CN104404246B - 提高冶金渣球团金属化率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高冶金渣球团金属化率的方法，包括：(1)将含碳物质与粘结剂进行第一混合造球，以便得到含碳球团；(2)将含碳球团与含有所述冶金渣、还原剂、粘结剂和添加剂的混合物进行第二混合造球，以便得到以含碳球团为内核的冶金渣球团；(3)将冶金渣球团进行包裹处理，以便在冶金渣球团的表面形成耐高温层；以及(4)将具有耐高温层的冶金渣球团进行焙烧处理，以便得到金属化球团。该方法可以显著提高冶金渣球团的金属化率，从而有利于后续处理过程中获得铁品位及回收率较高的产品。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体而言，本发明涉及一种提高冶金渣球团金属化率的方法。
背景技术
在现有技术中，随着社会和经济的发展，有色金属产量和消费量也在日益增加。伴随着有色金属产品的冶炼过程，大量的冶炼渣和尾矿也被排放出来。这些冶炼渣大多是通过火法冶炼得到的高温熔融态渣，有些为了回收其中的有价元素，会将冶炼渣水淬降至室温后破碎使用化学药剂进行浮选，最终得到冶炼炉渣选矿尾渣。这些冶炼渣及选矿尾渣中一般还含有35～55wt％的铁，主要以铁橄榄石相存在。由于冶炼渣及尾渣的利用难度较大，大量以堆存形式存在，不仅占用土地，其中的重金属离子还会渗入土壤中污染环境；另一方面，对资源也造成了巨大的浪费。同时，由于冶炼渣或者尾渣中含有部分可溶性盐类及低熔点物质，在还原焙烧过程中易在还原过程中发生熔化现象，不利于获得金属化率高的球团。
公开号为CN 102277497 A的专利描述了一种含碳球团粘结剂及其使用方法，包括消石灰和沥青，其中，按照重量百分比所述消石灰的质量百分数为50～65％，所述沥青的质量百分数为35～50％。将消石灰和球团原料的一部分进行造球；当此部分混合料造的含碳球团大小接近所需大小的一定百分比时，使用沥青和球团原料继续造球；使含沥青的球团原料包裹着上一步骤中得到的球团。该方法中含碳球团的矿粉包括赤铁矿、磁铁矿、含铁的钢铁厂除尘灰等，这些常规原料中铁的存在形式与冶金渣中有所不同，冶金渣中铁主要以铁橄榄石的形式存在，还原难度大。
申请号为201310003862.5的专利公开了一种分层裹附非匀质球团造球装置和造球方法。所述的造球装置基于现有造球机改进，包括造球盘、内圈、外环、刮架、刮刀，所述内圈与所述外环是同一造球盘平面的同心圆环，所述刮架与所述刮刀相连，所述刮刀包括内圈刮刀和外环刮刀，所述内圈刮刀位于内圈内，所述外环刮刀位于内圈和外环之间；所述内圈高度小于外环高度。利用本发明的装置，将所需球团内层矿粉混合料经加湿、混合均匀后，加入到圆盘造球机内圈，通过造球后获得所需尺寸的母球后，通过离心作用滚出圆盘内圈，进入圆盘外环，在外环中加入所需球团外层矿粉混合料，并喷雾补水，母球在外环不断长大，形成具有内外层成份不一的特殊球团，以满足生产需要。该方法仅提及造球原料为矿粉混合料，没有针对特定原料的不同性质进行特别说明，并且本发明中的装置和方法可形成内外层成分不一的球团，无法获得具有三层成分的球团，另外，本发明中没有对采用该发明装置和方法得到的球团后续工艺进行描述，无法得知其具备的有益效果。
授权公告号CN 101638704 B的专利涉及一种铜冶炼废渣中提取铁的方法。首先，将破碎到0.15mm的铜渣、和还原剂、和氧化钙或者碳酸钙按照铜渣：还原剂的重量比为1：0.4～0.6，铜渣：氧化钙的重量为1：0.4～0.5，或者铜渣：碳酸钙的重量比为1：0.6～0.8的比例混合均匀。其次，将经过充分混合的物料在900～1300℃下进行煅烧，煅烧时间为2.0～20小时，进行由铁橄榄石中的氧化铁转变为游离的氧化铁的矿相重构，然后还原为单质铁的碳热还原反应。最后，将还原得到的物料粉碎到粒度小于0.15mm，然后在磁场强度为72～136KA/m的磁选机上进行磁选，磁性产物为含铁大于86wt％的产品。其中，还原剂包括成分含量以wt％计为C大于75的无烟煤，和/或C大于80的石墨、和/或C大于85的石油焦、和/或C大于85的焦炭、和/或它们的混合物中任选一种，成分含量以wt％计为CaO大于98的氧化钙或成分含量以wt％计为CaCO3大于98的碳酸钙。该方法中入炉物料是粉料，在还原炉中无法完全避免“结圈”现象的产生，并且煅烧时间为2.0～20小时，时间过长，生产效率低，另外，最终产品为含铁大于86wt％的磁性产物，含铁量较低。
在各种矿产资源日益减少的现代社会中，如何实现对资源的有效回收利用成为研究的重点。因此，现有的冶金渣球团金属化率的技术有待进一步改进。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种提高冶金渣球团金属化率的方法，该方法可以显著提高冶金渣球团的金属化率，从而有利于后续处理过程中获得铁品位及回收率较高的产品。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种提高冶金渣球团金属化率的方法，包括：
(1)将含碳物质与粘结剂进行第一混合造球，以便得到含碳球团；
(2)将所述含碳球团与含有所述冶金渣、还原剂、粘结剂和添加剂的混合物进行第二混合造球，以便得到以含碳球团为内核的冶金渣球团；
(3)将所述冶金渣球团进行包裹处理，以便在所述冶金渣球团的表面形成耐高温层；以及
(4)将具有耐高温层的冶金渣球团进行焙烧处理，以便得到金属化球团。
根据本发明实施例的提高冶金渣球团金属化率的方法通过使用含碳物质作为内核进行造球，使得在焙烧过程中含碳物质生成还原性气体，由内向外扩散，从而促进冶金渣中铁橄榄石的还原，同时，通过在冶金渣球团的表面形成耐高温层，可以显著提高冶金渣球团的熔点，进而解决在较低的焙烧温度下冶金渣球团发生熔化粘结现象，从而避免了炉底的耐火材料发生侵蚀，另外，使得焙烧还原反应可以在较高温度及较长时间下进行，进而可以显著提高冶金渣球团的金属化率，从而有利于后续处理过程中获得铁品位及回收率较高的产品。
另外，根据本发明上述实施例的提高冶金渣球团金属化率的方法还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述含碳物质为选自炭黑、焦粉、石墨粉、轮胎热解产物和生物质热解产物中的至少一种。由此，可以明显促进后续焙烧处理过程中冶金渣中铁橄榄石的还原。
在本发明的一些实施例中，所述含碳球团的粒径为2～5毫米。由此，可以进一步促进后续焙烧处理过程中冶金渣中铁橄榄石的还原。
在本发明的一些实施例中，所述冶金渣球团中所述冶金渣、所述还原剂、所述粘结剂和所述添加剂的质量比为100:22～28:8～15：6～15。由此，可以进一步提高冶金渣中铁橄榄石的还原效率。
在本发明的一些实施例中，所述冶金渣球团的粒径为12～18毫米。由此，可以进一步提高冶金渣中铁橄榄石的还原效率。
在本发明的一些实施例中，所述具有耐高温层的冶金渣球团的粒径为16～20毫米。由此，可以显著提高冶金渣的金属化率。
在本发明的一些实施例中，所述耐高温层含有镁砂、菱镁砂、二氧化硅、三氧化二铝、莫来石和高岭土中的至少一种。由此，可以显著提高冶金渣的金属化率。
在本发明的一些实施例中，所述焙烧处理是在1250～1380摄氏度下进行15～40分钟。由此，可以进一步提高冶金渣中铁橄榄石的还原效率。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的提高冶金渣球团金属化率的方法流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种提高冶金渣球团金属化率的方法，包括：
(1)将含碳物质与粘结剂进行第一混合造球，以便得到含碳球团；
(2)将含碳球团与含有冶金渣、还原剂、粘结剂和添加剂的混合物进行第二混合造球，以便得到以含碳球团为内核的冶金渣球团；
(3)将冶金渣球团进行包裹处理，以便在冶金渣球团的表面形成耐高温层；以及
(4)将具有耐高温层的冶金渣球团进行焙烧处理，以便得到金属化球团。
根据本发明实施例的提高冶金渣球团金属化率的方法通过使用含碳物质作为内核进行造球，使得在焙烧过程中含碳物质生成还原性气体，由内向外扩散，从而促进冶金渣中铁橄榄石的还原，同时，通过在冶金渣球团的表面形成耐高温层，可以显著提高冶金渣球团的熔点，进而解决在较低的焙烧温度下冶金渣球团发生熔化粘结现象，从而避免了炉底的耐火材料发生侵蚀，另外，使得焙烧还原反应可以在较高温度及较长时间下进行，进而可以显著提高冶金渣球团的金属化率，从而有利于后续处理过程中获得铁品位及回收率较高的产品。
下面参考图1对本发明实施例的提高冶金渣球团金属化率的方法进行详细描述。根据本发明的实施例，该方法包括：
S100：第一混合造球
根据本发明的实施例，将含碳物质与粘结剂进行第一混合造球，从而可以得到含碳球团。由此，可以显著促进后续焙烧处理过程中冶金渣中铁橄榄石的还原。
根据本发明的实施例，含碳物质和粘结剂的具体种类并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，含碳物质可以为选自炭黑、焦粉、石墨粉、轮胎热解产物和生物质热解产物中的至少一种，粘结剂可以为选自糖蜜、消石灰和膨润土中的至少一种，例如可以为糖蜜和消石灰的混合物或膨润土和液体粘结剂的混合物。由此，可以进一步促进后续焙烧处理过程中冶金渣中铁橄榄石的还原。
根据本发明的实施例，含碳球团的粒径并不受特别限制，根据本发明的实施例，含碳球团粒径可以为2～5毫米。发明人发现，若含碳球团粒径过小，在还原过程中无法提供足够的还原气体，从而无法起到促进铁橄榄石还原的效果；而球团粒径过大，一方面使得碳过剩而造成浪费，另一方面会影响到后续造球工序。由此，选择含碳球团粒径在2～5毫米可以进一步促进后续焙烧处理过程中冶金渣中铁橄榄石的还原。
该步骤中，具体的，首先将含碳物质和粘结剂破碎磨细至粒径不高于0.074毫米，将磨碎后的含碳物质和粘结剂混合均匀，然后将所得到的混合物在造球机中制成含碳球团。
S200：第二混合造球
根据本发明的实施例，将上述得到的含碳球团与含有冶金渣、还原剂、粘结剂和添加剂的混合物进行第二混合造球，从而可以得到以含碳球团为内核的冶金渣球团。由此，可以使得在焙烧过程中含碳物质生成还原性气体，由内向外扩散，从而促进冶金渣中铁橄榄石的还原。
根据本发明的实施例，冶金渣可以为铜冶炼炉渣选矿尾渣、镍冶炼尾渣。根据本发明的实施例，还原剂和添加剂的具体类型并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，还原剂可以为选自无烟煤、焦粉和兰炭中的至少一种，添加剂为选自生石灰、石灰石、碳酸钠和硫酸钠中的至少一种，例如可以为石灰石和碳酸钠的混合物。由此，可以进一步促进后续焙烧处理过程中冶金渣中铁橄榄石的还原。
根据本发明的实施例，冶金渣球团中冶金渣、还原剂、粘结剂和添加剂的比例并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，冶金渣球团中冶金渣、还原剂、粘结剂和添加剂的质量比可以为100:22～28:8～15：6～15。发明人发现，若还原剂含量过低，使得铁橄榄石还原不充分；若粘结剂含量过少使得球团强度较差，从而导致在焙烧处理过程中球团发生碎裂等现象，使得粉料增多，影响实际生产；而添加剂的作用是促进铁橄榄石的还原，加入量过少无法起到促进作用。
根据本发明的实施例，冶金渣球团的粒径并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，冶金渣球团的粒径可以为12～18毫米。发明人发现，若冶金渣球团粒径过大，在焙烧过程中会造成内层物料还原效果不好，从而影响冶金渣球团的金属化率；若球团粒径过小，导致铺料层透气性不好，会影响球团的还原效果。由此，选择冶金渣球团粒径在12～18毫米可以显著提高冶金渣球团的金属化率。
该步骤中，具体的，将冶金渣、还原剂和添加剂磨碎至粒径不高于0.074毫米，然后将磨碎后的冶金渣、还原剂、粘结剂和添加剂混合均匀，接着将含有冶金渣、还原剂、粘结剂和添加剂的混合物料通过给料机送入圆盘造球机与所得到的含碳球团进行混合造球，通过控制水量及圆盘转速，制成粒径为12～18毫米的以含碳球团为内核的冶金渣球团，当球团达到预定的粒径后，通过筛分装置进行筛分，使得粒度合适的球团进入第二个圆盘造球机，而筛下粒度较小的球团则返回冶金渣选矿尾渣的混料系统。发明人发现，通过使用含碳物质作为内核进行造球，使得在焙烧过程中含碳物质生成还原性气体，由内向外扩散，从而促进冶金渣中铁橄榄石的还原。
S300：包裹处理
根据本发明的实施例，将上述得到的冶金渣球团进行包裹处理，以便在冶金渣球团的表面形成耐高温层，从而得到具有耐高温层的冶金渣球团。由此，可以显著提高冶金渣球团的熔点，进而解决在较低的焙烧温度下冶金渣球团发生熔化粘结现象，从而避免了炉底的耐火材料发生侵蚀，同时，使得后续焙烧还原反应可以在较高温度及较长时间下进行，从而可以显著提高冶金渣球团的金属化率。
根据本发明的实施例，耐高温层的成分并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，耐高温层可以包括镁砂、菱镁砂、二氧化硅、三氧化二铝、莫来石和高岭土中的至少一种。发明人发现，通过在冶金渣球团的表面形成耐高温层，可以显著提高冶金渣球团的熔点，进而解决在较低的焙烧温度下冶金渣发生熔化粘结现象，从而避免了炉底的耐火材料发生侵蚀，同时，使得后续焙烧还原反应可以在较高温度及较长时间下进行，从而可以显著提高冶金渣球团的金属化率。
根据本发明的实施例，具有耐高温层的冶金渣球团的粒径并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，具有耐高温层的冶金渣球团的粒径可以为16～20毫米。发明人发现，若包裹厚度过厚，使得球团与外界热传导降低，从而影响球团还原效果，而包裹厚度过低，使得不能起到提高球团熔点的作用，从而降低球团的金属化率。由此，选择该粒径范围可以进一步提高球团的金属化率。
该步骤中，具体的，通过给料机向第二个圆盘中加入含有耐高温成分的包裹剂，同时喷水，使得在冶金渣球团表面均匀覆盖耐高温层(粒径为16～20mm)，设定圆盘倾角，使冶金渣球团长大至合适粒度后在离心力的作用下离开圆盘。
S400：焙烧处理
根据本发明的实施例，将上述得到的具有耐高温层的冶金渣球团进行焙烧处理，从而可以得到金属化球团。由此，可以得到金属化率高的金属化球团。
根据本发明的实施例，焙烧处理的条件并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，焙烧处理可以在1250～1380摄氏度下进行15～40分钟。由此，可以进一步提高金属化率高的金属化球团。
该步骤中，具体的，将具有耐高温层的冶金渣球团烘干后铺在还原气氛炉底，由于球团内核采用碳质，使得在焙烧过程中产生还原性气体，提供了更好的还原性气氛，从而在由内向外扩散的过程中可以促进冶金渣中的铁橄榄石发生还原反应，同时冶金渣球团外层具有耐高温层，可以显著提高冶金渣球团熔点，进而可以将焙烧温度提高至1250～1380℃，从而有利于冶金渣球团在高温条件及较长时间下充分发生还原反应，得到金属化率高(可达到88～94％)且不发生粘结现象的金属化球团，另外，由于冶金渣球团不会发生熔化粘结现象，从而避免了对炉底的耐火材料发生侵蚀。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
实施例1
铜冶炼炉渣选矿尾渣组成：铁含量38.75wt％，Cu含量0.26wt％，铅含量0.52wt％，锌含量2.55wt％；
首先将炭黑、无烟煤、铜冶炼炉渣选矿尾渣、生石灰、消石灰、镁砂和高岭土破碎至粒径不大于0.074毫米，然后将炭黑与糖蜜和消石灰的混合物在造球机中进行混合造球，得到以炭黑为内核的含碳球团，然后将含碳球团与铜冶炼炉渣选矿尾渣、无烟煤、生石灰、糖蜜和消石灰混合物在造球机中进行混合造球，从而可以得到以含碳球团为内核的冶金渣球团，其中，冶炼渣球团中铜冶炼炉渣选矿尾渣：无烟煤：生石灰：糖蜜：消石灰质量比为100：22：10：5：3，接着将含有镁砂和高岭土的混合物与冶金渣球团进行包裹处理，以便在冶金渣球团的表面形成耐高温层，从而得到具有耐高温层的冶金渣球团，然后将得到的具有耐高温层的冶金渣球团在还原气氛炉内在1300摄氏度焙烧25分钟(料层高度为54mm)，得到金属化率为91％的金属化球团，然后将得到的金属化球团投入熔分炉中在1550摄氏度下进行熔分处理40分钟，得到金属铁和尾渣，其中，金属铁中铁含量为93.07wt％，铁回收率为95.26％。
实施例2
铜冶炼炉渣选矿尾渣组成：铁含量43.21wt％，Cu含量0.16wt％，铅含量0.26wt％，锌含量1.09wt％；
首先将焦粉、无烟煤、铜冶炼炉渣选矿尾渣、生石灰、碳酸钠、膨润土、菱镁矿和莫来石破碎至粒径不大于0.074毫米，然后将焦粉与膨润土和液体粘结剂的混合物在造球机中进行混合造球，得到以焦粉为内核的含碳球团，然后将含碳球团与铜冶炼炉渣选矿尾渣、无烟煤、生石灰和碳酸钠混合物、膨润土和液体粘结剂混合物在造球机中进行混合造球，从而可以得到以含碳球团为内核的冶金渣球团，其中，冶炼渣球团中铜冶炼炉渣选矿尾渣：无烟煤：生石灰：碳酸钠：膨润土：液体粘结剂＝100：28：15：3：5：10，接着将含有菱镁矿和莫来石的混合物与冶金渣球团进行包裹处理，以便在冶金渣球团的表面形成耐高温层，从而得到具有耐高温层的冶金渣球团，然后将得到的具有耐高温层的冶金渣球团在还原气氛炉内在1250摄氏度焙烧40分钟(料层高度为48mm)，得到金属化率为89％的金属化球团，然后将得到的金属化球团投入熔分炉中在1450摄氏度下进行熔分处理80分钟，得到金属铁和尾渣，其中，金属铁中铁含量为94.62wt％，铁回收率为96.07％。
实施例3
镍冶炼渣组成：铁含量42.35％、Ni含量0.19％；
首先将石墨粉、焦粉、镍冶炼渣、碳酸钠、膨润土和三氧化二铝破碎至粒径不大于0.074毫米，然后将石墨粉与膨润土和液体粘结剂的混合物在造球机中进行混合造球，得到以石墨粉为内核的含碳球团，然后将含碳球团与铜冶炼炉渣选矿尾渣、焦粉、碳酸钠、膨润土和液体粘结剂混合物在造球机中进行混合造球，从而可以得到以含碳球团为内核的冶金渣球团，其中，镍冶炼渣：焦粉：硫酸钠：膨润土：液体粘结剂＝100：25：6：5：10，接着将三氧化二铝与冶金渣球团进行包裹处理，以便在冶金渣球团的表面形成耐高温层，从而得到具有耐高温层的冶金渣球团，然后将得到的具有耐高温层的冶金渣球团在还原气氛炉内在1380摄氏度焙烧15分钟(料层高度为65mm)，得到金属化率为94％的金属化球团，然后将得到的金属化球团在磁场强度为1800奥斯特下进行磨矿磁选，得到金属铁和尾渣，其中，金属铁中铁含量为91.07wt％，铁回收率为92.85％。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (4)
1.一种提高冶金渣球团金属化率的方法，其特征在于，包括：
(1)将含碳物质与粘结剂进行第一混合造球，以便得到含碳球团；
(2)将所述含碳球团与含有所述冶金渣、还原剂、粘结剂和添加剂的混合物进行第二混合造球，以便得到以含碳球团为内核的冶金渣球团；
(3)将所述冶金渣球团进行包裹处理，以便在所述冶金渣球团的表面形成耐高温层；以及
(4)将具有耐高温层的冶金渣球团进行焙烧处理，以便得到金属化球团，
其中，所述冶金渣球团的粒径为12～18毫米，所述具有耐高温层的冶金渣球团的粒径为16～20毫米，
所述耐高温层含有镁砂、菱镁砂、二氧化硅、三氧化二铝、莫来石和高岭土中的至少一种，
所述焙烧处理是在1250～1380摄氏度下进行15～40分钟。
2.根据权利要求1所述的提高冶金渣球团金属化率的方法，其特征在于，所述含碳物质为选自炭黑、焦粉、石墨粉、轮胎热解产物和生物质热解产物中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的提高冶金渣球团金属化率的方法，其特征在于，所述含碳球团的粒径为2～5毫米。
4.根据权利要求1所述的提高冶金渣球团金属化率的方法，其特征在于，所述冶金渣球团中所述冶金渣、所述还原剂、所述粘结剂和所述添加剂的质量比为100:22～28:8～15：6～15。
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