CN113444875B - 一种硫化锑精矿与铝工业废渣协同处理资源化利用的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硫化锑精矿与铝工业废渣协同处理资源化利用的方法，以硫化锑精矿，赤泥及石灰混均后压制成团矿；将干燥后团矿进行熔炼，制成锑氧粉。本发明节约了铁矿石及焦炭资源，实现锑精矿大部分砷的去除，减少了锑氧粉后续反射炉精炼中除砷剂(Na2CO3)的加入量，降低生产成本。本发明中物料所含锑的挥发≥90％，锑氧粉含锑≥80％，所得渣的流动性及渣锑分离效果良好，渣含锑<0.8％，实现硫化锑精矿中锑的高效回收，且所得炉渣经水淬后作为水泥厂原料，实现了赤泥和废旧阴极废渣的高效利用和无害化处理。

Description

一种硫化锑精矿与铝工业废渣协同处理资源化利用的方法
技术领域
本发明涉及一种硫化锑精矿与铝工业废渣协同处理资源化利用的方法，属于锑矿粗炼及铝工业废渣资源化利用技术领域。
背景技术
锑是一种具有重要战略意义的金属，被欧盟列为类关键原材料之一，也被我国列为四大战略资源之一。据2020年美国地质调查报告，我国锑矿资源查明储量为327万吨，占全球矿产量62.5％。21世纪以来，我国资源消耗空前增多，储量、基础储量持续下降，资源需求却日益增长，目前还未找到能够完全替代锑品的其他资源，因此高效利用锑矿资源意义重大。按矿石类型和化学成分，锑精矿分为硫化矿、混合矿和氧化矿三大类。硫化锑精矿采用鼓风炉熔炼产出锑氧工艺中需要添加大量的铁矿石(Fe2O3≥45％)进行造渣实现物料中锑和脉石的分开。按生成SiO2-FeO-CaO三元熔渣的通过添加铁矿石调整成分比例，一般添加量为锑精矿25～40％，增加了生产成本。
再者，我国铁矿石资源匮乏，且贫矿多，富矿少，铁矿资源类型多样，组分复杂，选冶性能差，预处理成本高。2020年，我国铁矿石外贸进口量高达12.3亿吨，因此实现含铁矿物的高效利用极具现实意义。
另一方面，铝工业中，每生产1吨氧化铝大约产生0.6～2.5吨的赤泥。截至2020年我国赤泥年排放量过1亿吨，累计堆存量约8亿吨，综合利用率仅约为5％。再者，氧化铝为生产电解铝工艺中，每电解1吨金属铝因电解槽碳素阴极失效将产生20～30kg，近10年我国废旧阴极排放量约700万吨。按《国家危险废物名录(2021版)》，废旧阴极属于危险性固废(HW48，321-023-48)。上述两废渣再利用的工作开展极为广泛，几乎都是针对其有价成分先回收再利用，处理工艺需分离或提纯，流程长、过程复杂，投资大，导致处理成本无优势，因此，目前绝大多数赤泥未经处理直接排放储存在尾矿库内，废旧阴极多数露天堆放，两固废储存既占用土地，浪费资源，又易造成环境污染和安全隐患。另一方面，赤泥因富含铁和铝等有价元素，废旧阴极富含约70％碳质成分、少量的氟(主要为NaF)及微量的氰(主要为NaCN)，具有再利用价值的废渣。开展赤泥及废旧阴极的综合利用是铝行业持续健康发展的必然趋势。
中国专利CN108004421A公开的一种辉锑矿富氧熔池熔炼处理方法，向富氧熔池内鼓入富氧空气，再将辉锑矿物料与氧化铝废弃物赤泥、石灰、还原剂混合后送入富氧熔池内进行富氧还原熔炼，得到锑含量达86％的锑氧化物，熔炼时控制熔池内的温度为990-1360℃；回收并分离锑氧化物和废渣。该技术主要存在熔炼渣中含锑过高(可达30％以上)，需二次处理才能将渣中的锑降到1％以下，故其锑回收率低，且渣型不稳定、渣成分不好控制等不足。因此鼓风炉挥发熔炼等传统工艺仍然是锑冶炼的主要方法。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种硫化锑精矿与铝工业废渣协同处理资源化利用的方法，渣锑分离效果良好，实现硫化锑精矿中锑的高效回收和赤泥、废旧阴极废渣的资源化利用和无害化处理。
本发明采用如下的技术方案一种硫化锑精矿与铝工业废渣协同处理资源化利用的方法，以硫化锑精矿，赤泥及石灰混均后压制成团矿；将干燥后团矿进行熔炼，制成锑氧粉。
上述的硫化锑精矿与铝工业废渣协同处理资源化利用的方法，所述硫化锑精矿，赤泥及石灰按重量比例100：25-40：5-10。
上述的硫化锑精矿与铝工业废渣协同处理资源化利用的方法，所述熔炼是将团矿、石灰石和废旧阴极按重量比例100：5-10：30-45，加入鼓风炉通风熔炼。
上述的硫化锑精矿与铝工业废渣协同处理资源化利用的方法，所述硫化锑精矿的Sb含量30～60wt％，赤泥的Fe2O3含量45～70wt％，Al2O3含量6～20wt％，SiO2含量6～15wt％，废旧阴极固定碳含量50～70wt％。
上述的硫化锑精矿与铝工业废渣协同处理资源化利用的方法，所述熔炼温度范围800～1000℃；通风设施为罗茨鼓风机，介质为自然空气。
上述的硫化锑精矿与铝工业废渣协同处理资源化利用的方法，包括下述步骤，
步骤一将硫化锑精矿和赤泥破碎细磨，细磨至粒径-0.074mm≥60％；废旧阴极破碎至20-40mm。
步骤二将步骤一制得的硫化锑精矿和赤泥粉料在75～105℃内烘干；
步骤三将烘干硫化锑精矿、赤泥和石灰混均，用造球机制成直径为5mm～20mm的球形后干燥；
步骤四将干燥球团、石灰石和破碎后的废旧阴极加入鼓风炉进行通风熔炼；
步骤五炉料到达熔炼温度和时间后定期从前床中放出炉渣、锑锍和冷却系统中回收粗锑，锑锍返回鼓风炉熔炼，炉渣水淬后做水泥原料。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.本发明提出高铁赤泥替代铁矿石和旧阴极替代焦炭作为鼓风炉熔炼硫化锑精矿造渣剂工艺，同步实现物料中锑和脉石粗炼分离。比较于现有鼓风炉添加铁矿和焦炭造渣熔炼硫化锑精矿工艺，本发明节约了铁矿石及焦炭资源，降低生产成本。
2.本发明提出拜耳赤泥替代铁矿石及废旧阴极替代焦炭作为鼓风炉熔炼硫化锑精矿造渣剂工艺，因赤泥中所含碱(NaO)和硫化锑精矿中砷结合生成Na3AsO4，实现锑精矿大部分砷的去除，减少了锑氧粉后续反射炉精炼中除砷剂(Na2CO3)的加入量，进一步降低生产成本。
3.本发明提出拜耳赤泥替代铁矿石及废旧阴极替代焦炭作为鼓风炉熔炼硫化锑精矿造渣剂工艺，比较于专利CN108004421A公开的一种辉锑矿富氧熔池熔炼处理方法，本发明中物料所含锑的挥发≥90％，锑氧粉含锑≥80％，所得渣的流动性及渣锑分离效果良好，渣含锑<0.8％；再者，废旧阴极中所含的少量氟化物分解后被石灰固定(CaO+2NaF+SiO2＝Na2O·SiO2+CaF2)，氰化物分解成无害的氮化物(2NaCN+4.5O2＝2NO2+Na2O+2CO2),实现硫化锑精矿中锑的高效回收，且所得炉渣经水淬后作为水泥厂原料，实现了赤泥和废旧阴极废渣的高效利用和无害化处理。
附图说明
图1是本发明的流程图。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
具体实施方式
实施例：
一种硫化锑精矿与铝工业废渣协同处理资源化利用的方法，以硫化锑精矿，赤泥及石灰混均后压制成团矿；将干燥后团矿进行熔炼，制成锑氧粉。
所述硫化锑精矿，赤泥及石灰按重量比例100：25-40：5-10，制成团矿。
所述熔炼是将团矿、石灰石和废旧阴极按重量比例100：5-10：30-45，加入鼓风炉通风熔炼。
所述硫化锑精矿的Sb含量30～60wt％，赤泥的Fe2O3含量45～70wt％，Al2O3含量6～20wt％，SiO2含量6～15wt％，废旧阴极固定碳含量50～70wt％。
所述熔炼温度范围800～1000℃；通风设施为罗茨鼓风机，介质为自然空气。
上述的硫化锑精矿与铝工业废渣协同处理资源化利用的方法，包括下述步骤，
步骤一将硫化锑精矿和赤泥破碎细磨，细磨至粒径-0.074mm≥60％；废旧阴极破碎至20-40mm。
步骤二将步骤一制得的硫化锑精矿和赤泥粉料在75～105℃内烘干；
步骤三将烘干硫化锑精矿、赤泥和石灰混均，用造球机制成直径为5mm～20mm的球形后干燥；
步骤四将干燥球团、石灰石和破碎后的废旧阴极加入鼓风炉进行通风熔炼；
步骤五炉料到达熔炼温度和时间后定期从前床中放出炉渣、锑锍和冷却系统中回收粗锑，锑锍返回鼓风炉熔炼，炉渣水淬后做水泥原料。
实施例1
如图1所示，步骤一：将硫化锑精矿(主要成分Sb 48.89wt％，Fe2O3 1.02wt％，S21.91wt％，As 0.46wt％)和赤泥(主要成分Fe2O3 45.05wt％，Al2O3 13.22wt％，SiO213.55wt％，CaO 8.9wt％，S 0.22wt％)磨细至粒径-0.074mm>60％。废旧阴极(固定碳含量67.83wt％)破碎至20-40mm。
步骤二：硫化锑精矿粉、赤泥、石灰按配比为100:32:8进行混合制团后烘干。
步骤三，将干燥球团、石灰石、废旧阴极按配比为100:12:40加入鼓风炉，通风量为70m3/min。
步骤四中，将鼓风炉熔炼温度控制在950℃和时间60min。
经上述步骤后，所物料中锑的挥发率92％，锑氧粉含锑83％，所得渣的流动性及渣锑分离效果良好，渣含锑0.72％。
实施例2
如图1所示，步骤一：将硫化锑精矿(主要成分Sb 51.25wt％，Fe2O3 0.89wt％，S22.81wt％，As 0.57wt％)和赤泥(主要成分Fe2O3 51.17wt％，Al2O3 15.22wt％，SiO211.78wt％，CaO 10.15wt％，S 0.18wt％)磨细至粒径-0.074mm>60％。废旧阴极(固定碳含量71.2wt％)破碎至20-40mm。
步骤二：硫化锑精矿粉、赤泥、石灰按配比为100:28:10进行混合制团后烘干。
步骤三，将干燥球团、石灰石、废旧阴极按配比为100:10:45加入鼓风炉，通风量为80m3/min。
步骤四中，将鼓风炉熔炼温度控制在1000℃和时间60min。
经上述步骤后，所物料中锑的挥发率93％，锑氧粉含锑85％，所得渣的流动性及渣锑分离效果良好，渣含锑0.81％。

Claims (6)

1.一种硫化锑精矿与铝工业废渣协同处理资源化利用的方法，其特征在于，以硫化锑精矿，赤泥及石灰混均后压制成团矿；将干燥后团矿进行熔炼，制成锑氧粉；所述熔炼是将团矿、石灰石和废旧阴极按重量比例100：5-10：30-45，加入鼓风炉通风熔炼；所述硫化锑精矿，赤泥及石灰按重量比例100：25-40：5-10；所述熔炼温度范围800~1000℃；介质为自然空气。
2.根据权利要求1所述的硫化锑精矿与铝工业废渣协同处理资源化利用的方法，其特征在于，所述熔炼是将团矿、石灰石和废旧阴极按重量比例100：7-8：35-40，加入鼓风炉通风熔炼。
3.根据权利要求1所述的硫化锑精矿与铝工业废渣协同处理资源化利用的方法，其特征在于，还包括：所述硫化锑精矿，赤泥及石灰按重量比例100：30-35：7-8。
4.根据权利要求1所述的硫化锑精矿与铝工业废渣协同处理资源化利用的方法，其特征在于，所述硫化锑精矿的Sb含量 30~60 wt %；赤泥的Fe2O3含量45~70wt%，Al2O3含量6~20wt%，SiO2含量6~15wt%；废旧阴极含C含量50~80 wt %。
5.根据权利要求1所述的硫化锑精矿与铝工业废渣协同处理资源化利用的方法，其特征在于，通风设施为罗茨鼓风机。
6.根据权利要求1所述的硫化锑精矿与铝工业废渣协同处理资源化利用的方法，其特征在于，包括下述步骤，
步骤一将硫化锑精矿和赤泥破碎，细磨至粒径-0.074mm≥60%;将废旧阴极破碎至直径为20mm~40mm颗粒；
步骤二将步骤一制得的粉料在75~105℃内烘干；
步骤三将烘干硫化锑精矿、赤泥和石灰混均，用造球机制成直径为5mm~20mm的球形后干燥；
步骤四将干燥球团、石灰石和废旧阴极颗粒加入鼓风炉进行通风熔炼；
步骤五炉料到达熔炼温度和时间后定期从前床中放出炉渣、锑锍和冷却系统中回收粗锑，锑锍返回鼓风炉熔炼，炉渣水淬后做水泥原料。
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