几种复杂难选资源综合利用探索研究.pdf

1 1 2 有色金属 选矿部分2 0 1 3 年增刊 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 3 ．z 1 ．0 2 8 几种复杂难选资源综合利用探索研究 马少健，杨金林 广西大学，南宁5 3 0 0 0 4 摘要针对硫化矿冶金烟灰、冶炼钢渣及含锌铁的铁帽矿石三种复杂难选资源进行了初步研究，分别探讨了直接磁 选试验、磁化焙烧磁选试验、再磨磁选试验，钢渣的吸附性能、吸附机理，常规选矿试验、浸出试验、焙烧磁选等， 为这些难选资源的后续进一步有效利用提供基础数据。 关键词冶金烟灰；钢渣；铁帽；深度还原；磁选 中图分类号T D 9 2 4 ．1 ；T D 9 2 5 ；T D 9 5 2 ；T D 9 8 2文献标志码A文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 1 3 S O - 0 1 1 2 0 3 矿产资源是指由地质作用形成的，具有利用价 值的，呈固态、液态、气态的自然资源。矿产资源 是人类社会赖以生存、发展的物质生产资料和生活 资料中最重要的自然资源之一，是国家经济建设和 战略安全的最基本的物质保障之一。矿产资源综合 利用，主要是指在矿产开发过程中对共生、伴生矿 产进行综合勘探、开采和利用，对以矿产资源为原 料、燃料的工业企业排放的废渣、废液、废气及生 产过程中的水、气进行综合利用。世界工业发达国 家，如美国、日本、德国、英国、法国等国家的矿 产综合利用率和工业“三废”利用率一般超过 8 0 ％。但是，我国矿产资源总回收率和共、伴生矿 产资源综合利用率仅分别为3 0 ％和3 5 ％左右。除 工业废气的利用率接近国际水平外，工业废水和工 业固体废弃物的利用率都比较低，尾矿利用率平均 还不到5 ％[ 1 | 。因此，加强难选矿产资源及矿业废 弃物研究显得尤为重要。本文针对硫化矿冶金烟灰、 冶炼钢渣及含锌铁的铁帽矿石三种复杂难选资源的 综合利用问题进行了初步研究，现分述如下。 1硫化矿冶金烟灰中铁矿物的回收利用 我国硫化矿冶金烟灰年产量达几百万t ，其铁 含量一般在1 0 ％～3 0 ％，有的甚至达4 0 ％以上。同 时，大量烟灰的堆放也会带来环境问题。因此，对 冶金烟灰中的铁矿物进行有效回收，具有重要的现 实意义。硫化矿冶金烟灰中各种矿物与原生矿石有 许多不同，无论在外形还是在物化性能上都与天然 矿物有很大区别，表现在颗粒细、生成环境不同造 箨薯晶羿i2 马0 少1 3 健- 1 0 - 2 4 1 9 6 9 一 ，男，湖南湘潭人，教授，博导。作者简介马少健一 ，男，湖南湘潭人，教授，博导。 成矿物表面性质和结晶状况不同[ 引。一般而言，冶 金烟灰结构致密，化学活性低，其中的铁矿物与脉 石矿物交代共生、关系密切，铁矿物粒度极细，较 天然铁矿物密度低，其与脉石矿物的密度差较小， 呈浸染状充填交代，构成网脉状构造[ 3 ] 。这些都造 成铁矿物有效富集难度较大，铁品位提高困难。硫 化矿冶金烟灰回收铁的关键是降硅，降硅常用的方 法有浮选、电选、重选以及磁选等方法[ 4 ] 。从选 矿成本与物料性质考虑，磁选应该为最佳选别 方法。 冶金烟灰化学多元素分析结果表明，其铁含量 为4 2 ．6 5 ％；经x 一衍射分析可知，含铁矿物有铁橄 榄石、赤铁矿以及少量磁铁矿；脉石矿物以石英为 主，其次为长石、绢云母、绿帘石等。由显微镜观 察得知，有用矿物与脉石矿物嵌布关系密切，相 互包裹严重。粒度分析结果表明，物料粒度微细， 一3 0 斗m 粒级含量接近7 0 ％。显然，该冶金烟灰性 质极其复杂，这些都为物料中有价金属的回收造成 极大障碍。 研究初步进行了直接磁选试验、磁化焙烧一磁 选试验、再磨一磁选试验等，获得的最好指标是铁 精矿铁品位为5 4 ．1 0 ％、铁回收率为4 7 ．3 6 ％。铁精 矿品位难以提高的主要原因应该是烟灰中含有较多 的S i O 等杂质，高温时S i O 与F e O ，反应生成 F e 2 S i O 。。F e 2 S i O 。作为一种菲磁性物质，它的产生使 原料中有效成分铁流失。此外，F e 2 S i O 。中稍含一 些磁| 生铁，就会被选人精矿中，造成品位不高。因此， 冶金烟灰类型物料的有效利用有待更深入研究。 万方数据 2 0 1 3 年增刊马少健等几种复杂难选资源综合利用探索研究 1 1 3 2冶炼钢渣的利用 钢渣是炼钢过程排出的熔渣，即炼钢过程中利 用空气或氧气氧化炉料中的碳、硅、锰、磷等元 素，并在高温下与熔剂起反应形成的熔渣，其构成 包括金属炉料中各元素被氧化后生成的氧化物，被 侵蚀的炉衬料和炉材料，金属炉料带人的杂质和为 调整钢铁性质而专门加入的造渣材料，如石灰石、 白云石、铁矿石、硅石等[ 5 | 。目前，国内外综合利 用钢渣的主要途径有返回冶炼再用、制作钢渣水 泥、作筑路与回填工程材料、作农肥和酸性土壤改 良剂、回收废钢及用于废水处理等。但其都有一定 局限性，尤其在不同的地域范围内，其应用模式更 是有所侧重。广西是一个多石灰岩的地区，所以钢 渣做水泥其销路并不被看好，况且钢渣做的水泥并 不能完全代替水泥；钢渣做农肥到现在还缺乏依据 来证明其对土质和农作物没有负面的影响。 研究采用广西某炼钢厂的电炉钢渣，经化验分 析，其主要成分为M n O3 ．2 9 ％、F e 2 0 ，3 8 ．8 3 ％、 A 1 2 0 3O ．1 8 ％、S i 0 21 2 ．3 3 ％、C a O3 2 ．7 3 ％、M g O 1 0 ％，其它2 ．6 4 ％。本试验结合广西实际情况，研 究钢渣对重金属离子废水处理效果的影响。试验研 究了钢渣细度、用量、接触时间、废水酸碱度、离 子初始浓度等因素对P b “、C p 的去除效果的影响。 试验表明，利用钢渣吸附处理含C 一的废水，当浓 度在4 0 0m g ／L 以内，吸附时间为5 0m i n ，按铬／钢 渣质量比为1 ／3 0 0 投加钢渣时，可以一次性达标排 放；处理含P b 2 的废水，当浓度在5 0 ～5 0 0m g ／L 之 间，按铅／钢渣质量比为1 ／2 0 0 投加钢渣，其去除率 可达到9 4 ％以上。 3 铁帽矿石中锌、铁回收利用 铁帽是指各种金属硫化物矿床经受较为彻底的 氧化、风化淋蚀作用后，形成以铁、锰、硅、铝和 钙等为主的氧化物、含水氧化物、次生硫酸盐、各 种矾类及黏土质混合物的堆积体。它分布于原生硫 化矿床上部或附近地段，在组构上往往反映了原生 硫化物的晶体形态，或某些矿物学上的特点等。在 铁帽形成过程中，地壳表层矿石中的金属矿物经受 强烈氧化、风化作用，会发生水解、水合、氧化、 还原、离子交换等反应，导致元素的迁移和富集， 主要表现为某些元素的淋滤失散和另一些元素的残 积富集两个对立面。一些元素在迁移过程中有可能 被黏土矿物、褐铁矿或一些胶体矿物吸附而残积富 集，形成新的矿床，如铁帽型金 银 矿旧1 0 ] 。 试验矿石为某地硫化矿床铁帽中的含锌、铁氧 化矿石，矿石多元素分析表明，矿石中有用金属 锌、铁含量低，主要成分为铁1 3 ％，三氧化二铁 5 9 ．8 0 ％，二氧化硅1 2 ．3 3 ％，三氧化二铝4 ．5 ％，氧 化钙0 ．8 ％，氧化镁0 ．3 ％。从矿石X R D 分析可知， 矿石中主要金属矿物为菱铁矿、褐铁矿以及少量菱 锌矿，脉石矿物主要为石英等。矿石矿物组成简 单，但对该矿石进行的物相分析结果表明，矿石中 存在锌铁类质同象。因此，该矿石属于低品位难选 矿石。研究矿石含锌、铁较低，但其分布广，总储 量大，估计有数百万t 。如果能综合回收锌、铁， 它将是一种很有潜力的锌、铁资源。本试验采用常 规选矿方法、常规浸出、还原一磁选等方法，考察 了回收有用金属锌、铁的可能性，为后续开发利用 该类型资源提供基础数据。 3 ．1 选矿试验 从矿石性质研究结果可知，矿石中含有独立的 锌矿物与铁矿物，若能进行选矿分离，进一步富集 锌、铁矿物，从而得到独立的锌精矿与铁精矿，将 可以大大降低后续冶炼成本。因此，研究了该矿石 的常规选矿试验。对锌氧化矿来讲，其选矿方法主 要有加温硫化一黄药浮选法和硫化一胺浮选法，另 外还有反浮选和絮凝浮选等方法。菱铁矿比较经济 的选矿方法是重选、强磁选、磁化焙烧磁选等。 回收褐铁矿的方法有强磁选、浮选、磁选等1 卜1 3 ] 。 在此，研究考察了浮选、磁选、重选方法回收 锌、铁的可能性。研究结果表明，各种精矿中锌、 铁品位均在原矿锌、铁品位上下波动，未能实现有效 富集。因此，常规选矿方法不能有效分离锌、铁。 3 ．2 浸出试验 考虑到常规选矿方法不能有效回收锌、铁，研 究考察采用浸出手段回收锌、铁。浸出主要分为碱 性浸出和酸眭浸出[ I 6 | 。碱性浸出可以使氧化锌矿 石中的铁、硅、钙、镁等杂质成分不进入溶液，避 免了酸性浸出带来的脱硅困难、渣量大、渣含锌高 等缺点。碱性浸出采用的浸出剂有氨水、氨水铵 盐以及氢氧化钠等。酸性浸出具有高浸出率的优 点，但也有容易带进杂质离子的缺点。酸性浸出采 用的浸出剂有硫酸、盐酸、硝酸等，但以硫酸更为 普遍。浸出试验结果表明，采用各种碱性浸出剂浸出 研究矿石，获得的锌浸出率不到5 0 ％。硫酸浸出可 以荔5 { 导约8 7 ％的锌寝出率，但铁浸出璋啦誓皎高，毛E 4 5 ％ 万方数据 1 1 4 有色金属 选矿部分2 0 1 3 年增刊 左右，这将会对后续锌、铁分离带来极大困难。 3 ．3 还原焙烧磁选试验 考虑到矿石中铁含量有4 0 ．2 ％，且矿石中有部 分碳酸盐矿物，其分解后也会提高铁品位，因此， 尝试采用还原焙烧磁选工艺回收锌、铁。试验考 察了常规还原焙烧磁选及深度还原磁选两种工 艺。研究结果表明，采用常规还原焙烧磁选工艺， 精矿中锌、铁互含高，难以有效回收锌、铁。由于 矿石中锌铁存在类质同象，导致选别关系复杂，考 虑到在高温时矿石中的铁可以采用深度还原技术还 原成海绵铁，再采用磁选方法回收铁，同时锌也可 以被还原出来，而锌金属沸点约在9 0 6 。C ，锌挥发 出来与氧形成氧化锌，采用收尘可以回收锌，最终 实现锌、铁分离。试验结果表明，采用深度还原一 磁选工艺处理研究矿石，最终获得的产品铁品位与 铁回收率均在9 0 ％以上，金属化率在9 2 ％以上，锌 挥发率在9 7 ％以上。 4 结论 本文针对硫化矿冶金烟灰、冶炼钢渣及含锌铁 的铁帽矿石三种复杂难选资源，进行了初步研究， 研究结果是 1 采用磁选方法回收冶金烟灰中铁矿物等，结 果表明锣带黜品位才滴，其原因有钓哽深 研究。 2 采用吸附试验研究了钢渣对重金属离子废水 处理效果，结果表明钢渣可以用来制备重金属离子 吸附剂。 3 采用深度还原磁选工艺研究了含锌铁的铁 帽矿石，结果表明该工艺能够使矿石中的锌、铁得 以有效分离，实现了锌、铁矿物综合回收。 参考文献 [ 1 ] 刘玉平，谭洪旗，叶霖，等．关于矿产资源综合利用 的几点思考[ J ] ．高科技与产业化，2 0 0 8 11 6 8 - 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