NSoevreimesbeNroꢀ 4230712 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ
金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ
ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ
20总12第年 第43711期 期
METAL MINE
·
综 合 利 用 ·
ꢀ
某高铁二次铜渣深度还原—磁选试验研究 ꢀ
王 红 玉 ꢀ ( 李 克 庆 ꢀ 倪 ꢀ 文 ꢀ 黄 晓 燕 ꢀ 贾 ꢀ 岩
北 京 科 技 大 学 土 木 与 环 境 工 程 学 院 )
摘 ꢀ 要 ꢀ 某 二 次 铜 渣 铁 含 量 较 高 , 主 要 以 铁 橄 榄 石 、 磁 铁 矿 等 形 式 存 在 , 难 以 用 传 统 的 选 矿 方 法 回 收 。 采 用 深
度 还 原 — 磁 选 工 艺 对 该 二 次 铜 渣 中 铁 回 收 的 工 艺 技 术 条 件 进 行 了 探 讨 , 结 果 表 明 , 在 深 度 还 原 褐 煤 用 量 为 20% 、 氧
化 钙 用 量 为 8 9% 、 还 原 温 度 为 1 250 ℃、 还 原 时 间 为 3 h, 还 原 产 品 磨 矿 细 度 为 - 0 074 mm 占 70% 、 弱 磁 选 磁 场 强
度 为 60 8 kA/ m 条 件 下 , 可 获 得 铁 品 位 为 93 64% 、 回 收 率 为 88 08% 的 优 质 磁 选 铁 粉 , 其 杂 质 含 量 较 低 , 可 作 为 耐
候 钢 的 优 质 原 料 。
关 键 词 ꢀ 铜 渣 ꢀ 深 度 还 原 ꢀ 磁 选 ꢀ 磁 选 铁 粉
Experimental Research of Deep Reduction and Magnetic
Separation Process of a Highiron Copper Slag
Wang Hongyuꢀ Li Keqingꢀ Ni Wenꢀ Huang Xiaoyanꢀ Jia Yan
(
School of Civil and Environment Engineering, University of Science and Technology Beijing)
Abstractꢀ The content of iron in a secondary copper slag is high, but it occurs mainly in form of fayalite, resulting in
difficulty to be concentrated by using traditional processing In the experiment, the technical conditions for the iron recovery
from the secondary copper slag are discussed by the process of deep reductionmagnetic separation The result shows that
under the conditions of lignite 20% and calcium oxide 8 9% , the reduction temperature at 1 250 ℃ for 3 h, the grinding
WWW.KY114.CN
fineness of - 0 074 mm 70% , and the magnetic field intensity 60 8 kA/ m, highquality magnetic iron powder with the
grade of 93 64% and the recovery rate of 88 08% is obtained It contains low impurity and can be used as highquality
raw materials of weathering steel
Keywordsꢀ Copper slag, Deep reduction, Magnetic separation, Magnetic iron powder
ꢀ
ꢀ 我 国 是 世 界 主 要 产 铜 国 , 每 年 的 铜 渣 排 放 量 高
用 深 度 还 原 — 磁 选 工 艺 进 行 了 铜 渣 提 铁 试 验 。
达 1 000 万 t 以 上 , 普 遍 含 Fe、 Cu、 Zn、 Pb、 Co、 Ni、
Au、 Ag 等 金 属 、 贵 金 属 , Fe 含 量 更 是 明 显 高 出 我 国
铁 矿 石 可 采 品 位 ( TFe > 27% ) , 但 我 国 铜 渣 利 用 率
却 很 低 , 大 部 分 堆 存 在 渣 场 , 既 占 用 土 地 又 污 染 环
境 , 同 时 还 造 成 资 源 的 巨 大 浪 费 12] 。
1ꢀ 试 验 原 料
1 1ꢀ 试 ꢀ 样
试 验 试 样 为 某 炼 铜 渣 经 慢 冷 、 破 碎 、 磨 矿 、 浮 选
提 铜 后 的 二 次 尾 渣 , - 200 目 占 95% , 主 要 化 学 成 分
分 析 结 果 见 表 1, XRD 图 谱 见 图 1, SEM 扫 描 分 析 结
果 见 图 2。
[
目 前 , 铜 渣 中 铁 资 源 的 回 收 方 法 主 要 有 2 种 : ①
高 温 还 原 — 常 温 磁 选 技 术 , 该 技 术 的 不 足 之 处 在 于
高 温 还 原 反 应 后 期 , 由 于 渣 的 黏 度 和 熔 点 升 高 , 阻 碍
了 反 应 的 继 续 进 行 , 影 响 了 磁 铁 矿 相 的 聚 集 和 长 大 ,
最 终 导 致 铁 回 收 率 偏 低 ; ②将 铜 渣 中 的 铁 磁 选 富 集
后 , 再 作 为 炼 铁 原 料 进 行 还 原 处 理 , 该 技 术 的 缺 点 是
处 理 流 程 复 杂 , 且 铜 渣 中 磁 性 铁 含 量 较 少 , 铁 硅 酸 盐
矿 物 在 磁 选 过 程 中 进 入 尾 矿 导 致 铁 回 收 率 偏 低 , 一
般 不 到 60% 36] 。 因 此 , 本 研 究 以 某 铜 渣 为 对 象 , 采
表 1ꢀ 试 样 主 要 化 学 成 分 分 析 结 果
%
CaO
1 59
烧 失
成
含
成
含
分
量
分
量
TFe
Fe
3
O
4
Cu
SiO
2
Al
2
O
3
MgO
3 58
MnO
41 07 13 17 0 31 34 85 3 80
Na
O
K
O
S
TiO
P
O
2
2
2
2
5
0 29
0 82
0 16
0 17 0 095 0 036 0 03
国
家
高
技
术
研
究
发
展
计
划
( 863 计 划 ) 项 目 ( 编 号 :
2
012AA062406) 。
王 红 玉 ( 1986— ) , 女 , 硕 士 研 究 生 , 100083 北 京 市 海 淀 区 学 院 路 30
[
号 。
·
141·
总 第 437 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2012 年 第 11 期
量 为 试 样 质 量 的 8. 9% , 还 原 温 度 为 1 200 ℃, 时 间
为 3 h, 深 度 还 原 产 物 磨 矿 细 度 为 - 0 074 mm 占
7
0% , 1 次 弱 磁 选 磁 场 强 度 为 108 kA/ m, 试 验 结 果
见 图 3。
图 1ꢀ 试 样 XRD 图 谱
△ □ ◇
— 磁 铁 矿 ; — 铁 橄 榄 石 ; — 铁 镁 橄 榄 石 ; — 镁 铁 矿
○
图 3ꢀ 褐 煤 用 量 对 磁 选 铁 粉 指 标 的 影 响
■
◆
— 品 位 ; — 回 收 率
由 图 3 可 以 看 出 , 随 着 褐 煤 用 量 的 增 加 , 磁 选 铁
粉 产 品 品 位 呈 下 降 趋 势 , 回 收 率 呈 先 升 后 微 幅 下 降
趋 势 。 综 合 考 虑 , 确 定 褐 煤 用 量 为 20% 。
图 2ꢀ 试 样 SEM 图 谱
3
1 2ꢀ 深 度 还 原 温 度 试 验
由 表 1 可 以 看 出 , 试 样 铁 含 量 较 高 , 有 害 元 素
P、 S 含 量 较 低 , 铁 为 唯 一 可 回 收 有 价 成 分 。
深 度 还 原 温 度 试 验 CaO 添 加 量 为 8. 9% , 褐 煤
用 量 为 20% , 还 原 时 间 为 3 h, 还 原 产 物 磨 矿 细 度 为
由 图 1 可 以 看 出 , 试 样 中 的 铁 主 要 以 磁 铁 矿 和
铁 橄 榄 石 的 形 式 存 在 , 其 次 为 镁 铁 矿 和 铁 镁 橄 榄 石 ,
因 此 很 难 直 接 用 物 理 方 法 分 离 、 富 集 试 样 中 的 铁 。
-
0 074 mm占 70% , 1 次 弱 磁 选 磁 场 强 度 为 108
kA/ m, 试 验 结 果 见 图 4。
由 图 2 可 以 看 出W, 试 样 中W未 发 现W结 晶 形.貌 K良 好 Y114.CN
试 验 所 用 还 原 剂 为 云 南 惠 民 褐 煤 , 其 成 分 分 析
的 结 晶 体 和 磁 铁 矿 颗 粒 。
1
2ꢀ 还 原 剂 及 添 加 剂
结 果 见 表 2。
表 2ꢀ 褐 煤 成 分 分 析 结 果
%
成 ꢀ
含 ꢀ
分
量
固 定 碳
水 ꢀ
分
灰 ꢀ
分
挥 发 分
37 09
13 18
6 21
43 52
图 4ꢀ 深 度 还 原 温 度 对 磁 选 铁 粉 指 标 的 影 响
ꢀ
ꢀ 试 验 所 用 添 加 剂 为 化 工 用 一 级 生 石 灰 , CaO 含
■ ◆
— 品 位 ; — 回 收 率
量 98% , - 200 目 95% , 生 产 厂 家 是 国 药 集 团 化 学
由 图 4 可 以 看 出 , 随 着 还 原 温 度 的 升 高 , 磁 选 铁
粉 品 位 和 回 收 率 均 先 升 高 后 稳 定 在 高 位 。 综 合 考
虑 , 确 定 深 度 还 原 温 度 为 1 250 ℃。
试 剂 有 限 公 司 。
2
ꢀ 试 验 方 法
将 还 原 剂 褐 煤 磨 至 - 0 074 mm 占 90% , 还 原
3
1 3ꢀ 还 原 时 间 试 验
试 验 用 料 按 比 例 混 匀 后 置 入 石 墨 坩 埚 中 , 将 石 墨 坩
埚 置 于 全 自 动 硅 钼 棒 高 温 马 弗 炉 中 进 行 深 度 还 原 ,
达 到 预 定 的 还 原 时 间 后 取 出 坩 埚 、 水 冷 , 还 原 产 品 再
湿 磨 、 1 次 弱 磁 选 得 磁 选 铁 粉 。
还 原 时 间 试 验 CaO 添 加 量 为 8. 9% , 褐 煤 用 量
为 20% , 还 原 温 度 为 1 250 ℃, 还 原 产 物 磨 矿 细 度 为
-
0 074 mm占 70% , 1 次 弱 磁 选 磁 场 强 度 为 108
kA/ m, 试 验 结 果 见 图 5。
3
ꢀ 试 验 结 果 与 讨 论
由 图 5 可 以 看 出 , 随 着 还 原 时 间 的 延 长 , 磁 选 铁
粉 品 位 先 升 后 微 幅 下 降 , 回 收 率 则 呈 现 先 快 速 升 高 后
升 速 减 缓 的 趋 势 。 综 合 考 虑 , 确 定 还 原 时 间 为 3 h。
3
3
1ꢀ 深 度 还 原 条 件 试 验
1 1ꢀ 褐 煤 用 量 试 验
褐 煤 用 量 ( 占 试 样 的 质 量 分 数 ) 试 验 CaO 添 加
142·
·
ꢀ
ꢀ ꢀ 王 红 玉 等 : 某 高 铁 二 次 铜 渣 深 度 还 原 — 磁 选 试 验 研 究 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2012 年 第 11 期
度 为 60 8 kA/ m 时 , 获 得 了 铁 品 位 为 93 64% 、 回 收
率 为 88 08% 的 磁 选 铁 粉 。 综 合 考 虑 , 确 定 弱 磁 选
场 强 为 60 8 kA/ m。
4
ꢀ 产 物 分 析
4
1ꢀ 深 度 还 原 产 物 XRD 分 析
对 试 验 确 定 条 件 下 的 深 度 还 原 产 物 进 行 了
XRD 分 析 , 结 果 见 图 8。
图 5ꢀ 还 原 时 间 对 磁 选 铁 粉 指 标 的 影 响
■
◆
— 品 位 ; — 回 收 率
3
3
2ꢀ 磨 矿 — 弱 磁 选 试 验
2 1ꢀ 磨 矿 细 度 试 验
对 褐 煤 用 量 为 20% , CaO 添 加 量 为 8 9% , 还 原
温 度 为 1 250 ℃, 还 原 时 间 为 3 h 的 深 度 还 原 产 物 进
行 磨 矿 细 度 试 验 , 磨 矿 产 品 1 次 弱 磁 选 磁 场 强 度 为
1
08 kA/ m, 试 验 结 果 见 图 6。
图 8ꢀ 深 度 还 原 产 物 的 XRD 图 谱
○
□
— 单 质 铁 ; — 石 英
由 图 8 可 以 看 出 , 试 样 深 度 还 原 产 物 的 主 要 成
分 是 铁 和 石 英 , 表 明 还 原 前 试 样 中 的 磁 铁 矿 、 铁 橄 榄
石 、 镁 铁 矿 、 铁 镁 橄 榄 石 均 还 原 成 了 金 属 相 的 铁 , 因
此 试 样 深 度 还 原 充 分 。
4 2ꢀ 磁 选 铁 粉 检 测
试 验 确 定 条 件 下 的 磁 选 铁 粉 主 要 化 学 成 分 分 析
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图 6ꢀ 磨 矿 细 度 对 磁 选 铁 粉 指 标 的 影 响
结 果 见 表 3, XRD 分 析 结 果 见 图 9, SEM 扫 描 分 析 结
果 见 图 10。
■
◆
— 品 位 ; — 回 收 率
由 图 6 可 以 看 到 , 随 着 磨 矿 细 度 的 提 高 , 磁 选 铁
表 3ꢀ 磁 选 铁 粉 主 要 化 学 成 分 分 析 结 果
%
粉 的 品 位 和 回 收 率 均 呈 先 上 升 后 略 有 下 降 的 趋 势 。
成 ꢀ
含 ꢀ
成 ꢀ
含 ꢀ
分
量
分
量
Fe
93 64
Al2 O3
SiO
0 49
S
2
Na
0 12
Cu
2
O
MgO
0 14
CaO
0 029
P
综 合 考 虑 , 确 定 磨 矿 细 度 为 - 0 074 mm 占 70% 。
3
2 2ꢀ 弱 磁 选 磁 场 强 度 试 验
TiO2
弱 磁 选 磁 场 强 度 试 验 的 褐 煤 用 量 为 20% , 氧 化
钙 添 加 量 为 8 9% , 深 度 还 原 温 度 为 1 250 ℃, 深 度
还 原 时 间 为 3 h, 深 度 还 原 产 物 磨 矿 细 度 为
0 24
0 14
0 58
0 22
0 050
-
0 074 mm占 70% , 试 验 结 果 见 图 7。
图 9ꢀ 磁 选 铁 粉 XRD 图 谱
○
— 单 质 铁
图 7ꢀ 弱 磁 选 场 强 对 磁 选 铁 粉 指 标 的 影 响
由 表 3 可 以 看 出 , 试 验 所 得 磁 选 铁 粉 不 仅 铁 品
■
◆
— 品 位 ; — 回 收 率
位 高 达 93 64% , 且 有 害 元 素 S、 P 含 量 均 较 低 , 因
由 图 7 可 以 看 出 , 随 着 磁 场 强 度 的 提 高 , 磁 选 铁
此 , 该 磁 选 铁 粉 为 优 质 铁 粉 。
粉 的 品 位 呈 下 降 趋 势 , 回 收 率 呈 上 升 趋 势 , 当 磁 场 强
·
143·
总 第 437 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2012 年 第 11 期
场 强 度 为 60 8 kA/ m 条 件 下 , 最 终 获 得 了 铁 品 位 为
9
3 64% 、 回 收 率 为 88 08% 的 磁 选 铁 粉 。
(
3) 深 度 还 原 产 物 的 XRD 图 谱 表 明 , 还 原 产 物
以 金 属 相 的 铁 和 石 英 为 主 , 试 样 中 的 磁 铁 矿 、 铁 橄 榄
石 、 镁 铁 矿 和 铁 镁 橄 榄 石 等 均 还 原 成 了 金 属 铁 ; 磁 选
铁 粉 主 要 化 学 成 分 分 析 及 XRD 图 谱 分 析 结 果 表 明 ,
铁 粉 的 主 要 物 相 是 金 属 铁 , 杂 质 含 量 很 少 , 可 作 为 炼
钢 的 优 质 原 料 。
图 10ꢀ 磁 选 铁 粉 SEM 图 谱
由 图 9 可 以 看 出 , 磁 选 铁 粉 中 铁 的 特 征 峰 很 高 ,
其 他 杂 质 的 特 征 峰 不 明 显 , 表 明 该 磁 选 铁 粉 中 主 要
为 金 属 相 的 铁 。
参 ꢀ 考 ꢀ 文 ꢀ 献
[ 1] ꢀ 杨 慧 芬 , 景 丽 丽 , 党 春 阁 铜 渣 中 铁 组 分 的 直 接 还 原 和 磁 选 回
收 [ J] 中 国 有 色 金 属 学 报 , 2011, 21( 5) : 11651170
由 图 10 可 以 看 出 , 磁 选 铁 粉 粒 度 均 匀 , 色 泽 均
一 , 借 助 EDS 能 谱 分 析 可 知 , 这 些 颗 粒 均 为 细 粒 铁
颗 粒 。
[
2] ꢀ 孙 炳 泉 近 年 我 国 复 杂 难 选 铁 矿 石 选 矿 技 术 进 展 [ J] 金 属 矿
山 , 2006( 3) : 1113
[
3] ꢀ 杨 慧 芬 , 袁 运 波 , 张 ꢀ 露 , 等 铜 渣 中 铁 铜 组 分 回 收 利 用 现 状
及 建 议 [ J] 金 属 矿 山 , 2012( 5) : 165168
5
ꢀ 结 ꢀ 论
(
1) 某 二 次 铜 渣 主 要 以 铁 橄 榄 石 等 形 式 存 在 ,
难 以 采 用 传 统 的 选 矿 方 法 回 收 其 中 的 铁 。
[ 4] ꢀ 曹 洪 杨 , 付 念 新 , 王 慈 公 , 等 铜 渣 中 铁 组 分 的 选 择 性 析 出 与
分 离 [ J] 矿 产 综 合 利 用 , 2009( 2) : 811
[
5] ꢀ Alter H The composition and environmental hazard of copper slag
in the context of the Basel convention[ J] Resources, Conservation
and Recycling, 2005, 43( 4) : 353360
(
2) 试 验 对 该 试 样 进 行 了 深 度 还 原 — 磁 选 提 铁
研 究 , 在 褐 煤 用 量 为 20% , 添 加 剂 氧 化 钙 用 量 为
8
9% , 还 原 温 度 为 1 250 ℃, 还 原 时 间 为 3 h, 深 度
[
6] ꢀ 黄 希 祜 钢 铁 冶 金 原 理 [ M] 3 版 北 京 : 冶 金 工 业 出 版 社 ,
还 原 产 物 磨 矿 细 度 为 - 0 074 mm占 70% , 弱 磁 选 磁
2
005
(
收 稿 日 期 ꢀ 20120822)
WWW.KY114.CN
檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪
(
上 接 第 101 页 )
表 5ꢀ 模 拟 值 与 观 测 值 的 统 计 特 征
4— 7 月
mm
1
— 4 月
7— 10 月
项 ꢀ ꢀ
均 ꢀ
目
观 测 值
模 拟 值
观 测 值
232 000 0
74 286 6
33 221 5
模 拟 值
观 测 值
72 400 0
17 322 79
7 704 4
模 拟 值
值
30 000 0
5 873 7
2 626 8
27 357 5
6 637 4
2 968 3
234 233 4
58 003 9
25 940 0
71 322 5
17 659 4
7 897 4
标 准 偏 差
标 准 误 差 均 值
西 安 交 通 大 学 出 版 社 , 2011: 6162
错 模 型 来 对 煤 矿 塌 陷 机 理 进 行 反 演 , 从 而 认 识 和 理
解 煤 矿 岩 位 的 形 变 和 运 动 过 程 , 为 预 测 、 监 测 矿 区 塌
陷 提 供 参 考 依 据 , 对 预 防 矿 区 塌 陷 灾 害 具 有 重 要 意
义 。 本 研 究 利 用 水 准 数 据 对 江 西 省 某 煤 矿 工 作 面 塌
陷 进 行 了 反 演 解 释 , 最 终 结 果 表 明 , 在 煤 矿 塌 陷 的 简
化 矩 形 位 错 模 型 下 , 利 用 水 准 数 据 反 演 出 断 层 的 一
些 主 要 特 征 , 模 型 模 拟 地 表 垂 直 形 变 值 和 水 准 观 测
值 基 本 吻 合 。
[
2] ꢀ Okada Y Surface deformation due to shear and tensile faults in a
halfspace[ J] Bulletin of the Seismological Society of America,
1985, 82( 2) : 10181040
[
[
[
3] ꢀ 王 亚 男 InSAR 技 术 用 于 矿 区 大 量 级 塌 陷 监 测 研 究 [ D] 西
安 : 长 安 大 学 , 2011: 3437
4] ꢀ 马 ꢀ 莉 MATLAB 语 言 实 用 教 程 [ M] 北 京 : 清 华 大 学 出 版
社 , 2010
5] ꢀ 赵 ꢀ 静 , 但 ꢀ 琦 数 学 建 模 与 数 学 实 验 [ M] 北 京 : 高 等 教 育
出 版 社 , 2000
参 ꢀ 考 ꢀ 文 ꢀ 献
( 收 稿 日 期 ꢀ 20120805)
[
1] ꢀ 张 永 志 位 错 理 论 及 其 在 大 地 变 形 研 究 中 的 应 用 [ M] 西 安 :
檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵
殝
欢 迎 投 稿 ꢀ ꢀ 欢 迎 订 阅
殝檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵
144·
·
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