CN103710532A - 一种高砷铁矿微波脱砷的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高砷铁矿微波脱砷的方法，属于选矿技术领域。该方法先将高砷铁矿破碎至粒度小于1mm，加入适量煤粉，混合均匀置于工业微波炉中进行微波焙烧，控制温度在800℃～1200℃，焙烧时间5～30min，使砷以气态形式与铁矿分离，得到满足工业要求的低砷铁精矿，同时产生的含砷尾气用设置在工业微波炉上的烟气吸收装置加以回收。本发明利用微波对铁矿的选择性加热，促进砷与铁矿的有效分离，脱砷率在90%以上，是一种高效、低成本的铁矿脱砷方法。

Description

一种高砷铁矿微波脱砷的方法

技术领域

本发明涉及选矿技术领域，具体涉及一种通过高砷铁矿微波脱砷的方法。

背景技术

随着我国钢铁工业的迅速发展，2011年我国的钢产量已达到7亿吨，但是我国的铁矿石资源供需矛盾日益突出，2011年进口铁矿石达到6.86亿吨。当前,铁矿石资源日趋紧张，而目前我国的高砷矿石储量为18.8亿吨，但因砷含量高而没有开发利用。As是P的同族元素，对钢材有着极大的危害，As进入钢材中会引起“热脆”现象，使得钢材在加工过程中容易开裂，降低钢材的冲击韧性。而我国拥有大量的铁矿石资源，截止2010年，中国已探明的铁矿石储量已达到624亿吨，但其中80%的矿属于贫矿，其中更有大量的高砷铁矿，在高炉的反应气氛下，As无法被脱除进入渣中，所以铁矿石进入高炉前首先要求将精矿中的As含量降低至0.08%以下，所以铁矿石脱砷是很关键的一步。

目前常见的含砷金属矿脱砷方法有：湿法化学预处理、焙烧氧化预处理、细菌氧化预处理等。湿法工艺脱砷是指采用含有脱砷处理剂的水溶液在温度100℃以内的条件下处理，使砷以砷酸或亚砷酸的形式进入溶液，从而与固体物料分离。如用碱浸脱砷预处理，用碱液把矿石中砷酸铁中的砷置换出来，使其生成可溶性砷酸盐进入溶解液中，以达到脱砷的目的。矿石中砷的浸出率可达90%，但碱液消耗量大，并在处理规模上受到很大限制，因此不适合在工业上应用。焙烧氧化预处理脱砷是指在氧化气氛下将矿石加热到一定温度使矿石中的砷酸铁发生热分解已达到脱砷的目的，但在此条件下焙烧生成的As₂O₃会被继续氧化与矿中的CaO等生成稳定的砷酸盐，影响脱砷效果。在环境污染日益严重的今天，细菌微生物脱砷法被称作“绿色冶金脱砷工艺”而备受人们的青睐，成为未来冶金工程一个新的希望。细菌氧化及提金作业大致可分为3个阶段：①用细菌培养基培养铁硫杆菌等，制备pH=1.5～2.5的硫酸细菌浸液；②细菌催化氧化脱除砷、硫；③预处理所得渣再进行氰化(或其他方法)提金，预处理溶液用细菌活化后循环利用等，其可为有效利用高砷微细浸染型金矿资源提供参考，但不适宜于钢铁的大规模工业生产。

微波是一种介与红外线和无线电波之间的电磁波，其频率范围在300MHz～30GHz，波长为1mm～1m。按照物质对微波的吸收能力划分，主要有反射型、透射型以及吸收型三种。其中，吸收型物质吸收微波后，引起其内部分子的高频振动，从而将微波能转化为热量，不同的物质吸收微波的能力有差异，升温的速率也存在不同。微波加热具有以下几个特性：加热具有整体性、加热具有选择性、加热具有即时性、加热速率快。所谓整体性即在微波加热过程中，物质的各个部分都在被同时作用升温，避免了传统热辐射形式加热过程中的冷中心问题。所谓选择性是物质各部分的成分不同，对微波的吸收能力不同，升温速率也不同。即时性是指微波作用停止，则加热也停止，加热没有滞后。所以由于微波存在这些特性，其在矿产加工中的应用就越来越多，利用微波加热选择性特性进行磨矿，可以有效地降低磨矿所需的能量，且微波加热具有清洁的特点，可以减少环境污染。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，利用微波对铁矿的选择性加热，高效地实现砷与铁矿的分离，得到满足工业要求的低砷铁精矿粉，从而实现了一种高效的工业化处理高砷铁矿脱砷的方法。

为了解决以上技术问题，本发明是通过以下技术方案予以实现的。

本发明提供了一种高砷铁矿微波脱砷的方法，该方法包括以下步骤：

1）将含砷铁矿石破碎至粒度小于1mm，再按照其质量的5～10%配入煤粉，混合均匀；

2）将步骤（1）得到的混合粉剂置于工业微波炉中进行微波焙烧，控制温度在800℃～1200℃，焙烧时间5～30min，使砷以气态形式与铁矿分离，得到了满足工业生产要求的低砷铁矿，同时分离出的含砷尾气用设置在工业微波炉上的烟气回收装置吸收。

本发明的科学原理如下：

砷在铁矿石中的赋存形态主要有：毒砂(FeAsS)、臭葱石(FeAsO₄.2H₂O)、雄黄(As₂S₂)及雌黄(As₂S₃)。毒砂是一种中等稳定的矿物，在酸性条件下容易被氧化，只有在强碱性和还原环境中才能稳定存在，常常与磁铁矿、黄铁矿伴生。臭葱石等砷酸盐通常产出于富含毒砂的硫化矿床氧化带中，并且常生成于褐铁矿矿石中。在微波焙烧过程中，砷会被氧化成含砷氧化物As₂O₃，但如果氧化气氛过强，会氧化成As₄O₆，As₄O₆也可能进一步被氧化为As₂O₅，导致生成不挥发的nMO·As₂O₅等物质，尤其是很容易与CaO反应生成稳定的砷酸钙。为避免不挥发物质的生成，可以采用提高焙烧温度或降低体系中氧位的方法。但提高温度是有限的，因此，常采用加入少量煤粉造成弱氧化气氛或弱还原气氛的方法，以防止As₂O₅的生成。另外，砷酸盐在氧化气氛中比较稳定，在弱还原气氛下可发生如下反应：

nMO·As₂O₅+2CO=nMO+1/2As₄O₆↑+2CO₂↑

当还原性气氛过强(如加碳量过多)时，会使铁氧化物还原成金属铁，而在高温下砷和铁有很强的亲和力，极易生成FeAs和Fe₂As之类的金属间化合物，从而阻碍砷的挥发脱除。当气相中CO含量小于12%，而且p(CO₂)/p(CO)为1～3时，As的挥发效果最好。从砷及其化合物的物化性质可知：单质砷、砷黄铁矿等可在弱氧化气氛下被氧化成As₂O₃，而砷酸盐则在弱还原气氛下被还原成As₂O₃。利用微波的选择性加热物料，升温速度快，加热效率高，既可以防止含砷生成物与CaO反应，也可阻止与铁反应生成FeAs和Fe₂As之类的金属间化合物，阻碍砷的挥发脱除，可以高效的把砷与铁矿石分离。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

1、本发明利用微波对铁矿石的选择性加热，有效地实现砷与铁矿的分离，脱砷率达到90%以上，采用本技术方案后处理的高砷铁矿石砷含量很低，满足了钢铁工业对砷要求（钢中砷含量小于0.08%）；

2、通过本发明可以同时实现含砷烟气的回收利用，实现了砷氧化物的循环利用；

3、本发明工艺流程简单，操作灵活，缩短焙烧时间，提高热效率，能耗低，有利于降低企业生产成本，具有良好的经济和社会效益。

具体实施方式

以下结合具体实施例详述本发明，但本发明不局限于下述实施例。

实施例1

本实例选用的是内蒙古某矿山的含砷铁矿石，矿石成分如表1，所添加原料为煤粉，具体实施步骤如下：

表1内蒙古某铁矿石元素成分表(%)

1）取500g的含砷铁矿石，研磨至1mm以下，按照含砷铁矿石质量的5%配入煤粉，混合均匀，装入刚玉坩埚中。

2）将坩埚放入微波炉中焙烧，温度控制在950℃左右，焙烧10min，冷却后，将样品送至原子荧光分析仪分析，得出焙烧后样品中的As含量为0.053%，脱砷率为90.54%，相同的配比、相同的条件在马弗炉中焙烧脱砷率仅为80.14%。

3)含砷尾气进入尾气收集装置，减少对环境的污染。

实施例2

本实例选用的是广西某矿山的含砷铁矿石，矿石成分如表2，所添加原料为煤粉，具体实施步骤如下：

表2广西某铁矿石元素成分表(%)

1）取500g的含砷铁矿石，在振动磨样机中磨至1mm以下，按照含砷铁矿石质量的6%配入炭粉，混合均匀，装入刚玉坩埚中。

2）将坩埚放入微波炉中焙烧，温度控制在1000℃左右，焙烧15min，将焙烧后的样品送至原子荧光分析仪分析，得出焙烧后样品中的As含量为0.02%，脱砷率为92.73%，效果显著。

3）含砷尾气进入尾气收集装置，减少对环境的污染。

实施例3

本实例选用的是内蒙古某矿山的含砷铁矿石，矿石成分如表3，所添加原料为煤粉，具体实施步骤如下：

表3内蒙古某铁矿石元素成分表(%)

1）取500g的含砷铁矿石，在振动磨样机中磨至1mm以下，按照含砷铁矿石质量的8%配入煤粉，混合均匀，装入刚玉坩埚中。

2）将坩埚放入微波炉中焙烧，温度控制在1050℃左右，焙烧20min，将焙烧后的样品送至原子荧光分析仪分析，得出焙烧后样品中的As含量为0.008%，脱砷率为98.57%，效果显著。

3）含砷尾气进入尾气收集装置，减少对环境的污染。

Claims (1)

1.一种高砷铁矿微波脱砷的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

（1）将含砷铁矿石破碎至粒度小于1mm，再按照其质量的5～10%配入煤粉，混合均匀；

（2）将步骤（1）得到的混合粉剂置于工业微波炉中进行微波焙烧，控制温度在800℃～1200℃，焙烧时间5～30min，使砷以气态形式与铁矿分离，得到了满足工业生产要求的低砷铁矿，同时分离出的含砷尾气用设置在工业微波炉上的烟气回收装置吸收。