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拜耳法赤泥选铁工艺研究
2009-09-16
以拜耳法赤泥为原料,在分析赤泥性质的基础上,考察赤泥选铁的途径和最佳条件。分析发现赤泥 铁渣中主要矿物为赤铁矿和水化铝硅酸盐。研究了以磁化焙烧—磁选工艺从赤泥中回收铁精矿的工艺技术,并确 定赤泥选铁的最佳工艺参数为焙烧温度750℃,焙烧时间20min,掺碳量6%,磁选次数2次,磁选磁感应强度0.1 T。此工艺条件下得到的铁精矿品位为62.36%,回收率49.60%,S含量0.273%,达到了试验效果。
Series No. 399 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 20总09第年 3第999期期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ Septemberꢀ 2009 METAL MINE · 综 合 利 用 · 拜耳法1, 赤2 泥选铁工艺研究2  2 1 孙 永 峰 ꢀ 董 风 芝 ꢀ 刘 炯 天 ꢀ 王 淑 红 ( 1. 中 国 矿 业 大 学 ; 2. 山 东 理 工 大 学 ) 摘 ꢀ 要 ꢀ 以 拜 耳 法 赤 泥 为 原 料 , 在 分 析 赤 泥 性 质 的 基 础 上 , 考 察 赤 泥 选 铁 的 途 径 和 最 佳 条 件 。 分 析 发 现 赤 泥 铁 渣 中 主 要 矿 物 为 赤 铁 矿 和 水 化 铝 硅 酸 盐 。 研 究 了 以 磁 化 焙 烧 — 磁 选 工 艺 从 赤 泥 中 回 收 铁 精 矿 的 工 艺 技 术 , 并 确 定 赤 泥 选 铁 的 最 佳 工 艺 参 数 为 焙 烧 温 度 750 ℃, 焙 烧 时 间 20 min, 掺 碳 量 6% , 磁 选 次 数 2 次 , 磁 选 磁 感 应 强 度 0. 1 T。 此 工 艺 条 件 下 得 到 的 铁 精 矿 品 位 为 62. 36% , 回 收 率 49. 60% , S 含 量 0. 273% , 达 到 了 试 验 效 果 。 关 键 词 ꢀ 拜 耳 法 赤 泥 ꢀ 选 铁 ꢀ 磁 化 焙 烧 — 磁 选 Technology for Recovering Iron from Red Mud by Bayer Process 1 , 2 2 1 2 Sun Yongfeng ꢀ Dong Fengzhi ꢀ Liu jiongtian ꢀ Wang Shuhong ( 1. China University of Mining and Technology, 2. Shandong University of Technology) Abstractꢀ Based on the study of the properties of the red mud produced by Bayer process, the best technology and conditions for recovering iron from mud are studied. The main mineral of red mud is hematite and hydrated aluminium sili cate and the final technology for recovering iron is magnetization roastingmagnetic separation, and the technical parameters for the separation are as follows: the roasting temperature 750 ℃, the roasting time 20 min, the amount of the mixing coal 6 % , twice magnetic separation, the magnetic field intensity 0. 1 T, based on which the iron concentrate with the iron grade 2. 36% , iron recovery 49. 60% and S grade 0. 273% is obtained. 6 Keywordsꢀ Red Mud Bayer Process, Iron concentration, Magnetization RoastingMagnetic Separation ꢀ ꢀ 拜 耳 法 赤 泥 是 用 拜 耳 法 生 产 氧 化 铝 过 程 中 铝 土 表 1ꢀ 赤 泥 物 相 组 成 矿 经 强 碱 浸 出 时 所 产 生 的 残 渣 , 每 生 产 1 t 氧 化 铝 物 ꢀ ꢀ 相 分 布 率 / % [ 12] 。 绝 大 多 数 氧 化 铝 Na2 O· Al2 O3 · 1. 68SiO2 · 1. 73H2 O 22. 40 3. 40 68. 60 2. 50 1. 42 就 有 1. 0 ~ 1. 3 t 的 赤 泥 产 生 3 NaAlSiO · NaOH 4 厂 是 将 赤 泥 堆 积 起 来 或 排 入 江 、 河 、 湖 、 海 , 不 仅 严 重 地 污 染 了 环 境 , 也 造 成 了 资 源 的 浪 费 。 在 土 地 资 源 日 趋 紧 张 、 对 环 境 保 护 和 可 持 续 发 展 日 趋 重 视 的 今 天 , 赤 泥 的 综 合 治 理 已 成 为 人 们 所 关 注 的 焦 点 之 Fe O 2 3 AlO( OH) 3 CaCO ꢀ ꢀ 从 表 1 可 见 , 样 品 中 主 要 矿 物 为 赤 铁 矿 ( α - 一 [ 13] 。 研 究 以 拜 耳 法 赤 泥 为 原 料 , 在 研 究 赤 泥 性 质 Fe O ) 、 针 铁 矿 ( α - Fe( OH) ) 、 菱 铁 矿 Fe CO , 含 2 3 3 2 3 的 基 础 上 , 考 察 赤 泥 选 铁 的 途 径 和 最 佳 条 件 , 着 重 研 究 以 磁 化 焙 烧 工 艺 从 赤 泥 中 回 收 铁 精 矿 的 工 艺 技 术 , 确 定 具 体 工 艺 流 程 , 产 品 质 量 指 标 等 。 以 赤 泥 的 资 源 化 利 用 为 目 标 , 在 减 少 污 染 保 护 生 态 环 境 的 同 时 , 获 得 较 好 的 经 济 效 益 。 水 铝 硅 酸 钠 ( Na O· Al O · 1. 68SiO · 1. 73H O 2 、 一 水 硬 铝 石 , 其 次 为 文 石 和 方 解 石 , 还 有 少 量 的 2 3 2 2 ) 天 然 碱 、 水 玻 璃 、 火 碱 等 , 样 品 矿 物 组 成 中 赤 铁 矿 含 量 在 20% ~ 40% 之 间 波 动 , 针 铁 矿 含 量 在 18% ~ 27% 之 间 波 动 。 针 铁 矿 为 隐 晶 或 微 晶 , 多 与 其 他 矿 物 胶 结 , 因 此 针 铁 矿 含 量 的 多 少 将 在 很 大 程 度 上 影 响 精 矿 品 位 与 回 收 率 。 采 用 X 射 线 荧 光 光 谱 仪 1 ꢀ 试 ꢀ 验 1 . 1ꢀ 试 验 原 料 试 验 所 用 原 料 采 自 济 南 钢 铁 集 团 公 司 赤 泥 堆 场 。 试 验 前 先 用 2 mm 筛 子 筛 出 杂 物 , 然 后 进 行 混  “ 十 一 五 ” 国 家 科 技 支 撑 计 划 重 点 项 目 ( 编 号 : 2008BAB31B02) 。 孙 永 峰 ( 1975— ) , 男 , 中 国 矿 业 大 学 化 工 学 院 , 博 士 研 究 生 ; 山 东 理 工 大 学 资 源 与 环 境 工 程 学 院 , 讲 师 ; 255049 山 东 省 淄 博 市 。 匀 、 缩 分 、 取 样 。 对 赤 泥 样 进 行 物 相 分 析 , 结 果 见 表 1 。 · 176· ꢀ ꢀ ꢀ 孙 永 峰 等 : 拜 耳 法 赤 泥 选 铁 工 艺 研 究 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2009 年 第 9 期 ( ZSX - 100e) 进 行 赤 泥 铁 渣 多 元 素 化 学 分 析 , 分 析 焙 烧 时 间 、 焙 烧 温 度 是 影 响 磁 化 焙 烧 烧 渣 的 主 要 因 素 , 焙 烧 时 间 长 ( 温 度 一 定 ) 、 焙 烧 温 度 高 , 有 助 于 改 善 磁 化 焙 烧 的 还 原 效 果 , 但 生 产 率 低 , 成 本 高 。 结 合 上 述 焙 烧 条 件 试 验 结 果 , 赤 泥 焙 烧 在 掺 碳 量 5% 时 , 最 佳 焙 烧 温 度 750 ℃, 最 佳 焙 烧 时 间 20 min 时 , 所 得 指 标 均 较 好 , 以 此 焙 烧 温 度 与 时 间 条 件 进 行 焙 烧 掺 碳 量 试 验 。 结 果 见 表 2。 表 2ꢀ 赤 泥 铁 渣 多 元 素 化 学 分 析 结 果 ꢀ ꢀ ꢀ % 元 ꢀ 含 ꢀ 素 量 TFe SiO 2 Al 2 O 3 CaO Na 2 O K 2 O 烧 减 45. 26 5. 69 11. 47 3. 91 1. 54 0. 07 9. 30 ꢀ ꢀ 从 表 2 可 看 出 , 赤 泥 铁 渣 有 用 成 分 为 氧 化 铁 , 主 要 杂 质 成 分 为 氧 化 铝 。 采 用 X 射 线 衍 射 仪 ( D8 Ad vance) 对 赤 泥 铁 渣 样 品 进 行 物 相 分 析 , 结 果 见 表 3。 2 . 2ꢀ 焙 烧 掺 碳 量 试 验 用 万 分 之 一 电 子 天 平 分 别 按 掺 碳 量 4% , 5% , % , 7% , 8% , 9% 称 取 样 品 混 匀 置 于 30 g 坩 埚 中 。 表 3ꢀ 赤 泥 铁 渣 物 相 组 成 分 析 结 果 ꢀ ꢀ ꢀ % 铝含硅ꢀ 酸水钠 6 水 ꢀ 化 石 榴 石 物 ꢀ 含 ꢀ 相 量 赤 铁 矿 针 铁 矿 一 水 铝 石 温 度 上 升 至 750 ℃时 置 坩 埚 于 箱 式 电 阻 炉 中 进 行 磁 化 焙 烧 , 同 时 开 始 计 时 , 焙 烧 时 间 达 到 20 min 后 停 电 取 出 , 焙 烧 产 物 在 隔 绝 氧 气 的 条 件 下 冷 却 至 室 温 , 并 重 复 试 验 以 取 平 行 样 降 低 误 差 。 结 果 见 图 2。 59 6 8 15 7 ꢀ ꢀ 从 表 3 可 知 , 赤 泥 铁 渣 中 主 要 矿 物 为 赤 铁 矿 和 水 化 铝 硅 酸 盐 。 由 赤 泥 铁 渣 的 组 成 可 以 初 步 判 断 , 在 赤 泥 铁 渣 的 形 成 过 程 中 , 发 生 了 较 强 的 水 化 反 应 , 导 致 水 化 产 物 居 多 。 赤 泥 铁 渣 与 天 然 铁 矿 石 的 矿 物 组 成 有 天 壤 之 别 , 因 此 磁 选 工 艺 以 外 的 其 他 工 艺 难 以 分 离 赤 泥 铁 渣 , 磁 选 分 离 则 有 较 好 的 效 果 。 1 . 2ꢀ 试 验 方 法 从 赤 泥 多 元 素 分 析 可 知 , 赤 泥 中 弱 磁 性 铁 占 有 很 大 的 比 例 , 直 接 磁 选 难 以 获 得 高 品 位 铁 精 粉 。 将 赤 泥 在 箱 式 电 炉 内 加 热 至 一 定 温 度 并 与 一 定 比 例 还 图 2ꢀ 掺 碳 量 — 还 原 度 关 系 曲 线 从 图 2 可 见 , 掺 碳 量 为 6% 时 还 原 度 最 高 , 随 着 掺 碳 量 增 加 , 还 原 度 下 降 。 因 此 控 制 在 6% 左 右 为 宜 。 原 剂 煤 作 用 , 使 渣 中 弱 磁 性 Fe O3 转 变 成 磁 性 较 强 2 的 Fe O , 然 后 磁 选 可 得 到 高 品 位 铁 精 矿 。 试 验 从 3 4 优 化 工 艺 参 数 的 角 度 出 发 确 定 最 佳 焙 烧 时 间 、 焙 烧 温 度 、 掺 碳 量 以 及 最 佳 磁 选 工 艺 参 数 。 综 合 以 上 几 种 焙 烧 条 件 试 验 结 果 表 明 , 赤 泥 焙 烧 在 掺 碳 量 6% , 焙 烧 温 度 750 ℃, 焙 烧 时 间 20 min 时 , 所 得 指 标 较 好 。 2 ꢀ 结 果 与 讨 论 2 . 1ꢀ 焙 烧 温 度 与 时 间 试 验 用 煤 粉 作 还 原 剂 , 用 坩 埚 控 制 还 原 气 氛 , 焙 烧 温 2 2 . 3ꢀ 磁 选 试 验 度 分 别 为 700, 750, 800 ℃; 掺 碳 量 5% ; 焙 烧 时 间 分 别 为 20, 22. 5, 25, 27. 5, 30, 32. 5 min 条 件 下 进 行 焙 烧 ; 重 复 试 验 以 取 平 行 样 降 低 误 差 。 试 验 结 果 见 图 . 3. 1ꢀ 磨 矿 试 验 将 赤 泥 在 掺 碳 量 6% , 焙 烧 温 度 750 ℃, 焙 烧 时 间 20 min 条 件 下 进 行 磁 化 焙 烧 , 隔 绝 空 气 冷 却 , 用 1 。 4 0 目 筛 子 筛 后 每 组 称 取 4. 0 g 进 行 磨 矿 试 验 , 磨 矿 时 间 为 5 min, 磁 选 时 磁 感 应 强 度 固 定 为 0. 1 T 得 试 验 结 果 见 表 4。 表 4ꢀ 磨 矿 试 验 结 果 磨 矿 时 间 / 磨 矿 细 度 - 0. 074 mm/ % 回 收 率 精 矿 品 位 min / % / % 0 68 82 82. 75 79. 08 58. 00 55. 98 56. 12 56. 56 60. 88 61. 01 2 5 95 8 > 100 图 1ꢀ 焙 烧 时 间 — 还 原 度 关 系 曲 线 ꢀ ꢀ 从 表 4 可 看 出 , 不 磨 时 铁 精 矿 回 收 率 较 高 但 品 ▲ — 700 ℃ ; ○ — 750 ℃ ; ● — 800 ℃ 位 较 低 , 应 以 磨 后 磁 选 为 宜 , 但 随 着 磨 矿 时 间 的 增 · 177· 总 第 399 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2009 年 第 9 期 加 , 品 位 逐 渐 提 高 , 但 回 收 率 逐 渐 降 低 , 磨 矿 时 间 5 min 时 分 选 指 标 相 对 比 较 好 , 磨 矿 时 间 选 为 5 min。 磨 矿 后 回 收 率 与 品 位 的 明 显 变 化 可 能 是 因 为 赤 泥 烧 渣 中 含 铁 矿 物 与 其 他 矿 物 相 互 包 裹 、 连 生 严 重 , 使 铁 氧 化 物 磁 选 时 与 其 他 矿 物 难 以 分 离 。 磨 矿 解 决 了 矿 物 颗 粒 表 面 渣 化 和 含 铁 矿 物 及 其 他 矿 物 间 的 包 裹 、 连 生 问 题 , 使 含 铁 氧 化 物 与 其 他 矿 物 分 离 , 提 高 磁 选 效 果 。 铁 精 矿 的 含 铁 品 位 却 有 所 降 低 , 所 以 比 较 合 适 的 磁 感 应 强 度 是 0. 10 T。 2. 3. 4ꢀ 重 复 试 验 在 最 佳 工 艺 条 件 下 : 焙 烧 温 度 750 ℃, 焙 烧 时 间 20 min, 掺 碳 量 6% , 磨 矿 时 间 5 min, 磁 选 次 数 2 次 , 磁 选 磁 感 应 强 度 0. 1 T, 进 行 重 复 试 验 , 试 验 结 果 为 : 铁 精 矿 品 位 62. 36% , 回 收 率 49. 60% , S 含 量 0. 273% , 完 全 达 到 试 验 要 求 。 2 . 3. 2ꢀ 磁 选 次 数 试 验 3ꢀ 结 ꢀ 论 用 40 目 筛 子 过 筛 后 每 组 称 取 4. 0 g 进 行 磨 矿 5 ( 1) 该 拜 耳 法 赤 泥 中 主 要 矿 物 组 成 为 赤 铁 矿 、 针 铁 矿 、 菱 铁 矿 、 含 水 铝 硅 酸 钠 、 一 水 硬 铝 石 , 其 次 为 文 石 和 方 解 石 , 还 有 少 量 的 天 然 碱 、 水 玻 璃 、 火 碱 等 , 赤 铁 矿 含 量 在 20% ~ 40% 之 间 波 动 , 针 铁 矿 含 量 在 18% ~ 27% 之 间 波 动 。 赤 泥 铁 渣 中 有 用 成 分 为 氧 化 铁 , 主 要 杂 质 成 分 为 氧 化 铝 。 min 后 进 行 磁 选 次 数 试 验 , 磁 感 应 强 度 为 0. 1 T, 试 验 结 果 见 表 5。 表 5ꢀ 磁 选 次 数 试 验 结 果 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ % 磁 选 次 数 回 收 率 / % 精 矿 品 位 / % S 含 量 / % 2 3 53 61. 88 0. 273 29 61. 76 0. 277 ( 2) 磁 化 焙 烧 — 磁 选 工 艺 的 最 佳 工 艺 参 数 为 : ꢀ ꢀ 从 表 5 可 知 , 磁 选 次 数 增 加 , 精 矿 的 回 收 率 大 大 焙 烧 温 度 750 ℃, 焙 烧 时 间 20 min, 掺 碳 量 6% , 磨 矿 时 间 5 min, 磁 选 次 数 2 次 , 磁 选 磁 感 应 强 度 0. 1 T。 在 最 佳 工 艺 条 件 下 试 验 , 获 得 品 位 62. 36% 铁 精 矿 , 回 收 率 49. 60% , S 含 量 0. 273% , 符 合 试 验 要 求 。 降 低 , 品 位 却 没 有 大 幅 提 高 , 所 以 比 较 合 适 的 磁 选 次 数 是 2 次 。 2 . 3. 3ꢀ 磁 感 应 强 度 试 验 称 取 5. 0 g 样 品 在 磨 矿 5 min、 磁 选 2 次 的 条 件 下 进 行 磁 感 应 强 度 为 0. 08, 0. 10, 0. 14 T 的 强 度 对 比 试 验 , 得 到 试 验 结 果 见 表 6。 参 ꢀ 考 ꢀ 文 ꢀ 献 表 6ꢀ 磁 感 应 强 度 试 验 结 果 [ 1] ꢀ 杨 绍 文 , 曹 耀 华 , 李 清 . 氧 化 铝 生 产 赤 泥 的 综 合 利 用 现 状 及 进 展 [ J] . 矿 产 保 护 与 利 用 , 1999( 6) 4649. 磁 感 应 强 度 / T 回 收 率 / % 精 矿 品 位 / % [ 2] ꢀ 王 立 堂 . 赤 泥 利 用 的 有 效 途 径 [ J] . 世 界 有 色 金 属 , 1998( 8) : 0 0 0 . 08 . 10 . 14 28. 09 49. 38 58. 00 63. 78 62. 57 56. 85 5 259. [ 3] ꢀ 杨 世 杰 , 杨 明 , 杨 元 龙 . 平 果 铝 厂 赤 泥 的 物 相 分 析 [ J] . 中 南 工 业 大 学 学 报 : 自 然 科 学 版 , 1996( 5) : 7779. ꢀ ꢀ 从 表 6 可 看 出 , 磁 感 应 强 度 增 加 , 一 些 弱 磁 性 的 ( 收 稿 日 期 ꢀ 20090711) 矿 物 容 易 被 吸 附 进 精 矿 中 , 精 矿 的 产 率 明 显 增 加 , 但 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 107 页 ) 两 个 方 案 相 比 较 , 钨 的 回 收 率 指 标 稍 低 , 但 是 流 程 结 3 ꢀ 结 ꢀ 论 构 较 简 单 , 获 得 含 WO 70. 22% , 回 收 率 71. 63% 钨 3 ( 1) 黑 钨 矿 磨 至 较 细 粒 级 后 采 用 重 选 的 方 法 回 精 矿 产 品 , 钨 精 矿 加 上 钨 中 矿 产 品 综 合 回 收 率 为 83. 75% , 适 应 在 西 藏 特 殊 环 境 下 采 用 。 试 验 中 采 用 的 选 矿 药 剂 均 为 无 毒 选 矿 药 剂 , 选 矿 废 水 可 以 全 部 回 用 , 对 选 矿 指 标 无 不 良 影 响 。 收 , 会 有 较 多 的 细 粒 级 损 失 在 尾 矿 中 , 导 致 钨 矿 物 回 收 率 低 。 采 用 浮 选 方 法 回 收 不 仅 难 以 获 得 高 品 位 的 精 矿 产 品 、 操 作 控 制 难 度 大 , 浮 选 药 剂 毒 性 大 , 而 且 选 矿 成 本 高 。 本 研 究 采 用 强 磁 选 — 重 选 工 艺 使 浮 选 钼 尾 矿 中 的 黑 钨 矿 得 到 有 效 回 收 , 效 果 良 好 、 工 艺 简 单 易 于 在 现 厂 实 施 , 为 细 粒 黑 钨 矿 的 选 矿 提 供 了 有 效 途 径 。 参 ꢀ 考 ꢀ 文 ꢀ 献 [ [ 1] ꢀ 胡 为 柏 , 李 隆 峰 , 魏 克 强 , 等 . 浮 选 [ M] . 长 沙 : 中 南 大 学 出 版 社 , 1982. 2] ꢀ 《 选 矿 设 计 手 册 》 编 委 会 . 选 矿 设 计 手 册 [ M] . 北 京 : 冶 金 工 业 ( 2) 研 究 中 对 3 个 不 同 的 工 艺 流 程 方 案 进 行 了 出 版 社 , 1987. ( 收 稿 日 期 ꢀ 20090702) 对 比 , 均 可 以 获 得 良 好 的 选 矿 指 标 。 方 案 1 与 另 外 · 178·
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