高硫氰化尾渣还原焙烧脱硫—磁选试验

李正要 曹君磊 邓文翔 王维维 乐 坤

(北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083)

氧化焙烧—氰化浸出是处理包裹型微细粒金的有效手段，随着易采易选金矿石的日益减少，氧化焙烧—氰化浸出工艺所产生的氰化尾渣越来越多。氧化焙烧氰化尾渣的一个主要特点是铁含量一般在30%以上，是宝贵的二次资源［1］。由于氧化焙烧过程中很难将硫完全脱除，氰化尾渣中一般含有0.5%～4%的硫［2］。

从氧化焙烧氰化尾渣中回收铁难度较大，主要原因是铁矿物粒径小、赋存特征复杂;经氧化焙烧后的含硫矿物大部分被铁矿物包裹，浸染状态严重，多需加入脱硫剂才能获得低硫合格铁精矿产品。已有研究者不加脱硫剂采用直接还原焙烧—磁选工艺回收氰化尾渣中的铁［3-5］，但所得铁精矿硫含量都大于0.27%，超过了国家相关标准。采用还原焙烧同步脱硫工艺回收高硫氰化尾渣中的铁鲜见报道。江西某冶炼厂所产氧化焙烧氰化尾渣含铁43.15%、含硫1.97%，属高硫氰化尾渣。前期研究结果表明用常规的选矿方法、磁化焙烧—磁选工艺都很难获得理想的铁回收指标。本研究采用还原焙烧同步脱硫—磁选工艺对其进行了铁的回收试验，获得了高品位、高回收率、低硫的还原铁产品。

1 试验原料及试验方法

1.1 试验原料

1.1.1 试验样品

江西某冶炼厂氧化焙烧氰化尾渣主要化学成分分析结果见表1，铁的化学物相分析结果见表2。

由表1 可以看出:氰化尾渣中可回收的有价金属主要是铁，其含量达到43.15%;硫含量1.97%，要进行脱硫才能获得合格铁产品。

表1 氰化尾渣主要化学成分分析结果Table 1 Main chemical composition analysis of cyanide tailing %

表2 氰化尾渣铁化学物相分析结果Table 2 Iron phase analysis results of the cyanide tailing %

表2 表明，铁的嵌布特征复杂，以非磁性氧化铁存在的占87.15%，以磁性氧化铁存在的占6.10%，以硫化铁存在的占3.15%。

用偏光显微镜、扫描电镜等对氰化尾渣进行镜检，结果表明:氰化尾渣中铁矿物主要为赤铁矿、磁赤铁矿、磁铁矿、褐铁矿、尖晶石、钛铁矿等;含硫矿物(主要是黄铁矿和磁黄铁矿)被赤铁矿、磁铁矿等包裹，其粒径多小于0.003 mm;脉石矿物主要是石英、长石、云母、伊利石及其他硅酸盐矿物。

氰化尾渣粒度分析结果表明－0.074 mm 粒级占81%，尾渣粒度较细，还原焙烧时要注意温度和时间的控制，以避免烧结或熔融。

1.1.2 还原剂和脱硫剂

根据探索试验结果，还原剂选用江西萍乡烟煤，其主要成分分析结果见表3。

表3 烟煤成分分析结果Table 3 Composition analysis on bituminous coal %

试验用脱硫剂为钙质脱硫剂BK，主要成分为钙的无机盐混合物。

1.2 试验方法

将氰化尾渣、烟煤(－2 mm)和脱硫剂BK 按一定比例混匀后置于石墨坩埚中(烟煤、脱硫剂BK 的加入量以烟煤、脱硫剂BK 与氰化尾渣的质量比表示)，将坩埚放入KSY－12 －16 型马弗炉中随炉升温进行还原焙烧。还原焙烧结束后取出自然冷却，将冷却后的焙烧产品破碎后进行两段阶段磨矿阶段弱磁选。还原焙烧过程中，氰化尾渣中的含硫矿物与加入的脱硫剂发生反应生成硫化钙，通过磁选管磁选分离。试验流程见图1。

图1 全流程试验流程Fig.1 Flowsheet of reduction roasting-magnetic separation

2 试验结果与讨论

2.1 还原剂用量试验

还原剂用量是影响铁矿物还原效果的关键因素之一，同时对硫的脱除效果也有较大影响。在脱硫剂BK 用量为13%、还原焙烧温度为1 150 ℃、还原焙烧时间为40 min 条件下，进行还原剂烟煤用量试验，结果见图2。

图2 烟煤用量试验结果Fig.2 Test results on dosage of bituminous coal

由图2 可以看出:随着烟煤用量由10%增加到20%，还原铁的铁品位、回收率和硫脱除率均升高，主要原因是烟煤用量增加还原气氛增强，有利于赤铁矿、磁赤铁矿等的还原，被这些铁矿物包裹的含硫矿物得以暴露并与脱硫剂反应，加速硫的脱除。当烟煤用量为20% 时，可获得铁品位91.25%、回收率92.24%的还原铁，硫的脱除率达到98.01%;此后继续增加烟煤用量至25%，还原铁的铁品位、回收率和硫脱除率升高幅度很小;当烟煤用量增至30%时，还原铁的铁品位和硫的脱除率反而有所下降。因此，确定还原剂烟煤的用量为20%。

2.2 脱硫剂BK 用量试验

在烟煤用量为20%、还原焙烧温度为1 150 ℃、焙烧时间为40 min 条件下，考察脱硫剂BK 用量对铁矿物还原和脱硫效果的影响，试验结果如图3 所示。

图3 脱硫剂BK 用量试验结果Fig.3 Test results on dosage of desulfurization agent BK

图3 表明:随着脱硫剂BK 用量的增加，还原铁的铁品位和硫的脱除率先上升后下降，而铁的回收率一直呈下降趋势，表明脱硫剂BK 用量不宜过大。脱硫剂BK 用量为16%时，硫的脱除率为98.92%，还原铁的铁品位和铁回收率分别为92.10% 和91.20%，与BK 用量为10%时的脱硫指标相比较，硫的脱除率提高了3.62 个百分点。综合考虑，确定脱硫剂BK 最佳用量为16%。

2.3 还原焙烧温度试验

还原焙烧温度对铁矿物的还原及脱硫效果有着重要影响［6-7］。在烟煤用量为20%、脱硫剂BK 加入量为16%、还原焙烧时间为40 min 条件下，进行还原焙烧温度条件试验，结果见图4。

图4 还原焙烧温度试验结果Fig.4 Test results at different reduction roasting temperature

从图4 可以看出:还原焙烧温度对氰化尾渣中铁矿物的还原效果影响比较大。随着还原温度由1 050℃升高至1 200 ℃，还原铁的铁品位、铁回收率和硫的脱除率均逐渐增大;当还原温度由1 200 ℃升高至1 250 ℃时，铁品位和回收率出现了下降。综合考虑，还原焙烧温度为1 150 ℃时指标较佳，此时可得到铁品位91.95%、铁回收率91.36%的还原铁，硫的脱除率为98.90%。

2.4 还原焙烧时间试验

在烟煤用量为20%、脱硫剂BK 用量为16%、焙烧温度为1 150 ℃条件下，考察还原焙烧时间对铁矿物还原和脱硫效果的影响，试验结果如图5 所示。

图5 还原焙烧时间试验结果Fig.5 Test results for different reduction roasting time

图5 表明:随着焙烧时间的增加，还原铁的铁品位和回收率先升高后降低，而硫的脱除率基本呈上升至稳定趋势。在焙烧时间为35 min 时，由于焙烧时间不够，导致还原铁的铁回收率较低，为87.03%;当焙烧时间增至45 min 时，铁的回收率增至92.74%;继续延长焙烧时间至50 min，铁的品位有所上升，但铁的回收率开始出现下降，主要原因在于还原剂用量一定时，焙烧时间过长导致还原气氛变弱。因此选择还原焙烧时间为45 min，该焙烧时间下还原铁的铁品位和回收率分别为91.97%和92.74%，硫的脱除率达到99.12%。

2.5 全流程试验

将氰化尾渣在最佳焙烧条件(烟煤用量20%、脱硫剂BK 用量16%、还原焙烧温度1 150 ℃、还原焙烧时间45 min)下获得的焙烧产品，在一段磨矿细度为－0.074 mm 占90%、一段磁场强度为112 kA/m，二段磨矿细度为－0.043 mm 占88%、二段磁场强度为96 kA/m 条件下磁选后，获得的还原铁产品铁回收率可达91.11%，还原铁化学成分分析结果见表4。

表4 还原铁主要化学成分分析结果Table 4 Main chemical composition analysis of reduction iron %

由表4 可知，还原铁中有害杂质含量很少，可作为电炉炼钢的理想原料。

3 结 论

(1)江西某冶炼厂氧化焙烧氰化尾渣含铁43.15%，87.15%的铁以非磁性氧化铁存在，6.10%的铁以磁性氧化铁存在，以硫化铁存在的铁占3.15%;含硫1.97%，含硫矿物黄铁矿、磁黄铁矿等被赤铁矿和磁铁矿包裹赋存，粒径多小于0.003 mm。

(2)试验确定的高硫氰化尾渣样直接还原同步脱硫焙烧的最佳工艺条件为还原剂烟煤用量20%、脱硫剂BK 用量16%、焙烧温度1 150 ℃、焙烧时间45 min，焙烧产品再通过两段磨矿两段磁选，获得了铁品位92.05%、硫含量0.04%、磷含量0.04%、铁回收率91.11%的还原铁产品，是炼钢的优质原料。

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