CN110629015B - 一种铁橄榄石型炉渣脱硅方法 - Google Patents

一种铁橄榄石型炉渣脱硅方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种铁橄榄石型炉渣脱硅方法，涉及矿物工程技术领域，包括如下步骤：步骤S1、将炉渣进行粉磨，所述炉渣包括铜渣和镍渣中至少一种；步骤S2、将粉磨后的炉渣进行焙烧，得到活化熟料；步骤S3、将所述活化熟料进行粉磨，然后加入碱液中碱浸；步骤S4、将碱浸得到的矿浆进行固液分离，得到含硅碱液和铁精矿。本发明所述的铁橄榄石型炉渣脱硅方法，通过控制合适的焙烧温度和焙烧时间，使炉渣中的硅和铁完全分离，有利于后续碱浸脱硅的进行，氧化硅脱除率高，同时实现炉渣中硅资源以及其它有价金属的资源化利用，工艺流程简单，成本低廉，可实现铜渣与镍渣等难处理的铁橄榄石型炉渣的脱硅，具有广阔的应用前景和良好的经济效益。

Description

一种铁橄榄石型炉渣脱硅方法
技术领域
本发明涉及矿物工程技术领域，具体而言，涉及一种铁橄榄石型炉渣脱硅方法。
背景技术
铁橄榄石型炉渣是指在火法冶炼过程中产生的以铁橄榄石为主要物相的炉渣，主要包括铜渣与镍渣等。此类渣中的主要化学组成为铁和硅，其含量分别为35至50％和30至40％，具有很高的资源价值和经济价值。然而铁矿物的存在形式较为复杂，以铁橄榄石的存在形式为主，其次为粒度较小的磁铁矿，且铁橄榄石与磁铁矿结合紧密，通过常规的磨矿-磁选工艺难以将二者分开，造成铁回收率及精矿中铁品位较低。目前，此类炉渣主要作为铁质校正剂销售给水泥厂，经济价值有限。因此，铁硅的高效分离是实现此类炉渣资源化利用的关键。
目前针对铁橄榄石型炉渣中硅铁分离的方法主要有湿法和火法。湿法是在酸体系下将炉渣中的金属以离子形式进行溶出，此时硅不反应而进入渣相。然而，此方法却存在溶液中金属离子分离困难、废水排放量大、需要耐酸设备等问题，从而限制了此方法的工业化应用。火法则是以碳为还原剂，在高温下将硅酸亚铁还原为金属铁和游离的氧化硅，此时磁铁矿也被还原为金属铁，后续经磁选而实现对铁的回收，然而，此方法存在的主要问题是铁回收率低、产生二次渣、难以兼顾硅资源以及其它有价金属的回收。
发明内容
本发明解决的问题是，现有技术难以对铁橄榄石型炉渣中的铁硅进行高效分离，铁回收率低、产生二次渣、难以兼顾硅资源以及其它有价金属的回收。
为解决上述问题，本发明提供一种铁橄榄石型炉渣脱硅方法，包括如下步骤：
步骤S1、将炉渣进行粉磨，所述炉渣包括铜渣和镍渣中至少一种；
步骤S2、将粉磨后的炉渣进行焙烧，得到活化熟料；
步骤S3、将所述活化熟料进行粉磨，然后加入碱液中碱浸；
步骤S4、将碱浸得到的矿浆进行固液分离，得到含硅碱液和铁精矿。
可选地，所述步骤S3中，碱浸条件包括：碱浸温度范围为90至120℃。
可选地，所述碱浸条件还包括：碱浸时长范围为60至180min。
可选地，所述步骤S3中，将所述活化熟料进行粉磨，粉磨至粒度为d0.5≤35μm。
可选地，所述碱液包括氢氧化钠溶液或硅酸钠溶液。
可选地，所述步骤S3中，所述碱液与粉磨后的所述活化熟料的液固比范围为3:1至10:1。
可选地，所述焙烧包括还原焙烧，还原焙烧中添加的还原剂包括煤粉和石墨。
可选地，还原焙烧前控制所述炉渣中的Fe与C的摩尔比范围为1:3至1:1。
可选地，还原焙烧的焙烧条件为：焙烧温度范围为1100至1250℃，焙烧时间范围为30至60min。
可选地，所述焙烧包括氧化焙烧，氧化焙烧的焙烧条件为：焙烧温度范围为800至1000℃，焙烧时间范围为30至120min。
本发明所述的铁橄榄石型炉渣脱硅方法，通过控制合适的焙烧温度和焙烧时间，可使炉渣中的硅和铁完全解离，硅以无定型氧化硅或者氧化硅固溶体的形式存在，而铁则以氧化铁或者金属铁的形式存在，有利于后续碱浸脱硅的进行，氧化硅脱除率高，同时实现炉渣中硅资源以及其它有价金属的资源化利用。本发明工艺流程简单，成本低廉，可实现铜渣与镍渣等难处理的铁橄榄石型炉渣的脱硅，具有广阔的应用前景和良好的经济效益。
附图说明
图1为本发明实施例所述的铁橄榄石型炉渣脱硅方法流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
本实施例提供了一种铁橄榄石型炉渣脱硅方法，结合图1所示，包括：
步骤S1、将炉渣进行粉磨，所述炉渣包括铜渣和镍渣中至少一种；
铁橄榄石炉渣形成时多为渣状，在进行本实施例所述的脱硅方法前，需粉磨成粉末状，较好地，将炉渣粉磨至粒度d0.5小于35μm；粉磨的方式有多种，可采用球磨与棒磨等等。
本实施例中，炉渣至少包括铜渣和镍渣中的至少一种，本实施例针对铁橄榄石型的铜渣与镍渣。
步骤S2、将粉磨后的炉渣进行焙烧，得到活化熟料；
将粉磨至粉状的炉渣进行焙烧，具体地，可采用还原焙烧或氧化焙烧，得到氧化铁和可溶的无定型氧化硅或者氧化硅固溶体；
当采用还原焙烧时，需要添加还原剂，本实施例中，还原剂包括煤粉和石墨。在进行还原焙烧前，控制炉渣中的Fe和C的摩尔比范围为1:3至1:1，较好地为1:2，按照所述比例进行混匀并粉磨。粉磨后的混合物料，放入焙烧炉中，并在还原气氛下进行还原焙烧，还原焙烧的温度范围为1100至1250℃，较好地为1200℃，焙烧时间范围为30至60min，较好地为60min。
当采用氧化焙烧时，将粉磨后的混合物料放入焙烧炉中，在氧化气氛条件下进行氧化焙烧，氧化焙烧的温度范围为800至1000℃，较好地为900℃，氧化焙烧的焙烧时间为30至120min，较好地为60min。
步骤S3、将所述活化熟料进行粉磨，然后加入碱液中碱浸；
将步骤S2中焙烧形成的熟料再次进行粉磨，粉磨至粒度为d0.5≤35μm。再将粉磨至粉状的熟料放入碱液中进行碱浸，游离的氧化硅进入氢氧化钠溶液，形成硅酸钠溶液。具体地，碱液包括氢氧化钠溶液或硅酸钠溶液，氢氧化钠碱液的浓度范围为100至200g/L，较好地为160g/L；硅酸钠溶液的浓度范围为50至100g/L，较好地为80g/L；碱液与活化熟料的液固比范围为3:1至10:1，较好地为5:1，需要说明的是，液固比指的是液体与固体的质量比；碱浸温度范围为90至120℃，较好地为100℃，碱浸时长范围为60至180min，较好地为120min。
需要说明的是，目前在氧化或者还原焙烧过程中，炉渣中的铁转变为游离的氧化铁或者金属铁，而氧化硅以类似于石英或者方石英的形式存在，但是现有技术将其认定其为石英固溶体与方石英固溶体。而自然界中的石英和方石英需要在>160℃条件下才能和氢氧化钠溶液反应，故而现有技术认定在此条件下进行碱浸铝硅分离，在工业上操作比较困难且成本较高，需要专门的耐高压设备。然而在本实施例所述的铁橄榄石型炉渣，在上述焙烧条件下形成的氧化硅，在常压低温下即可溶于碱溶液，可被定义为石英固溶体和方石英固溶体，故而大大降低了浸出温度，简化了碱浸工艺与设备，降低了成本。
以铜渣氧化焙烧为例，在800至1000℃进行氧化焙烧后，此时铜渣中的磁铁矿氧化为赤铁矿，而硅酸亚铁则分解为无定型氧化硅或者氧化硅固溶体以及赤铁矿。氧化焙烧熟料在90至120℃的温度下进行碱浸溶出时，氧化硅以硅酸钠的形式进入溶液，此时赤铁矿不参与反应而进入渣相，从而实现铁硅的高效分离。
以铜渣还原焙烧为例，控制铜渣中Fe和C的摩尔比为1:3至1:1，并进行研磨混匀，在1100至1250℃进行还原焙烧，此时铜渣中的磁铁矿被还原为金属铁，而硅酸亚铁则分解为氧化硅固溶体以及金属铁。还原焙烧熟料在90至120℃进行碱浸溶出时，氧化硅固溶体以硅酸钠的形式进入溶液，此时金属铁不参与反应而进入渣相，从而实现铁硅的高效分离。
步骤S4、将碱浸得到的矿浆进行固液分离，得到含硅碱液和铁精矿。
碱浸过程结束后，将碱浸得到的矿浆进行固液分离，得到含硅碱液与铁精矿。
本实施例通过活化焙烧炉渣，将碱浸的脱硅温度大幅降低，大大降低了工业经济成本，所得含硅碱液可用于制备白炭黑、硅灰石和沸石分子筛等含硅产品的原料，而脱硅渣为优质的铁精矿，可作为炼铁原料使用，从而实现炉渣的清洁和高效利用。
本发明所述的铁橄榄石型炉渣脱硅方法，通过控制合适的焙烧温度和焙烧时间，可使炉渣中的硅和铁完全分离，硅以无定型氧化硅或者氧化硅固溶体的形式存在，而铁则以氧化铁或者金属铁的形式存在，有利于后续碱浸脱硅的进行，氧化硅脱除率高，同时实现炉渣中硅资源以及其它有价金属的资源化利用。本发明工艺流程简单，成本低廉，可实现铜渣与镍渣等难处理的铁橄榄石型炉渣的脱硅，具有广阔的应用前景和良好的经济效益。
本实施例在上述实施例的基础上，提供多种铁橄榄石型炉渣脱硅的具体实施方式：
本实施例采用的铜渣和镍渣的主要化学成分如表1所示。
表1铜渣和镍渣的化学成分(wt.％).
Figure BDA0002199425690000051
具体实施方式一、
步骤S1、将炉渣进行粉磨，所述炉渣为铜渣，将铜渣通过研磨，磨至粒度d0.5为33.12μm左右；
步骤S2、将粉磨后的铜渣进行氧化焙烧，加入至焙烧炉中通入氧化气氛，并在1000℃温度下氧化焙烧60min，实现硅酸亚铁完全分解为氧化铁和氧化硅，得到活化熟料；
步骤S3、将得到活化熟料进行研磨，磨至粒度d0.5为31.32μm左右，然后加入到碱液中碱浸。本实施例采用氢氧化钠碱溶液对氧化焙烧熟料进行碱浸脱硅，浸出温度为100℃，液固比为8，氢氧化钠浓度为160g/L，浸出时间120min；
步骤S4、将碱浸得到的矿浆进行固液分离，得到含硅碱液和铁精矿，并通过检测分析，得出氧化硅的溶出率为88.01％，浸出渣中铁品位提高至60.34％。
具体实施方式二、
步骤S1、将炉渣进行粉磨，所述炉渣为铜渣，将铜渣通过研磨，磨至粒度d0.5为33.12μm左右；
步骤S2、将粉磨后的铜渣进行还原焙烧，现在铜渣中加入碳粉，镍渣中Fe和C的摩尔比为1:2，混匀并粉磨后，加入至焙烧炉中通入还原气氛，并在1200℃温度下还原焙烧60min，实现硅酸亚铁完全分解为金属铁和氧化硅，得到活化熟料；
步骤S3、将得到活化熟料进行研磨，磨至粒度d0.5为30.68μm左右，然后加入到碱液中碱浸。本实施例采用氢氧化钠碱溶液对氧化焙烧熟料进行碱浸脱硅，浸出温度为90℃，液固比为5，氢氧化钠浓度为160g/L，浸出时间120min；
步骤S4、将碱浸得到的矿浆进行固液分离，得到含硅碱液和铁精矿，并通过检测分析，得出浸出渣中氧化硅含量降低至6.02％，铁品位提高至87.34％。
具体实施方式三、
步骤S1、将炉渣进行粉磨，所述炉渣为镍渣，将镍渣通过研磨，磨至粒度d0.5为28.52μm左右；
步骤S2、将粉磨后的镍渣进行氧化焙烧，加入至焙烧炉中通入氧化气氛，并在1000℃温度下氧化焙烧60min，实现硅酸亚铁完全分解为氧化铁和氧化硅，得到活化熟料；
步骤S3、将得到活化熟料进行研磨，磨至粒度d0.5为28.11μm左右，然后加入到碱液中碱浸。本实施例采用氢氧化钠碱溶液对氧化焙烧熟料进行碱浸脱硅，浸出温度为110℃，液固比为5，氢氧化钠浓度为160g/L，浸出时间120min；
步骤S4、将碱浸得到的矿浆进行固液分离，得到含硅碱液和铁精矿，并通过检测分析，得出氧化硅的溶出率为85.25％，浸出渣中铁品位提高至57.26％。
具体实施方式四、
步骤S1、将炉渣进行粉磨，所述炉渣为镍渣，将镍渣通过研磨，磨至粒度d0.5为28.52μm左右；
步骤S2、将粉磨后的镍渣进行还原焙烧，先在镍渣中加入碳粉，镍渣中Fe和C的摩尔比为1:3，混匀并粉磨后，加入至焙烧炉中通入还原气氛，并在1200℃温度下还原焙烧60min，实现硅酸亚铁完全分解为金属铁和氧化硅，得到活化熟料；
步骤S3、将得到活化熟料进行研磨，磨至粒度d0.5为28.34μm左右，然后加入到碱液中碱浸。本实施例采用氢氧化钠碱溶液对氧化焙烧熟料进行碱浸脱硅，浸出温度为110℃，液固比为5，氢氧化钠浓度为160g/L，浸出时间120min；
步骤S4、将碱浸得到的矿浆进行固液分离，得到含硅碱液和铁精矿，并通过检测分析，得出浸出渣中氧化硅含量降低至8.18％，铁品位提高至86.85％。
虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种铁橄榄石型炉渣脱硅方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、将炉渣进行粉磨，所述炉渣包括铜渣和镍渣中至少一种；
步骤S2、将粉磨后的炉渣进行焙烧，所述焙烧为氧化焙烧或还原焙烧，得到活化熟料，所述还原焙烧的焙烧条件为：焙烧温度范围为1100至1250℃，焙烧时间范围为30至60min；所述氧化焙烧的焙烧条件为：焙烧温度范围为800至1000℃，焙烧时间范围为30至120min；
步骤S3、将所述活化熟料进行粉磨，然后加入碱液中碱浸，碱浸温度范围为90至120℃，碱浸时长范围为60至180min；
步骤S4、将碱浸得到的矿浆进行固液分离，得到含硅碱液和铁精矿。
2.根据权利要求1所述的铁橄榄石型炉渣脱硅方法，其特征在于，所述步骤S3中，将所述活化熟料进行粉磨，粉磨至粒度为d0.5≤35μm。
3.根据权利要求1所述的铁橄榄石型炉渣脱硅方法，其特征在于，所述碱液包括氢氧化钠溶液。
4.根据权利要求1所述的铁橄榄石型炉渣脱硅方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述碱液与粉磨后的所述活化熟料的液固比范围为3:1至10:1，所述液固比为液体与固体的质量比。
5.根据权利要求1所述的铁橄榄石型炉渣脱硅方法，其特征在于，所述焙烧包括还原焙烧，还原焙烧中添加的还原剂包括碳粉、煤粉与石墨。
6.根据权利要求1所述的铁橄榄石型炉渣脱硅方法，其特征在于，还原焙烧前控制所述炉渣中的Fe与C的摩尔比范围为1:3至1:1。
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