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硫精砂用矿粉压球机制团工艺

发布时间:2018-05-04 08:28| 浏览: |来源: 新火彩票平台

以硫精砂为原料经过矿粉压球机压制了球团,主要采用了无机粘结剂与硫精砂的制团工艺。所制备的硫精砂球团达到替代黄铁矿作为冶炼熔剂的要求。确定了矿粉压球机压制硫精砂球团的最佳配料比,即膨润土10%、石灰2%、C8%及D4%。生球干燥温度为100e,干燥时间为4h,干球含硫量为71.33%,落下强度为5次/个,抗压强度为132kg/cm2,能够满足火法冶炼的要求。
硫精砂是铜、铅、锌选矿生产过程中综合回收的副产品,其质量一般比较稳定,水分低,焙烧性能好,主要成分是FeS2,含硫量在40%左右,是生产硫酸的主要原料。但大多冶金企业生产工艺中自带制酸系统,硫精砂没有很好的利用,作为副产品出售;同时,由于目前国家关停了小型矿山,使得黄铁矿(含硫在32%左右)价格的一直在飙升,原来利用黄铁矿熔炼制酸或作为冶炼熔剂的工艺成本大大提高。关于硫精砂的研究,国内主要集中在资源综合利用和熔炼制酸这两方面。如:
〔1〕铜陵铜官山铜矿的硫精砂采用了内热多段焙烧工艺,使硫精砂中的硫和砷主要以元素硫、单质砷和硫砷化物的形式产出,试验中硫、砷的脱除率分别达到了98.4%和99。1%,贵金属浸出率达到84.1%,缺点在于只是在实验室规模上实现了硫精砂的综合利用。
〔2〕利用大型制酸装置,采用高含硫量硫精砂的焙烧技术,以低焙烧强度、风帽孔眼高气速、增设三次风等技术措施显著提高了硫精砂的利用率,此法仅限于制酸。
〔3〕利用硫精砂尾矿中的少量Fe2S为还原剂,把硫酸烧渣中的高价铁还原,提高铁的酸浸率,生产硫酸亚铁制品,达到了综合利用硫精砂尾矿和硫酸烧渣,减少污染的目的,缺点在于试剂耗量大,难以工业化。本文讨论了硫精砂制团的机理及制备方法,并且制备出硫含量高、强度高的硫精砂球团,是替代黄铁矿作为冶炼熔剂或生产硫酸、亚硫酸的优良廉价原料。这样就为硫精砂开辟了新的用途,以有效利用选矿副产品硫精砂,达到生产过程良性循环的目的。不仅降低生产和管理成本,还会产生良好的经济和社会效益。
〔4〕。球团的质量与物料的表面性质、水化程度、成型压力、干燥制度等有着直接关系。通过探索实验考察了有机粘结剂淀粉、纸浆废液、高粘重油、沥青)和无机粘结剂(石灰、碳酸盐、膨润土、黏土)对硫精砂的粘结性能;另一方面,考虑到有机粘结剂的球团在常温下具有良好的机械性能,但有机粘结剂在高温下就会丧失粘结能力,影响冶炼的进行,因此确定以无机粘结剂为研究对象。
粘结剂石灰、膨润土等为工业级。设备仪器有小型YQ360矿粉压球机、电子天平、自制螺旋混料器、电热真空干燥箱、马弗炉等。正交实验以硫精砂为主原料,每个实验称取100g,四种粘结剂编为A、B、C、D,压制的硫精砂球团为15mm×25mm的柱状体。
(1)生球的制备:称量一定量的硫精砂、粘结剂和水,先用水将石灰和膨润土浆化一定时间;再在容器中将其与硫精砂和其他粘结剂混合,然后在自制螺旋混料器中搅拌混匀;混匀的配料堆沤10min,10min后再次将配料混合搅拌。最后,把混合好的配料在YQ360矿粉压球机上以一定的压力压制即得生球。(2)干球的制备:将生球在电热真空干燥箱中干燥,即得干球。根据硫精砂和粘结剂的物理化学性质确定三水平,硫精砂制团工艺的最佳配料比为膨润土10%,石灰为2%,C为8%,D为4%。此条件下制备的干球团含硫量为37.33%(原料硫精砂含硫为42.88%),远大于黄铁矿含硫量32%,落下强度为5次/个(高2.0m处垂直落在钢板上)。硫精砂球团颜色较硫精砂浅,密度3.1g/cm3,抗压强度为132kg/cm2。
硫精砂经矿粉压球机成团机理及其对球团质量的影响硫精砂在采矿、磨矿的过程中,由于反复地破碎,不断形成新的表面,而表面层离子极化变形重排,使表面晶格畸变,有序性降低,便出现剩余键力,即固体表面力。硫精砂表面质点具有的剩余力场,不仅可以和气体分子及液体质点相互吸引发生吸附,还可以和其紧密接触的固体(或液体)质点相互吸引而发生粘附。硫精砂可以通过固体间的相对滑动时的摩擦、固体间的压紧或粉体的聚集和烧结而产生粘附作用;也可以通过液体的胶结作用产生粘附。粘结剂加压固结法成团过程是这两种粘附作用协同效应的结果。高压制团侧重于前者的粘结作用,而加入石灰、膨润土等粘结剂制团则侧重于胶结作用的结果。
在最佳实验结果的基础上,通过只改变硫精砂的量考察了硫精砂量对球团质量的影响,随着硫精砂量的增加,硫精砂球团的抗压强度在减小,说明硫精砂本身的可塑性很差,只有采用机械方法在其表面裹一层可塑性的粘结剂,使之具有可塑性和结合性,再在外力作用下,使物料致密,在颗粒表面间细小的胶体发生再结晶,晶体长大,使团矿强度增加。硫精砂的量太少,就降低了硫精砂球团中硫的含量,影响硫精砂的应用范围。综合考虑,硫精砂的量应控制在75%~80%。
石灰含量对球团质量的影响,生石灰(CaO)与水反应得白色的Ca(OH)2悬浮液。其中有部分的Ca(OH)2以胶体形式存在,晶核由晶体Ca(OH)2构成,带正电荷。经混合碾压作用,使石灰乳浓缩,粘附在硫精砂表面,胶粒互相靠近产生粘结,形成具有网状结构的塑性包裹层,从而使物料具有可塑性和结合性,在外力作用下即可成团。在最佳实验结果的基础上,通过只改变石灰的量考察了石灰对硫精砂球团质量的影响,随着石灰量的增加,硫精砂球团的抗压强度在增加,说明石灰是硫精砂球团良好的粘结剂,硫精砂球团经干燥脱水,胶体Ca(OH)2发生再结晶,使较大的晶体Ca(OH)2长大,球团强度增加。Ca(OH)2吸收空气中的CO2发生碳酸化反应生成CaCO3晶体,固体体积增加,球团颗粒进一步紧密,强度增加,由于碳酸化反应是由表及里的,反应速度较慢,所需时间很长,这是实际生产球团强度增加的次要因素。但是硫精砂球团如果是为了利用其中的硫,石灰含量的增加就不利于硫的氧化,因为CaS的吉布斯自由能远小于CaO的吉布斯自由能,在熔炼体系下更稳定,有脱硫的作用,反应生成CaS降低了硫的利用率。结合实验结果和工业应用实际情况,石灰量为2%~3%较理想。
膨润土含量对球团质量的影响,膨润土是一种黏土岩,含有少量碱和碱土金属的含水铝硅酸盐。具有复合网状结构,由两层硅氧四面体层和夹在中间的水铝石层构成。膨润土的内部,常出现一定数量的层电荷,层间会吸附水化和无水化的阳离子,极性分子进行补偿,致使垂直于层面方向易产生膨胀及分散细粒,并具有吸附性和阳离子交换能力。膨润土胶体的硬化也是经过干燥脱水,细的膨润土胶体再结晶,较大的晶体长大,使球团强度增加。在最佳实验结果的基础上,通过只改变膨润土的量考察了膨润土对硫精砂球团质量的影响,膨润土的粘结作用与石灰粘结过程相似,其量则以10%~15%为宜。
水分对球团质量的影响,硫精砂与粘结剂混合时,水分对后续球团质量有着直接的影响,因为所有粘结剂只有经水化或者液化后才具有粘结性,水化作用越完全粘结效果越好,粘结剂用量也可减少,同时,提高球团的硫含量。因此,粘结剂水化或者液化作用是其粘结作用的先决条件。当水渗透到粘结剂塑性泥层时,颗粒间形成一层紧张的薄膜,粘结剂达到最大塑性,水量多时水膜的张力松弛下来,粒子间的吸引力减弱;水量少时不足以形成水膜,塑性也变差。水分对后续球团的干燥也有着重要的影响,生球最初湿度越大,所需要的干燥时间也越长;随着初始湿度的增大,生球的开裂温度降低,即限制了在较高介质湿度下和较高流速中干燥的可能性,从而减慢了干燥速度,增加了开裂的几率。考察了水分对硫精砂球团质量的影响,水分控制在12%~14%。发现当水分小于5%时难以成型,当水分超过16%时球团与模具不易分离。
生球干燥机理及其干燥方式对球团质量的影响生球干燥是球团入炉熔炼之前的一道中间作业,其目的就是为了使经干燥的球团能够承受入炉预热阶段的温度应力,以满足熔炼要求的强度。干燥过程中,出现部分球团爆裂,会使球团透气性变坏,最终导致球团生产率下降,成品球团质量不均,废品率上升等。因此,必须建立适宜的干燥制度,以获得优质的球团。干燥过程是由表面气化和内部扩散两个过程组成的。表面气化指干燥中物料表面水分蒸发的同时,内部的水分能迅速地扩散到表面,使表面保持潮湿。此过程水分的去除,决定于物体表面上水分的气化速度,实质上取决于干燥介质的状态,与物料的性质无关。内部扩散控制是指干燥时,物体内部扩散速度较表面气化速度小,当表面气化蒸发后,因为受到扩散速度的限制,水分不能及时扩散到表面,导致生球表面干燥而内部潮湿,最终使表面干燥收缩并产生裂纹。将矿粉压球机同一批次压制的球团分别采用自然蒸发、烘箱干燥、真空干燥三种干燥方式,自然蒸发干燥的效果最差,真空干燥最好,是由于真空环境增强了毛细作用。对于大生产来说,真空干燥不现实,只能采用鼓热风的方式强制干燥。考察了网带烘干机干燥时球团高度对球团质量的影响,发现球团高于10层时最下层的球团的开裂现象明显增加。这是因为下层生球水气冷凝的程度取决于球层高度,球层越高,水气冷凝越严重,从而降低了下层生球的开裂温度;球层增高后下层生球在干燥过程中承受的压力较大所致。还考察了球团的热强度,将球团以8层的高度置于马弗炉内,当温度低于800℃保温5h后,炉渣主要是四氧化三铁,有较强的磁性,无塌料现象,说明硫精砂球团燃烧完全,热强度较好。对于硫精砂矿粉压球机制团工业化生产来说,并无利润可言,或者说对整个冶炼工艺的经济效益贡献难以计算。对这类项目作技术评价,可认为有两种方案:一种是外购黄铁矿;另一种是工业化生产硫精砂球团。这两种方案的功能和效用相同,通过对比两种方案成本费用的大小,费用越小,方案越优,这是依据经济效益是产出与投资的比较,产出一定时,投入越小,经济效益越大。以下技术经济计算只考虑主要材料费用和投资费用(以300t/a硫精砂球团计)。方案1为122.4万元/a,方案2为48万元/a,方案2年节约成本费用74.4万元,方案2投资为283.6万元。如果工业化生产硫精砂球团,投资费用可在3.8年内收回,还本期后每年节约生产成本费用74.4万元,因此方案2完全可行。对于大型采选冶联合企业来说,如果硫精砂不计价,方案2的生产成本费用为33.6万元/a,年节约成本费用88.8万元,采用方案2投资费用可在3.2年内收回,每年节约生产成本费用88.8万元,因此方案2更可行。
4结论
硫精砂采用压团法制团是最行之有效的方法,所用粘结剂价格低廉,粘结性高。硫精砂矿粉压球机制团工艺的最佳配料比为:硫精砂:膨润土:石灰:C:D=100:10:2:8:4。生球团干燥温度为100℃,干燥时间为4h,干球团含硫量为33.8%,大于黄铁矿含硫量(32%),落下强度为5次/个,密度3.1g/cm3,抗压强度为132kg/cm2,能够满足火法冶炼的要求,通过技术经济估算,工业化生产硫精砂球团完全可行。为硫精砂的综合利用开辟了一条新途径,有着非常广阔的应用前景。


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