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硫酸渣礦粉壓球機復合球團還原焙燒法制備高品

發布時間:2018-04-27 08:40| 瀏覽: |來源: 新聞中心

硫酸渣是硫鐵礦制酸后的廢渣,一般含鐵30%-50%,有害元素Cu和S等含量高。2005年,我國生產硫酸4462.2萬t,其中采用硫鐵礦制酸1494.8萬t,占硫酸總產量的33.3%。按照用硫鐵礦制1t硫酸產生0.8-1.0t硫酸渣計算,2005年,全國產生硫酸渣1195.8-1494.8萬t,約占化工廢渣的1/3。加上歷年累積堆存,未得到有效利用的硫酸渣達上億噸。其中,僅有30%左右硫酸碴在建材行業作為水泥的添加劑和礦粉壓球機制磚得到應用,其他被作為廢渣堆存,占用大量土地資源,嚴重污染環境。早在1950年,我國許多企業就開始對燒渣煉鐵進行實驗研究。近年在硫酸渣綜合利用方面進行了大量研究,主要集中在以下幾方面:1)與優質鐵礦石摻燒煉鐵;2)選礦法;3)磁化焙燒-磁選法;4)高溫氯化法回收有色金屬;5)制備鐵系顏料,包括鐵紅、鐵黃、鉀鐵藍等。目前,利用硫酸渣生產鐵紅的技術已基本成熟,關鍵是降低生產成本;6)制備鐵鹽,如硫酸亞鐵、聚合硫酸鐵、三氯化鐵等。7)礦粉壓球機制海綿鐵。目前,制約硫酸渣利用的關鍵是如何大規模利用硫酸渣。將硫酸碴作為煉鐵原料是一種有效的方法,但必須對其進行選擇和處理,以便獲得鐵品位高、銅和硫等有害雜質含量低的優質鐵精礦。
    目前,我國鋼鐵工業對鐵礦石需求量很大,2005年雖然進口鐵礦石價格提高71.5%,我國仍進口鐵礦石2.75億t,2006年,鐵礦石價格再次升高19%,進口3.26億t,因此,加強對硫酸渣的綜合利用研究,對擴大鋼鐵企業原料來源、降低煉鐵成本具有重要的現實意義。硫酸渣中的礦物屬于人造礦物,無論在外形還是物化性能上都與天然礦物有很大差別。認為由于硫酸渣本身特性所限,僅通過常規選礦很難使鐵品位和分選指標同時最佳。    采用磁化焙燒-磁選工藝可得到高鐵品位和較好的分選指標,但儲謙慎等認為此工藝的最大不足是不能脫除銅。為此,本文作者開發硫酸渣復合球團還原焙燒-磁選工藝,以期同步實現鐵的富集以及Cu和S等有害元素的脫除,為硫酸渣的高效利用開辟新的途徑。
    實驗用硫酸渣為硫酸廠產酸后的廢渣,這種燒渣鐵含量較低,并含有一定量的有色金屬和貴金屬,硫含量偏高。硫酸渣FeO含量僅為3.16%,這表明在制酸過程中,硫鐵礦氧化較徹底,絕大部分Fe2+氧化成Fe3+,使硫酸渣中鐵大部分以弱磁性礦物形式存在,難以采用常規選礦工藝富集該渣。
   硫酸渣經鏡下鑒定和X射線衍射分析發現,樣品中鐵礦物以赤鐵礦為主,其次是磁鐵礦、假象赤鐵礦和褐鐵礦。硫主要以金屬硫化物形式存在,少量以硫酸鹽如石膏形式存在。金屬硫化物以磁黃鐵礦居多,其次是黃鐵礦。磁黃鐵礦的掃描電鏡照片。可見,脈石礦物含量較高的是石英,其次是絹云母和透輝石。復合添加劑具備多種功能,主要如下:1)粘結作用,在復合球團制備過程中能強化造球,提高生球強度和熱穩定性;2)催化作用,在還原焙燒過程中,能促進還原反應的進行;3)脫除有害元素銅、硫、鉛、鋅等有色金屬元素的能力,能將硫酸渣中銅、硫等有害元素轉變成非磁性物料或水溶性物質,在磁選過程中被脫除,這大幅度降低鐵精礦中有害元素的含量。本實驗中使用了自行開發的2種復合添加劑B和F。1.2研究方法硫酸渣復合球團還原焙燒制取高品位磁鐵精礦的試驗流程包括:將硫酸渣、復合添加劑和水進行配料、混勻、礦粉壓球機造球、干燥,在回轉窯中還原焙燒、冷卻、磨礦、磁選,得到磁鐵精礦和尾礦。硫酸渣制成復合球團置入回轉窯,一方面,可減少物料在焙燒過程中的粉塵吹損,同時可降低因粉料而導致回轉窯結圈現象的發生;另一方面因球團可減少物料與空氣接觸被再氧化的表面積,有利于提高物料磁化率。還原焙燒后,將硫酸渣復合球團水淬冷卻,然后磨礦、磁選。實驗用造球設備為1000mm×200mm(直徑×高)礦粉壓球機,轉速為9r/min;干燥設備為300mm×300mm(直徑×高)鏈篦機模擬裝置;還原焙燒設備采用300mm×1500mm(直徑×長)回轉窯,轉速1-2r/min;磨礦設備采用XMQ-240×90錐形球磨機;磁選設備采用磁選管(小型實驗)和XCRS-450mm×325mm筒式弱磁選機(擴大實驗),分選磁鼓轉速為41r/min,場強均可調,筒式磁選機處理量為0.36t/d。
   人們對硫酸渣還原焙燒-磁選工藝進行大量的研究,確定本實驗所用添加劑粒度均低于0.1mm,還原焙燒時間為20min,研究復合添加劑對硫酸渣制取鐵精礦過程脫銅、脫硫效果的影響以及復合球團外配不同還原劑和還原焙燒溫度對磁選結果的影響。復合添加劑對磁選結果的影響一般來說,硫酸渣中除了主要含Fe2O3以外,常含有少量銅、鉛、鋅等有色金屬的氧化物和硫。這些元素必須在煉鐵之前脫除。常規的硫酸渣磁化焙燒-磁選工藝不能脫除銅,鐵精礦中銅一般少量富集,儲謙慎等認為這是磁化法存在的最大不足。在此,本文作者在前人大量實驗研究的基礎上,運用分子設計理論,開發復合添加劑B和F,能在提高鐵品位的同時降低鐵精礦中銅和硫的含量。表3所示為2種添加劑對磁選精礦銅、硫的影響。實驗條件如下:添加劑內配造球,還原焙燒溫度為700-800℃,焙燒時間為20min,磁選設備為磁選管,采用一段磁選,磁感應強度為139.3mT,磁選礦漿固液比為1:2,磁選時間為3.5min。添加復合添加劑B時,鐵精礦鐵品位大幅度提高,S含量大幅度降低,但銅含量基本不變,與文獻中的研究結果基本一致。使用復合添加劑F后,硫酸渣中銅含量明顯降低,添加5%復合添加劑F時,鐵精礦中銅含量為0.053%,比原渣中銅含量明顯降低,銅脫除率達72.11%;鐵精礦中硫含量為0.058%,硫脫除率達96.00%,鐵品位達66.83%,是一種優質磁鐵精礦。     其成分完全能滿足燒結或球團工藝要求。此外,還可通過直接還原工藝生產我國急需的海綿鐵,由此確定以下實驗研究均添加5%復合添加劑F。復合球團外配還原劑對磁選結果的影響外配還原劑種類和粒度對磁選,結果影響。試驗條件為:球團內配5%復合添加劑,還原焙燒溫度為700℃,焙燒時間為20min,磁選設備為磁選管,采用一段選礦,磁感應強度為139.3mT,磁選礦漿固液比為1?2,磁選時間為3.5min。還原焙燒的目的是將硫酸渣中弱磁性的Fe2O3還原成強磁性的Fe3O4,在回轉窯中,T為熱力學溫度,K;w(CO2)和w(CO)分別為CO2和CO的濃度。聯立式(1)、(2)和(3),當反應溫度為500、600、700和800℃時,反應所需CO含量分別0.000918%,0.00165%,0.00263%和0.00385%。因此,回轉窯內只需極少量的CO,就可以使硫酸渣中Fe2O3還原成Fe3O4。然而,在實際還原過程中,由于還原劑與空氣不可能達到理想混合,硫酸渣中Fe2O3不可能全部接觸到CO,溫度也不特別穩定。當外配3%細煙煤(B8-24-3)時,由于細粒煙煤反應性好,使回轉窯料層中形成更好的還原氣氛,促進礦粉壓球機復合球團中弱磁性鐵氧化物快速還原。還原較好的復合球團磁選指標也好。不外配還原劑時,鐵回收率最低,可能使復合球團外部的Fe3O4裸露在氧分壓高的氣流中再氧化,重新形成弱磁性α-Fe2O3,導致分選指標變差。通過比較不同還原劑的磁選效果,確定以下實驗中均外配3%細煙煤.礦粉壓球機球團內配5%復合添加劑,外配3%細煙煤,焙燒時間為20min,磁選設備為磁選管,采用一段選礦,磁感應強度為139.3mT,磁選礦漿固液比為1:2,磁選時間為3.5min。由于反應(1)的氣體反應物和產物的量相同,因此,影響反應(1)的主要因素為溫度和CO濃度。溫度的變化對還原焙燒過程的進行和焙燒礦的質量有很大影響,磁化焙燒所需的氣相CO濃度很低(曲線1僅為示意線,實際線位置緊靠橫坐標)。硫酸渣的還原焙燒溫度應該嚴格控制。溫度過高將導致弱磁性的FeO生成,這樣會降低焙燒礦的磁性,磁選分離效果變差;當溫度較低時,雖然赤鐵礦可以被還原成Fe3O4,并且不發生過還原現象,但反應速度較慢,降低設備的生產能力,而且在低溫下生成的Fe3O4磁性較弱。結合表5所示的實驗結果,硫酸渣適宜的還原焙燒溫度為700-800℃。
    作者通過硫酸渣礦粉壓球機復合球團還原焙燒提取高品位鐵精礦探索實驗,發現磁化焙燒后產物采用閉路分選流圖3CO還原鐵氧化物的平衡氣相組成與溫度的關系,比采用開路流程鐵回收率高4%,鐵品位降低2%。為了提高鐵精礦的品位,擴大試驗的磨礦磁選流程實驗采用兩段球磨、四次筒式磁選機磁選開路流程,B8-24-3焙燒礦選別流程和磁選指標,鐵精礦2中銅、硫含量比1號鐵精礦的硫含量大幅度降低,筒式磁選機磁選結果與磁選管結果基本一致,再次驗證了復合粘結劑F可明顯降低鐵精礦中銅、硫有害雜質元素的含量,銅脫除率達74.73%,硫脫除率達96.34%。
結論
1)鐵品位低(全鐵含量45.56%)、銅和硫含量高(Cu0.19%,S1.45%)的某硫酸渣,添加5%復合添加劑F,在礦粉壓球機上制備復合球團,干燥后,在700-800℃還原焙燒20min,物料填充率為15.73%。采用兩段球磨、四段筒式磁選開路流程,能得到鐵品位高(TFe66.23%),Cu和S等有害雜質含量低(Cu0.048%,S0.053%)的優質磁鐵精礦,鐵回收率為73.32%,銅硫脫除率分別為74.73%和96.34%。2)硫酸渣配加復合添加劑制備礦粉壓球機復合球團,可降低回轉窯還原焙燒的粉末率,有效防止回轉窯結圈;同時,可使球團內部產生好的還原氣氛,促進弱磁性鐵氧化物快速還原為強磁性鐵氧化物。
3)復合添加劑具有多重功能,既提高生球強度和熱穩定性,又能顯著降低鐵精礦中銅和硫等有害雜質的含量,克服了傳統磁化焙燒-磁選法不能脫除硫酸渣中銅的不足,具有廣闊的推廣應用前景。

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