專利名稱：一種用硫酸燒渣制備海綿鐵的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及有色金屬冶金領域，具體提供了一種用硫酸燒渣制備海綿鐵的方法。
背景技術：
硫酸燒渣為黃鐵礦制酸后的廢渣，是化學工業(yè)產(chǎn)生的主要固體廢物之一。每生產(chǎn)1 噸硫酸會排放燒渣0. 8 1. 5噸的硫鐵礦燒渣，全國每年將會排放硫酸燒渣上千噸。硫鐵礦燒渣是一種非常有價值的二次資源，國外利用率大于80%，而我國硫鐵礦燒渣的利用率較低，還不到50%。國內(nèi)外對硫鐵礦渣的綜合利用進行了廣泛的研究。如制磚和作水泥添加劑；提取有價金屬；經(jīng)分選后用于高爐煉鐵；制備鐵紅、鐵黃、鐵黑等顏料；同時，制取鐵鹽、鐵精粉等鐵系產(chǎn)品的方法和途徑，也取得了許多的經(jīng)驗與成果。一、硫酸燒渣的主要應用途徑1、制備鐵精礦目前硫鐵礦燒渣制取鐵精礦，是一種經(jīng)濟和應用廣泛的方法。國外利用高品位的黃鐵礦制酸，燒渣品位達到62%以上，可以作為鐵精礦銷售。國內(nèi)采用的黃鐵礦品位較低， 燒渣含鐵較低，一般采取選礦的方法提高鐵品位，也取得了顯著的成效。常見的工藝有磁化焙燒、磁選、重選、浮選等聯(lián)合流程等。2、應用于水泥因為水泥生產(chǎn)中必須配入含鐵量大于30%的物料作助熔劑，以降低水泥的燒成溫度，提高水泥的氧化固結強度和耐腐蝕性能，而硫酸渣的含鐵量一般大于30%，故可作為生產(chǎn)水泥的溶劑。目前國內(nèi)大約25%的燒渣應用水泥，但由于沒有利用其中鐵資源，經(jīng)濟效益較差。3、制磚由于硫鐵礦燒渣中二氧化硅、氧化鋁等活性物含量較低，須加入少量煤渣、煤灰， 并以石灰作膠凝材料，將硫鐵礦燒渣配料混合、輪碾、加壓成型、蒸氣養(yǎng)護等工序制得成品磚。此方法能消耗部分燒渣，但在我國鐵礦資源緊張的局面下，應利用龐大的硫酸燒渣鐵資源。4、制取化工產(chǎn)品利用硫酸燒渣中的鐵，采用硫酸浸出，溶液除雜，制備鐵紅、鐵黃、鐵黑等顏料以及鐵鹽。采用全濕法流程，除雜較為困難，和采用鐵精礦制備化工產(chǎn)品相比，成本高，雜質含量高，市場競爭激烈。5、提取有色金屬少部分硫酸燒渣含有一定量的有色金屬，通過氯化焙燒、生化浸出回收有價金屬如銅、鉛、鋅、金、銀等。由于此流程長，成本較高，工業(yè)應用較為困難。二、國內(nèi)外生產(chǎn)海綿鐵的方法直接還原煉鐵工藝有氣基法和煤基法兩種，按主體設備可分為豎爐法、回轉窯法、
3轉底爐法、反應罐法、罐式爐法和流化床法等。目前，世界上90%以上的直接還原鐵是用氣基法生產(chǎn)出來的。氣基豎爐法MIDREX、HYL法直接還原鐵產(chǎn)生占有絕對優(yōu)勢，該工藝技術成熟、設備可靠，單位投資少，生產(chǎn)率高(容積利用系數(shù)可達8 12t/m3*d)，單爐產(chǎn)量大(最高達180 萬t/年)等優(yōu)點。經(jīng)過不斷改進，其生產(chǎn)技術不斷完善，實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。主要分布在中東、南美等天然氣豐富地區(qū)。目前國內(nèi)天然氣成本高，直接影響海綿鐵生產(chǎn)成本。用作固體還原劑的有焦炭、無煙煤，煙煤等。實現(xiàn)這種方法的設備主要是回轉窯、 隧道窯、環(huán)形轉底爐和豎爐等。煤基直接還原法生產(chǎn)海綿鐵占總產(chǎn)量的比例小，但近幾年發(fā)展較快，產(chǎn)量逐漸增加，其生產(chǎn)主要集中在印度和南非等有豐富煤資源地區(qū)。此方法要求煤質量較好，另外焦炭價格也高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題是，針對現(xiàn)有技術的不足之處，提出了一種用硫酸燒渣制備海綿鐵的方法。硫酸燒渣來源廣，價格比鐵精礦便宜，利用生產(chǎn)海綿鐵產(chǎn)品附加值高。 本發(fā)明利用硫酸燒渣直接生產(chǎn)海綿鐵，沒有燒結、煉鐵工序產(chǎn)生的環(huán)境污染和高能耗，具有較大的環(huán)境效益和節(jié)能效應；采用煙煤為還原劑，來源廣泛，價格比焦炭便宜，還原溫度低， 高溫還原時間短，生產(chǎn)成本相對低，產(chǎn)生的廢棄物可以在其他途徑應用，無廢棄物堆放。本發(fā)明的技術方案是一種用硫酸燒渣制備海綿鐵的方法，具體步驟包括以硫酸燒渣為原料，采用煙煤為還原劑，CaCO3為脫硫劑，采用同心管灌裝方式裝料或球粒混合方式裝料，其中硫酸燒渣煙煤CaCO3W加料質量比為100 34-35 6-7 ； 然后在1100°C -1200°C下焙燒3. 5h 4. Oh得焙燒礦，再在保護氣氛下急冷得焙燒礦，焙燒礦再經(jīng)破碎、細磨、干式磁選得海綿鐵；所述硫酸燒渣的全鐵含量為60wt% -65wt% ；所述同心管灌裝方式裝料是指首先將煙煤和CaCO3按照上述質量比例混合得混合料，然后在裝料的罐體內(nèi)設置一個同心管(同心管與裝料的罐體的中心軸重合)，將上述質量比例的硫酸燒渣灌裝于同心管內(nèi)，再用上述混合料將罐體填滿，同心管灌裝裝料方式如圖1(a) (b)所示。所述球?；旌戏绞窖b料是指將硫酸燒渣用有機粘結劑造球后，將硫酸燒渣用有機粘結劑造球后，球粒粒徑為12mm 15mm，將球粒置于裝料的罐體內(nèi)，然后用煙煤和CaCO3 混合后的混合料填充于球粒之間。球?；旌涎b料方式如圖2所示。所述硫酸燒渣煙煤CaCO3的加料質量比優(yōu)選為100 35 7。所述焙燒溫度優(yōu)選為1150°C，焙燒時間優(yōu)選為3.證。所述急冷是指25min-35min內(nèi)將焙燒后的礦物冷卻至100°C所述細磨是指將焙燒礦磨礦至-0. 074mm的焙燒礦含量彡72%。所述干式磁選的磁選強度為23kA/m。所述硫酸燒渣通過預處理達到全鐵含量為60Wt% -65wt%，預處理過程為對硫酸燒渣進行磁選脫除、脈石和含磷礦物，再浮選脫硫硅(以上預處理過程為一般選礦的現(xiàn)有技術)。
本發(fā)明的方法所制得的海綿鐵全鐵含量> 93. 41%，金屬化率> 96. 38%，雜質除 S含量彡0. 016%, Si&+Al203含量彡5. 32%，達到國家標準的要求。下面對本發(fā)明做進一步解釋和說明本發(fā)明提供了一種利用硫酸燒渣生產(chǎn)海綿鐵的方法，該方法適應性廣，可以針對不同品位的硫酸燒渣進行選別，制取海綿鐵能耗大大降低，降低了生產(chǎn)成本，產(chǎn)品符合海綿鐵的有關標準，同時可回收炭產(chǎn)品和鐵精礦，剩余尾礦為粉煤灰，可應用于建材，無廢棄物排放。本發(fā)明的原理如下本發(fā)明采用的原料為硫酸燒渣、還原劑(煙煤)和脫硫劑(碳酸鈣)。CaCO3除了起脫S的作用外，對氧化鐵的還原也有明顯加速作用。由于在焙燒溫度下CaCO3發(fā)生分解反應產(chǎn)生C02，(X)2與還原劑C在高溫下發(fā)生布多爾反應C02+C — 2C0,反應中生成C0，提高了氣相中CO濃度，優(yōu)勢在于氧化鐵的還原反應主要C0-Fe203之間的氣一固相反應，而不是固-固反應，擴大相互接觸界面，分步進行的=Fe2O3-Fe3O4-FeO-Fe,從而促進了鐵氧化物的還原反應。同時，C02、CO濃度較高，對還原好的鐵起到好的保護作用，防止二次氧化。反應的原理碳酸鈣分解、脫硫CaCO3 = Ca0+C02 ；CaCHH2S — CaS+H20 ；CaO+MS — CaS+MO ； (Μ 代表金屬元素)硫酸燒渣的還原反應3Fe203+C0 = 2Fe304+C02 ；Fe304+C0 = 3Fe0+C02 ；Fe304+4C0 = 3Fe+4C02 ；FeO+CO = Fe+C02 ；C02+C = 2C0 ；采用同心管灌裝方式裝料和球?；旌戏绞皆F分離容易，這種裝料方式更有利于 C氣化生成CO，CO向燒渣層擴散，從而加速了鐵氧化物的還原。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)勢在于1、本發(fā)明采用的原料為硫酸燒渣、還原劑(煙煤)和脫硫劑(碳酸鈣)，原料來源廣，硫酸燒渣價格比鐵精礦價格便宜，還原劑為煙煤，而不采用焦炭，有利于源頭降低成本。2、本發(fā)明反應采取氣-固相反應，改善了還原動力學，加速了還原反應速度，降低高溫的溫度及時間，有利于節(jié)約能源，從而減少成本。3、本發(fā)明加入脫硫劑碳酸鈣，有利于吸收S，S的吸收率達到95%以上，大大降低環(huán)境中S污染。4、本發(fā)明利用硫酸燒渣直接生產(chǎn)海綿鐵，沒有燒結、煉鐵工序產(chǎn)生的環(huán)境污染和高能耗，具有較大的環(huán)境效益和節(jié)能效應。5、本發(fā)明產(chǎn)生的固體廢棄物量少，可以在建材等方面利用，無廢棄物堆存。


圖1是本發(fā)明的同心管裝料方式裝料示意圖；圖1(a)是裝料的罐體縱向剖面圖，圖1(b)是裝料的罐體橫向剖面圖；圖2是本發(fā)明的球?；旌戏绞窖b料示意圖；圖3是硫酸燒渣生產(chǎn)海綿鐵的工藝流程圖；其中1是罐蓋，2是罐體，3是填充了硫酸燒渣的同心管，4是煙煤和碳酸鈣混合料的填充區(qū)域，5是硫酸燒渣球粒，6是煙煤和碳酸鈣混合料在球粒之間的填充區(qū)域。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發(fā)明做進一步的解釋和說明，除另有說明外，本發(fā)明實施例所指百分含量均指質量百分含量。實施例1 一、原料1、預處理前硫酸燒渣的成分
權利要求
1.一種用硫酸燒渣制備海綿鐵的方法，其特征是，具體步驟包括以硫酸燒渣為原料，采用煙煤為還原劑，CaCO3為脫硫劑，采用同心管灌裝方式裝料或球?；旌戏绞窖b料，其中硫酸燒渣煙煤CaCO3W加料質量比為100 34-35 6_7 ；然后在1100°C -1200°C下焙燒3.證 4. 0h，再在保護氣氛下急冷得焙燒礦，焙燒礦再經(jīng)破碎、 細磨、干式磁選得海綿鐵；所述硫酸燒渣的全鐵含量為60wt% -65wt% ；所述同心管灌裝方式裝料是指首先將煙煤和CaCO3按照上述質量比例混合得混合料， 然后在裝料的罐體內(nèi)設置一個同心管，將上述質量比例的硫酸燒渣灌裝于同心管內(nèi)，再用上述混合料將罐體填滿。
2.根據(jù)權利要求1所述硫酸燒渣制備海綿鐵的方法，其特征是，所述球?；旌戏绞窖b料是指將硫酸燒渣用有機粘結劑造球后，球粒粒徑為12mm 15mm，將球粒置于裝料的罐體內(nèi)，然后用煙煤和CaCO3混合后的混合料填充于球粒之間。
3.根據(jù)權利要求1所述硫酸燒渣制備海綿鐵的方法，其特征是，所述硫酸燒渣煙煤CaCO3的加料質量比為100 35 7。
4.根據(jù)權利要求1所述硫酸燒渣制備海綿鐵的方法，其特征是，所述焙燒溫度為 1150°C，焙燒時間為3. 5h。
5.根據(jù)權利要求1所述硫酸燒渣制備海綿鐵的方法，其特征是，所述急冷是指在 25min-35min內(nèi)將焙燒后的礦物冷卻至100°C。
6.根據(jù)權利要求1所述硫酸燒渣制備海綿鐵的方法，其特征是，所述細磨是指將焙燒礦磨礦至-0. 074mm的焙燒礦含量彡72%。
7.根據(jù)權利要求1所述硫酸燒渣制備海綿鐵的方法，其特征是，所述干式磁選的磁選強度為23kA/m。
8.根據(jù)權利要求1所述硫酸燒渣制備海綿鐵的方法，其特征是，所述硫酸燒渣通過預處理達到全鐵含量為60wt% -65wt%，預處理過程為對硫酸燒渣進行磁選脫除、脈石和含磷礦物，再浮選脫硫硅。
9.根據(jù)權利要求1所述硫酸燒渣制備海綿鐵的方法，其特征是，所述海綿鐵全鐵含量彡93. 41%，金屬化率彡96. 38%，雜質除S含量彡0. 016%, Si&+Al203含量彡5. 32%。
全文摘要
本發(fā)明涉及有色金屬冶金領域，具體提供了一種用硫酸燒渣制備海綿鐵的方法，以硫酸燒渣為原料，采用煙煤為還原劑，CaCO3為脫硫劑，采用同心管灌裝方式裝料或球粒混合方式裝料，其中硫酸燒渣∶煙煤∶CaCO3的加料質量比為100∶34-35∶6-7；然后在1100℃-1200℃下焙燒3.5h～4.0h，再在保護氣氛下急冷得焙燒礦，焙燒礦經(jīng)過磁選得海綿鐵；所述海綿鐵全鐵含量≥93.41％，金屬化率≥96.38％，雜質除S含量≤0.016％，SiO2+Al2O3含量≤5.32％，達到國家標準。本發(fā)明利用硫酸燒渣直接生產(chǎn)海綿鐵，沒有燒結、煉鐵工序，節(jié)約能源，且原料來源廣泛。
文檔編號C21B13/00GK102424875SQ201110456730
公開日2012年4月25日 申請日期2011年12月31日 優(yōu)先權日2011年12月31日
發(fā)明者劉霞, 周虎強, 王全亮, 趙建湘 申請人:湖南有色金屬研究院