煤用量試驗(yàn)結(jié)果Fig.2 Test results on dosage of bituminous coal

由圖2 可以看出:隨著煙煤用量由10%增加到20%，還原鐵的鐵品位、回收率和硫脫除率均升高，主要原因是煙煤用量增加還原氣氛增強(qiáng)，有利于赤鐵礦、磁赤鐵礦等的還原，被這些鐵礦物包裹的含硫礦物得以暴露并與脫硫劑反應(yīng)，加速硫的脫除。當(dāng)煙煤用量為20% 時(shí)，可獲得鐵品位91.25%、回收率92.24%的還原鐵，硫的脫除率達(dá)到98.01%;此后繼續(xù)增加煙煤用量至25%，還原鐵的鐵品位、回收率和硫脫除率升高幅度很小;當(dāng)煙煤用量增至30%時(shí)，還原鐵的鐵品位和硫的脫除率反而有所下降。因此，確定還原劑煙煤的用量為20%。

2.2 脫硫劑BK 用量試驗(yàn)

在煙煤用量為20%、還原焙燒溫度為1 150 ℃、焙燒時(shí)間為40 min 條件下，考察脫硫劑BK 用量對(duì)鐵礦物還原和脫硫效果的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖3 所示。

圖3 脫硫劑BK 用量試驗(yàn)結(jié)果Fig.3 Test results on dosage of desulfurization agent BK

圖3 表明:隨著脫硫劑BK 用量的增加，還原鐵的鐵品位和硫的脫除率先上升后下降，而鐵的回收率一直呈下降趨勢(shì)，表明脫硫劑BK 用量不宜過(guò)大。脫硫劑BK 用量為16%時(shí)，硫的脫除率為98.92%，還原鐵的鐵品位和鐵回收率分別為92.10% 和91.20%，與BK 用量為10%時(shí)的脫硫指標(biāo)相比較，硫的脫除率提高了3.62 個(gè)百分點(diǎn)。綜合考慮，確定脫硫劑BK 最佳用量為16%。

2.3 還原焙燒溫度試驗(yàn)

還原焙燒溫度對(duì)鐵礦物的還原及脫硫效果有著重要影響［6-7］。在煙煤用量為20%、脫硫劑BK 加入量為16%、還原焙燒時(shí)間為40 min 條件下，進(jìn)行還原焙燒溫度條件試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 還原焙燒溫度試驗(yàn)結(jié)果Fig.4 Test results at different reduction roasting temperature

從圖4 可以看出:還原焙燒溫度對(duì)氰化尾渣中鐵礦物的還原效果影響比較大。隨著還原溫度由1 050℃升高至1 200 ℃，還原鐵的鐵品位、鐵回收率和硫的脫除率均逐漸增大;當(dāng)還原溫度由1 200 ℃升高至1 250 ℃時(shí)，鐵品位和回收率出現(xiàn)了下降。綜合考慮，還原焙燒溫度為1 150 ℃時(shí)指標(biāo)較佳，此時(shí)可得到鐵品位91.95%、鐵回收率91.36%的還原鐵，硫的脫除率為98.90%。

2.4 還原焙燒時(shí)間試驗(yàn)

在煙煤用量為20%、脫硫劑BK 用量為16%、焙燒溫度為1 150 ℃條件下，考察還原焙燒時(shí)間對(duì)鐵礦物還原和脫硫效果的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖5 所示。

圖5 還原焙燒時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果Fig.5 Test results for different reduction roasting time

圖5 表明:隨著焙燒時(shí)間的增加，還原鐵的鐵品位和回收率先升高后降低，而硫的脫除率基本呈上升至穩(wěn)定趨勢(shì)。在焙燒時(shí)間為35 min 時(shí)，由于焙燒時(shí)間不夠，導(dǎo)致還原鐵的鐵回收率較低，為87.03%;當(dāng)焙燒時(shí)間增至45 min 時(shí)，鐵的回收率增至92.74%;繼續(xù)延長(zhǎng)焙燒時(shí)間至50 min，鐵的品位有所上升，但鐵的回收率開(kāi)始出現(xiàn)下降，主要原因在于還原劑用量一定時(shí)，焙燒時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致還原氣氛變?nèi)?。因此選擇還原焙燒時(shí)間為45 min，該焙燒時(shí)間下還原鐵的鐵品位和回收率分別為91.97%和92.74%，硫的脫除率達(dá)到99.12%。

2.5 全流程試驗(yàn)

將氰化尾渣在最佳焙燒條件(煙煤用量20%、脫硫劑BK 用量16%、還原焙燒溫度1 150 ℃、還原焙燒時(shí)間45 min)下獲得的焙燒產(chǎn)品，在一段磨礦細(xì)度為－0.074 mm 占90%、一段磁場(chǎng)強(qiáng)度為112 kA/m，二段磨礦細(xì)度為－0.043 mm 占88%、二段磁場(chǎng)強(qiáng)度為96 kA/m 條件下磁選后，獲得的還原鐵產(chǎn)品鐵回收率可達(dá)91.11%，還原鐵化學(xué)成分分析結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 還原鐵主要化學(xué)成分分析結(jié)果Table 4 Main chemical composition analysis of reduction iron %

由表4 可知，還原鐵中有害雜質(zhì)含量很少，可作為電爐煉鋼的理想原料。

3 結(jié) 論

(1)江西某冶煉廠氧化焙燒氰化尾渣含鐵43.15%，87.15%的鐵以非磁性氧化鐵存在，6.10%的鐵以磁性氧化鐵存在，以硫化鐵存在的鐵占3.15%;含硫1.97%，含硫礦物黃鐵礦、磁黃鐵礦等被赤鐵礦和磁鐵礦包裹賦存，粒徑多小于0.003 mm。

(2)試驗(yàn)確定的高硫氰化尾渣樣直接還原同步脫硫焙燒的最佳工藝條件為還原劑煙煤用量20%、脫硫劑BK 用量16%、焙燒溫度1 150 ℃、焙燒時(shí)間45 min，焙燒產(chǎn)品再通過(guò)兩段磨礦兩段磁選，獲得了鐵品位92.05%、硫含量0.04%、磷含量0.04%、鐵回收率91.11%的還原鐵產(chǎn)品，是煉鋼的優(yōu)質(zhì)原料。

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