鉬鐵冶煉渣綜合回收工藝優(yōu)化研究

任 艷，韓 強(qiáng)，趙常泰，張 杰，張 卓

(金堆城鉬業(yè)股份有限公司，陜西 渭南 714100)

0 引 言

隨著生產(chǎn)力和加工技術(shù)的發(fā)展，鉬的應(yīng)用范圍和消費量將會不斷增強(qiáng)，一定程度上將加劇鉬資源使用的緊張局面，因此，無論從保護(hù)鉬資源方面看，還是從尋求廉價的鉬資源以及環(huán)保等方面來說，從工業(yè)廢料和低品位精礦中提取鉬的研究，越來越引起人們的注意[1]。從工業(yè)廢料中回收鉬，生產(chǎn)成本低，工藝簡單，提高了資源的利用率，既創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益，同時也對環(huán)境起到了保護(hù)作用[2]。

某鉬業(yè)公司鉬鐵分廠現(xiàn)有200 00 t/a鉬鐵生產(chǎn)線，采用爐外法工藝進(jìn)行冶煉，在鉬鐵冶煉過程中，爐內(nèi)除了產(chǎn)出人們所希望的鉬鐵合金外，同時存在另一種不希望出現(xiàn)而又必然產(chǎn)生的產(chǎn)物——熔融爐渣[3]，這部分爐渣主要由底殼渣、邊殼渣、渣蓋渣、爐筒下富渣構(gòu)成，統(tǒng)稱為鉬鐵冶煉渣。該公司鉬鐵分廠年產(chǎn)約20 000 t鉬鐵冶煉渣，渣中含鉬品位約為1.68%，鉬鐵冶煉渣經(jīng)過“破碎—分級—磨礦—搖床重選”工藝綜合回收鉬和石英砂，回收的精礦進(jìn)行鉬鐵冶煉回爐，由庫存金屬轉(zhuǎn)化為可銷售的鉬鐵產(chǎn)品，回收的石英砂代替部分冶煉型砂使用，實現(xiàn)廢物利用?，F(xiàn)有工藝回收的精礦品位低(品位在27.83%左右)，石英砂中磁性氧化鐵含量高，而精礦品位低造成回爐使用消耗輔料量增大，石英砂中磁性氧化鐵含量高造成回爐使用后鉬鐵錠精整過程中不易脫殼。因此，需要對現(xiàn)有的鉬鐵冶煉渣處理工藝進(jìn)行優(yōu)化研究，提高精礦品位，降低副產(chǎn)物石英砂中磁性氧化鐵含量。

1 鉬鐵冶煉渣綜合回收利用工藝現(xiàn)狀

現(xiàn)有鉬鐵冶煉渣綜合回收工藝流程為：鉬鐵冶煉渣經(jīng)一次破碎，一次篩分，篩上(+2 mm)產(chǎn)品經(jīng)一段開路磨礦后搖床重選得精礦，篩下產(chǎn)品為綜合回收的石英砂。鉬鐵冶煉渣綜合回收工藝流程圖見圖1，各產(chǎn)物指標(biāo)見表1。

圖1 鉬鐵冶煉渣綜合回收工藝流程

表1 鉬鐵冶煉渣各產(chǎn)物指標(biāo) %

由圖1、表1可以看出，現(xiàn)有鉬鐵冶煉渣綜合回收工藝流程過于簡化，經(jīng)過選別作業(yè)后得到精礦含鉬品位為27.83%，尾礦含鉬品位為0.62%，石英砂含鉬品位為0.65%，精礦品位低，尾礦和石英砂含鉬品位較高，分離效果不理想，綜合回收效果差。

2 工藝礦物學(xué)研究

2.1 試驗樣采集與制備

試驗樣是從生產(chǎn)現(xiàn)場渣處理工段渣場采集，對采集的樣品按圖2所示進(jìn)行樣品的制備。

圖2 樣品的制備流程

2.2 化學(xué)元素分析

對鉬鐵冶煉渣樣品進(jìn)行多元素分析檢測，分析化驗結(jié)果見表2。

表2 鉬鐵冶煉渣中主要成分分析化驗結(jié)果 %

由表2可以看出，鉬鐵冶煉渣中主要非金屬物質(zhì)為SiO2(占60.21%)，其次為Fe、 Al2O3、Mo、Pb、Bi及Zn，主要有價金屬Mo的含量為1.68%，鐵含量為9.63%。

2.3 物質(zhì)組成及含量

鉬鐵冶煉渣為黑色塊狀，氣孔極為發(fā)育，具貝殼狀斷口和典型的蜂窩狀構(gòu)造，主要物質(zhì)組成及含量見表 3。

表3 鉬鐵冶煉渣主要物質(zhì)的含量 %

由表3可以看出，鉬鐵冶煉渣的組成物質(zhì)種類較為復(fù)雜，主要的金屬物質(zhì)是鉬鐵、金屬鐵和氧化鐵(含量分別為3.8%、5.3%、3.9%)，少量的鉬華和磁黃鐵礦，微量的冰銅、金屬銅、金屬鉛及金屬鉍等；非金屬物質(zhì)主要是硅質(zhì)玻璃體、石英和方英石(含量分別為38.4%、42.8%)，其次為單質(zhì)硅和絹云母等，微量的碳質(zhì)物等。

2.4 金屬物質(zhì)的嵌布粒度

樣品中主要目的物質(zhì)的粒度組成及其分布特點對確定磨礦細(xì)度和制訂合理的選礦工藝流程有著直接的影響。為此，在顯微鏡下對鉬鐵冶煉渣中合金類物質(zhì)(包括鉬鐵、金屬鐵和硅鐵)的嵌布粒度進(jìn)行了分析統(tǒng)計，結(jié)果見表4。表4可以看出，鉬鐵冶煉渣中合金類物質(zhì)(包括鉬鐵、金屬鐵和硅鐵)的嵌布粒度中金屬類物質(zhì)具有典型不均勻中細(xì)粒-微細(xì)粒嵌布的特點，粒度范圍在0.21～0.83 mm的合金類物質(zhì)占71.25%，粒度在0.21 mm以下每個粒級分布率明顯開始減少，顯然在較粗的磨礦細(xì)度條件下，相當(dāng)部分的金屬類礦物即可呈單體狀態(tài)產(chǎn)出。

表4 鉬鐵冶煉渣中合金類物質(zhì)的嵌布粒度

3 試驗研究

3.1 磁選探索試驗

根據(jù)鉬鐵冶煉渣的工藝礦物學(xué)性質(zhì)，渣中主要的金屬物質(zhì)是鉬鐵、金屬鐵和氧化鐵，這部分金屬物質(zhì)含有磁性；非金屬物質(zhì)主要是硅質(zhì)玻璃體、石英和方英石，這部分物質(zhì)沒有磁性?？紤]到綜合回收的石英砂在鉬鐵冶煉過程中還要再次回爐使用，要求石英砂干燥，因此試驗考慮采用干式磁選來分離金屬物質(zhì)和非金屬物質(zhì)。試驗過程采用直接干式磁選、篩分分級-干式磁選兩種分選流程進(jìn)行比較，尋找較好的分選流程。

3.1.1 直接干式磁選

鉬鐵中含鐵在30%就會有弱磁性,該公司鉬鐵分廠生產(chǎn)的鉬鐵中含鐵40%，含有弱磁性。為了使得鉬鐵冶煉渣中金屬物質(zhì)和非金屬物質(zhì)得到較好的分離，根據(jù)鉬鐵磁性采用了超強(qiáng)永磁除鐵器進(jìn)行了干式磁選試驗，試驗樣品為破碎至0～6 mm 的鉬鐵冶煉渣，將試驗樣品直接進(jìn)入磁選設(shè)備進(jìn)行不同磁場強(qiáng)度磁選試驗，試驗流程見圖2，試驗結(jié)果見表5。表5可以看出，隨著磁場強(qiáng)度的升高，精礦產(chǎn)率提高，尾礦中殘留的鉬逐漸降低，在磁場強(qiáng)度為13 000 Gs時，精礦中含鉬品位為2.05%，尾礦中含鉬品位為0.63%，精礦產(chǎn)率為73.22%，較磁場強(qiáng)度是3 500 Gs、7 000 Gs時的分離回收效果好，但尾礦石英砂中殘留的鉬含量還較高。

圖2 超強(qiáng)永磁除鐵器磁選流程圖

表5 超強(qiáng)永磁除鐵器磁選試驗結(jié)果

3.1.2 分級-干式磁選

從采用超強(qiáng)永磁除鐵器磁選，磁場強(qiáng)度13 000 Gs試驗結(jié)果來看，可以回收鉬鐵冶煉渣中的大部分鉬鐵。為了進(jìn)一步探索鉬鐵冶煉渣中石英砂類物質(zhì)與鉬鐵的分離，對鉬鐵冶煉渣進(jìn)行分級-磁選。該公司使用的石英砂粒度范圍在0.1～0.5 mm，+2 mm的鉬鐵冶煉渣不含石英砂，因此+2 mm的鉬鐵冶煉渣未進(jìn)行磁選去砂試驗。試驗流程見圖3，試驗結(jié)果見表6。表6可以看出，鉬鐵冶煉渣經(jīng)分級-干式磁選后，尾礦石英砂中含鉬品位為0.38%，回收率為4.10%，回收鉬鐵冶煉渣中鉬鐵的效果較好。

圖3 鉬鐵冶煉渣分級-干式磁選試驗流程圖

表6 鉬鐵冶煉渣分級-干式磁選試驗結(jié)果 %

對比直接干式磁選和分級―干式磁選選礦試驗流程，-6 mm鉬鐵冶煉渣干式磁選精礦的含鉬品位相比試驗樣沒有得到明顯提高，尾礦中鉬含量殘留量較大，分選效果不理想。經(jīng)過篩分分級，對2～0.42 mm、-0.42 mm的鉬鐵冶煉渣進(jìn)行磁場強(qiáng)度為13 000 Gs的磁選，鉬鐵冶煉渣經(jīng)強(qiáng)磁選后，尾礦石英砂中鉬含量為0.38%，回收率為4.10%，回收鉬鐵的效果較好，鉬鐵冶煉渣中鉬鐵和石英砂類物質(zhì)得到較好的分離，因此選擇分級―干式磁選選礦流程。

3.2 重選探索試驗

鉬鐵顆粒比重9.0，石英砂和熔煉渣比重2.6，根據(jù)礦物比重的差別，可以采用重選將鉬鐵與石英砂和熔煉渣分離，生產(chǎn)現(xiàn)場采用搖床重選設(shè)備進(jìn)行分選，為了使物質(zhì)中的鉬得到高效回收，對鉬鐵冶煉渣搖床重選條件進(jìn)行優(yōu)化，主要從磨礦細(xì)度，是否分級重選兩個方面進(jìn)行優(yōu)化試驗，以得到最優(yōu)的搖床重選條件參數(shù)。

3.2.1 磨礦細(xì)度試驗

實驗室球磨機(jī)的入礦粒度一般要保持在-2 mm以下，因此此次試驗將鉬鐵冶煉渣破碎至-2 mm，經(jīng)過磨礦—分級—搖床，篩上+0.42 mm直接作為精礦產(chǎn)品，篩下-0.42 mm產(chǎn)物進(jìn)行搖床重選，磨礦細(xì)度試驗流程圖見圖4，試驗結(jié)果見表7。

圖4 鉬鐵冶煉渣磨礦細(xì)度試驗流程圖

表7 鉬鐵冶煉渣磨礦細(xì)度試驗結(jié)果 %

由表7可以看出，隨著磨礦細(xì)度的提高，精礦的品位得到提高。在磨礦細(xì)度為73.69%時，精礦品位雖然上升，但是精礦綜合回收率開始下降，這是由于鉬鐵和金屬鐵等主要目的產(chǎn)物的粒度極不均勻、分散程度高，其中粒度過于細(xì)小者即使通過細(xì)磨也很難得到較充分的解離，因此分選過程中部分將不可避免地排入尾礦，據(jù)此可以認(rèn)為部分目的產(chǎn)物粒度過于微細(xì)會影響鉬的回收效果。鑒于以上原因，選擇磨礦細(xì)度為-0.074 mm為65.31%為宜。

3.2.2 分級-重選與直接重選試驗

對鉬鐵冶煉渣樣品進(jìn)行搖床重選試驗，磨礦細(xì)度為65.89%，分級得到篩上+0.42 mm產(chǎn)物直接作為精礦產(chǎn)品，0.42～0.074 mm和-0.074 mm的鉬鐵冶煉渣分別進(jìn)行搖床試驗，試驗流程見圖4、圖5。分級-搖床重選與未分級直接搖床重選試驗指標(biāo)進(jìn)行對比，結(jié)果見表8。

圖5 分級-搖床重選流程試驗流程圖

表8 分級-搖床重選試驗結(jié)果 %

由表8可以看出，鉬鐵冶煉渣經(jīng)過磨礦-搖床重選，最終得到精礦產(chǎn)品含鉬品位為33.26%，回收率為77.28%；鉬鐵冶煉渣經(jīng)過磨礦—分級—搖床重選，最終得到精礦產(chǎn)品含鉬品位為33.41%，回收率為76.65%，直接搖床重選和分級-搖床重選所得精礦含鉬品位、回收率指標(biāo)相差不大。

3.3 推薦工藝流程

根據(jù)鉬鐵冶煉渣磁選探索試驗及重選探索試驗結(jié)果，建議鉬鐵冶煉渣綜合回收工藝采用“破碎―分級―磁選―磨礦―分級―搖床重選”的選礦工藝流程。工藝流程圖見圖6，試驗結(jié)果見表10。由表10可知，鉬鐵冶煉渣經(jīng)過選別作業(yè)后精礦中含鉬品位達(dá)到32.37%，回收率達(dá)到78.87%，精礦產(chǎn)率4.12%。優(yōu)化后的工藝可解決鉬鐵冶煉渣中鉬回收問題及石英砂的綜合利用問題。

圖6 鉬鐵冶煉渣回收鉬選礦試驗流程圖

表10 鉬鐵冶煉渣試驗產(chǎn)品指標(biāo) %

4 結(jié) 論

(1)工藝礦物學(xué)研究鉬鐵冶煉渣的組成物質(zhì)種類較為復(fù)雜，主要是非金屬和金屬氧化物的玻璃狀熔融物，主要的金屬物質(zhì)是鉬鐵、金屬鐵和氧化鐵，含量分別為3.8%、5.3%、3.9%，非金屬物質(zhì)主要是硅質(zhì)玻璃體、石英和方英石，含量分別為38.4%、42.8%。

(2)鉬鐵冶煉渣中合金類物質(zhì)(包括鉬鐵、金屬鐵和硅鐵)的嵌布粒中金屬類物質(zhì)具典型不均勻中細(xì)?！⒓?xì)粒嵌布的特點，粒度在0.21～0.83 mm的合金類物質(zhì)占71.25%，粒度在0.21mm以下每個粒級分布率明顯開始減少，顯然在較粗的磨礦細(xì)度條件下，相當(dāng)部分的金屬類礦物即可呈單體狀態(tài)產(chǎn)出。

(3)對鉬鐵冶煉渣回收鉬和石英砂進(jìn)行系統(tǒng)的試驗研究，最終確定鉬鐵冶煉渣采用“破碎-分級-磁選-磨礦-分級-搖床重選”的選礦工藝流程，該工藝較好地解決了鉬鐵冶煉渣中鉬回收及石英砂的綜合利用問題，變廢為寶，提高了資源的利用率，既創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益，同時也對環(huán)境起到了保護(hù)作用。

(4)實驗室研究表明，優(yōu)化后工藝得到的精礦含鉬品位達(dá)到32.37%，回收率達(dá)到78.87%，石英砂含鉬品位降低到0.39%，尾礦含鉬品位降低到0.37%，生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)得到提高，但實驗室試驗研究與工業(yè)生產(chǎn)差異較大，需工業(yè)試驗進(jìn)一步驗證工藝的可行性。