CN114369717A

CN114369717A - 一种铅锌矿废石综合利用方法

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Publication number: CN114369717A
Application number: CN202210050487.9A
Authority: CN
Inventors: 杨聪聪; 朱德庆; 潘建; 李启厚; 夏光辉; 郭正启; 李思唯
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2022-01-17
Filing date: 2022-01-17
Publication date: 2022-04-19

Abstract

本发明公开了一种铅锌矿废石综合利用方法，包括以下步骤：S1、对铅锌矿废石进行预先破碎、细磨至一定粒度；S2、对常规熔剂进行预先细磨至适宜粒度；S3、对铁精矿进行预处理，使其具备一定的比表面积；S4、将预处理后的铁精矿、常规熔剂、细磨后铅锌矿废石和粘结剂按设定MgO含量和二元碱度进行配矿、混匀，得到混合料，然后将混合料在圆盘造球机中进行加水造球，得到设定粒度的生球；S5、将生球装入专门球团生产设备中，在设定的风速和温度下进行干燥、预热、焙烧、均热和冷却，得到成品氧化球团矿。本发明基于白云石质铅锌矿废石的主要物相为白云石的特点，将其破碎、细磨后作为含镁熔剂，以替代一部分常规冶金用白云石制备镁质球团，从而实现对废石中钙、镁等有价组分的回收利用。

Description

一种铅锌矿废石综合利用方法

技术领域

本发明属于矿物加工领域，具体涉发一种铅锌矿废石综合利用方法。

背景技术

在铅锌矿选矿过程中，通常对原矿会进行预选抛废来提高后续流程的入选原矿品位，同时也有利于减少尾砂的产出量，降低尾矿库存压力。但是，随之而来的是大量铅锌矿废石的处置和利用问题。铅锌矿废石属于典型的矿业固体废弃物，根据《固体废物污染防治法》规定，“矿山企业应当采取科学的开采方法和选矿工艺，减少尾矿、废石等矿业固体废物的产生量和贮存量；国家鼓励采取先进工艺对尾矿、废石等矿业固体废物进行综合利用”。因此，对铅锌矿废石进行处置和资源化利用对促进我国铅锌矿选矿企业可持续绿色发展具有重要的意义。

目前，铅锌矿废石的主要处置方式主要有堆存、采空区回填、再选回收有价组分、制备建筑材料等几种方式。对铅锌矿废石进行堆存虽然简单易行，但会占用大量土地资源，且存在较大的环境风险，尤其是在废石经过长期的雨水冲刷淋滤后，其中的铅、锌、硫等有害元素易渗出进入土壤，从而对周边环境和生态造成严重的污染和破坏。回填法是目前矿山企业常见的废石利用方法，主要是采用全尾砂胶结充填技术和高水固结全尾砂充填技术，将废石进行固化处理并填充至铅锌矿采空区，减少废石出坑对地表生态环境的影响，逐步实现采充平衡，有效控制地压活动，但该方法需消耗大量的水泥以及其他胶凝材料，充填成本较高。根据废石中有价组分的含量和赋存特点，部分企业对废石进行再选以回收其中的有价组分，包括铅、锌、铁、硫、长石和石英等，但这些技术通常存在工艺流程长、回收率低、回收成本高、经济性差等问题，限制了其进一步应用。另外，还有一些企业将开采过程中将符合建材标准的废石用于生产机制砂石、混凝土骨料、建筑用砖等，部分废石则被用于采场内道路路基铺垫或场地平整或外售。铅锌尾矿用作建筑材料虽然为铅锌矿废石的大宗消纳提供了重要思路和途径，但由于建材产品的附加值低，销售半径小，严重依赖周边建材市场的规模，导致对铅锌矿废石的消纳受到限制。基于上述背景可知，由于铅锌矿废石的产出量巨大，须通过多种途径进行消纳，开发低成本、规模化、安全高效的铅锌矿废石处置方法对促进矿山绿色高质量发展具有重要的现实意义。

发明内容

针对广西等地区白云石质铅锌矿废石产出量大、缺乏有效处置和消纳方法等难题，本发明的目的是提供低成本、简单高效铅锌矿废石综合利用方法，为国内碳酸盐型铅锌矿废石的大宗消纳和资源化利用提供新思路。

本发明这种铅锌矿废石综合利用方法，包括以下步骤：

S1、对铅锌矿废石进行预先破碎、细磨至一定粒度，得到细磨后铅锌矿废石；

S2、对常规熔剂进行预先细磨至适宜粒度，得到细磨后的常规溶剂；

S3、对铁精矿进行预处理，使其具备一定的比表面积，得到预处理后的铁精矿；

S4、将S3步骤中预处理后的铁精矿、S2步骤中细磨后的常规熔剂、S1步骤中细磨后铅锌矿废石和粘结剂按设定MgO含量和二元碱度(CaO/SiO₂)进行配矿、混匀，得到混合料，然后将混合料在圆盘造球机中进行加水造球，得到设定粒度的生球；

S5、将S4步骤中的生球装入专门球团生产设备中，在设定的风速和温度下进行干燥、预热、焙烧、均热和冷却，得到成品氧化球团矿。

所述步骤S1中，铅锌矿废石是指由铅锌矿石经过破碎和人工分选、重介质分选、光电分选、激发光拣选中的一种或组合工艺预选抛尾得到的白云石质废石，其典型成分为：CaO≥20％，MgO≥12％，S≤2％，Pb≤0.1％，Zn≤0.5％，其余成分包括铁、硅和烧损；细磨至铅锌矿废石-0.074mm含量在80％以上。

所述S2步骤中，常规熔剂包括钙质熔剂和镁质熔剂两种，钙质熔剂为石灰石、生石灰、消石灰中的一种或多种，主要用于调节球团碱度，碱度适宜时，无需加入钙质溶剂；镁质熔剂为白云石、轻烧白云石、高镁粉中的一种或多种，用于调节球团MgO含量；常规熔剂在细磨至的-0.074mm含量在70％以上。

所述S3步骤中，铁精矿为磁铁精矿、磁赤铁精矿、赤铁精矿、硫酸渣中的一种或多种，其粒度在-0.074mm含量在60～100％之间；

所述S3步骤中，预处理方式为高压辊磨，高压辊磨的工艺参数为：调整物料水分为5～9％，辊间距压强范围为10～100N/mm²，边料循环比例为20～150％；高压辊磨预处理至铁精矿比表面积在1200～2100cm²/g之间。

所述S4步骤中，配矿的球团MgO含量目标值为1.0％～2.5％，二元碱度(CaO/SiO₂)含量为0.2～0.8；细磨后铅锌矿废石的添加比例为镁质熔剂总用量的0～100％；所述粘结剂为膨润土，其添加量为混合料总量的1.0～2.5％。

所述S4步骤中，造球时间为8～12min，所述生球的粒度为10～16mm；生球水分控制在7.5～15％；

优选的，当铁精矿为磁铁精矿、磁赤铁精矿、赤铁精矿中的一种或多种时，控制生球的水分为7.5～9.5％；当铁精矿中含有硫酸渣时，控制生球的水分为9.5～15％。

S5步骤中，所述专门球团生产设备为竖炉、链篦机-回转窑或带式焙烧机；

S5步骤中，所述干燥温度为150～350℃，干燥时间为2～5min，干燥风速为0.8～1.4m/s；预热温度为800～1100℃，预热时间为6～15min，风速为1.8～2.4m/s；焙烧温度为1150～1300℃，焙烧时间为8～25min；均热温度为900～1100℃，均热时间为3～7min。

本发明的技术思路：

(1)本发明基于白云石质铅锌矿废石的主要物相为白云石的特点，将其破碎、细磨后作为含镁熔剂，以替代一部分常规冶金用白云石制备镁质球团，从而实现对废石中钙、镁等有价组分的回收利用。

(2)本发明利用球团氧化和焙烧过程的强氧势(pO₂)和高温条件，促进硫化物的氧化和硫酸盐的分解，使铅锌矿废石带入的硫得到有效脱除。另外，通过和低铅锌等有害杂质的常规白云石搭配使用，稀释铅锌矿废石中带入球团的少量有色金属含量；而且，当球团MgO含量较低时，所需的常规白云石添加量并不多，因而即使用铅锌矿废石完全取代常规白云石，带入的有害元素总量也处于较低水平。因此，能实现在利用铅锌矿废石中钙镁等有价组分的同时，将成品球团的锌、铅等有害元素含量控制在合理范围内。

本发明的有益效果：

(1)本发明中将白云石质铅锌矿废石仅需要经过破碎、细磨后作为含镁熔剂，可部分或完全取代常规白云石用于制备镁质球团，从而实现了对废石钙、镁等有价组分的高效回收和利用，变废为宝，且工艺流程简单、成熟，处置成本低。

(2)本发明利用球团制备过程的强氧势(pO2)和高温条件，促进硫化物的氧化和硫酸盐的分解，使铅锌矿废石带入的硫得到有效脱除；同时，通过和低铅锌等有害杂质的常规白云石搭配使用控制铅锌矿废石添加量，减少或稀释铅锌矿废石中带入球团的有色金属含量，使成品球团质量未受明显影响，锌、铅等有害元素含量处于在合理范围内。

(3)本发明利用球团工艺的生产规模大，生产工艺和设备成熟，且焙烧过程烟气脱硫脱硝及粉尘治理的配套设备齐全，可实现铅锌矿废石的低成本和资源化高效利用，为铅锌矿选矿企业和钢铁厂带来显著的经济和社会生态效益。

附图说明

图1本发明的工艺流程图。

具体实施方式

本发明的工艺流程如图1所示，具体步骤可见实施例。

实施例1：

一种铅锌矿废石(26.92％CaO，18.07％MgO，1.91％S，0.38％Zn，0.05％Pb)用于制备镁质球团的方法，包括以下步骤：

S1：将铅锌矿废石采用颚式破碎机、干式球磨机依次对铅锌矿废石进行破碎和磨矿，细磨后铅锌矿废石的-0.074mm含量为85％。

S2：高镁粉(82.53％MgO)经干式球磨至-0.074mm含量为83.60％。

S3：铁精矿为赤铁精矿(64.53％Fe，0.67％FeO，1.28％SiO₂，0.086％CaO，0.055％MgO，0.014％S)、磁铁精矿A(64.67％Fe，26.94％FeO，8.30％SiO₂，0.23％CaO，0.41％MgO，0.006％S)、磁铁精矿B(66.16％Fe，24.15％FeO，3.49％SiO₂，0.52％CaO，0.46％MgO，0.083％S)和磁铁精矿C(69.05％Fe，28.68％FeO，1.40％SiO₂，0.45％CaO，0.68％MgO，0.160％S)组成的混合铁精矿；将赤铁精粉、磁铁精矿A、磁铁精矿B、磁铁精矿C按质量比为30:20:25:25进行配矿，接着加水将混合精矿水分调至6.5％，然后在辊间距压强为20N/mm²、循环比例为20％条件下，高压辊磨至混合铁精矿的比表面积为1613cm²/g。

S4：根据设定球团MgO含量为1.85％，二元碱度为0.32的条件，将所述混合精矿与高镁粉、铅锌矿废石、膨润土分别按93.90％、0.94％、3.76％、1.41％进行配矿、混匀，然后在圆盘造球机上造球，造球时间为10min，得到的生球粒度为10-12mm、生球水分为7.8％，生球落下强度为4～6次/(0.5m)，生球抗压强度为15～25N/个，爆裂温度为350～400℃。

S5：将生球装入链篦机中，在料层高度为180mm，鼓风干燥温度为220℃，鼓风干燥时间为3min，鼓风干燥风速为1.2m/s，抽风干燥温度为300℃，抽风干燥时间为4min，抽风干燥风速为1.2m/s，过渡预热温度为650℃，预热时间为3min，介质风速为2.4m/s，预热温度为950℃，预热时间为10min，预热介质风速为2.4m/s，得到抗压强度大于500N/个、转鼓强度大于96％的预热球团；将预热球团装入回转窑中，焙烧温度为1280℃，焙烧时间为15min，焙烧完毕后，得到焙烧球团，焙烧球团在1000℃进行均热5min，均热完毕后冷却至室温，得到抗压强度大于2500N/个、转鼓强度大于95％的镁质球团矿。所述镁质球团矿中S含量为0.014％、Zn含量为0.032％、Pb含量为0.014％；还原度RI为60％，低温还原粉化指数RDI_+3.15mm为95.6％，还原膨胀指数RSI为10.3％。

实施例2：

一种铅锌矿废石(27.06％CaO，18.15％MgO，1.43％S，0.29％Zn，0.1％Pb)用于制备镁质球团的方法，包括以下步骤：

S2：高镁粉(82.53％MgO)和石灰石(52.97％CaO)经干式球磨至-0.074mm含量为83.60％。

S3：铁精矿为赤铁精矿(65.23％Fe，0.91％FeO，1.23％SiO₂，0.004％CaO，0.039％MgO，0.007％S)、磁铁精矿(69.65％Fe，28.02％FeO，1.57％SiO₂，0.11％CaO，0.15％MgO，0.023％S)和硫酸渣(63.07％Fe，3.16％SiO₂，0.73％CaO，0.23％MgO)组成的混合铁精矿，将赤铁精粉、磁铁精矿、硫酸渣按40:40:20比例进行配矿，同时加水将混合精矿水分调至7.0％，然后在辊间距压强为30N/mm²、循环比例为50％条件下，高压辊磨至混合铁精矿的比表面积为1536cm²/g。

S4：按照设定球团MgO含量为2.2％，二元碱度为0.3的条件，将所述混合铁精矿与高镁粉、石灰石、铅锌矿废石、膨润土分别按95.69％、2.30％、0.48％、0.57％、0.96％进行配矿，混合均匀，然后在圆盘造球机上造球，造球时间为12min，得到的生球粒度为10～14mm、生球水分为9.5％，生球落下强度为5～8次/(0.5m)，生球抗压强度为12～20N/个，爆裂温度为400～450℃。

S5：将生球装入带式焙烧机中，在总料层高度为400mm，铺底料厚度为100mm，鼓风干燥温度为250℃，鼓风干燥时间为3min，鼓风干燥风速为1.2m/s，抽风干燥温度为350℃，抽风干燥时间为4min，抽风干燥风速为1.2m/s，预热温度为900℃，预热时间为9min，预热介质风速为2.4m/s，焙烧温度为1250℃，焙烧时间为15min，焙烧介质风速为2.4m/s，均热温度为950℃，均热时间为5min，均热介质风速为1.8m/s，得到抗压强度大于2600N/个、转鼓强度大于95％的镁质球团矿。所述镁质球团矿中S含量为0.011％、Zn含量为0.028％、Pb含量为0.014％；还原度RI为62％，低温还原粉化指数RDI_+3.15mm为94.8％，还原膨胀指数RSI为14.7％。

实施例3：

S3：铁精矿为赤铁精矿(65.23％Fe，0.91％FeO，1.23％SiO₂，0.004％CaO，0.039％MgO，0.007％S)、磁铁精矿(69.65％Fe，28.02％FeO，1.57％SiO₂，0.11％CaO，0.15％MgO，0.023％S)和硫酸渣(63.07％Fe，3.16％SiO₂，0.73％CaO，0.23％MgO)组成的混合铁精矿，将赤铁精粉、磁铁精矿、硫酸渣按40:40:20比例进行配矿，同时加水将混合精矿水分调至7.0％，然后在辊间距压强为30N/mm²、循环比例为50％条件下，高压辊磨至混合铁精矿的比表面积为1536cm²/g；

S4：按照设定球团MgO含量为1.5％，二元碱度为0.8的条件，将所述混合铁精矿与高镁粉、石灰石、铅锌矿废石、膨润土分别按93.17％、0.54％、0.70％、4.66％、0.93％进行配矿、混合均匀，然后在圆盘造球机上造球，造球时间为12min，得到的生球粒度为10～14mm、生球水分为9.8％，生球落下强度为5～8次/(0.5m)，生球抗压强度为12～18N/个，爆裂温度为380～420℃。

S5：将生球装入带式焙烧机中，在总料层高度为400mm，铺底料厚度为100mm，鼓风干燥温度为220℃，鼓风干燥时间为3min，鼓风干燥风速为1.2m/s，抽风干燥温度为300℃，抽风干燥时间为4min，抽风干燥风速为1.2m/s，预热温度为950℃，预热时间为9min，预热介质风速为2.4m/s，焙烧温度为1220℃，焙烧时间为12min，焙烧介质风速为2.4m/s，均热温度为950℃，均热时间为5min，均热介质风速为2.0m/s，得到抗压强度大于2600N/个、转鼓强度大于95％的镁质熔剂性球团矿。所述镁质熔剂性球团矿中S含量为0.017％、Zn含量为0.043％、Pb含量为0.020％；还原度RI为65％，低温还原粉化指数RDI_+3.15mm为94.3％，还原膨胀指数RSI为18.6％。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种铅锌矿废石综合利用方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的铅锌矿废石综合利用方法，其特征在于，所述步骤S1中，铅锌矿废石是指由铅锌矿石经过破碎和人工分选、重介质分选、光电分选、激发光拣选中的一种或组合工艺预选抛尾得到的白云石质废石，其典型成分为：CaO≥20％，MgO≥12％，S≤2％，Pb≤0.1％，Zn≤0.5％，其余成分包括铁、硅和烧损；细磨至铅锌矿废石-0.074mm含量在80％以上。

3.根据权利要求1所述的铅锌矿废石综合利用方法，其特征在于，所述步骤S1中，根据权利要求1所述的铅锌矿废石综合利用方法，其特征在于，所述S2步骤中，常规熔剂包括钙质熔剂和镁质熔剂两种，钙质熔剂为石灰石、生石灰、消石灰中的一种或多种，主要用于调节球团碱度，碱度适宜时，无需加入钙质溶剂；镁质熔剂为白云石、轻烧白云石、高镁粉中的一种或多种，用于调节球团MgO含量；常规熔剂在细磨至的-0.074mm含量在70％以上。

4.根据权利要求1所述的铅锌矿废石综合利用方法，其特征在于，所述S3步骤中，铁精矿为磁铁精矿、磁赤铁精矿、赤铁精矿、硫酸渣中的一种或多种，其粒度在-0.074mm含量在60～100％之间。

5.根据权利要求1所述的铅锌矿废石综合利用方法，其特征在于，所述S3步骤中，预处理方式为高压辊磨，高压辊磨的工艺参数为：调整物料水分为5～9％，辊间距压强范围为10～100N/mm²，边料循环比例为20～150％；高压辊磨预处理至铁精矿比表面积在1200～2100cm²/g之间。

6.根据权利要求1所述的铅锌矿废石综合利用方法，其特征在于，所述S4步骤中，配矿的球团MgO含量目标值为1.0％～2.5％，二元碱度CaO/SiO₂含量为0.2～0.8；细磨后铅锌矿废石的添加比例为镁质熔剂总用量的0～100％；所述粘结剂为膨润土，其添加量为混合料总量的1.0～2.5％。

7.根据权利要求1所述的铅锌矿废石综合利用方法，其特征在于，所述S4步骤中，造球时间为8～12min，所述生球的粒度为10～16mm；生球水分控制在7.5～15％。

8.根据权利要求4或7所述的铅锌矿废石综合利用方法，其特征在于，所述S2步骤中，当铁精矿为磁铁精矿、磁赤铁精矿、赤铁精矿中的一种或多种时，控制生球的水分为7.5～9.5％；当铁精矿中含有硫酸渣时，控制生球的水分为9.5～15％。

9.根据权利要求1所述的铅锌矿废石综合利用方法，其特征在于，S5步骤中，所述专门球团生产设备为竖炉、链篦机-回转窑或带式焙烧机。

10.根据权利要求1所述的铅锌矿废石综合利用方法，其特征在于所述S5步骤中，所述干燥温度为150～350℃，干燥时间为2～5min，干燥风速为0.8～1.4m/s；预热温度为800～1100℃，预热时间为6～15min，风速为1.8～2.4m/s；焙烧温度为1150～1300℃，焙烧时间为8～25min；均热温度为900～1100℃，均热时间为3～7min。