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某高铁二次铜渣深度还原—磁选试验研究
2012-11-20
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1250℃、还原时间为3h,还原产品磨矿细度为-0074mm占70%、弱磁选磁场强 度为608kA/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。
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 Highiron 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 reductionmagnetic 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, highquality 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 highquality 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 12] 。 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% 36] 。 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 WWW.KY114.CN 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) : 11651170 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) : 1113 [ 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) : 165168 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) : 811 [ 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) : 353360 ( 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 ꢀ 20120822) 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: 6162 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 halfspace[ J]  Bulletin of the Seismological Society of America, 1985, 82( 2) : 10181040 [ [ [ 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: 3437 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 ꢀ 20120805) [ 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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