焙烧-浸出-磁选回收铜渣中的铁.pdf

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第35卷第2期矿冶工程Vo1．35№22015年04月MININGANDMETALLURGICALENC；INEERINGApril2015焙烧．浸出．磁选回收铜渣中的铁①詹保峰，黄自力，杨孽，刘玉飞，焦成鹏(武汉科技大学冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室，湖北武汉430081)摘要：以煤粉作还原剂，采用焙烧．浸出．磁选工艺对某铜渣中的铁进行了回收实验研究。探讨了焙烧温度、焙烧时间、煤粉用量、碳酸钠用量等因素对铁回收的影响，最佳工艺条件为：焙烧温度800℃，焙烧时间60min，煤粉用量1％，碳酸钠用量10％，在此条件下获得的焙砂经进一步稀酸浸出和磁选，可获得铁品位62．53％、铁回收率70．82％的铁精矿。关键词：铜渣；铁；焙烧；浸出；磁选中图分类号：TF046文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．0253—6099．2015．02．025文章编号：0253—6099(2015)02-0103—04RecoveryofIronfromCopper-slagwithProcessofRoasting-Leaching-MagneticSeparationZHANBao-feng，HUANGZi-li，YANGNie，LIUYu—fei，JIAOCheng·peng(HubeiKeyLaboratoryforEfficientUtilizationandAgglomerationofMetallurgicResources，WuhanUniversityofScienceandTechnology，Hubei430081，Wuhan，China)Abstract：Withcoaldustasreductant，recoveryofironfromsomecopper—slagwiththeprocessofroasting—leaching—magneticseparationwastested，withtheeffectsofroastingtimeandtemperature，dosageofcoaldustandsodiumcarbonateontheironrecoveryinvestigated．Theoptimumconditionwasobtainedasfollows：roastingtemperatureof800℃。roastingtimeof60minutes，dosageofcoaldustandsodiumcarbonateof1％and10％，respectively．Thecalcineobtainedwasfurthersubjectedtotheprocessofdiluteacidleachingandmagneticseparation，resultinginanironconcentrategrading62．53％Feat70．82％recovery．Keywords：copper—slag；iron；roastlng；leaching；magneticseparation我国是世界上主要的铜生产国，近年来冶炼精铜属铁，再通过磁选方法加以回收。本文针对某铜产量增长迅速，2013年我国精炼铜684万吨¨，按照渣进行了焙烧-浸出-磁选工艺回收其中铁的研究。目前火法炼铜每生产1吨金属铜产渣2．2吨计算，1实验铜渣数量达1500万吨铜渣中含有相当数量的铁、铜、锌、铅、钴、镍等有价金属和少量金、银等贵金属。1．1实验原料特别是铜渣中的铁，其品位一般可达40％左右，远高实验原料为某铜渣选矿厂浮选铜的尾矿，其主要于我国铁矿石的可采品位27％。然而我国铜渣利化学成分及铁物相分析结果分别见表1—2。通过偏光用率很低，大部分铜渣被堆存在渣场中，既占用土地又显微镜、矿相显微镜对铜渣人选之前的原渣样品进行光污染环境，也造成巨大的资源浪费_4J。由于铜渣中的学分析，结果表明，原渣样品中金属矿物主要为铜矿物、铁大部分以铁橄榄石形式存在，少部分以磁性氧化铁铁矿物，其中铁矿物主要为磁铁矿、铁橄榄石；非金属矿形式存在，且粒径小，常规磁选时只起到机械分离作物主要为橄榄石、辉石、长石、石英、玻璃质和其他脉石用J，因此，尽管铜渣中Fe含量很高，但利用传统矿矿物。化学元素分析结果表明，浮铜尾矿中铁品位为物加工方法很难有效回收其中的铁；要回收铜渣中43．73％，其它可利用元素含量都很低。铁物相分析结果的铁就需要先将铜渣中的FeSiO转变成FeO或金表明，尾矿中的铁主要以铁橄榄石和磁性铁形式存在。①收稿日期：2014—10-18基金项目：国家自然科学基金资助(51272188)作者简介：詹保峰(1989一)，男，湖北黄梅人，硕士研究生，主要从事二次资源综合利用研究。通讯作者：黄自力(1965-)，男，湖南祁阳人，博士，教授，主要从事矿物加工与资源综合利用研究。 矿冶工程第35卷表1铜渣浮铜尾矿化学多元素分析结果(质量分数)／％Na2CO3(S)+SiO2(s)-Na2SiO3(S)+CO2(g)(4)2FeO(s)+SiO2(s)一2FeO·SiO2(S)(5)喜物相含量／％占有率／％图2反应(4)和(5)的吉布斯自由能变化焙烧时，添加的煤粉的工业分析结果见表3。由图2可见，反应温度在800K以上，Na2SiO比表3煤粉工业分析结果(质量分数)／％2FeO·SiO更稳定，可防止铁氧化物再生成硅酸铁。1．3实验设备及试剂实验设备：SXZ-10型实验室电炉、XCSQ一57×70型湿式强磁选机、JJ一1型电动搅拌器、SHZ-D型循环1．2实验原理水式多用真空抽滤机、101—3EBS型电热鼓风干燥箱、通过高温焙烧的方法使铁橄榄石分解，反应式为：300mL石墨坩埚等。3(2FeO·SiO2)(S)+02(g)一试剂：硫酸、碳酸钠，均为分析纯。∞加加0加加椰鲫∞加2Fe3O4(S)+3SiO2(s)(1)1．4实验方法与此同时，Fe，O被氧化生成Fe：O。：将铜渣浮铜尾矿与碳酸钠、煤粉等按一定比例混4Fe3O4(S)十02(g)一6Fe2O3(S)(2)匀，在一定温度下进行焙烧，焙砂经稀酸浸出得到浸出而Fe：O。在高温条件下通过炭(煤粉)可还原成Fe，O：渣，浸出渣通过磁选回收铁精矿。实验流程如图33Fe2O3(s)+C(s)一2Fe3O4(s)+CO(g)(3)所示。上述反应的吉布斯自由能△G与温度的关系铜渣浮铜尾矿碳酸钠见图1，可以看出控制焙烧温度在1200K以上，可使+煤粉铁橄榄石分解，主要生成Fe，O。+丝●__-_-●_——磨矿O_0．075null,~OO／o}稀硫酸亢浸l出浸出液望堂堕同强l磁选铁精矿尾矿图3实验流程图1反应(1)～(3)的吉布斯自由能变化浸出采用常温搅拌稀酸浸出的方式，浸出条件为：硫酸浓度18．7％，液固比4：1，浸出时间60min。由于反应(4)的发生，加入一定量Na：CO，可促进酸浸矿浆静置固液分离后，浸出渣经强磁选作业铁橄榄石的分解。而且，在高温条件下还发生反应回收铁。由于浸出渣中既有强磁性矿物磁铁矿，也有(5)。反应(4)和(5)的吉布斯自由能随温度的变化曲弱磁性矿物赤褐铁矿，因而采用强磁选机在较高磁场线见图2。条件下一并回收。 第2期詹保峰等：焙烧．浸出一磁选回收铜渣中的铁105过程中伴随着一种明显现象：随着煤粉用量增加，浸出2实验结果及讨论液绿颜色变得更深，说明随着还原剂煤粉用量增加，生由于焙烧使铁橄榄石转化为磁铁矿，是本工艺的成了更多的单质铁，因为新生成的单质铁容易与酸反关键环节，因此本文重点考察焙烧条件对铜渣中回收应，有更多的Fe离子生成。因此，煤粉用量以1％为宜。铁精矿指标的影响。2．1焙烧温度的影响焙烧时间60min，煤粉用量1％，碳酸钠用量10％，焙烧温度的影响如图4所示。由图4可知，随着焙烧温度升高，铁精矿品位升高，而铁回收率降低。考虑到高温需要更多的能耗，认为适宜的焙烧温度为800℃，此温度条件下铁精矿品位和铁回收率分别为61．99％和70．71％。煤粉用量／％图6煤粉用量实验结果、2．4碳酸钠用量的影响遵褥畦焙烧温度800℃，焙烧时间60min，煤粉用量1％，回碳酸钠用量的影响如图7所示。由图7可知，随着碳酸钠用量增加，铁品位呈上升趋势，铁回收率呈下降趋势，当碳酸钠用量为10％时，铁精矿品位和铁回收率焙烧温度／℃分别为61．99％和70．71％。综合考虑认为，碳酸钠用图4焙烧温度实验结果量以10％为宜。2．2焙烧时间的影响焙烧温度800℃，煤粉用量1％，碳酸钠用量10％，焙烧时间的影响如图5所示。由图5可知，在焙姆烧时间为60min时，铁精矿品位和铁回收率分别为冒61．99％、70．71％，较其它焙烧时间的综合回收指标好，因此认为适宜的焙烧时间为60min。碳酸钠用量／％图7碳酸钠用量实验结果褥2．5优化条件下的扩大实验回确定优化条件：焙烧温度800℃，焙烧时间60min，煤粉用量l％，碳酸钠用量10％。在此条件下，按照图3流程进行了浮铜尾矿的扩大实验，可得到铁精矿品位焙烧时间／rain62．53％、铁回收率70．82％的工艺指标。图5焙烧时间实验结果2．6焙烧前后试样的XRD分析实验所用浮铜尾矿焙烧前后的x射线衍射结果2-3煤粉用量的影响如图8所示。焙烧前，试样中主要结晶矿物相为铁橄焙烧温度800qC，焙烧时间60rain，碳酸钠用量榄石，其次为磁铁矿，而焙砂中的主要结晶矿物相为磁10％，煤粉用量的影响如图6所示。由图6可知，当煤铁矿，其次为赤铁矿，说明焙烧过程中，硅酸铁转化成粉用量增加，铁精矿品位升高，但铁回收率降低。实验了铁的氧化物。 1O6矿冶工程第35卷3)铜渣焙烧过程中，硅酸铁转化成了铁的氧化物。参考文献：[1]2013年中国精炼铜(电解铜)行业产量分析[EB／OL]．http：∥www．chyxx．corn／industry／201402／228484．htm1．[2]BipraGorai，JanaRK，Premchand．Characteristicsandutilizationofcopperslagareview[J]．Resources，ConservationandRecycling，2003，39(4)：299-313．[3]曹洪杨，付念新，王慈公，等．铜渣中铁组分的选择性析出与分离20／(。[J]．矿产综合利用，2009(2)：8—11．图8试样焙烧前后XRD分析[4]AlterH_ThecompositionandenvironmentalhazardofcopperslaginthecontextoftheBaselconvention『J]．Resources．ConservationandRecycling，2005，43(4)：353—360．3结论[5]黄自力，何甜辉，秦庆伟，等．炼铜反射炉水淬渣的矿物学研究及可选性分析[J]．矿业研究与开发，2010，30(6)：35-37．1)铜渣中铁矿物主要为磁铁矿、铁橄榄石，其中[6]韩伟，秦庆伟．从炼铜炉渣中提取铜铁的研究[J]．矿冶，2009，铁橄榄石占全铁的51．89％，磁铁矿占全铁的30．89％。l8(2)：9一l2．铁橄榄石转化为磁铁矿对于回收铜渣中的铁具有重要[7]刘纲，朱荣，王昌安，等．铜渣熔融氧化提铁的实验研究[J]．中国有色金属，2009(1)：7卜74．意义。[8]曹洪杨，付念新，张力，等．铜冶炼熔渣中铁组分的迁移与析出2)铜渣与1％的煤粉、10％的碳酸钠混合，在800℃行为[J]．过程工程学报，2009，9(2)：284—188．下焙烧60rain，焙砂经稀酸浸出，然后再磁选，可获得[9]王珩．从炼铜厂炉渣中回收铜铁的研究[J]．广东有色金属学铁品位62．53％、铁回收率70．82％的铁精矿。报，2003，13(2)：83-88．(上接第102页)[5]MillerP，BrownABacterialoxidationofrefractorygoldconcentrates[17]ScottCooper，CharlesJCoronella．CFDsimulationsofparticlemixingin[J]．DevelopmentsinMineralProcessing，2005，15：371—402．ahinaryfluidizedbed[J]．PowderTechnology，2OO5，151(1—3)：27—36．[6]MalattKA．Bacterialoxidationofpurearsenopyritebyamixedcuhre[18]FemdndezMoguelL，MuhrH，DietzA，eta1．CFDsimulationof[J]．ProcessMetallurgy，1999，9(1)：411—421．bariumcarbonateprecipitationinafluidizedbedrefletor[J]．Chemi—[7]牛艳萍，宗京京，丁淑芳，等．某含砷含碳难处理金矿选矿试验研calEngineeringResearchandDesign，2010，88(9)：1206—1216．究[J]．矿冶工程，2014，32(2)：50-53．[19]NingYang，WeiWang，WeiGe，eta1．CFDsimulationofconcur-[8]马承愚，李学文，李登新，等．超临界水氧化法选冶难选金矿石的rent—upgas—solidflowincirculatingfluidizedbedswithstructure·de—影响因素研究[J]．矿冶工程，2009，29(4)：77—79．pendentdragcoefficient[J]．ChemicalEngineeringJournal，2003，96[9]高国龙，李登新，孙利娜．三相流化床中硝酸氧化难选冶金精矿动(1-3)：71-80．力学研究[J]．矿冶工程，2011，31(1)：54-62．[2O]AndrewSlezak，JohnMKuhlman，LawrenceJ，ela1．CFDsimula—[1O]高国龙，李登新．三相流化床中预处理难浸金精矿冷模研究[J]．tionofentrained—flowcoalgasification：Coalparticledensity／size—中国矿业，2011，20(4)：85-88．fractioneffects[J]．PowderTechnology，2010，203(1)：98—108．[11]周一康．难处理金矿石预处理方法研究进展及对策建议[J]．有[21]HosseiniSH，ZivdarM，RahimiR．CFDsimulationofgas-solidflow色金属(冶炼部分)，1999(6)：33—37．inaspoutedbedwithanon—porousdrafttube[J]．ChemicalEngi—[12]陈剑锋，陈剑，文扬思．广西田东某低品位难处理金矿石选矿neeringandProcessing，2009，48(11—12)：1539—1548．试验研究[J]．黄金科学技术，2010，18(6)：46—5O．[22]MohammadA，Dehnavi，ShahrokhShahhosseini，eta1CFDsimula—[13]黄怀国，张卿，林鸿汉．难选冶金矿提取工艺工业应用现状tionofhydrodynamicsandheattransferingasphaseethylenepoly-[J]．黄金科学技术，2013，21(1)：7l一77．merizationreactors[J]．InternationalCommunicationsinHeatand[14]翟毅杰，李登新，王军，等．酸性条件下高锰酸钾预处理氰化尾MassTransfer，2010，37(4)：437—442．渣的试验研究[J]．矿冶工程，2010，30(3)：66—69．[23]LucaMazzei，AgostinoCasillo，PaolaLettieri，eta1．CFDsimula—[15]PanneerselvamR，SavithriS，SurenderGD．CFDsimulationofhy—tionsofsegregatingfluidizedbidispersemixturesofparticlesdifferingdrodynamicsofgas—liquid—solidfluidizedbedreactor[J]．Chemicalinsize[J]．ChemicalEngineeringJournal，2010，156(2)：432一445．．EngineeringScience，2009，64(6)：1119—1135．[24]CounceRM，CrawfordDB．PerformancemodelsforNOxabsorbers／[16]FanGeng，DayongXu，ZhulinYuan，eta1．Numericalsimulationonstrippers[J]．EnvironmentalProgress，1990，9(2)：87—92．fluidizationcharacteristicsoftobaccoparticlesinfluidizedbeddryers[25]李鸿莉，李登新，刘广涛，等．三相流化床中表观气速对电导率及[J]．ChemicalEngineeringJournal，2009，150(2-3)：581—592．相含率的影响[J]．过程工程学报，2010，10(2)：236—239．