CN114471937A - 一种从硅锰合金冶炼水淬渣中综合回收铁锰矿物的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种从硅锰合金冶炼水淬渣中综合回收铁锰矿物的方法，属矿物加工和二次资源综合利用领域，本发明采用“粗粒跳汰重选‑细粒溜槽预富集‑粗粒再磨‑细粒梯级场强磁选”的重磁联合工艺，有效回收了水淬中单质铁、锰铁合金及铁、锰金属氧化矿物，本发明针对水淬渣中Fe、Mn等金属元素的赋存特点，产出粗粒铁精矿主要为粒度较粗的单质Fe及锰铁合金、弱磁精矿主要为粒度较细的单质Fe及锰铁合金和强磁精矿主要为FeO、MnO等弱磁性的氧化矿物三个产品，与公开的回收技术仅回收粗粒单质铁及锰铁合金相比，增加了细粒单质铁、细粒锰铁合金及弱磁性氧化铁锰矿物的回收，工艺合理，流程简单，铁锰矿物回收利用率高，易于实施。

Description

一种从硅锰合金冶炼水淬渣中综合回收铁锰矿物的方法

技术领域

本发明涉及一种从硅锰合金冶炼水淬渣中综合回收铁锰矿物的方法，属于矿物加工和二次资源综合利用技术领域。

背景技术

硅锰合金是由铁、锰、硅及其它少量元素组成的合金，是一种用途广泛的铁合金，大量用于钢铁冶炼过程中的脱氧剂和添加剂，每生产1t的硅锰合金将产生1.2~1.4t的硅锰合金冶炼渣。一般来说，硅锰合金冶炼渣的矿物组成受冶炼时入炉的矿石组成和冶炼工艺影响，渣主要由MnO、FeO、SiO₂、Al₂O₃、Ca₂Al₂SiO₇等矿物及少量的硅锰合金、单质铁和单质锰组成，随入炉矿石组成和冶炼工艺的不同，渣中各矿物的组成及含量可在一定范围内变化。由于硅锰合金冶炼渣中含有一定量的重金属元素，大量堆存不仅浪费土地资源，而且还会对周围的生态环境造成严重影响，许多地方已将此类冶炼渣列入危险固废目录。因此，广泛开展硅锰合金冶炼渣的综合再利用是大部分冶炼企业面临的首要难题。

目前，我国硅锰合金冶炼渣的利用途径主要有以下几个方面：（1）生产矿棉，该工艺充分利用冶炼渣中硅酸盐矿物及碱性氧化物含量高的特点，先将冶炼渣破碎、筛选、高温熔融后进行甩丝和造棉，实际生产过程中为提高渣利用率，需添加粉煤灰和石英砂对熔融渣的酸度和粘度进行调节；（2）生产水泥，硅锰合金冶炼渣最成熟的应用途径就是作为添加剂制备水泥熟料，硅锰合金冶炼渣由于SiO₂、Al₂O₃等碱性氧化物含量较高，是制备水泥熟料的理想原料，但因冶炼渣含有一定量的低价金属氧化物，水泥生产煅烧过程中必须保证其充分氧化，否则极容易造成熟料的安全性不合格，产品不达标；（3）制造微晶玻璃，硅锰合金冶炼渣一般含有大量的SiO₂、CaO、Al₂O₃等碱性氧化物，特别适合用于制造CaO—Al₂O₃—SiO₂体系的微晶玻璃，同时合金渣中含有的少量FeO、MnO、TiO₂可以为微晶玻璃的异晶成核创造条件，但目前采用合金渣制备微晶玻璃的研究大部分仍停留在实验室研究阶段，尚未见大规模的工业化应用报道；（4）制备混凝土掺合料，硅锰合金冶炼渣中含有较高的玻璃体，在激发剂的作用下，其活性可以显著提高，从而提高混凝土的强度，研究发现掺入40%的硅锰合金渣后混凝土的力学性能、抗渗性、抗冻性和干缩性等优于普通混凝土；（5）加工制备生态透水砖，将硅锰合金冶炼渣与粉煤灰、石灰、塑化剂、激发剂等原料按一定比例混合后加压成型，再放入窑炉中烧至1050℃并保温一定时间后可制得生态透水砖，但该途径冶炼渣用量较少，不利于冶炼渣的大规模应用；（6）回收铁、锰合金，由于硅锰渣与硅锰合金的比重差较大，可考虑采用重选工艺对其中的硅锰合金进行回收。

综上所述，目前硅锰合金冶炼渣的综合再利用主要以制备新型建筑材料为主，充分利用冶炼渣中SiO₂、Al₂O₃等碱性氧化物及硅酸盐含量高的特点，但在制备新型建筑材料的过程中，如不考虑对其中的FeO、MnO、单质Fe、Mn等有价金属进行有效回收，势必造成资源的严重浪费，同时也会对建筑材料的机械性能产生不利影响，虽有部分企业采用重选工艺对冶炼渣中的硅锰合金进行了回收，但单一重选工艺回收效果不理想，回收率普遍较低。因此，提高硅锰合金冶炼渣中有价金属元素及有价矿物的回收率，一方面可减少Fe、Mn等元素矿物对后续冶炼渣再利用过程中不利影响，另一方面可提高企业的经济效益，实现资源的再循环和再利用。

发明内容

本发明提供一种从硅锰合金冶炼水淬渣中综合回收铁锰矿物的方法，本发明采用“粗粒跳汰重选-细粒溜槽预富集-粗粒再磨-细粒梯级场强磁选”的重磁联合工艺，有效回收了水淬中单质铁、锰铁合金及铁、锰金属氧化矿物。本发明有助于提高硅锰合金冶炼渣中硅锰合金及铁锰矿物的综合回收率，降低铁锰等金属元素对后续冶炼渣在利用过程中的不利影响。

本发明将硅锰合金冶炼水淬渣破碎后进行筛分，获得粒度大于2.0mm的粗粒级和粒度小于2.0mm的细粒级，粒度大于2.0mm的粗粒级采用水力跳汰机进行粗粒跳汰重选，回收粗粒铁锰矿物，粒度小于2.0mm的细粒级采用螺旋溜槽进行预富集和抛尾，跳汰重选尾矿与螺旋溜槽重选精矿合并后进入球磨机进行磨矿，磨矿产品加水调节矿浆浓度后进行弱磁粗选和弱磁扫选，弱磁粗选精矿和弱磁扫选精矿合并后进行弱磁精选，获得弱磁精矿，弱磁精选尾矿与弱磁扫选尾矿和螺旋溜槽重选尾矿合并后进行强磁扫选，获得强磁扫选精矿和尾矿，强磁扫选精矿作为强磁精矿，强磁扫选尾矿作为最终尾矿进入尾矿库堆存。具体步骤如下：

（1）将硅锰合金冶炼水淬渣进行破碎，破碎至水淬渣中粒度小于2.0mm的颗粒重量百分比为65% ~ 68%，然后对破碎后产品进行筛分，获得粒度大于2.0 mm的粗粒水淬渣和粒度小于2.0 mm的细粒水淬渣，硅锰合金冶炼水淬渣含Fe 8% ~ 14%、Mn 6% ~10%、Si 33% ~38%；

（2）对粒度大于2.0 mm的粗颗粒进行跳汰重选，回收渣中粒度较粗的单质Fe及铁锰合金，获得粗粒铁精矿和粗粒跳汰重选尾矿；跳汰重选所用设备为双室跳汰机，跳汰机入水压力为0.02 ~ 0.04 MPa，周期性脉冲个数为120 ~ 140个；

（3）采用螺旋溜槽对粒度小于2.0mm的细粒水淬渣进行预富集和抛尾，获得螺旋溜槽重选精矿和螺旋溜槽重选尾矿；

（4）将步骤（2）的粗粒跳汰重选尾矿与步骤（3）的螺旋溜槽重选精矿合并后进入球磨机进行磨矿，磨至产品中粒度小于0.074mm的含量占82~85%；

（5）将步骤（4）的磨矿产品调浆至30~35%，然后将得到的矿浆泵入磁选机Ⅰ中进行弱磁粗选，获得弱磁粗选精矿和弱磁粗选尾矿；

（6）将步骤（5）的弱磁粗选尾矿泵入磁选机Ⅱ中进行弱磁扫选，获得弱磁扫选精矿和弱磁扫选尾矿；

（7）将步骤（5）的弱磁粗选精矿与步骤（6）的弱磁扫选精矿合并后泵入磁选机Ⅲ进行弱磁精选，获得弱磁精选精矿和弱磁精选尾矿，弱磁精选精矿作为弱磁精矿产品；

（8）将弱磁精选尾矿与弱磁扫选尾矿和步骤（3）的螺旋溜槽重选尾矿合并后进入磁选机Ⅳ进行强磁扫选，获得强磁扫选精矿和强磁扫选尾矿，强磁扫选尾矿作为最终尾矿进入尾矿料仓，强磁扫选精矿作为强磁精矿产品。

磁选机Ⅰ、磁选机Ⅱ、磁选机Ⅲ均为弱磁永磁滚筒机，磁选机Ⅰ、磁选机Ⅱ的滚筒尺寸均为Φ1200×1800mm，磁选机Ⅰ的磁场强度为2400~2600GS，磁选机Ⅱ的磁场强度为3000~3200GS，磁选机Ⅲ的滚筒尺寸为Φ600×800mm，磁场强度为2800~3000GS。

磁选机Ⅳ为脉冲高梯度强磁选机，背景场强为0.9 ~ 1.2T，冲洗水流量为25 ~ 28L/min。

该发明针对硅锰合金冶炼水淬渣中含Fe、Mn矿物粒度粗细不均、比磁化系数差异大的特点，首先对细碎后的水淬渣进行分级，分级后粗粒进行跳汰，优先回收粒度较粗的单质铁和粒度较粗但比磁化系数较小的铁锰合金，有效提高了跳汰重选的精度，同时减小了细粒级含Fe、Mn矿物在跳汰过程中的损失；而细粒级采用螺旋溜槽进行预富集后与粗粒跳汰重选的尾矿合并后磨矿，一方面减少了磨矿过程中细粒Fe、Mn矿物的过粉碎，另一方面减少了磨机的工作负荷，提高了磨矿效率和有价矿物的解离度；磨矿后磨矿产品与螺旋溜槽重选尾矿合并后，针对微细级中不同Fe、Mn矿物的比磁化系数差异大特点，首先采用磁场强度低但处理量大的磁滚筒回收强磁性的Fe、Mn矿物，弱磁扫选尾矿再用高梯度磁选机回收弱磁性的FeO和MnO矿物，从而实现Fe、Mn等有价矿物的高效回收。

本发明与公知技术相比存在的优点：

1. 本发明与硅锰合金水淬渣直接送入水泥厂生产水泥熟料的利用工艺相比，有效回收了水淬渣中的单质铁、锰铁合金及铁、锰金属氧化矿物，并降低了Fe、Mn等金属元素对水泥熟料制备过程的不利影响，而制备水泥熟料时Fe、Mn等金属含量较高，通常需要较高的炉温将金属氧化。

2. 本发明采用“粗粒跳汰重选-细粒溜槽预富集-粗粒再磨-细粒梯级场强磁选”的重磁联合工艺，有效回收了水淬渣中单质铁、锰铁合金及铁、锰金属氧化矿物，与公开的单一跳汰重选工艺相比，Fe、Mn回收率显著提高。

3. 本发明针对水淬渣中Fe、Mn等金属元素的赋存特点，产出粗粒铁精矿（主要为粒度较粗的单质Fe及锰铁合金）、弱磁精矿（主要为粒度较细的单质Fe及锰铁合金）和强磁精矿（主要为FeO、MnO等弱磁性的氧化矿物）三个产品，与公开的回收技术仅回收粗粒单质铁及锰铁合金相比，增加了细粒单质铁、细粒锰铁合金及弱磁性氧化铁锰矿物的回收。

4. 本发明工艺流程简单，Fe和Mn的回收率高，经济效益和环境效益更加明显。

附图说明

图1为本发明的工艺流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的方法作进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。

实施例1

硅锰合金冶炼水淬渣取自云南红河州弥勒市某冶炼厂，水淬渣中平均含Fe 9.82%、Mn 8.33 %、Si 34.16%、Al₂O₃ 16.38%，工艺矿物学研究表明水淬渣中有价元素Fe、Mn主要以单质Fe、单质Mn、铁锰合金及Fe₂O₃、FeO和MnO等形式存在，首先采用对辊式破碎机对该水淬渣进行细碎，使水淬渣中粒度小于2.0mm的颗粒含量达67.2%（重量百分比），然后采用振动筛分机对磨矿产品进行筛分，获得粒度大于2.0mm的粗粒级水淬渣和粒度小于2.0mm的细粒级水淬渣；采用双室跳汰机对粒度大于2.0 mm的粗粒水淬渣进行跳汰重选，跳汰机的入水压力为0.02Mpa，周期性脉冲个数为120个，获得粗粒跳汰重选精矿和跳汰重选尾矿，跳汰重选精矿作为粗粒铁精矿产品。

采用螺旋溜槽对振动筛分后粒度小于2.0mm的细粒水淬渣进行预富集和抛尾，获得螺旋溜槽重选精矿和螺旋溜槽重选尾矿，将螺旋溜槽重选精矿与粗粒跳汰重选尾矿合并后进入球磨机进行磨矿，使磨矿产品中粒度小于0.074 mm的含量达82%（重量百分比），加水调节矿浆固液重量百分比为30%后将矿浆泵入滚筒尺寸为Φ1200×1800mm，磁场强度为2400GS的弱磁永磁滚筒机Ⅰ进行弱磁粗选，获得弱磁粗选精矿和弱磁粗选尾矿；弱磁粗选尾矿接着进入滚筒尺寸为Φ1200×1800mm，磁场强度为3100GS的弱磁永磁滚筒Ⅱ机进行弱磁扫选，获得弱磁扫选精矿和弱磁扫选尾矿；将弱磁粗选精矿与弱磁扫选精矿合并后进入滚筒尺寸为Φ600×800mm，磁场强度为2800GS的弱磁永磁滚筒机Ⅲ进行弱磁精选，获得弱磁精选精矿和弱磁精选尾矿，弱磁精选精矿主要为细粒的单质Fe、细粒锰铁合金，作为弱磁精矿产品；将弱磁精选尾矿与弱磁扫选尾矿和粒度小于2.0mm的细粒螺旋溜槽重选尾矿合并后进入背景场强为1.1 T，冲洗水流量为26L/min的脉冲高梯度强磁选机回收FeO、MnO等金属氧化矿物，获得强磁扫选精矿和强磁扫选尾矿，强磁扫选尾矿作为最终尾矿进入尾矿料仓（送入水泥厂生产水泥），强磁扫选精矿作为产品强磁精矿。

最终获得的粗粒铁精矿含Fe52.3%、Mn 34.62%，铁回收率37.42%、锰回收率41.08%；弱磁精矿含Fe45.27%、Mn 29.76%，铁回收率21.16%、锰回收率20.18%；强磁精矿含Fe50.16%，Mn 22.39%，铁回收率19.82%，锰回收率10.42%，累计总回收率铁78.40%，锰71.68%。

实施例2

硅锰合金冶炼水淬渣取自云南建水某冶炼厂，水淬渣中平均含Fe 10.12 %、Mn7.26 %、Si 35.62%、Al₂O₃ 12.19%、MgO 7.22%，首先采用对辊式破碎机对该水淬渣进行细碎，使水淬渣中粒度小于2.0mm的颗粒含量达65%（重量百分比），然后采用振动筛分机对磨矿产品进行筛分，获得粒度大于2.0mm的粗粒级水淬渣和粒度小于2.0mm的细粒级水淬渣；采用双室跳汰机对粒度大于2.0 mm的粗粒水淬渣进行跳汰重选，跳汰机的入水压力为0.030Mpa，周期性脉冲个数为135个，获得粗粒跳汰重选精矿和跳汰重选尾矿，跳汰重选精矿作为粗粒铁精矿产品。

采用螺旋溜槽对振动筛分后粒度小于2.0mm的细粒水淬渣进行预富集和抛尾，获得螺旋溜槽重选精选和螺旋溜槽重选尾矿，将螺旋溜槽重选精矿与粗粒跳汰重选尾矿与合并后进入球磨机进行磨矿，使磨矿产品中粒度小于0.074 mm的含量达84.0%（重量百分比），加水调节矿浆固液重量百分比为34%后将矿浆泵入滚筒尺寸为Φ1200×1800mm，磁场强度为2600 GS的弱磁永磁滚筒机Ⅰ进行弱磁粗选，获得弱磁粗选精矿和弱磁粗选尾矿；弱磁粗选尾矿接着进入滚筒尺寸为Φ1200×1800mm，磁场强度为3000GS的弱磁永磁滚筒机Ⅱ进行弱磁扫选，获得弱磁扫选精矿和弱磁扫选尾矿；将弱磁粗选精矿与弱磁扫选精矿合并后进入滚筒尺寸为Φ600×800mm，磁场强度为2900GS的弱磁永磁滚筒机Ⅲ进行弱磁精选，获得弱磁精选精矿和弱磁精选尾矿，弱磁精选精矿主要为细粒的单质Fe、细粒锰铁合金，作为弱磁精矿产品；将弱磁精选尾矿与弱磁扫选尾矿和粒度小于2.0mm的细粒螺旋溜槽重选尾矿合并后进入背景场强为1.0 T，冲洗水流量为25 L/min的脉冲高梯度强磁选机回收FeO、MnO等金属氧化矿物，获得强磁扫选精矿和强磁扫选尾矿，强磁扫选尾矿作为最终尾矿进入尾矿料仓（送入水泥厂生产水泥），强磁扫选精矿作为产品强磁精矿。

最终获得的粗粒铁精矿含Fe56.71%、Mn 32.84%，铁回收率35.28%、锰回收率39.14%；弱磁精矿含Fe 42.16%、Mn 28.32%，铁回收率23.54%、锰回收率21.78%；强磁精矿含Fe 48.54%，Mn 24.92%，铁回收率21.46%，锰回收率12.36%，累计总回收率铁80.28%，锰73.28%。

实施例3

硅锰合金冶炼渣取自内蒙古某冶炼厂，渣中平均含Fe 13.04 %、Mn 9.26 %、Si37.81%、CaO 8.26%、MgO 7.22%、Al₂O₃ 10.83%，首先采用对辊式破碎机对该水淬渣进行细碎，使水淬渣中粒度小于2.0mm的颗粒含量达68.0%（重量百分比），然后采用振动筛分机对磨矿产品进行筛分，获得粒度大于2.0mm的粗粒级部分和粒度小于2.0mm的细粒级部分；采用双室跳汰机对粒度大于2.0 mm的粗粒水淬渣进行跳汰重选，跳汰机的入水压力为0.04Mpa，周期性脉冲个数为140个，获得粗粒跳汰重选精矿和跳汰重选尾矿，跳汰重选精矿作为产品粗粒铁精矿。

采用螺旋溜槽对振动筛分后粒度小于2.0mm的细粒水淬渣进行预富集和抛尾，获得螺旋溜槽重选精选和螺旋溜槽重选尾矿，将螺旋溜槽重选精矿与粗粒跳汰重选尾矿合并后进入球磨机进行磨矿，使磨矿产品中粒度小于0.074 mm的含量达85%（重量百分比），加水调节矿浆固液重量百分比为35%后将矿浆泵入滚筒尺寸为Φ1200×1800mm，磁场强度为2500 GS的弱磁永磁滚筒机Ⅰ进行弱磁粗选，获得弱磁粗选精矿和弱磁粗选尾矿；弱磁粗选尾矿接着进入滚筒尺寸为Φ1200×1800mm，磁场强度为3200GS的弱磁永磁滚筒机Ⅱ进行弱磁扫选，获得弱磁扫选精矿和弱磁扫选尾矿；将弱磁粗选精矿与弱磁扫选精矿合并后进入滚筒尺寸为Φ600×800mm，磁场强度为3000GS的弱磁永磁滚筒机Ⅲ进行弱磁精选，获得弱磁精选精矿和弱磁精选尾矿，弱磁精选精矿主要为细粒的单质Fe、细粒锰铁合金，作为弱磁精矿产品；将弱磁精选尾矿与弱磁扫选尾矿和粒度小于2.0mm的细粒螺旋溜槽重选尾矿合并后进入背景场强为0.9 T，冲洗水流量为28 L/min的脉冲高梯度强磁选机回收FeO、MnO等金属氧化矿物，获得强磁扫选精矿和强磁扫选尾矿，强磁扫选尾矿作为最终尾矿进入尾矿料仓（送入水泥厂生产水泥），强磁扫选精矿作为产品强磁精矿。

最终获得的粗粒铁精矿含Fe59.47%、Mn 30.64%，铁回收率33.46%、锰回收率39.28%；弱磁精矿含Fe 40.39%、Mn 30.09%，铁回收率23.64%、锰回收率20.96%；强磁精矿含Fe 50.17%，Mn 25.37%，铁回收率21.78%，锰回收率14.06%，累计总回收率铁78.88%，锰74.30%。

Claims (5)

1.一种从硅锰合金冶炼水淬渣中综合回收铁锰矿物的方法，其特征在于，具体步骤如下：

（1）将硅锰合金冶炼水淬渣进行破碎，破碎至水淬渣中粒度小于2.0mm的颗粒重量百分比为65% ~ 68%，然后对破碎后产品进行筛分，获得粒度大于2.0 mm的粗粒水淬渣和粒度小于2.0 mm的细粒水淬渣；

（2）对粒度大于2.0 mm的粗粒水淬渣进行跳汰重选，获得粗粒铁精矿和粗粒跳汰重选尾矿；

（3）采用螺旋溜槽对粒度小于2.0mm的细粒水淬渣进行预富集和抛尾，获得螺旋溜槽重选精矿和螺旋溜槽重选尾矿；

（4）将步骤（2）的粗粒跳汰重选尾矿与步骤（3）的螺旋溜槽重选精矿合并后进入球磨机进行磨矿，磨至产品中粒度小于0.074mm的含量占82~85%；

（5）将步骤（4）的磨矿产品调浆至30~35%，然后将得到的矿浆泵入磁选机Ⅰ中进行弱磁粗选，获得弱磁粗选精矿和弱磁粗选尾矿；

（6）将步骤（5）的弱磁粗选尾矿泵入磁选机Ⅱ中进行弱磁扫选，获得弱磁扫选精矿和弱磁扫选尾矿；

（7）将步骤（5）的弱磁粗选精矿与步骤（6）的弱磁扫选精矿合并后泵入磁选机Ⅲ进行弱磁精选，获得弱磁精选精矿和弱磁精选尾矿，弱磁精选精矿作为弱磁精矿产品；

（8）将弱磁精选尾矿与弱磁扫选尾矿和步骤（3）的螺旋溜槽重选尾矿合并后进入磁选机Ⅳ进行强磁扫选，获得强磁扫选精矿和强磁扫选尾矿，强磁扫选尾矿作为最终尾矿进入尾矿料仓，强磁扫选精矿作为强磁精矿产品。

2.根据权利要求1所述的从硅锰合金冶炼水淬渣中综合回收铁锰矿物的方法，其特征在于：步骤（1）中的硅锰合金冶炼水淬渣含Fe 8% ~ 14%、Mn 6% ~10%、Si 33% ~ 38%。

3.根据权利要求1所述的从硅锰合金冶炼水淬渣中综合回收铁锰矿物的方法，其特征在于：步骤（2）中跳汰重选所用设备为双室跳汰机，跳汰机入水压力为0.02 ~ 0.04 MPa，周期性脉冲个数为120 ~ 140个。

4.根据权利要求1所述的从硅锰合金冶炼水淬渣中综合回收铁锰矿物的方法，其特征在于：磁选机Ⅰ、磁选机Ⅱ、磁选机Ⅲ均为弱磁永磁滚筒机，磁选机Ⅰ、磁选机Ⅱ的滚筒尺寸均为Φ1200×1800mm，磁选机Ⅰ的磁场强度为2400~2600GS，磁选机Ⅱ的磁场强度为3000~3200GS，磁选机Ⅲ的滚筒尺寸为Φ600×800mm，磁场强度为2800~3000GS。

5.根据权利要求1所述的从硅锰合金冶炼水淬渣中综合回收铁锰矿物的方法，其特征在于：磁选机Ⅳ为脉冲高梯度强磁选机，背景场强为0.9 ~ 1.2T，冲洗水流量为25 ~ 28 L/min。

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