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硫精砂用礦粉壓球機制團工藝

發布時間:2018-05-04 08:28| 瀏覽: |來源: 新聞中心

以硫精砂為原料經過礦粉壓球機壓制了球團,主要采用了無機粘結劑與硫精砂的制團工藝。所制備的硫精砂球團達到替代黃鐵礦作為冶煉熔劑的要求。確定了礦粉壓球機壓制硫精砂球團的最佳配料比,即膨潤土10%、石灰2%、C8%及D4%。生球干燥溫度為100e,干燥時間為4h,干球含硫量為71.33%,落下強度為5次/個,抗壓強度為132kg/cm2,能夠滿足火法冶煉的要求。
硫精砂是銅、鉛、鋅選礦生產過程中綜合回收的副產品,其質量一般比較穩定,水分低,焙燒性能好,主要成分是FeS2,含硫量在40%左右,是生產硫酸的主要原料。但大多冶金企業生產工藝中自帶制酸系統,硫精砂沒有很好的利用,作為副產品出售;同時,由于目前國家關停了小型礦山,使得黃鐵礦(含硫在32%左右)價格的一直在飆升,原來利用黃鐵礦熔煉制酸或作為冶煉熔劑的工藝成本大大提高。關于硫精砂的研究,國內主要集中在資源綜合利用和熔煉制酸這兩方面。如:
〔1〕銅陵銅官山銅礦的硫精砂采用了內熱多段焙燒工藝,使硫精砂中的硫和砷主要以元素硫、單質砷和硫砷化物的形式產出,試驗中硫、砷的脫除率分別達到了98.4%和99。1%,貴金屬浸出率達到84.1%,缺點在于只是在實驗室規模上實現了硫精砂的綜合利用。
〔2〕利用大型制酸裝置,采用高含硫量硫精砂的焙燒技術,以低焙燒強度、風帽孔眼高氣速、增設三次風等技術措施顯著提高了硫精砂的利用率,此法僅限于制酸。
〔3〕利用硫精砂尾礦中的少量Fe2S為還原劑,把硫酸燒渣中的高價鐵還原,提高鐵的酸浸率,生產硫酸亞鐵制品,達到了綜合利用硫精砂尾礦和硫酸燒渣,減少污染的目的,缺點在于試劑耗量大,難以工業化。本文討論了硫精砂制團的機理及制備方法,并且制備出硫含量高、強度高的硫精砂球團,是替代黃鐵礦作為冶煉熔劑或生產硫酸、亞硫酸的優良廉價原料。這樣就為硫精砂開辟了新的用途,以有效利用選礦副產品硫精砂,達到生產過程良性循環的目的。不僅降低生產和管理成本,還會產生良好的經濟和社會效益。
〔4〕。球團的質量與物料的表面性質、水化程度、成型壓力、干燥制度等有著直接關系。通過探索實驗考察了有機粘結劑淀粉、紙漿廢液、高粘重油、瀝青)和無機粘結劑(石灰、碳酸鹽、膨潤土、黏土)對硫精砂的粘結性能;另一方面,考慮到有機粘結劑的球團在常溫下具有良好的機械性能,但有機粘結劑在高溫下就會喪失粘結能力,影響冶煉的進行,因此確定以無機粘結劑為研究對象。
粘結劑石灰、膨潤土等為工業級。設備儀器有小型YQ360礦粉壓球機、電子天平、自制螺旋混料器、電熱真空干燥箱、馬弗爐等。正交實驗以硫精砂為主原料,每個實驗稱取100g,四種粘結劑編為A、B、C、D,壓制的硫精砂球團為15mm×25mm的柱狀體。
(1)生球的制備:稱量一定量的硫精砂、粘結劑和水,先用水將石灰和膨潤土漿化一定時間;再在容器中將其與硫精砂和其他粘結劑混合,然后在自制螺旋混料器中攪拌混勻;混勻的配料堆漚10min,10min后再次將配料混合攪拌。最后,把混合好的配料在YQ360礦粉壓球機上以一定的壓力壓制即得生球。(2)干球的制備:將生球在電熱真空干燥箱中干燥,即得干球。根據硫精砂和粘結劑的物理化學性質確定三水平,硫精砂制團工藝的最佳配料比為膨潤土10%,石灰為2%,C為8%,D為4%。此條件下制備的干球團含硫量為37.33%(原料硫精砂含硫為42.88%),遠大于黃鐵礦含硫量32%,落下強度為5次/個(高2.0m處垂直落在鋼板上)。硫精砂球團顏色較硫精砂淺,密度3.1g/cm3,抗壓強度為132kg/cm2。
硫精砂經礦粉壓球機成團機理及其對球團質量的影響硫精砂在采礦、磨礦的過程中,由于反復地破碎,不斷形成新的表面,而表面層離子極化變形重排,使表面晶格畸變,有序性降低,便出現剩余鍵力,即固體表面力。硫精砂表面質點具有的剩余力場,不僅可以和氣體分子及液體質點相互吸引發生吸附,還可以和其緊密接觸的固體(或液體)質點相互吸引而發生粘附。硫精砂可以通過固體間的相對滑動時的摩擦、固體間的壓緊或粉體的聚集和燒結而產生粘附作用;也可以通過液體的膠結作用產生粘附。粘結劑加壓固結法成團過程是這兩種粘附作用協同效應的結果。高壓制團側重于前者的粘結作用,而加入石灰、膨潤土等粘結劑制團則側重于膠結作用的結果。
在最佳實驗結果的基礎上,通過只改變硫精砂的量考察了硫精砂量對球團質量的影響,隨著硫精砂量的增加,硫精砂球團的抗壓強度在減小,說明硫精砂本身的可塑性很差,只有采用機械方法在其表面裹一層可塑性的粘結劑,使之具有可塑性和結合性,再在外力作用下,使物料致密,在顆粒表面間細小的膠體發生再結晶,晶體長大,使團礦強度增加。硫精砂的量太少,就降低了硫精砂球團中硫的含量,影響硫精砂的應用范圍。綜合考慮,硫精砂的量應控制在75%~80%。
石灰含量對球團質量的影響,生石灰(CaO)與水反應得白色的Ca(OH)2懸浮液。其中有部分的Ca(OH)2以膠體形式存在,晶核由晶體Ca(OH)2構成,帶正電荷。經混合碾壓作用,使石灰乳濃縮,粘附在硫精砂表面,膠粒互相靠近產生粘結,形成具有網狀結構的塑性包裹層,從而使物料具有可塑性和結合性,在外力作用下即可成團。在最佳實驗結果的基礎上,通過只改變石灰的量考察了石灰對硫精砂球團質量的影響,隨著石灰量的增加,硫精砂球團的抗壓強度在增加,說明石灰是硫精砂球團良好的粘結劑,硫精砂球團經干燥脫水,膠體Ca(OH)2發生再結晶,使較大的晶體Ca(OH)2長大,球團強度增加。Ca(OH)2吸收空氣中的CO2發生碳酸化反應生成CaCO3晶體,固體體積增加,球團顆粒進一步緊密,強度增加,由于碳酸化反應是由表及里的,反應速度較慢,所需時間很長,這是實際生產球團強度增加的次要因素。但是硫精砂球團如果是為了利用其中的硫,石灰含量的增加就不利于硫的氧化,因為CaS的吉布斯自由能遠小于CaO的吉布斯自由能,在熔煉體系下更穩定,有脫硫的作用,反應生成CaS降低了硫的利用率。結合實驗結果和工業應用實際情況,石灰量為2%~3%較理想。
膨潤土含量對球團質量的影響,膨潤土是一種黏土巖,含有少量堿和堿土金屬的含水鋁硅酸鹽。具有復合網狀結構,由兩層硅氧四面體層和夾在中間的水鋁石層構成。膨潤土的內部,常出現一定數量的層電荷,層間會吸附水化和無水化的陽離子,極性分子進行補償,致使垂直于層面方向易產生膨脹及分散細粒,并具有吸附性和陽離子交換能力。膨潤土膠體的硬化也是經過干燥脫水,細的膨潤土膠體再結晶,較大的晶體長大,使球團強度增加。在最佳實驗結果的基礎上,通過只改變膨潤土的量考察了膨潤土對硫精砂球團質量的影響,膨潤土的粘結作用與石灰粘結過程相似,其量則以10%~15%為宜。
水分對球團質量的影響,硫精砂與粘結劑混合時,水分對后續球團質量有著直接的影響,因為所有粘結劑只有經水化或者液化后才具有粘結性,水化作用越完全粘結效果越好,粘結劑用量也可減少,同時,提高球團的硫含量。因此,粘結劑水化或者液化作用是其粘結作用的先決條件。當水滲透到粘結劑塑性泥層時,顆粒間形成一層緊張的薄膜,粘結劑達到最大塑性,水量多時水膜的張力松弛下來,粒子間的吸引力減弱;水量少時不足以形成水膜,塑性也變差。水分對后續球團的干燥也有著重要的影響,生球最初濕度越大,所需要的干燥時間也越長;隨著初始濕度的增大,生球的開裂溫度降低,即限制了在較高介質濕度下和較高流速中干燥的可能性,從而減慢了干燥速度,增加了開裂的幾率。考察了水分對硫精砂球團質量的影響,水分控制在12%~14%。發現當水分小于5%時難以成型,當水分超過16%時球團與模具不易分離。
生球干燥機理及其干燥方式對球團質量的影響生球干燥是球團入爐熔煉之前的一道中間作業,其目的就是為了使經干燥的球團能夠承受入爐預熱階段的溫度應力,以滿足熔煉要求的強度。干燥過程中,出現部分球團爆裂,會使球團透氣性變壞,最終導致球團生產率下降,成品球團質量不均,廢品率上升等。因此,必須建立適宜的干燥制度,以獲得優質的球團。干燥過程是由表面氣化和內部擴散兩個過程組成的。表面氣化指干燥中物料表面水分蒸發的同時,內部的水分能迅速地擴散到表面,使表面保持潮濕。此過程水分的去除,決定于物體表面上水分的氣化速度,實質上取決于干燥介質的狀態,與物料的性質無關。內部擴散控制是指干燥時,物體內部擴散速度較表面氣化速度小,當表面氣化蒸發后,因為受到擴散速度的限制,水分不能及時擴散到表面,導致生球表面干燥而內部潮濕,最終使表面干燥收縮并產生裂紋。將礦粉壓球機同一批次壓制的球團分別采用自然蒸發、烘箱干燥、真空干燥三種干燥方式,自然蒸發干燥的效果最差,真空干燥最好,是由于真空環境增強了毛細作用。對于大生產來說,真空干燥不現實,只能采用鼓熱風的方式強制干燥。考察了網帶烘干機干燥時球團高度對球團質量的影響,發現球團高于10層時最下層的球團的開裂現象明顯增加。這是因為下層生球水氣冷凝的程度取決于球層高度,球層越高,水氣冷凝越嚴重,從而降低了下層生球的開裂溫度;球層增高后下層生球在干燥過程中承受的壓力較大所致。還考察了球團的熱強度,將球團以8層的高度置于馬弗爐內,當溫度低于800℃保溫5h后,爐渣主要是四氧化三鐵,有較強的磁性,無塌料現象,說明硫精砂球團燃燒完全,熱強度較好。對于硫精砂礦粉壓球機制團工業化生產來說,并無利潤可言,或者說對整個冶煉工藝的經濟效益貢獻難以計算。對這類項目作技術評價,可認為有兩種方案:一種是外購黃鐵礦;另一種是工業化生產硫精砂球團。這兩種方案的功能和效用相同,通過對比兩種方案成本費用的大小,費用越小,方案越優,這是依據經濟效益是產出與投資的比較,產出一定時,投入越小,經濟效益越大。以下技術經濟計算只考慮主要材料費用和投資費用(以300t/a硫精砂球團計)。方案1為122.4萬元/a,方案2為48萬元/a,方案2年節約成本費用74.4萬元,方案2投資為283.6萬元。如果工業化生產硫精砂球團,投資費用可在3.8年內收回,還本期后每年節約生產成本費用74.4萬元,因此方案2完全可行。對于大型采選冶聯合企業來說,如果硫精砂不計價,方案2的生產成本費用為33.6萬元/a,年節約成本費用88.8萬元,采用方案2投資費用可在3.2年內收回,每年節約生產成本費用88.8萬元,因此方案2更可行。
4結論
硫精砂采用壓團法制團是最行之有效的方法,所用粘結劑價格低廉,粘結性高。硫精砂礦粉壓球機制團工藝的最佳配料比為:硫精砂:膨潤土:石灰:C:D=100:10:2:8:4。生球團干燥溫度為100℃,干燥時間為4h,干球團含硫量為33.8%,大于黃鐵礦含硫量(32%),落下強度為5次/個,密度3.1g/cm3,抗壓強度為132kg/cm2,能夠滿足火法冶煉的要求,通過技術經濟估算,工業化生產硫精砂球團完全可行。為硫精砂的綜合利用開辟了一條新途徑,有著非常廣闊的應用前景。

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