CN113248151A - 一种同时获得微晶玻璃和铸铁块的铁尾矿处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种同时获得微晶玻璃和铸铁块的铁尾矿处理工艺，包括步骤：S1:配料：将铁尾矿粉末与辅助料、炭粉混合得到混合料；其中辅助料根据铁尾矿组分和所要制取的微晶玻璃的组分来确定。S2:熔融：将混合料在高温下熔融和还原，上层得到基础玻璃熔体液，下层得到富铁熔液；S3:水淬及浇注：将上层基础玻璃熔体液转移至水中淬成玻璃颗粒，烘干待用，下层富铁熔液浇注成铸铁块用作钢铁冶金的原料；S4:将步骤S3得到的玻璃颗粒制成微晶玻璃。本发明实现了在同一热处理过程中对铁尾矿金属元素的短流程提取分离与微晶玻璃制备的并行，可对铁尾矿的成分实现高回收，直接获得用于生产钢铁冶金用铸铁块与高附加值微晶玻璃产品，达到铁尾矿最大价值化利用。

Description

一种同时获得微晶玻璃和铸铁块的铁尾矿处理工艺
技术领域
本发明涉及一种铁尾矿处理工艺，尤其是一种以铁尾矿为原料，同时制得微晶玻璃和铸铁块的处理工艺。
背景技术
尾矿是一种主要的矿业固体废物，据不完全统计，全世界每年排出的尾矿及废石在100亿t以上。我国现有矿山8000多座，堆存的尾矿量近50亿t，其中，堆存的铁尾矿量高达十几亿吨，占全部尾矿堆存总量的近1/3。全国年排出尾矿量高达5亿t以上，而年排放铁尾矿量达1.5亿t，长期日积月累，堆积成山。由于尾矿具有数量大、类型多、性质复杂的特点，铁尾矿在我国其利用率非常之低，仅达7％。
目前，尾矿和废渣的利用仅局限于作为充填材料、铺路材料、烧结砖原料或水泥充填料、建筑骨料等低级产品，其中的有价元素的利用价值和经济效益远未得到充分发挥。相当巨大数量的尾矿和废渣很难找到新的大宗利用途径，大量的尾矿只能长期堆放在尾矿库，挤占农田、破坏生态、污染水源和土壤，对环境造成威胁，成为制约矿业持续发展的大问题。因此，开发经济合理的尾矿利用途径，实现尾矿的综合回收利用，是保护资源和生态环境的必要措施。
现有的铁尾矿处理工艺研究以对铁尾矿中的铁进行再选富集，将再选后仍含有一定含量的铁的二次铁尾矿废弃堆置或用作低附加值产品的原材料为最典型代表，且现有铁尾矿处理工艺存在“再选富集铁”过程处理量有限、回收率低、选冶能耗高、处理成本高等难题，与此同时铁尾矿中大部分的可用成分并没有得到有效利用或被贬值利用，工艺路线的整体效益空间狭窄等诸多问题。因而，有必要提供一种新的工艺方案，用以解决现有铁尾矿处理工艺回收率低、处理成本高、价值未得以充分利用的问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种同时获得微晶玻璃和铸铁块的铁尾矿处理工艺，通过一步热处理同步获得基础玻璃熔体液和铁水，具有处理工艺流程短、处理成本低、节能环保的特点，对铁尾矿的成分实现高回收，直接获得用于生产钢铁冶金用铸铁块与高附加值微晶玻璃产品，达到铁尾矿最大价值化利用。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种同时获得微晶玻璃和铸铁块的铁尾矿处理工艺，其包括步骤：
S1:配料：将铁尾矿粉末与辅助料、炭粉混合，得到混合料；所述辅助料根据铁尾矿组分和所要制取的微晶玻璃的组分来确定；
S2:熔融：将混合料在高温下熔融和还原，得到混合料熔液；所述混合料熔液的上层为基础玻璃熔体液，下层为富铁熔液；
S3:水淬及浇注：将上层的基础玻璃熔体液转移至水中淬成玻璃颗粒，烘干待用，下层的富铁熔液浇注成铸铁块；
S4:将步骤S3得到的玻璃颗粒制作成微晶玻璃。
根据本发明一个较佳实施例，其中，步骤S1中，所述铁尾矿为经粉碎、过筛后，留取200目以下粒径的粉末颗粒。
根据本发明一个较佳实施例，其中，步骤S1中，所述辅助料包含：占所述混合料总质量3～14wt％的石灰石、3～12wt％的菱镁石、3.6～4.4wt％的铝矾石、3～11wt％的Na2CO3、0～2wt％的B2O3、0～1wt％的Sb2O3、0.5～3wt％的TiO2和0.5～2wt％的Cr2O3。
根据本发明一个较佳实施例，其中，步骤S1中，所述铁尾矿粉末、辅助料、炭粉依次按照所述混合料总质量的70～75％、20～25％、3～5％的称量和混合配料。
根据本发明一个较佳实施例，其中，步骤S2的处理条件是：使步骤S1得到的混合料在1400～1500℃下，保温5～10min。经过该条件的处理，所述混合料能完全熔融，铁元素被炭粉还原、同时澄清和均匀所述基础玻璃熔体液。
根据本发明一个较佳实施例，其中，步骤S2中，所述混合料被盛放在坩埚中，所述坩埚放置在电阻炉中，使用电阻炉对坩埚中的混合料实现高温熔融及还原。
根据本发明一个较佳实施例，其中，步骤S4包括：
步骤1：将所述玻璃颗粒研磨成粉末，装入模具中压制成生坯；
步骤2：使生坯在第一温度下保温进行核化处理，然后在第二温度下保温进行晶化处理，得到微晶玻璃粗品，第二温度高于第一温度；
步骤3：对微晶玻璃粗品切割抛光，得到微晶玻璃成品。
根据本发明一个较佳实施例，其中，步骤1中还包括对所述粉末进行过筛，过筛后装入模具中压制成生坯。
根据本发明一个较佳实施例，其中，步骤2的操作条件为：生坯在700℃～750℃的温度下保温1～2h进行核化处理，然后升温至800℃～900℃，保温1～2h进行晶化处理。
根据本发明一个较佳实施例，其中，步骤2在隧道窑中进行。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种工艺步骤少且简单、可一步熔融法获得基础玻璃熔体液和富铁熔液的工艺方案，按照本发明的工艺对铁尾矿进行处理，同时获得铸铁块和用于制取微晶玻璃的玻璃颗粒，该铸铁块可用提供钢铁冶金原料，微晶玻璃熔体液可用于生产高附加值的微晶玻璃产品。经过生产应用实践发现，按照本发明制作的微晶玻璃产品其主晶相为透辉石相，并含有一定量的硅灰石相，弯曲强度大于50MPa，超过国家标准GB/T9966-2001，体积密度约为2.7g/cm3。
本发明的S2的熔融步骤中，混合料全部熔融成液态混合物，而液态混合物中的铁元素被炭粉还原，与此同时由于铁水比重较大，自然地汇集到混合料熔液的下层，得到富铁熔液，而上层则为制取微晶玻璃的基础玻璃熔体液，本发明的原理是通过熔液中比重的差异，将铁尾矿中的铁元素实现富集，并与非铁金属元素分离。辅助料在步骤S2的熔融过程中同步被熔化，故可节省能耗；同时借此过程，辅助料还与铁尾矿来源的非金属元素氧化物在液相中实现均匀混合，制得组分均一的玻璃颗粒，该玻璃颗粒用于制作微晶玻璃。本发明实现了在同一热处理过程中对铁尾矿金属元素的短流程提取分离与微晶玻璃制备的并行。
本发明的技术方案具有工艺简单、实用，易于工业化应用的良好特点。可直接将铁尾矿用作原料，用于生产钢铁冶金用的铸铁块与高附加值的微晶玻璃产品，实现对铁尾矿最大化利用、乃至全部吃干榨净的目的。本发明为铁尾矿处理成本的降低、产出效益的提升等提供了一条新的工艺思路，具有可实践性和潜在的巨大经济效益，在推动冶金矿山扩展再生产、酝酿和簇生新的产业链、环保、国土资源整治等诸多方面具有积极的社会效益和经济效益。本发明的工艺方案对冶金设备/设施没有苛刻的要求，可降低冶金设备/设施的建设、运行和维护成本。
附图说明
图1为本发明的工艺的流程图。
图2为本发明实施例1的工艺流程图。
图3为本发明实施例1制得的微晶玻璃成品的照片。
图4为本发明实施例1制得的微晶玻璃成品的XRD图。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
根据图1所示的一种同时获得微晶玻璃和铸铁块的铁尾矿处理工艺，其包括步骤：
S1:配料：将铁尾矿粉末与辅助料、炭粉混合，得到混合料；所述辅助料根据铁尾矿组分和所要制取的微晶玻璃的组分来确定和添加。
辅助料的选择和确定，往往需要根据所要制取的微晶玻璃的元素组成、铁尾矿中除铁以外的金属氧化物组成综合确定。
S2:熔融：将混合料在高温下熔融和还原，得到混合料熔液；所述混合料熔液的上层为基础玻璃熔体液，下层为富铁熔液。
优选地，使混合料盛装在坩埚中，将坩埚放在电阻炉中，电阻炉加热至1400～1500℃下，保温5～10min。经过该工艺的处理，混合料完全熔融，铁元素被炭粉还原、同时澄清和均匀上层的基础玻璃熔体液，下层汇集得到富铁熔液。其中，下层的富铁熔液和上层的基础玻璃熔体液由于密度、粘度、颜色与亮度不同而自然分层，且分层明显。
S3:水淬及浇注：将上层的基础玻璃熔体液转移至水中淬成玻璃颗粒，烘干待用，下层的富铁熔液浇注成铸铁块，该铸铁块可用作钢铁冶金原料。
S4:将步骤S3得到的玻璃颗粒制作成微晶玻璃。
为了进一步说明本发明的技术方案的特点和有益技术效果，现结合附图和实施例1进行具体说明。参见图2～4，分别为本发明的实施例1的工艺流程图、制得的微晶玻璃成品的照片及XRD图。
实施例1
本实施例提供一种同时获得微晶玻璃和铸铁块的铁尾矿处理工艺，包括以下的步骤s0～S6，其中结合图2所示：
s0:根据所要制取的微晶玻璃的元素组分进行确定辅助料的组成。
辅助料的选择和确定，需根据所要制取的微晶玻璃的元素组成、铁尾矿中除铁以外的金属氧化物组成综合确定，一般是前者元素组成减去后者的元素组成之后，再看看制取微晶玻璃还需要哪些金属元素，从而确定和选择所述辅助料的组成，通常会选择石灰石、菱镁石、铝矾石、碳酸钠、氧化硼、晶核剂(如TiO2+Cr2O3)等。
参见表1和表2，表1为铁尾矿主体成分表，表2为要利用铁尾矿生产的微晶玻璃的主体成分范围表。
表1铁尾矿主体成分表
Figure BDA0003012104800000061
表2微晶玻璃主体成分范围表
Figure BDA0003012104800000062
经过分析，确定了辅助料组成为：占配料所得混合料(铁尾矿粉+辅助料+炭粉)总质量3～14wt％的石灰石、3～12wt％的菱镁石、3.6～4.4wt％的铝矾石、3～11wt％的Na2CO3、0～2wt％的B2O3、0～1wt％的Sb2O3、0.5～3wt％的TiO2和0.5～2wt％的Cr2O3。同时，通过分析确定铁尾矿粉末与上述辅助料的添加质量比优选是介于70～75：20～25。
以下依次为步骤S1～S6：
S1:配料：将铁尾矿粉末、辅助料、炭粉按照混合料总质量的74％、22％、4％进行称量和混合配料，制得混合料。其中辅助料以粉末形式加入，而铁尾矿粉末是铁尾矿矿渣，经粉碎并过筛后，留取200目以下粒径的粉末颗粒。
S2:熔融：将混合料在高温下熔融和还原，得到混合料熔液，本步骤的具体处理方法为：
将步骤S1得到的混合料放置到坩埚中，将坩埚放置于电阻炉中，电阻炉加热至1450℃下，保温9min，使混合料完全熔融成液态，并发生还原反应，铁元素被炭粉还原成铁水，铁水因比重较大，汇集到液态熔融液的下方，得到富铁熔液；与此同时，上层比重较轻的基础玻璃熔体液得以澄清和均质(匀)化。
S3:水淬及浇注：将上层的基础玻璃熔体液转移至水中淬成玻璃颗粒，烘干待用，下层的富铁熔液浇注成铸铁块，铸铁块可直接提供钢铁冶金原料使用。
S4:将玻璃颗粒研磨成粉末，研磨后的玻璃粉末筛分后装入模具中压制成生坯。玻璃粉末压制成生坯为现有技术，在此不做赘述。
S5:将该生坯放入隧道窑中加热至730～750℃，使生坯在此温度下保温1.5h进行核化处理，然后升温至880～900℃，在此温度下保温1.5h进行晶化处理，得到微晶玻璃粗品。
S6:切割与抛光：将得到的微晶玻璃粗品，切割后进行抛光，制得得到微晶玻璃成品。
见图3所示，为本发明实施例1制得的微晶玻璃成品的照片，由图3可知，实施例1制得的微晶玻璃成品，略呈黑色、透明，表面光滑、平整。
结合图4所示，为本发明实施例1制得的微晶玻璃成品的XRD图。由图3可知，实施例1制得的微晶玻璃成品，其主晶相为透辉石相，此外还存在有一定量的硅灰石相。
对本发明实施例1的微晶玻璃成品的主要性能进行测试，结果如下表：
Figure BDA0003012104800000071
由上表可知：
按照本发明制作的微晶玻璃产品其主晶相为透辉石相，并含有一定量的硅灰石相，弯曲强度大于50MPa，超过国家标准GB/T9966-2001，体积密度约为2.7g/cm3。

Claims (8)

1.一种同时获得微晶玻璃和铸铁块的铁尾矿处理工艺，其特征在于，包括步骤：
S1:配料：将铁尾矿粉末与辅助料、炭粉混合，得到混合料；所述辅助料根据铁尾矿组分和所要制取的微晶玻璃的组分来确定；
S2:熔融：将混合料在高温下熔融和还原，得到混合料熔液；所述混合料熔液的上层为基础玻璃熔体液，下层为富铁熔液；
S3:水淬及浇注：将上层的基础玻璃熔体液转移至水中淬成玻璃颗粒，烘干待用，下层的富铁熔液浇注成铸铁块；
S4:将步骤S3得到的玻璃颗粒制成微晶玻璃。
2.根据权利要求1所述的铁尾矿处理工艺，其特征在于，所述辅助料包含：占所述混合料总质量3～14wt％的石灰石、3～12wt％的菱镁石、3.6～4.4wt％的铝矾石、3～11wt％的Na2CO3、0～2wt％的B2O3、0～1wt％的Sb2O3、0.5～3wt％的TiO2和0.5～2wt％的Cr2O3。
3.根据权利要求2所述的铁尾矿处理工艺，其特征在于，步骤S1中，所述铁尾矿粉末、辅助料、炭粉依次按照所述混合料总质量的70～75％、20～25％、3～5％的称量和混合配料。
4.根据权利要求3所述的铁尾矿处理工艺，其特征在于，步骤S1中，步骤S1中，所述铁尾矿为经粉碎、过筛后，留取200目以下粒径的粉末颗粒。
5.根据权利要求1所述的铁尾矿处理工艺，其特征在于，步骤S2的处理条件是：使步骤S1得到的混合料在1400～1500℃下，保温5～10min。
6.根据权利要求1～5任一项权利要求所述的铁尾矿处理工艺，其特征在于，步骤S4包括：
步骤1：将所述玻璃颗粒研磨成粉末，装入模具中压制成生坯；
步骤2：使生坯在第一温度下保温进行核化处理，然后在第二温度下保温进行晶化处理，得到微晶玻璃粗品，第二温度高于第一温度；
步骤3：对微晶玻璃粗品切割抛光，得到微晶玻璃成品。
7.根据权利要求6所述的铁尾矿处理工艺，其特征在于，步骤2的操作条件为：生坯在700℃～750℃的温度下保温1～2h进行核化处理，然后升温至800℃～900℃，保温1～2h进行晶化处理。
8.根据权利要求6所述的铁尾矿处理工艺，其特征在于，步骤2在隧道窑中进行。
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