CN100427617C - 一种炼铁高炉炉尘资源综合利用的方法 - Google Patents
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Abstract
一种炼铁高炉炉尘资源综合利用的方法，含锌1.5%～15%的高炉炉尘经磨矿、磁选、重选回收铁矿物获得铁精矿，选矿尾矿用含硫酸15%～30%的钛白废酸处理，使其中的氧化锌以硫酸锌的形式转入溶液中，固液分离得出的溶液用石灰中和除铁后，再用S2-、CO3 2-、HCO3 -离子沉锌获得锌精矿，浸出渣用中性油浮选获得炭精矿。该方法将钛白废酸和高炉炉尘结合在一起，使之成为互为所需的原料和试剂，有效地将两种废弃物变成了有价资源，较好解决了环境污染问题，同时又能产生好的经济效益。
Description
一、技术领域：
本发明涉及一种炼铁高炉炉尘资源综合利用的方法，属于选矿冶金技术领域。
二、背景技术：
高炉炼铁过程中，产生大量的微细炉尘，该炉尘经集尘、水洗等形成高炉炉尘。高炉炉尘含铁、炭，可以作为炼铁的二次原料，但由于其含锌高，含铁品位低，如直接送往烧结炼铁，将影响烧结和炼铁过程，同时锌资源也不能得到回收利用。
近几十年来，世界各国都十分重视钢铁工业产生的炼铁高炉炉尘的综合利用，对高炉炼铁炉尘资源综合利用进行了大量的研究工作，形成了众多的资源回收与利用方案，有的成功地实施了产业化，取得了良好的经济效益和环境效益。这些技术方案归纳起来主要有三种，一种是选矿-焙烧工艺，一种是焙烧-选矿工艺，第三种是选矿-焙烧-选矿工艺。
选矿-焙烧工艺方案侧重于回收利用炼铁高炉炉尘中的铁资源，首先是对炼铁高炉炉尘进行选矿处理，通过磁选、重选获得铁精矿，该铁精矿可以作为炼铁原料加以利用，然后对选矿尾矿在焙烧炉中进行还原焙烧，使锌等有色金属挥发，通过收尘回收锌等有色金属资源。选矿-焙烧工艺可以在焙烧之前从炼铁高炉炉尘中拿出产率约30％的铁精矿，使有色金属在尾矿中得到富集，而且进入焙烧的物料减少，火法焙烧的投资减少，成本降低。不利之处在于选出的铁精矿有时品位不高，铁的回收率不高。
焙烧-选矿工艺是先用焙烧的方法使炼铁高炉炉尘中的锌等有色金属挥发，从烟气中收尘回收锌等有色金属，焙烧后的烧渣经过选矿，回收其中已经被还原成金属铁的铁资源。该工艺得到的铁精矿品位高，铁的回收率高，在高炉炉尘中锌含量高时，锌的回收率高，是一种技术指标优良的技术方案。但该工艺方案中，所有的高炉炉尘都要经过火法处理，投资大，成本高，只有在锌等有色金属含量高时才能获得好的经济效益。
选矿-焙烧-选矿工艺是将选矿-焙烧工艺所得的烧渣再进行一次选矿而形成的，后一次选矿的目的是回收烧渣中被还原的金属铁，使铁资源得到充分的回收利用。该技术方案适合于锌含量不高，铁难选的高炉炉尘的资源综合利用，整个工艺处理高炉炉尘的成本较低。但该工艺的流程较为复杂，投资较大，适合于大型钢铁企业使用。
此外，采用磁选、重选联合流程回收高炉炉尘中的铁资源；采用浮选回收其中的炭；采用旋流器回收其中的锌等技术方案也进行了研究，但同样存在回收率低，产品质量不高的问题，所以这些技术的应用不多。
三、发明内容：
本发明的目的是提供一种利用钛白废酸作浸出试剂，综合回收高炉炉尘中铁、炭、锌资源的工艺。钛白废酸是液体废弃物，高炉炉尘选铁尾矿是固体废弃物，本发明将二者结合在一起，便成了互为所需的原料和试剂，有效地将两种废弃物变成了有价资源，较好解决了环境污染问题，同时又能产生好的经济效益。
本发明通过以下技术方案来实现：
1、选矿回收高炉炉尘中的铁矿物
高炉炉尘含锌1.5％～13％，含铁25％～45％，含炭10％～23％。
将高炉炉尘经过球磨机湿式磨矿，使其中大颗粒的物料被磨细至小于0.074mm的含量大于80％。采用磁场强度为500～2500奥斯特的弱磁场磁选机在20％～50％的矿浆重量百分浓度下，一次粗选，一至二次精选回收其中的磁铁矿等强磁性矿物。再用螺旋溜槽在20％～50％的矿浆重量百分浓度下，一次粗选、一次扫选、一至二次精选回收其中的赤铁矿等弱磁性矿物，两种产品混合脱水过滤得含铁45％～64％的混合铁精矿及选铁后尾矿。
2、高炉炉尘选铁尾矿回收锌资源
将选铁后尾矿，经浓缩得固体重量百分浓度40％～60％的矿浆，将该矿浆装入配浆槽，加入硫酸含量15％～30％的钛白废酸，使固体与液体的重量比保持在2～6∶1，矿浆pH值小于2，混合均匀形成钛白废酸-高炉炉尘选铁尾矿混合料浆，将该料浆送入耐酸搅拌桶中，在100转/分～500转/分的搅拌转速下，常温搅拌5分钟～60分钟，搅拌过程中加钛白废酸使料浆pH值保持在2以下，当高炉炉尘选铁尾矿中的锌90％～98％以硫酸锌的形式转入溶液中时，停止搅拌，对料浆进行浓缩过滤，得一次滤液及浸出渣，对浸出渣洗涤，一次滤液再注入搅拌桶中，加入氧化剂，使90％以上的Fe2+离子氧化成Fe3+，氧化剂包括空气、双氧水、二氧化锰中的一种，再加中和物质控制溶液pH值3～3.5，中和物质包括炼铁高炉炉尘和石灰，在10转/分～100转/分的转速下搅拌30分钟～90分钟，当溶液含铁小于300mg/L时停止搅拌，对溶液中的沉淀物进行浓缩过滤得铁渣及二次滤液，二次滤液加入搅拌桶中，加入S2-、CO3 2-或HCO3 -沉淀锌阴离子，在10～90转/分的转速下搅拌10～30分钟，使溶液中98％以上的锌沉淀，对含沉淀物的溶液浓缩过滤得含锌大于45％的锌精矿及废液，部分废液返回使用，其余废液加石灰中和至中性后达标排放。
3、浸出渣浮选回收炭
浸出渣加水形成重量百分浓度20％～45％的矿浆，将矿浆加入搅拌速度300～600转/分的搅拌桶中，加中性油100～800g/t，再加起泡剂30～120g/t，搅拌2～10分钟后将矿浆加入浮选机中一次粗选，一至二次扫选，一至二次精选，对精选产品浓缩过滤得含C45％～70％的炭精矿及弃渣。
本发明的技术原理
1、选矿回收高炉炉尘中的铁矿物的技术原理
高炉炉尘中的铁矿物主要是磁铁矿、赤铁矿，少部分铁以铁硅酸盐的形式存在。可以选矿回收的铁矿物为磁铁矿和赤铁矿，磁铁矿为强磁性矿物，采用弱磁选可以很好回收，赤铁矿为弱磁性矿物，比重较大，采用强磁选、重选和浮选方法可以回收。本发明所使用的原料中，赤铁矿是最主要的铁矿物，试验表明，强磁选和浮选的效果不如重选，且重选投资少，所以选择重选回收这种赤铁矿矿物。
2、钛白废酸对氧化锌的浸出原理
钛白废酸中的硫酸与炼铁高炉炉尘选矿尾矿中的氧化锌按下式反应：
ZnO+H2SO4＝ZnSO4+H2O
ZnSO4溶解于水中，从而使炼铁高炉炉尘选矿尾矿中的固体氧化锌被浸出进入溶液。钛白废酸中的硫酸还与部分Fe2O3、FeO、CaO等反应，反应式如下：
Fe2O3+3H2SO4＝Fe2(SO4)3+3H2O
FeO+H2SO4＝FeSO4+H2O
CaO+H2SO4+H2O＝CaSO4·2H2O
3、水解除铁的化学原理
浸出液中含有部分Fe3+、Fe2+离子，加入氧化剂空气、双氧水、二氧化锰、次氯酸钾使Fe2+氧化成Fe3+，加中和物质调节溶液pH值至2～4.5，Fe3+离子水解反应如下：
Fe3++3H2O＝Fe(OH)3(沉淀)+3H+
通过该反应，使铁离子以Fe(OH)3沉淀的形式排除。
4、S2-、CO3 2-或HCO3 -离子沉淀锌离子的化学原理
S2-、CO3 2-、HCO3 -离子沉淀锌离子的化学反应为：
Zn2++S2-＝ZnS(沉淀)
Zn2++CO3 2-+2H2O＝ZnCO3Zn(OH)2(沉淀)+2H+
Zn2++HCO3 -+OH-＝ZnCO3(沉淀)+H2O
利用该化学反应，在含锌溶液中加入S2-、CO3 2-、HCO3 -离子，使锌离子以硫化锌、碱式碳酸锌、碳酸锌的形式沉淀出来，再通过固液分离得到锌精矿。
5、浸出渣浮选回收炭的技术原理
高炉炉尘中的炭主要是焦炭粉，该焦炭粉颗粒表面具有天然疏水性，在浸出渣料浆中加入中性油，中性油分子在焦炭粉颗粒表面吸附进一步增强其疏水性，添加起泡剂，通入空气就能很好实现焦炭粉颗粒的浮选。
本发明具有以下优点：
1、高炉炉尘中的锌主要以游离氧化锌的形式存在，粒度微细，用硫酸在常温下处理时，反应速度快，浸出时间短，浸出率高；
2、氧化锌的湿法浸出中，硫酸消耗占总成本的70％以上，采用商业硫酸处理高炉炉尘时，由于高炉炉尘含锌低，硫酸价格高，处理成本高，一般情况下难以获得好的经济效益。本发明采用不花钱的钛白废酸作为氧化锌的浸出试剂，使氧化锌湿法浸出的成本大为降低。
3、钛白废酸是硫酸法钛白粉厂数量巨大的废液污染物，处理该废液投资大，费用高，成为硫酸法钛白生产的一大难题。本发明用该废酸作为炼铁高炉炉尘选矿尾矿的浸出试剂时，炼铁高炉炉尘选矿尾矿成为该废酸的中和剂，这大大减少了废酸处理所需的石灰等碱性物料的数量，从而减少了该废酸处理的费用支出。
4、钛白废酸是液体废弃物，高炉炉尘选铁尾矿是固体废弃物，本发明将二者结合在一起，便成了互为所需的原料和试剂，有效地将两种废弃物变成了有价资源，较好解决了环境污染问题，同时又能产生好的经济效益。
四、附图说明：
图1为本发明的工艺流程图。
五、具体实施方式：
实施例一：
炼铁高炉炉尘：钒钛磁铁矿炼铁高炉炉尘：含锌1.5％～13％，含铁25％～38％，含炭10％～20％。
1、钒钛磁铁矿炼铁高炉炉尘经过球磨机湿式磨矿，使其中大颗粒的物料被磨细至小于0.074mm含量大于80％。采用磁场强度为1500奥斯特的弱磁场磁选机在40％的矿浆重量百分浓度下，一次粗选，一次精选回收其中的磁铁矿等强磁性矿物。再用螺旋溜槽在40％的矿浆重量百分浓度下，一次粗选、一次扫选、二次精选回收其中的赤铁矿等弱磁性矿物，两种产品混合脱水过滤得含铁45％～48％的混合铁精矿及选铁后尾矿。
2、选铁后尾矿，经浓缩得固体重量百分浓度60％的矿浆，将该矿浆装入配浆槽，加入硫酸含量20％的钛白废酸，使固体与液体重量比即固液比保持在2～4∶1，矿浆pH值小于2，混合均匀形成钛白废酸-高炉炉尘选铁尾矿混合料浆，将该料浆送入耐酸搅拌桶中，在100转/分～500转/分的搅拌转速下，常温搅拌5分钟～60分钟，搅拌过程中加钛白废酸使料浆pH值保持在2以下，当高炉炉尘选铁尾矿中的锌90％～98％以硫酸锌的形式转入溶液中时，停止搅拌，对料浆进行浓缩过滤，得一次滤液及浸出渣，对浸出渣洗涤，一次滤液再注入搅拌桶中，通空气使90％以上的Fe2+离子氧化成Fe3+，在加中和物质高炉炉尘控制溶液pH值3～3.5，在10～100转/分的转速下搅拌50～90分钟，当溶液含铁小于300mg/L时停止搅拌，对溶液中的沉淀物进行浓缩过滤，得铁渣及二次滤液，二次滤液加入搅拌桶中，加入硫化钠(S2-)，在10转/分～90转/分的转速下搅拌10分钟～30分钟，使溶液中98％以上的锌沉淀，对含沉淀物的溶液浓缩过滤得含锌大于45％的锌精矿及废液，部分废液返回使用，其余废液加石灰中和至中性后达标排放。
3、浸出渣，加水形成重量百分浓度35％的矿浆，将矿浆加入搅拌速度300～600转/分的搅拌桶中，加中性油煤油600g/t，再加起泡剂松醇油80g/t，搅拌2～10分钟后将矿浆加入浮选机中一次粗选，一次扫选，一次精选，对精选产品浓缩过滤得含C 45％～65％的炭精矿。
主要技术指标：
钒钛磁铁矿炼铁高炉炉尘含锌1.5％～13％，含铁25％～38％，含炭10％～20％；
铁精矿含铁品位45％～48％；
铁精矿中铁的回收率≥50％；
炭精矿含炭品位45％～65％；
炭精矿中炭的回收率≥60％；
锌精矿含锌品位≥45％；
锌精矿中锌的回收率≥80％。
实施例二：
炼铁高炉炉尘：磁铁矿炼铁高炉炉尘：含锌2.3％～10％，含铁30％～40％，含炭12％～21％。
1、磁铁矿炼铁高炉炉尘经过球磨机湿式磨矿，使其中大颗粒的物料被磨细至小于0.074mm含量大于80％。采用磁场强度为800～2000奥斯特的弱磁场磁选机在30％的矿浆重量百分浓度下，一次粗选，二次精选回收其中的磁铁矿等强磁性矿物。再用螺旋溜槽在40％的矿浆重量百分浓度下，一次粗选、一次扫选、一次精选回收其中的赤铁矿等弱磁性矿物，两种产品混合脱水过滤得含铁55％～63％的混合铁精矿及选铁后尾矿。
2、选铁后尾矿，经浓缩得固体重量百分浓度50％的矿浆，将该矿浆装入配浆槽，加入硫酸重量百分含量18％～30％的钛白废酸，使固液比保持在3～6∶1，pH值小于2，混合均匀形成钛白废酸-炼铁高炉炉尘选铁尾矿混合料浆，将该料浆送入耐酸搅拌桶中，在300转/分的搅拌转速下，常温搅拌10分钟～60分钟，搅拌过程中加钛白废酸使料浆pH值保持在2以下，当高炉炉尘选铁尾矿中的锌90％～98％以硫酸锌的形式转入溶液中时，停止搅拌，对料浆进行浓缩过滤，得一次滤液及浸出渣，对浸出渣洗涤，一次滤液再注入搅拌桶中，加双氧水使90％以上的Fe2+离子氧化成Fe3+，在加石灰控制溶液pH值3～3.5，在10～100转/分的转速下搅拌30～90分钟，当溶液含铁小于300mg/L时停止搅拌，对溶液中的沉淀物进行浓缩过滤得铁渣及二次滤液，二次滤液加入搅拌桶中，加入碳酸钠(CO3 2-)，在10～90转/分的转速下搅拌10～30分钟，使溶液中98％以上的锌沉淀，对含沉淀物的溶液浓缩过滤得含锌大于45％的锌精矿及废液。
3、浸出渣加水形成重量百分浓40％的矿浆，将矿浆加入搅拌速度300～600转/分的搅拌桶中，加中性油柴油550g/t，再加起泡剂松醇油100g/t，搅拌2～10分钟后将矿浆加入浮选机中一次粗选，一次扫选，一次精选，对精选产品浓缩过滤得含C50％～70％的炭精矿。
主要技术指标：
磁铁矿炼铁高炉炉尘含锌2.3％～10％，含铁30％～40％，含炭12％～21％；
铁精矿含铁品位55％～63％；
铁精矿中铁的回收率≥65％；
炭精矿含炭品位50％～70％；
炭精矿中炭的回收率≥65％；
锌精矿含锌品位≥45％；
锌精矿中锌的回收率≥80％。
实施例三：
炼铁高炉炉尘：混合铁矿炼铁高炉炉尘：含锌2％～13％，含铁26％～43％，含炭12％～23％。
1、混合铁矿炼铁高炉炉尘经过球磨机湿式磨矿，使其中大颗粒的物料被磨细至小于0.074mm含量大于80％。采用磁场强度为1000～2500奥斯特的弱磁场磁选机在45％的矿浆重量百分浓度下，一次粗选，一次精选回收其中的磁铁矿等强磁性矿物。再用螺旋溜槽在40％的矿浆重量百分浓度下，一次粗选、一次扫选、二次精选回收其中的赤铁矿等弱磁性矿物，两种产品混合脱水过滤得含铁52％～58％的混合铁精矿及选铁后尾矿。
2、选铁后尾矿，经浓缩得固体重量百分浓度40％的矿浆，将该矿浆装入配浆槽，加入硫酸含量25％的钛白废酸，使固体与液体的重量比即固液比保持在4～6∶1，矿浆pH值小于2，混合均匀形成钛白废酸-炼铁高炉炉尘选铁尾矿混合料浆，将该料浆送入耐酸搅拌桶中，在100～500转/分的搅拌转速下，常温搅拌10～60分钟，搅拌过程中加钛白废酸使料浆pH值保持在2以下，当高炉炉尘选铁尾矿中的锌90％～98％以硫酸锌的形式转入溶液中时，停止搅拌，对料浆进行浓缩过滤，得一次滤液及浸出渣，对浸出渣洗涤，一次滤液再注入搅拌桶中，加二氧化锰使90％以上的Fe2+离子氧化成Fe3+，在加石灰控制溶液pH值3～3.5，在50～100转/分的转速下搅拌30～90分钟，当溶液含铁小于300mg/L时停止搅拌，对溶液中的沉淀物进行浓缩过滤得铁渣及二次滤液，二次滤液加入搅拌桶中，加入碳酸氢钠(HCO3 -)，在10～90转/分的转速下搅拌10～30分钟，使溶液中98％以上的锌沉淀，对含沉淀物的溶液浓缩过滤得含锌大于45％的锌精矿及废液。
3、浸出渣，加水形成重量百分浓度40％的矿浆，将矿浆加入搅拌速度300～600转/分的搅拌桶中，加中性油柴油400g/t，再加起泡剂松醇油90g/t，搅拌2～10分钟后将矿浆加入浮选机中一次粗选，一次扫选，一次精选，对精选产品浓缩过滤得含C50％～70％的炭精矿。
主要技术指标：
混合铁矿炼铁高炉炉尘含锌2％～13％，含铁26％～43％，含炭12％～23％；
铁精矿含铁品位52％～58％；
铁精矿中铁的回收率≥65％；
炭精矿含炭品位50％～70％；
炭精矿中炭的回收率≥65％；
锌精矿含锌品位≥45％；
锌精矿中锌的回收率≥80％。
Claims (7)
1、一种炼铁高炉炉尘资源综合利用的方法，其特征在于，其按以下步骤完成，
高炉炉尘经过球磨机湿式磨矿，使其中大颗粒的物料被磨细至小于0.074mm的含量大于80％，采用磁场强度为500～2500奥斯特的弱磁场磁选机在20％～50％的矿浆重量百分浓度下，一次粗选，一至二次精选回收其中的强磁性矿物，再用螺旋溜槽在20％～50％的矿浆重量百分浓度下，一次粗选、一次扫选、一至二次精选回收其中的弱磁性矿物，两种产品混合浓缩过滤得含铁45％～64％的混合铁精矿及选铁后尾矿；
将选铁后尾矿，经浓缩得固体重量百分浓度40％～60％的矿浆，将该矿浆装入配浆槽，加入钛白废酸，使固体与液体的重量比保持在2～6∶1，矿浆pH值小于2，混合均匀形成混合料浆，将该料浆送入耐酸搅拌桶中，在100转/分～500转/分的搅拌转速下，常温搅拌5分钟～60分钟，搅拌过程中加钛白废酸使料浆pH值保持在2以下，当高炉炉尘选铁尾矿中的锌90％～98％以硫酸锌的形式转入溶液中时，停止搅拌，对料浆进行浓缩过滤，得一次滤液及浸出渣，对浸出渣洗涤，一次滤液再注入搅拌桶中，加入氧化剂，使90％以上的Fe2+离子氧化成Fe3+，再加中和物质控制溶液pH值3～3.5，在10转/分～100转/分的转速下搅拌30分钟～90分钟，当溶液含铁小于300mg/L时停止搅拌，对溶液中的沉淀物进行浓缩过滤得铁渣及二次滤液，二次滤液加入搅拌桶中，加入S2-、CO3 2-或HCO3 -沉淀锌的阴离子，在10～90转/分的转速下搅拌10～30分钟，使溶液中98％以上的锌沉淀，对含沉淀物的溶液浓缩过滤得含锌大于45％的锌精矿及废液；
浸出渣加水形成重量百分浓度20％～45％的矿浆，将矿浆加入搅拌速度300～600转/分的搅拌桶中，加中性油100～800g/t，再加起泡剂30～120g/t，搅拌2～10分钟后将矿浆加入浮选机中一次粗选，一至二次扫选，一至二次精选，对精选产品浓缩过滤得含C 45％～70％的炭精矿及弃渣。
2、根据权利要求1所述的炼铁高炉炉尘资源综合利用的方法，其特征在于，所述钛白废酸的硫酸含量为15％～30％。
3、根据权利要求1所述的炼铁高炉炉尘资源综合利用的方法，其特征在于，所述氧化剂包括空气、双氧水、二氧化锰中的一种。
4、根据权利要求1所述的炼铁高炉炉尘资源综合利用的方法，其特征在于，所述中和物质为炼铁高炉炉尘和石灰中的一种。
5、根据权利要求1所述的炼铁高炉炉尘资源综合利用的方法，其特征在于，含沉淀锌的阴离子S2-、CO3 2-或HCO3 -的物质分别为硫化钠、碳酸钠或碳酸氢钠。
6、根据权利要求1所述的炼铁高炉炉尘资源综合利用的方法，其特征在于，所述起泡剂为松醇油。
7、根据权利要求1-6中任一项所述的炼铁高炉炉尘资源综合利用的方法，其特征在于，所述高炉炉尘中含锌1.5％～13％，含铁25％～45％，含炭10％～23％。
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