CN110965079B - 一种富铁冶矿尾渣高效综合回收利用的方法 - Google Patents

一种富铁冶矿尾渣高效综合回收利用的方法 Download PDF

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Abstract

本发明专利属于废弃资源综合回收利用领域，公开了一种富铁冶矿尾渣高效综合回收利用的方法：首先，将冶矿尾渣与煤粉或焦粉混匀后在回转窑中进行高温熔炼，尾渣在高温熔炼过程中被改性处理生成窑渣；然后，窑渣经过破碎磁选后得到含碳尾泥和还原铁粉，含碳尾泥可作为原料用于水泥行业或砖厂，还原铁粉配入一定量的还原剂和熔剂后，在感应炉中进行还原熔炼，还原生成的铁水被浇铸成阳极板，生成的炉渣和烟灰被收集，并分别根据其富含情况进行回收利用；最后，阳极板通过电解制备电解铁，而其他富含元素在阳极泥中得到富集。该方法实现了富铁冶矿尾渣的无害化、高值化、低成本综合回收利用，解决了矿冶尾渣带来的环保问题。

Description

一种富铁冶矿尾渣高效综合回收利用的方法
技术领域
本发明涉及废弃资源综合回收利用领域，具体的，涉及一种高效综合回收利用冶矿尾渣的方法。
背景技术
在选矿及冶炼行业不可避免的形成大量尾渣，由于在选矿或冶炼过程中无法将所有的有价金属完全提取干净，导致此类尾渣中均不同程度的含有一些有价金属，但含量普遍较低。采用传统冶金或化学工艺处理冶矿尾渣时，因其与难以进行很有效的综合回收利用，从而导致大量的冶矿尾渣被弃放。
目前，针对冶矿尾渣的处理主要有如下几种方法：
(1)采用矿冶尾渣填埋路基、生产水泥、制作瓦砖。但是，由于冶矿尾渣中有价金属存在的形态不一，大部分尾渣中还含有大量的重金属元素，直接用于填埋路基，或生产水泥、瓦砖等建材时，存在重金属对土地以及地下水进行污染的风险。
(2)采用水洗方法提取。对块状尾渣进行粉碎或研磨成细小颗粒及至粉末，然后筛网盛装渣粉放到水里洗涤，金属滞留筛中，粉尘滤过网孔随水溶走。该方法相对简单，但采用该方法处理尾渣时，获得的金属量少、产能低、丢失资源多，对水源污染严重，严重影响水生物及灌溉农作物的生存产量。
(3)采用传统冶炼方法(包含火法、湿法以及电化学方法)处理，由于冶矿尾渣的元素富含程度，以及其中有价金属的赋价形态与传统原料具有很大区别，传统的工艺设备处理冶矿尾渣时，经济效益差，难以做到完全彻底的回收利用。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种富铁冶矿尾渣高效综合回收利用的方法，本发明方法实现富铁冶矿尾渣的无害化、高值化、低成本综合回收利用，而且，回收成本低，操作简单，有价金属均得到充分的回收利用，解决了矿冶尾渣带来的环保问题。
本发明方法主要针对铁的质量百分数含量为25～45％的冶矿尾渣进行综合回收利用。首先，将冶矿尾渣与煤粉或焦粉混匀后在回转窑中进行高温熔炼，将可挥发物质(如锌、锡等)挥发至烟灰中，尾渣在高温熔炼过程中被改性处理生成窑渣。然后，回转窑窑渣经过破碎磁选后得到含碳尾泥和还原铁粉，含碳尾泥可作为原料用于水泥行业或砖厂。还原铁粉配入一定量的还原剂和熔剂后，在感应炉中进行还原熔炼，还原生成的铁水被浇铸成阳极板。最后，阳极板通过电解制备电解铁，而其他富含元素在阳极泥中得到富集。
本发明提供的技术方案是：一种富铁冶矿尾渣高效综合回收利用的方法，该方法包括以下步骤：
(1)将富铁冶矿尾渣与煤粉或焦粉、石灰混匀后在回转窑中进行高温熔炼，将其中可挥发物质挥发至烟灰中，烟灰经过冷却收集后可根据具体成分进行作为有色冶炼的原料使用，而尾渣在高温熔炼过程中被改性处理得到窑渣；
(2)将步骤(1)得到的窑渣经过破碎磁选，得到含碳尾泥和还原铁粉；含碳尾泥可作为原料用于水泥行业或砖厂；
(3)将步骤(2)得到的还原铁粉配入一定量的还原剂和熔剂后在感应炉中进行还原熔炼，将还原生成的铁水浇铸成阳极板；
(4)将阳极板在电解槽中进行电解，电解后将阴极板表面铁剥离，清洗后，真空干燥并真空包装即可；而其他元素在阳极泥中得到富集，阳极泥作为有色冶炼的优质原料进行使用。
所述的方法，优选地，富铁冶矿尾渣中铁的质量百分数含量为25～45％；当尾渣中铁的质量百分数含量低于25％时，与其它高铁含量物料进行混合使用；当尾渣中铁的质量百分数含量大于45％时，与其它低铁含量物料进行混合使用。
所述的方法，优选地，步骤(1)中，所述煤粉或焦粉为8-18％，所述石灰为3-8％；回转窑冶炼过程中炉内温度控制在1100～1250℃。
所述的方法，优选地，步骤(3)中，所述还原剂为煤粉或焦粒，配入量为含铁物料总量的10～20％，，还原温度控制在1550～1650℃，所述熔剂为石灰，配入量为还原铁粉干量重量的10％。
所述的方法，优选地，步骤(4)中，所述阳极板在电解时，电流密度控制在100～300A/m2，电解液以硫酸亚铁为主，并加入适量的硫酸铵，电解液PH值控制在2.5～4.5；电解液中Fe2+浓度为40～80g g/l。
本发明方法在回转窑熔炼过程中可通过收尘方式将可挥发的有价金属及化合物进行收集，然后根据其具体含量进行综合回收利用。通过回转窑熔炼和破碎磁选后得到的含碳尾泥完全可满足国家对建筑材料制备的要求，可在水泥行业或砖厂安全使用。在感应炉还原熔炼时，可通过加入还原剂和熔剂，使部分有价金属进入烟尘和熔渣，然后根据其具体含量进行综合回收利用。在电解过程中通过控制电流密度和PH值，可得到纯度在99％以上的电解铁，而未被回收的有价金属，在电解过程中沉积在阳极泥中，再继续进一步综合回收利用。采用该方法处理富铁冶矿尾渣时，铁元素通过最终的电解转变为电解铁，而其它有价金属通过回转窑以及感应炉熔炼，分别进入烟尘和熔渣，并作为冶炼原料进行综合回收利用，该方法可实现富铁冶矿尾渣的无害化、高值化、低成本综合回收利用，回收成本低，操作简单，有价金属均得到充分的回收利用，解决了矿冶尾渣带来的环保问题。
附图说明
图1为本发明方法工艺流程示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合具体实施方式对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1：
本实施例提供一种富铁冶矿尾渣高效综合回收利用的方法(参见图1)，具体包括以下步骤：
(1)以炼铜尾渣为原料，原料中Fe含量为41％(其具体成分见表1)，并按质量比配入：煤粉15％和石灰5％(煤粉为普通市售产品，石灰为符合YB/T 042-2014要求的冶金石灰)。物料混合后在回转窑中进行高温熔炼，炉内温度控制在1100～1250℃，将原料中可挥发物质挥发至烟灰中，回转窑烟尘成分见表1，烟灰经过冷却收集后作为有色冶炼的原料使用。
(2)窑渣通过破碎磁选，得到含碳尾泥和还原铁粉(其具体成分见表1)，含碳尾泥可作为原料用于水泥行业或砖厂。
(3)还原铁粉中配入20％焦粉(焦粉与(铁粉+焦粉+石灰)的质量比，下同)作为还原剂，以石灰10％作为溶剂，在感应炉中进行还原熔炼，还原温度控制在1550℃～1650℃，得到的铁水浇铸成500mm×350mm×15mm的阳极板。
(4)将阳极板在电解槽中进行电解，电解液由硫酸亚铁和硫酸铵配制而成，其中Fe2+浓度为50g/l，溶液PH为4，电解时电流密度为200A/m2，单次电解时间为12h，电解后将阴极板表面铁剥离，并采用去离子水进行三次清洗后，真空干燥并真空包装。电解时阳极产生的阳极泥经压滤后干燥，其具体成分见表1，阳极泥作为有色冶炼的优质原料使用。
实施例2：
本实施例提供一种富铁冶矿尾渣高效综合回收利用的方法，具体包括以下步骤：
(1)以炼铅尾渣为原料，原料中Fe含量为29％(其具体成分见表1)，并按质量比配入：煤粉12.5％和石灰6％。物料混合后在回转窑中进行高温熔炼，炉内温度控制在 1100～1250℃，将原料中可挥发物质挥发至烟灰中，回转窑烟尘成分见表1，烟灰经过冷却收集后作为有色冶炼的原料使用。
(2)窑渣通过破碎磁选，得到含碳尾泥和还原铁粉(其具体成分见表1)，含碳尾泥可作为原料用于水泥行业或砖厂。
(3)还原铁粉中配入18％焦粉作为还原剂，以石灰11％作为溶剂，在感应炉中进行还原熔炼，还原温度控制在1550℃～1650℃，得到的铁水浇铸成500mm×350mm×15mm的阳极板。
(4)将阳极板在电解槽中进行电解，电解液由硫酸亚铁和硫酸铵配制而成，其中Fe2+浓度为80g/l，溶液PH为2.5，电解时电流密度为100A/m2，单次电解时间为12h，电解后将阴极板表面铁剥离，并采用去离子水进行三次清洗后，真空干燥并真空包装。电解时阳极产生的阳极泥经压滤后干燥，其具体成分见表1，阳极泥作为有色冶炼的优质原料使用。
实施例3：
本实施例提供一种富铁冶矿尾渣高效综合回收利用的方法，具体包括以下步骤：
(1)以铜矿选矿尾渣为原料，原料中Fe含量为21％，将尾渣与铁矿石(Fe含量为56％) 按1：1进行混合，混合后Fe含量38.5％，为其具体成分见表1。并按质量比配入：煤粉15％和石灰5％。物料混合后在回转窑中进行高温熔炼，炉内温度控制在1100～1250℃，将原料中可挥发物质挥发至烟灰中，回转窑烟尘成分见表1，烟灰经过冷却收集后作为有色冶炼的原料使用。
(2)窑渣通过球磨磁选，得到含碳尾泥和还原铁粉(其具体成分见表1)，含碳尾泥可作为原料用于水泥行业或砖厂。
(3)还原铁粉中配入20％焦粉作为还原剂，以石灰10％作为溶剂，在感应炉中进行还原熔炼，还原温度控制在1550℃～1650℃，得到的铁水浇铸成500mm×350mm×15mm的阳极板。
(4)将阳极板在电解槽中进行电解，电解液由硫酸亚铁和硫酸铵配制而成，其中Fe2+浓度为35g/l，溶液PH为2.5，电解时电流密度为300A/m2，单次电解时间为12h，电解后将阴极板表面铁剥离，并采用去离子水进行三次清洗后，真空干燥并真空包装。电解时阳极产生的阳极泥经压滤后干燥，其具体成分见表1，阳极泥作为有色冶炼的优质原料使用。
实施例4：
本实施例提供一种富铁冶矿尾渣高效综合回收利用的方法，具体包括以下步骤：
(1)以挥发窑窑渣为原料，原料中Fe含量为36％(其具体成分见表1)，并按质量比配入：煤粉13％和石灰6％。物料混合后在回转窑中进行高温熔炼，炉内温度控制在 1100～1250℃，将原料中可挥发物质挥发至烟灰中，回转窑烟尘成分见表1，烟灰经过冷却收集后作为有色冶炼的原料使用。
(2)窑渣通过球磨磁选，得到含碳尾泥和还原铁粉(其具体成分见表1)，含碳尾泥可作为原料用于水泥行业或砖厂。
(3)还原铁粉中配入20％焦粉作为还原剂，以石灰10％作为溶剂，在感应炉中进行还原熔炼，还原温度控制在1550℃～1650℃，得到的铁水浇铸成500mm×350mm×15mm的阳极板。
(4)将阳极板在电解槽中进行电解，电解液由硫酸亚铁和硫酸铵配制而成，其中Fe2+浓度为50g/l，溶液PH为3.5，电解时电流密度为250A/m2，单次电解时间为12h，电解后将阴极板表面铁剥离，并采用去离子水进行三次清洗后，真空干燥并真空包装。电解时阳极产生的阳极泥经压滤后干燥，其具体成分见表1，阳极泥作为有色冶炼的优质原料使用。
Figure RE-GDA0002379025470000051
Figure RE-GDA0002379025470000061
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种富铁冶矿尾渣高效综合回收利用的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（1）将富铁冶矿尾渣与煤粉或焦粉、石灰混匀后在回转窑中进行1100~1250℃高温熔炼，将其中可挥发物质挥发至烟灰中，烟灰经过冷却收集后可根据具体成分进行作为有色冶炼的原料使用，而尾渣在高温熔炼过程中被改性处理得到窑渣；富铁冶矿尾渣中铁的质量百分数含量为25~45%；
（2）将步骤（1）得到的窑渣经过破碎磁选，得到含碳尾泥和还原铁粉；含碳尾泥可作为原料用于水泥行业或砖厂；
（3）将步骤（2）得到的还原铁粉配入一定量的还原剂和熔剂后在感应炉中进行还原熔炼，将还原生成的铁水浇铸成阳极板；所述还原剂为煤粉或焦粒，所述熔剂为石灰；
（4）将阳极板在电解槽中进行电解，电解后将阴极板表面铁剥离，清洗后，真空干燥并真空包装即可；而其他元素在阳极泥中得到富集，阳极泥作为有色冶炼的优质原料进行使用。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当尾渣中铁的质量百分数含量低于25%时，与其它高铁含量物料进行混合使用；当尾渣中铁的质量百分数含量大于45%时，与其它低铁含量物料进行混合使用。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述煤粉或焦粉为8-18%，所述石灰为3-8%。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中，所述还原剂的配入量为含铁物料总量的10~20%，还原温度控制在1550~1650℃，所述熔剂的配入量为还原铁粉干量重量的5~10%。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（4）中，所述阳极板在电解时，电流密度控制在100~300A/m2，电解液以硫酸亚铁为主，并加入适量的硫酸铵，电解液PH值控制在2.5~4.5。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，电解液中Fe2+浓度为40~80g g/l。
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