鐵礬渣是濕法煉鋅廠產(chǎn)生的工業(yè)廢渣,成分復(fù)雜,除含有大量的硫酸根和鐵離子外,還含有豐富的鉛、鋅、銀等有價金屬元素,具有綜合回收價值[1]。另外含有的銅、鎘、砷等重金屬元素在長期堆放過程中不斷溶出,污染地下水和土壤。因此,開展鐵釩渣的綜合利用研究[2-5]可以減少環(huán)境污染、提高資源綜合利用率意義重大。薛佩毅[3]等對黃鉀鐵礬渣采用中低溫焙燒?NH4Cl浸出?堿浸工藝,同時回收有價金屬和鐵,但工藝生產(chǎn)效率低。路殿坤[4]等將鐵礬渣在900 ℃還原焙燒后磁選,磁選精礦鐵品位為58%,含硫2.5%~3%,但磁選精礦中鋅含量仍較高,不能作為原料返回高爐冶煉。史玉娟[5]等利用黃鉀鐵礬渣和赤泥的反應(yīng)制備石膏、芒硝和赤鐵礦砂的方案,但是不能回收鉛、鋅等有價元素。本文采用配碳球團(tuán)直接還原—磁選—反浮選工藝綜合回收鐵礬渣中鐵、鉛、鋅。此工藝生產(chǎn)效率高,分離效果好,工藝簡單。
1 試驗
1.1 試驗原燃料
以某鉛鋅廠濕法煉鋅工藝固廢鐵礬渣為研究對象,試驗用吉林森工無煙煤為還原劑,分析純氫氧化鈣為熔劑。鐵釩渣和無煙煤的分析結(jié)果見文獻(xiàn)[6]。
1.2 試驗方法和流程
鐵礬渣含水量較大(35%左右),因此,先在110 ℃鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)充分干燥,然后按照一定比例將鐵礬渣、消石灰、煤粉、黏結(jié)劑和水在混料機(jī)中混合均勻,再用造球機(jī)造球,將冷固結(jié)含碳球團(tuán)烘干后稱重裝入剛玉坩堝放入硅鉬棒加熱井式爐內(nèi)進(jìn)行還原試驗。直接還原結(jié)束后將金屬化球團(tuán)進(jìn)行磨樣,采用化學(xué)容量法、ICP法測定還原球團(tuán)中全鐵、金屬鐵和鉛、鋅含量,計算金屬化率和鉛、鋅揮發(fā)率。金屬化球團(tuán)磨樣后經(jīng)Φ50mm磁選管、磁場強度47.76~238.8 kA/m (60~300 mT,1 mT=796 A/m)的條件下進(jìn)行磁選,分別計算磁選鐵精礦品位和鐵的回收率。最后在3 L單槽
浮選機(jī)內(nèi)對磁選鐵精礦進(jìn)行浮硅抑鐵的反浮選,脫除硅質(zhì)脈石提高鐵精礦品位。
2 試驗結(jié)果與討論
2.1 直接還原過程金屬化率的變化
高金屬化率球團(tuán)的制備是磁選回收鐵精礦的基礎(chǔ)。試驗條件:還原溫度1 300 ℃、配碳比1.4、堿度2.5(鐵釩渣原始堿度為0.31,通過加入氫氧化鈣調(diào)節(jié)),試驗結(jié)果如圖1所示。
從圖1可見,隨著還原時間的增加,金屬化率逐漸增加,還原10 min時金屬化率為86.3%,還原30 min時金屬化率達(dá)到98.47%,之后趨于穩(wěn)定。前期試驗發(fā)現(xiàn),自然堿度下球團(tuán)熔點較低,在1 100~1 200 ℃間,還原溫度不可以設(shè)定得太高,還原金屬化率最高僅為90.60%,提高堿度后熔點提高,有利于高溫下碳的氣化反應(yīng)進(jìn)行,促進(jìn)直接還原發(fā)生。
2.2直接還原過程鉛、鋅揮發(fā)率的變化
試驗條件:還原溫度1 300 ℃、配碳比1.4、堿度2.5,還原時間對鉛鋅揮發(fā)率的影響如圖2所示。圖2表明,隨著還原時間的延長,鉛、鋅揮發(fā)率逐漸增加,還原10 min時鉛、鋅揮發(fā)率較低,分別為41.5%和53.2%,還原30 min時,鉛、鋅揮發(fā)率分別達(dá)到86.26%和98.54%,分別提高了44.76%和45.34%,之后鋅揮發(fā)率趨于穩(wěn)定,鉛揮發(fā)率略有提高,還原40 min時,鉛揮發(fā)率為90.1%??梢姾记驁F(tuán)直接還原可使鉛、鋅得到有效揮發(fā),最終可以從煙塵中回收鉛、鋅。
2.3 磁選試驗
直接還原試驗得到金屬化率為98.47%的金屬化球團(tuán),經(jīng)振動磨磨細(xì)后進(jìn)行磁選試驗。磁選設(shè)備為DTCXG-ZN50型磁選管,磁場強度0~450 mT,磁選管直徑50 mm,磁極間距52 mm,磁選結(jié)果如圖3所示。由圖3可以看出,隨著磁場強度的增加,鐵的回收率逐漸增加,最后穩(wěn)定在80%左右。鐵精礦品位隨著磁場強度增加呈下降趨勢,50 mT時鐵精礦品位50.31%,但是收得率僅為33.93%,大部分的海綿鐵隨著渣相進(jìn)入到
尾礦。整體觀察,磁場強度變化對鐵精礦品位影響不大,對回收率影響比較大。綜合考慮,適宜的磁場強度為200 mT。此時鐵精礦Ⅰ品位達(dá)到46.66%,并不能作為商用鐵礦粉出售,低于普通鐵精礦等級劃分標(biāo)準(zhǔn)五級(54.0~<60.0%,YB/T 4267-2011),需要進(jìn)行富集除雜處理工藝提高鐵精礦品位。
2.4 反浮選試驗
反浮選試驗在XFD Ⅲ型單槽浮選機(jī)中進(jìn)行,功率250 W,容積3 L,葉輪直徑70 mm,主軸轉(zhuǎn)速1 400 r/min。稱取500 g品位為46.66%的磁選鐵精礦Ⅰ加水至3 L,調(diào)漿2 min;淀粉作為鐵的抑制劑,添加比例為200 g/t,攪拌3 min;碳酸鈉作為pH調(diào)整劑(亦為強化分散劑[7]),添加比例為1 250 g/t,并攪拌3 min;之后添加陽離子捕收劑十二胺(分析純)300 g/t并攪拌2 min;最后在鼓氣量為600 L/h的條件下反浮選6 min,試驗結(jié)果表明,反浮選鐵精礦Ⅱ的品位提高至60.30%,鐵回收率為83.15%,說明此工藝路線可行。
3 結(jié)論
?。?)在配碳比為1.4、堿度為2.5、1 300 ℃還原30 min的條件下,配碳球團(tuán)直接還原金屬化率達(dá)到98.47%,鉛、鋅揮發(fā)率分別為86.26%和98.54%。經(jīng)磨礦磁選,得到品位46.66%的鐵精礦Ⅰ,再經(jīng)反浮選工藝可獲得品位60.30%的鐵精礦Ⅱ。
?。?)鐵礬渣含碳球團(tuán)直接還原—磁選—反浮選工藝路線綜合回收鉛、鋅和高品位鐵精礦是可行的。