硫酸渣磁化焙燒-磁選提鐵降硫

張漢泉，路漫漫，胡定國

(1.武漢工程大學環(huán)境與城市建設學院，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，我國每年硫酸渣的產(chǎn)量已經(jīng)超過2 000萬t ，堆存占地超過1 000萬m2，露天堆放的硫酸渣遇風微塵污染空氣；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，僅占硫資源儲量的20%，其余80%的硫主要以硫鐵礦的形式存在[2].我國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、江西和河南的儲量超過了1億t，開發(fā)利用前途較好.自然硫主要儲存在地區(qū)山東省，礦層薄，礦石滲透性較差，選礦難度大，工業(yè)價值較小.所以我國目前只能以硫鐵礦為主，硫酸渣將長期存在.絕大部分硫酸渣中鐵含量高達40%以上，粒度細，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、意大利、日本等國家，把黃鐵礦燒渣作為重要的煉鐵原料來源之一[3].如意大利蒙特卡梯尼廠采用硫鐵礦燒渣磁化焙燒-磁選-球團工藝來生產(chǎn)鐵精粉，董風芝[4]等對硫酸渣回收鐵精礦的磁化焙燒工藝進行過試驗研究，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果，表2為試樣粒度分布分析結果.

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，達到55.08%，具有很高的利用價值，作為廢棄物很可惜，其中的硫含量1.30%，對冶煉很不利，會增加鋼鐵的熱脆性，考慮在焙燒和磁選時能夠脫硫.試樣中磁化率(FeO/Fe)為10.20%，有一定的強磁性礦物.試樣中脈石礦物主要為石英，含量達到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的含量能夠達到52.63%，粒度很細，可以直接進行磁選或磁化焙燒.

試驗用煤粉為武鋼烏龍泉礦水泥廠普通燃煤，其主要指標見表3.

表3 試驗用煤粉工業(yè)分析結果Table 3 Technical analysis of fine coal %

2 磁選試驗

在磨礦細度-0.044 mm占89.39%的條件下，用磁選管對試樣直接進行弱磁選.磁選磁場為：47.76、95.52、143.28、187.06、230.84 kA/m.結果表明試樣直接磁選，精礦產(chǎn)率隨磁場強度增大而增大，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到57.95%，難以獲得理想的精礦指標.

3 磁化焙燒-弱磁選試驗

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

3.1 焙燒溫度試驗

根據(jù)還原焙燒理論，如果焙燒溫度過低，反應速度常數(shù)小，反應速度慢；焙燒溫度過高，容易發(fā)生過還原而生成FeO，磁化率不佳 ，因此，氧化鐵礦磁化焙燒溫度要維持在適當水平[5-6].溫度試驗焙燒條件為還原劑用量10%，焙燒時間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結果見圖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，但是精礦回收率上升，當焙燒溫度超過750 ℃時，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，進行后面試驗.

圖1 磁化焙燒溫度試驗結果Fig.1 Result of magnetizing roasting temperature test

3.2 磁化焙燒時間試驗

以750 ℃為焙燒溫度，進行焙燒時間單因素條件優(yōu)化試驗.此外，氧化鐵礦磁化焙燒時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.硫酸渣磁化焙燒條件為：還原煤粉用量10%(對燒渣)，磁化焙燒溫度750 ℃.焙燒后的產(chǎn)品磨至-0.074 mm占97.02%，試驗結果見圖2.

圖2 磁化焙燒時間試驗結果Fig.2 Result of magnetizing roasting duration test

由圖2可以看出，精礦品位隨焙燒時間增加大體呈下降趨勢，精礦回收率則在40 min時達到一個最大值，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間是40 min.

3.3 磁化焙燒還原劑用量試驗

還原劑用量也是影響磁化焙燒因素之一.還原劑的用量過低 ，則還原反應不充分，使礦物不能充分還原；反之，則造成能源的浪費和成本的增加.焙燒時間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%，試驗結果見圖3.由圖3可見，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多會使還原過程中局部生成的富氏體致使精礦的各項指標受到影響[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結果Fig.3 Result of ratio of coal of magnetizing roasting test

3.4 磨礦細度試驗

硫酸渣在經(jīng)過磁化焙燒后，礦中的Si質(zhì)成分會融化粘結在一起，包鐵質(zhì)包裹在其中，影響下一步的磁選，因此磁化焙燒后進行適當時間的擦磨，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)，磨礦細度試驗結果見圖4.

圖4 磨礦細度試驗結果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，精礦品位和精礦回收率都不錯，選礦效率最高，因此綜合各項指標，焙燒礦再選磨礦再選-0.074 mm含量達到95%以上的細度.

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，對最終鐵精礦作了化學多元素分析，由表4可以看出，經(jīng)過焙燒-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果Table 4 Chemical composition of concentrate /%

4 結 語

a. 鐵品位55.08%，硫含量1.3%的湖南某硫酸渣礦樣，硫酸渣進行直接磁選，試驗條件：磁場強度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-磁選的方案進行試驗，在焙燒時間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-磁選脫硫率達到90%，具有較大的參考價值.

參考文獻：

[1] 葉志平, 何國偉. 硫酸渣資源化及其以廢治廢技術研究[J]. 華南師范大學學報:自然科學版，2010(2)：72-75.

[2] 劉全軍，周興龍，李華偉，等.硫酸渣綜合利用的研究現(xiàn)狀與進展[J]. 云南冶金，2004(2)：28-32.

[3] 朱申紅，吳德禮，孟 娟. 黃鐵礦燒渣的綜合利用途徑與問題分析[J]. 青島建筑工程學院學報， 2005(1)：25-28.

[4] 董風芝， 姚德，孫永峰. 硫酸渣用磁化焙燒工藝分選鐵精礦的研究與應用[J]. 金屬礦山，2008(5)：146-148.

[5] 刁作明. 利用硫酸渣(灰)制取海綿鐵[J]. 重慶環(huán)境科學.1995(4)：37-40.

[6] John Schutel. Southeast Asia the Springboard for New Coal Based DRI[J]. Personal Exchange Infomation，1997(7):17-20.

[7] Luo Liqun,Le Yi. Applied researches and new deve-lopments of magnetizing roasting on iron materials[J]. China Mining Magazine，2007,16(3): 55-58.