专利名称：利用高杂质硫酸渣生产铁球团矿并富集有价金属的方法
技术领域：
本发明属于有色金属冶炼技术领域，尤其锡冶金设备技术领域，具体涉及一种工艺稳定，操作简便，能够将高杂质硫酸渣中的各种杂质有效去除的生产铁球团矿并富集有价金属的方法。
背景技术：
随着钢铁工业的发展，铁矿的自然资源日益紧缺，许多国家很早就开始了对含铁资源的二次利用研究。黄铁矿生产硫酸后的沸腾炉渣和烟尘，统称为“硫酸渣”，由于其含铁较高，杂质含量低，多年来一直成为二次开发利用的重要资源。最早研究开发利用的国家是日本，从1950年就正式使用硫酸渣为炼铁原料，年使用量在百万吨以上，到1961年，日本、西德、英国三国使用的硫酸渣总量达到672万吨。硫酸渣利用技术最有代表性的是日本光和精矿公司开发的“氯化挥发球团法”，简称“光和法”。我国从上世纪60年代就开始学习引进日本的“光和法”处理黄铁矿硫酸渣，多年来国内也有不少研究应用成果出现，申请了多项发明专利。我国有色金属伴生的铁质多金属复杂共伴生矿，在选矿过程中产生的尾矿中铁的含量很高，尾矿综合利用时选出硫铁矿，其中常含有一定数量的砷、锌、铅、锡、铜等金属，在制取硫酸时，上述金属大部分进入硫酸渣，成为影响炼铁原料质量的杂质。高杂质硫酸烧渣含铁虽然较高(Fe 53 57%)，但是锌(Zn 0. 7 1. 5%)、铜(Cu 0. 5 0. 7%)、锡(Sn 0. 2 0. 5%)、铅(Pb 0. Γ0. 3%)、硫(S 0. 5 1. 2%)含量也较高，尤其是砷在硫酸渣中含量可高达0. 5^1. 8%，而铁矿质量标准对砷含量的要求最严格，必须在0. 07%以下。正是由于杂质砷的影响，限制了硫酸渣中作为铁资源的综合利用，脱砷效果是影响高杂质硫酸渣充分利用的技术障碍，是迫切需要解决的技术难题。本发明人经过多年潜心研究，研制开发了一种针对高杂质多元素硫酸渣的特点，提出了从硫酸渣中脱砷，同时提取锌、铅、锡、铜等多种有色金属的方法，在获得质量合格的炼铁原料的同时，把有害的杂质变为有用的资源，实现富含有价值金属的二次资源的综合利用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工艺稳定，操作简便，能够将高杂质硫酸渣中的各种杂质有效去除，生产合格铁球团矿的同时富集有价金属的方法。本发明的目的是这样实现的，包括中温还原焙烧、铁球团制备、高温氯化焙烧、铁球团降温并回收热能、烟气收尘与净化工序，具体包括
Α、中温还原焙烧按硫酸渣的重量加入6 9%的褐煤和/或焦粉作为还原剂，控制配料碱度为0. 5 0. 67，控制前置回转窑窑头温度75(T90(TC，窑尾温度35(T50(TC，物料在弱还原环境下焙烧7(Tl00min，使其中绝大部分砷和一部分锌、锡还原挥发进入烟尘中，而铁和铜则留在焙砂中；
B、铁球团制备热焙砂送入搅拌器中，加入重量比3 5%氯化亚铁，2^3%的粘合剂，2^3% 的褐煤和/或焦粉，经搅拌混勻后制成粒径2(T30mm的球粒，然后送入干燥预热装置中，在40(Γ1000 温度下梯级加热16 20min，使铁球团干燥并预热至70(T80(TC ；
C、高温氯化焙烧经预热的铁球团送入后置回转窑，控制窑头温度115(T130(TC，窑尾温度85(T100(TC，使窑头保持弱还原气氛，窑尾保持弱氧化气氛，氯化焙烧6(T80min，使残余砷还原挥发，锌、锡、铜氯化挥发，硫氧化成二氧化硫进入烟气；并促使铁球团固结硬化， 提高球团强度；窑尾高温烟气引入B工序作为工作热源；
D、铁球团降温并回收热能高温球团出窑后送入冷却设备，通入冷风将高温球团冷却至100°C左右，回收其热能的热风作为B工序的工作热源；
E、烟气收尘与净化来自回转窑的含尘烟气采用干式收尘系统收尘，捕收砷、锌、铅、 锡、铜的氧化物和/或氯化物，提高金属回收率；除尘后的烟气采用湿法净化，将烟气中的硫、砷的氧化物和/或氯化物，以及残余的烟尘捕收到净化液中，使烟气达标排放。硫酸渣中的砷以高价砷氧化物(As2O5)和低价砷氧化物(As2O3)形态共存，其中高价氧化物约占2/3 ；其它有色金属杂质也主要以氧化物形式存在。现有技术“光和法”等高温氯化焙烧方法，均是基于各种金属对氧和氯的亲和力和挥发点不同，将还原、氯化、氧化焙烧、高温固结等多种不同工艺集中在一段回转窑内来完成，但实际上不可能同时兼顾挥发多种不同性质的杂质，尤其是采用氯化钙(CaCl2)作为氯化剂，虽然有很多优点，但是对脱砷非常不利，因为任何钙的氧化物或钙盐都可能将砷固化为砷酸钙而无法挥发脱除。这就是传统的氯化焙烧方法为什么能够有效地处理杂质含量低的黄铁矿“烧渣”，而在处理有色金属尾矿制酸产出的高杂质硫酸渣时，不能生产出合格炼铁原料的主要原因。通常砷在硫酸渣中的含量在1. (Γ2. 0%，而合格铁矿粉(球团)要求砷必须< 0. 07%, 则要求砷的挥发率必须达到95%以上。现有技术氯化焙烧技术多采用氯化钙作为氯化剂， 将脱砷和有色金属氯化挥发混在一起，使氧化砷化合成为砷酸钙，所以脱砷率很低。其实低价砷氧化物(As2O3)的沸点很低，仅为460°C，在设定中温还原焙烧条件下，只要能够生成 As2O3，可以使绝大部分砷还原挥发，基本能够满足炼铁要求。本发明针对高杂质硫酸渣的性能特点，采用分窑焙烧挥发工艺，对砷采取中温还原焙烧挥发法，而对锌、锡、铅则采取还原氯化焙烧的方法，对铜则采取氧化氯化焙烧挥发方法，并在氧化气氛下进行高温焙烧，生产出合格铁球团。本发明采用褐煤部分或全部替代焦粉作为还原剂，有利于保持窑内为弱还原气氛，有利于砷还原挥发。强还原气氛会造成砷、铁还原成为砷铁合金，不利挥发，还会造成结窑，使操作不顺利。如果出现氧化气氛，对砷的挥发不利。本发明利用褐煤挥发份高的特点， 配合控制风量，避免窑内出现氧化气氛。所述B工序采用氯化亚铁作为氯化剂，目的在于还原脱砷已经达到要求的前提下，利用氯化亚铁的优点，进一步将残留的有色金属充分氯化挥发。加入粘合剂的目的在于通过提高物料的粘结性，确保铁球团的质量。所述C工序，保持窑头为弱还原气氛，一是为了使残余的砷还原挥发，二是使锌、 锡还原氯化挥发；保持窑尾为弱氧化气氛，一是使磁性氧化铁(Fe3O4)氧化成高价氧化物 (!^e2O3)，二是使硫氧化成二氧化硫进入烟气，三是在氧化气氛下促使铜氯化挥发。本发明针对烧渣中几种有色金属对氧氯亲和力不同和挥发点不同，以回转窑为焙烧挥发设备，采用不同的气氛、不同的挥发温度，在两段回转窑内分别进行中温还原焙烧和高温氯化焙烧。前段回转窑完成绝大部分砷的还原挥发，后段回转窑主要完成锌、锡、铅的还原及氯化挥发任务，铜的氧化及氯化挥发、硫的氧化脱除和铁的氧化及球团高温固结。本发明方法之铁回收率92 95%，脱砷率>95%、脱硫率> 90%,铅、锡、锌挥发率60 70%，铜挥发率约30%。
附图为本发明之工艺流程框图。
具体实施例方式下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变更或改进，均属于本发明的保护范围。如附图所示，本发明包括中温还原焙烧、铁球团制备、高温氯化焙烧、铁球团降温并回收热能、烟气收尘与净化工序，具体包括
A、中温还原焙烧按硫酸渣的重量加入6 9%的褐煤和/或焦粉作为还原剂，控制配料碱度(Ca0/Si02)为0. 5 0. 67，控制前置回转窑窑头温度75(T900°C，窑尾温度35(T500°C， 物料在弱还原环境下焙烧7(Tl00min，使其中绝大部分砷和一部分锌、锡还原挥发进入烟尘中，而铁和铜则留在焙砂中；
B、铁球团制备热焙砂送入搅拌器中，加入重量比3 5%氯化亚铁，2^3%的粘合剂，2^3% 的褐煤和/或焦粉，经搅拌混勻后制成粒径2(T30mm的球粒，然后送入干燥预热装置中，在 40(Γ1000 温度下梯级加热16 20min，使铁球团干燥并预热至70(T80(TC ；
C、高温氯化焙烧经预热的铁球团送入后置回转窑，控制窑头温度115(T130(TC，窑尾温度85(T100(TC，使窑头保持弱还原气氛，窑尾保持弱氧化气氛，氯化焙烧6(T80min，使残余砷还原挥发，锌、锡、铜氯化挥发，硫氧化成二氧化硫进入烟气；并促使铁球团固结硬化， 提高球团强度；窑尾高温烟气引入B工序作为工作热源；
D、铁球团降温并回收热能高温球团出窑后送入冷却设备，通入冷风将高温球团冷却至100°C左右，回收热能的热风作为B工序的工作热源；
E、烟气收尘与净化两段回转窑的含尘烟气采用干式收尘系统收尘，捕收砷、锌、铅、 锡、铜的氧化物或氯化物，提高金属回收率；除尘后的烟气采用湿法净化，将烟气中的硫、砷的氧化物和/或氯化物，以及残余的烟尘捕收到净化液中，使烟气达标排放。A工序中按硫酸渣的重量加入5 8%的褐煤和/或焦粉，或用石英粉作为碱度调节剂控制配料碱度为0. 55、. 60，窑头温度80(T850°C，窑尾温度40(T450°C，中温还原焙烧 80 90min。所述的粘合剂为钠基膨润土、钙基膨润土中的一种或一种以上的混合粘合剂。所述膨润土中蒙脱石的含量彡65%，PH值7 9。所述B工序搅拌器混合配料，采用双螺旋混料机或园筒混料机，对物料充分搅拌混合均勻。所述的制粒机为园盘式制粒机；所述的干燥预热装置为链篦机，球粒在链篦机中 60(T80(TC温度下进行分段干燥和预热。所述的高温铁氧球团冷却采用环式冷却机进行风冷并交换回收热能。所述的干式收尘为重力沉降式收尘和布袋式收尘。
所述的布袋式收尘温度控制在氯化物的露点16(T18(TC之上，所述的收尘布袋为耐高温布袋，耐温彡200°C。所述前置回转窑的高温烟气经干式收尘后直接送入湿式净化系统；所述后置回转窑的高温含尘烟气首先被引入B工序作为铁氧球团干燥预热热源，加热铁球团后再进入收尘系统。所述的湿式净化装置采用高防腐N-D钢制作。所述前置回转窑长径比为12 15 ；倾斜度为4 5% ；回转速度为0. 8 1. 2 r/min。所述后置回转窑长径比为1(Γ12 ；倾斜度为2 3% ；回转速度为0. 6^1. 0 r/min。所述回转窑以发生炉煤气为燃料。所述的固废综合利用湿式净化系吸收残余烟尘和烟气中的二氧化硫、氮氧化物、 氧化砷等有害气体成为浆液，在浆液中加入石灰多级中和过滤，滤渣中富集了锌、锡、铅等金属，直接作为熔炼的原料，滤液中的氯化钙进入高温氯化焙烧流程，以补充氯化剂的消
耗 ο下面结合实施例进一步说明本发明
使用原料硫酸渣成分见表1
权利要求
1.一种利用高杂质硫酸渣生产铁球团矿并富集有价金属的方法，其特征是包括中温还原焙烧、铁球团制备、高温氯化焙烧、铁球团降温并回收热能、烟气收尘与净化工序，具体包括A、中温还原焙烧按硫酸渣的重量加入6 9%的褐煤和/或焦粉作为还原剂，控制配料碱度为0. 5 0. 67，控制前置回转窑窑头温度75(T90(TC，窑尾温度35(T50(TC，物料在弱还原环境下焙烧7(Tl00min，使其中绝大部分砷和一部分锌、锡还原挥发进入烟尘中，而铁和铜则留在焙砂中；B、铁球团制备热焙砂送入搅拌器中，加入重量比3 5%氯化亚铁，2^3%的粘合剂，2^3% 的褐煤和/或焦粉，经搅拌混勻后制成粒径2(T30mm的球粒，然后送入干燥预热装置中，在 40(Γ1000 温度下梯级加热16 20min，使铁球团干燥并预热至70(T80(TC ；C、高温氯化焙烧经预热的铁球团送入后置回转窑，控制窑头温度115(T130(TC，窑尾温度85(T100(TC，使窑头保持弱还原气氛，窑尾保持弱氧化气氛，氯化焙烧6(T80min，使残余砷还原挥发，锌、锡、铜氯化挥发，硫氧化成二氧化硫进入烟气；并促使铁球团固结硬化， 提高球团强度；窑尾高温烟气引入B工序作为工作热源；D、铁球团降温并回收热能高温球团出窑后送入冷却设备，通入冷风将高温球团冷却至100°C左右，回收其热能的热风作为B工序的工作热源；E、烟气收尘与净化两段回转窑的含尘烟气采用干式收尘系统收尘，捕收砷、锌、铅、 锡、铜的氧化物或氯化物，提高金属回收率；除尘后的烟气采用湿法净化，将烟气中的硫、砷的氧化物和/或氯化物，以及残余的烟尘捕收到净化液中，使烟气达标排放。
2.根据权利要求1所述的利用高杂质硫酸渣生产铁球团矿并富集有价金属的方法，其特征是:A工序中按硫酸渣的重量加入5 8%的褐煤和/或焦粉，或用石英粉作为碱度调节剂控制配料碱度为0. 55、. 60，控制窑头温度80(T850°C，窑尾温度40(T450°C，中温还原焙烧 8(T90min。
3.根据权利要求1所述的利用高杂质硫酸渣生产铁球团矿并富集有价金属的方法，其特征是所述粘合剂为钠基膨润土、钙基膨润土中的一种或一种以上的混合粘合剂。
4.根据权利要求1所述的利用高杂质硫酸渣生产铁球团矿并富集有价金属的方法，其特征是所述的制粒机为园盘式制粒机；所述的干燥预热装置为链篦机，球粒在链篦机中 60(T80(TC温度下梯级干燥和预热。
5.根据权利要求1所述的利用高杂质硫酸渣生产铁球团矿并富集有价金属的方法，其特征是所述的干式收尘为重力沉降式收尘和/或布袋式收尘。
6.根据权利要求5所述的利用高杂质硫酸渣生产铁球团矿并富集有价金属的方法，其特征是所述的布袋式收尘温度控制在氯化物的露点16(T18(TC之上，所述的收尘布袋耐温≥200°C。
7.根据权利要求1所述的利用高杂质硫酸渣生产铁球团矿并富集有价金属的方法，其特征是所述前置回转窑的高温烟气经干式收尘后直接送入湿式净化系统；所述后置回转窑的高温含尘烟气首先被引入B工序作为铁氧球团干燥预热热源，加热铁球团后再进入收尘系统。
8.根据权利要求1所述的利用高杂质硫酸渣生产铁球团矿并富集有价金属的方法，其特征是所述的湿式净化装置采用高防腐N-D钢制作。
9.根据权利要求1所述的利用高杂质硫酸渣生产铁球团矿并富集有价金属的方法，其特征是所述前置回转窑长径比为12 15 ；倾斜度为圹5 % ；回转速度为0. 8^1. 2 r/min。
10.根据权利要求1所述的利用高杂质硫酸渣生产铁球团矿并富集有价金属的方法， 其特征是所述后置回转窑长径比为1(Γ12 ；倾斜度为2 3% ；回转速度为0. 6^1. 0 r/min。
全文摘要
本发明公开了一种利用高杂质硫酸渣生产铁球团矿并富集有价金属的方法，包括中温还原焙烧、铁球团制备、高温氯化焙烧、铁球团降温并回收热能、烟气收尘与净化工序，按硫酸渣重量加入6~9%还原剂，窑头温度750~900℃，窑尾温度350~500℃，还原焙烧70~100min；热焙砂加入3~5%氯化亚铁，2~3%粘合剂，2~3%褐煤和/或焦粉，制粒并经干燥预热后进行高温氯化焙烧；回收热能，收尘、净化使烟气达标排放。本发明采用两段回转窑分别完成还原焙烧和高温氯化焙烧，还原焙烧脱出大部分砷，部分锌还原挥发，氯化焙烧使残余砷的还原挥发，锌、锡、铅、铜氯化挥发，硫氧化成二氧化硫进入烟气，得到合格铁球团。本发明铁回收率92~95%，脱砷率>95%、脱硫率≥90%，铅、锡、锌挥发率60~70%，铜挥发率约30%。
文档编号C22B7/00GK102534188SQ20121001793
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月20日 优先权日2012年1月20日
发明者刘勇, 吴建民, 李果, 谢官华 申请人:个旧市富祥工贸有限责任公司