CN113293250A - 一种硫精矿的高效回收利用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硫精矿的高效回收利用方法，涉及金属冶金领域。本发明针对硫精矿采用现有的成熟技术沸腾炉焙烧制备硫酸，在硫酸烧渣排出口接入到Finmet工艺系统中的闭锁料斗，加入2～7％脱硫剂脱硫，经四个串联的流化床直接制取还原铁。还原系统对赤热硫酸烧渣在流态化反应器中进一步加热进行还原反应，以被加热到850℃左右天然气为还原介质，使烧渣中的主要成份三氧化二铁还原成海绵铁，使包裹在矿物晶格中的微细粒金银等贵金属，在海绵铁状态下充分裸露，再将制得的海绵铁粉中的金银等贵金属进行提取。提取后的海绵铁经磨矿、磁选等进一步提纯加工，得到优质的工业原料还原铁粉。本专利可高效回收利用硫精矿，使之的价值达到最大化。

Description

一种硫精矿的高效回收利用方法
技术领域
本发明公开了一种硫精矿的高效回收利用方法，涉及金属冶金领域。
背景技术
硫精矿又名硫铁矿、黄铁矿、硫精砂、硫化铁等，化学式：FeS2是主要含硫矿物。常与钴、镍、铜、铅、锌、金和银等有色金属共生。硫精矿的85％以上用于制造硫酸，其次提炼硫黄。我国是硫酸生产大国，各地分别都建军有用硫精矿生产硫酸的工厂，每年有数千万吨的硫精矿用于硫酸的生产，每年也有数千万吨的硫酸烧渣产出。这些硫酸烧渣尽管含有较高品位的铁，一般含铁可达50％～60％，但因也含有对炼钢极其有害的硫元素也很高，通常高达1％～4％，所以长期以来硫酸渣得不到很好的利用。这些硫酸烧渣一部分以低价售给水泥厂当作红土使用，极少数含铁比较高含硫等杂质少的掺入铁精矿中制成球团后炼铁。有相当的一部分采用露天堆放，不仅占用大量耕地，而且久置还会在细菌的作用下氧化成水溶性硫酸盐污染地层水系，影响生态平衡，同时也是一种资源浪费。硫酸烧渣除含有丰富的铁外，还含有其它有价金属元素，如金、银、铜、钴等。但硫酸烧渣里面的有价金属，由于嵌布粒度细，附存状况基本是包裹状，提选起来比较困难，特别是金银的提取，制酸焙烧温度偏高对微细粒金形成重包裹，浸出率低下而失去提取价值。
还原铁又称海绵铁，它是采以优质铁矿石为原料，利用氧化还原反应原理经高温下一氧化碳还原而制得的金属铁。这种金属铁保留了因氧化还原反应失氧时形成的大量微气孔，在显微镜下观察形似海绵，故名海绵铁。其还原反应原理如下：Fe2O3+3CO＝2Fe+3CO2↑
还原铁粉的化学成分稳定，纯度高，其全铁含量达90.％以上，杂质含量低，压缩性高，成型性好，是一种优质的粉末冶金机械零件生产的基础原料。电焊条用还原铁粉，在药皮中加入10～70％铁粉可改进焊条的焊接工艺并显著提高熔敷效率。化工用还原铁粉，主要用于化工催化剂，贵金属还原，合金添加，铜置换等。切割不锈钢铁粉，在切割钢制品时，向氧-乙炔焰中喷射铁粉，可改善切割性能，扩大切割钢种的范围，提高可切割厚度。还原铁粉末冶金零件广泛应用于飞机，枪械，摩托车，家庭轿车，汽车，农机，矿山，电动工具，机床，运输等各种机械行业。
全球对优质金属材料的需求不断增加，而用于优质钢生产的废钢原料日益短缺，导致炼钢替代原料的用量急剧增加。最常用的替代料是直接还原铁，还原铁对精密铸造，冶炼优质特种钢不可多得的优质原料。
2018年全球直接还原铁的产量接近有9800万吨，主要集中在印度、伊朗、俄罗斯、墨西哥等国家，占比达到80％左右，近两年产量有加速增加的趋势，突破一亿吨的产量指日可待。随着全球还原铁产量的大量增长，越来越多的中国钢铁企业对其有所认识和了解，仅2019年上半年不完全统计，已从海外进口30万吨以上的还原铁进行钢铁生产。
目前，我国年使用铁矿石超过10亿吨，需进口铁矿石高达8亿吨的形势下，开展硫精矿的的高效综合利用研究，使硫精矿焙烧后价值不大的硫酸渣，直接还原成海绵铁，变废为宝，缓解优质废钢供应紧张的局面。同时也使有限的矿产资源利用最大化，经济效益最大化，对相关企业提高经济效益、防治环境污染等有作多重重要的意义。
发明内容
针对现有技术中存在的不足和问题，本发明公开了一种硫精矿的高效回收利用方法，涉及金属冶金领域。
本专利对硫精矿采用现有的成熟技术，沸腾炉焙烧制备硫酸，在硫酸烧渣排出口接入到Finmet工艺系统中的闭锁料斗，同时加入2～7％脱硫剂碳酸钙脱除硫，经四个串联的流化床直接制取还原铁的新工艺。还原系统对赤热硫酸烧渣在流态化反应器中进一步加热进行还原反应，以被加热到850℃左右天然气作为还原介质，使烧渣中的主要成份三氧化二铁还原生成海绵态铁粉，同时使烧渣中残存的硫，一部分生成羰基硫挥发去除，另一部分与脱硫剂在高温还原气氛下生成非磁性的硫化钙或硫硅钙石。生成的海绵铁使包裹矿物晶格中的微细粒金银等有价值的金属，在海绵铁状态下充分裸露，再将制得的海绵铁粉中的金银等贵金属进行提取。提取后的海绵铁经调浆进入立式搅拌磨机磨矿到-200目占90％，将磨细后的还原铁经磁场强度为800～1200Gs的弱磁选机磁选。把非磁性的硫化钙和硫硅钙石与有磁性的海绵铁分离去除，得到含铁品位和回收率都在90％以上的还原铁粉。
一种硫精矿的高效回收利用方法，其特征在于：对硫精矿采用现有的成熟技术，沸腾炉焙烧制备硫酸，在硫酸烧渣排出口接入到Finmet工艺的闭锁料斗系统中，同时加入2～7％脱硫剂碳酸钙脱除硫，经四个串联的流化床直接制取还原铁的新工艺。还原系统对赤热硫酸烧渣在流态化反应器中进一步加热进行还原反应，以被加热到850℃左右天然气作为还原介质，对赤热硫酸烧渣在第一个流态化反应器中进一步加热550℃左右，到第四个流态化反应器中加热到800℃左右进行还原反应，使烧渣中的主要成份三氧化二铁直接还原生成海绵态铁粉。采用硫酸烧渣出料口即进入到四个串联的流化床进行还原反应，充分的利用了硫酸烧渣热能，降低了还原的加热成本，从而降低了还原铁的生产成本。
生产还原铁的工艺有很多，本专利采用较先进的Finmet流化床还原铁的生产工艺。Finmet流化床还原铁的生产工艺主要有委内瑞拉的Fior、奥钢联及委内瑞拉的Finmet、韩国浦项在Corex基础上发展而来的，这些炼铁新工艺都使用粉矿为原料在流态化反应器中进行还原，以天然气作为还原介质。直接使用粉矿作为还原铁原料，省去球团造块，降低了投资和成本，且避免使用焦炭，减少了炼焦过程对环境的污染，有利于保护环境。
Finmet流化床还原铁的工艺流程如图1所示，硫精矿沸腾炉焙烧制备硫酸，在硫酸烧渣排出口接入到Finmet工艺的闭锁料斗系统中，同时加入2～7％脱硫剂碳酸钙脱除硫，经四个串联的流化床直接制取还原铁的新工艺。
Finmet流化床包括4个串联的流化床反应器，且彼此间通过气体和固体输送管路相连。矿粉在重力作用下从较高的反应器流向较低的反应器，而还原气体则以相反方向自下而上流动。
在第一个反应器中，矿粉被来自下一个反应器的部分消耗的还原气体加热到约550℃，还原气体通过一个气体分布格栅同粉矿接触。离开流化床的气体中夹带着粉尘，这些粉尘由反应器内部的收尘器加以去除，随后再返回到流化床中。反应器排出的还原气体到达气体处理系统，然后回到工艺中循环利用。粉矿逐步下降通过其余的反应器，每经过一个反应器都因与还原性更强的气体相接触而提高金属化率。反应器内的温度各不相同，最高位置反应器约为550℃，而最低位置反应器达到800℃左右。反应器内的压力在1.1～1.3MPa范围内。
还原过程所需气体，是回收的反应器排出天然气与来自蒸汽重整炉的新鲜天然气的混合物，新鲜天然气是为了补充还原过程中的消耗。反应器排出气体首先在湿式洗涤器中冷却和清洗除去剩余的粉尘，然后排放掉一小部分以控制系统中惰性气氛的积聚。这部分气体可用作还原气炉的燃料。其余气体通过一个循环压缩机返回到工艺中。重整的天然气和循环的天然气通过CO2去除系统，然后在还原气炉内被加热到850℃左右，最后进入流化床反应器。
经Finmet流化床系统处理过的矿粉即成还原率很高的海绵状还原铁粉，因含有硫化钙或硫硅钙石等杂质成分，含铁量在82％左右，经强制空冷后按不同金属的性质和提取技术分别浸取有价金属，因还原铁粉已是海绵状态，即使是显微级微细粒嵌布的金属也裸露在海绵体中，不再存在有包裹情况，所以很容易达到超高的浸出率，就金银回收率可达到达99％，几乎全部回收。
浸取有价金属后还原铁粉，再通过调浆进入立式搅拌磨机磨矿到-200目占90％，将磨细后的还原铁经磁场强度为800～1200Gs的弱磁选机磁选。把非磁性的硫化钙和硫硅钙石与有磁性的海绵铁分离去除，经提纯的海绵铁烘干就得到含铁品位和回收率都在90％以上的还原铁粉。还原铁粉是价值不菲的紧俏冶金化工原料，市场价格高昂。
本专利可高效综合利用有价金属，充分地利用国家宝贵的矿产资源，我国每年有数千万吨硫精矿制酸，如果这些工厂在生产过程中采用本专利工艺技术制成优质的还原铁，把价值不大的硫酸渣变成优质紧俏的还原铁，将为企业带来数百亿的收入，为社会创造具大财富，社会效益和经济效益都非常显著。
附图说明
附图1所示引入的Finmet流化床系统直接还原海绵铁工艺流程图。
附图2所示硫精矿的高效回收利用方法工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步理解本发明。
实施例1
安微铜陵某硫酸化工厂，硫精矿含硫34～35％，含砷0.5～0.7％，含金0.7～1.2g/T，经沸腾炉焙烧制备硫酸后的硫酸渣含铁56.3～57.8％，金1.3～1.8％，含硫2.3％。，经1kg量级试验室试验，对硫精矿采用沸腾炉焙烧制备硫酸，制酸后硫酸烧渣排出口接入到试验用小型Finmet流化床系统进行还原铁处理，同时加入5％的脱硫剂碳酸钙，经四个串联的流化床对赤热硫酸烧渣在流态化反应器中进一步加热进行还原反应，以被加热到850℃左右天然气作为还原介质，对硫酸烧渣还原反应1.5小时，经强制空冷后得到的海绵状还原铁粉含铁量在81％，还原处理后的矿粉常规氰化浸出，金的浸出率达到99.6％，经磨矿、磁选后的还原铁含铁达90.7％，属优质还原铁粉。取得满意效果。采用此工艺，当前黄金价格和还原铁粉的价格除去还原铁生产成本，还能为企业每吨金精矿多创造二三千元的经济效益。
实施例2
江苏南京某硫酸化工厂，硫精矿含硫36～37％，含砷0.1～0.2％，含金0.6～1.1g/T，经沸腾炉焙烧制备硫酸后的硫酸渣含铁57.8～58.9％，金1.1～1.5％，含硫1.8％。，经1kg量级试验室试验，对硫精矿采用沸腾炉焙烧制备硫酸，制酸后硫酸烧渣排出口接入到试验用小型Finmet流化床系统进行还原铁处理，同时加入3％的脱硫剂碳酸钙，经四个串联的流化床对赤热硫酸烧渣在流态化反应器中进一步加热进行还原反应，以被加热到850℃左右天然气作为还原介质，对硫酸烧渣还原反应1.5小时，经强制空冷后得到的海绵状还原铁粉含铁量在84％，还原处理后的矿粉常规氰化浸出，金的浸出率达到99.8％，经磨矿、磁选后的还原铁含铁达92.7％，属优质还原铁粉。取得满意效果。采用此工艺，当前黄金价格和还原铁粉的价格除去还原铁生产成本，还能为企业每吨金精矿多创造三千元左右的经济效益。
实施例3
河北唐山某硫酸化工厂，硫精矿含硫34～36％，含砷0.2～0.5％，含金1.3～1.9g/T，经沸腾炉焙烧制备硫酸后的硫酸渣含铁56.5～58.8％，金1＝2.1～3.5％，含硫2.1％。，经1kg量级试验室试验，对硫精矿采用沸腾炉焙烧制备硫酸，制酸后硫酸烧渣排出口接入到试验用小型Finmet流化床系统进行还原铁处理，同时加入4.5％的脱硫剂碳酸钙，经四个串联的流化床对赤热硫酸烧渣在流态化反应器中进一步加热进行还原反应，以被加热到850℃左右天然气作为还原介质，对硫酸烧渣还原反应1.5小时，经强制空冷后得到的海绵状还原铁粉含铁量在83.6％，还原处理后的矿粉常规氰化浸出，金的浸出率达到99.6％，经磨矿、磁选后的还原铁含铁达91.8％，属优质还原铁粉。取得满意效果。采用此工艺，当前黄金价格和还原铁粉的价格除去还原铁生产成本，还能为企业每吨金精矿多创造三千元左右的经济效益。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.本发明公开了一种硫精矿的高效回收利用方法，涉及金属冶金领域。本发明对硫精矿采用现有的成熟技术，沸腾炉焙烧制备硫酸，在硫酸烧渣排出口接入到Finmet工艺系统的闭锁料斗中，同时加入2～7％脱硫剂碳酸钙脱除硫，经四个串联的流化床直接制取还原铁的新工艺。还原系统对赤热硫酸烧渣在流态化反应器中进一步加热进行还原反应，以被加热到850℃左右天然气作为还原介质，使硫酸烧渣中的主要成份三氧化二铁还原生成海绵态铁粉，同时使硫酸烧渣中残存的硫，一部分生成羰基硫挥发去除，另一部分与脱硫剂在高温还原气氛下生成非磁性的硫化钙或硫硅钙石。生成的海绵铁将包裹矿物晶格中的微细粒金银等贵金属，在海绵铁状态下充分裸露，再将海绵铁粉中的金银等有价值金属进行提取。提取后的海绵铁经调浆进入立式搅拌磨机磨矿到-200目占90％，将磨细后的还原铁经磁场强度为800～1200Gs的弱磁选机磁选。将把非磁性的硫化钙和硫硅钙石与有磁性的海绵铁分离去除，即得到含铁品位和回收率都在90％以上的还原铁粉。
2.如权利要求1所述的一种硫精矿的高效回收利用方法，其特征在于：对硫精矿采用现有的成熟技术，沸腾炉焙烧制备硫酸，在硫酸烧渣排出口接入到Finmet工艺的闭锁料斗系统中，同时加入2～7％脱硫剂碳酸钙进一步脱除硫，经四个串联的流化床直接制取还原铁的新工艺。以被加热到850℃左右天然气作为还原介质，对赤热硫酸烧渣在第一个流态化反应器中进一步加热550℃左右，到第四个流态化反应器中加热到800℃左右进行还原反应，使烧渣中的主要成份三氧化二铁直接还原生成海绵态铁粉。
3.如权利要求1所述的一种硫精矿的高效回收利用方法，其特征在于：把硫酸烧渣还原成海绵态铁粉，使原本包裹矿物晶格中的微细粒金银等贵金属，在海绵铁状态下充分裸露，再将制得的海绵铁粉中的有价金属如金银等进行浸出提取，使难以浸出利用的有价金属得到特高的浸取率。
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