直接還原焙燒—弱磁選回收河南某金冶煉渣中鐵

王 威 柳 林，3 馮安生 劉紅召 高照國(guó)

(1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所，河南 鄭州450006;2.河南省黃金資源綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州450006;3.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院研究生院，北京100037)

2014 年，我國(guó)黃金產(chǎn)量超過(guò)450 t，連續(xù)8 a 成為世界第一產(chǎn)金大國(guó)。隨著黃金產(chǎn)量的增加，黃金冶煉渣(金精粉經(jīng)酸化焙燒、焙砂酸浸、酸浸渣氰化浸出金銀后得到的尾渣)量也急劇增加［1］。由于黃金冶煉渣具有礦物嵌布粒度極細(xì)、泥化現(xiàn)象嚴(yán)重、礦物組成復(fù)雜等特點(diǎn)，處理成本較高，因而大多因未能有效回收利用而直接堆存。此外，黃金冶煉渣中還含有一定量的殘余藥劑，對(duì)周邊環(huán)境造成了嚴(yán)重污染。

黃金冶煉渣中除殘留一部分未被氰化浸出的金外，還含有一定量的鐵，具有較高的綜合回收價(jià)值。近年來(lái)，我國(guó)針對(duì)黃金冶煉渣中鐵的綜合回收進(jìn)行了大量研究，取得了許多有價(jià)值的成果。尚軍剛等［2］采用高酸浸出—浸出渣氰化工藝處理氰化尾渣，得到鐵浸出率為93. 33%、金、銀回收率分別達(dá)90% 和76.92%的良好指標(biāo)。王安理等［3］對(duì)靈寶金源公司黃金冶煉渣進(jìn)行磁化焙燒—磁選選鐵試驗(yàn)研究，以煙煤為還原劑在750 ℃下焙燒60 min、焙燒產(chǎn)品磨礦后經(jīng)3 段弱磁選，得到鐵品位為55.32%、回收率為90.09%的鐵精礦。張亞莉等［4］對(duì)高鋁硅氰化渣中鐵進(jìn)行回收研究，采用添加復(fù)合添加劑焙燒—水浸—磁選工藝對(duì)高鋁硅氰化渣進(jìn)行雜質(zhì)與鐵的分離，最終可獲得鐵品位為57.11%、回收率為72.58%的鐵精礦。馬紅周［5］、尚德興［6］、雷占昌等［7］均對(duì)磁化焙燒回收黃金冶煉渣中鐵進(jìn)行了研究，都取得了較優(yōu)的試驗(yàn)結(jié)果。本研究采用直接還原焙燒—弱磁選工藝對(duì)河南某黃金冶煉渣中鐵進(jìn)行綜合回收研究，考察焙燒溫度、還原劑加入量、氧化鈣加入量、焙燒時(shí)間、磨礦細(xì)度、弱磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度等對(duì)選別指標(biāo)的影響。

1 試驗(yàn)原料

1.1 黃金冶煉渣

試驗(yàn)所用黃金冶煉渣取自河南某黃金冶煉廠，呈紅色，粉狀。該黃金冶煉渣中的鐵主要以赤鐵礦的形式存在，赤鐵礦嵌布粒度很細(xì)，一般僅有幾微米，多呈蜂窩狀集合體形態(tài)產(chǎn)出，赤鐵礦集合體中多充填有一定量的硬石膏和滑石等新生礦物，部分赤鐵礦被石英等脈石礦物包裹。試樣化學(xué)多元素分析結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 冶煉渣化學(xué)多元素分析結(jié)果Table 1 Chemical analysis results of the smellting slag %

1.2 還原劑

采用山西省某焦煤為還原劑，使用前先經(jīng)過(guò)干燥、混勻、磨細(xì)至－0.25 mm 占80%，其工業(yè)分析結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 焦煤的工業(yè)分析結(jié)果Table 2 The coal test results of coking coal

2 試驗(yàn)方法

將粒度為－0.025 mm 占75%的黃金冶煉渣與焦煤按一定比例混合均勻，采用50 cm 圓盤(pán)制粒機(jī)制成直徑約為10 mm 的球團(tuán)，然后在101 －3AB 型電熱鼓風(fēng)干燥箱中于95 ℃下烘干。待DC －B15/26 馬弗爐升至設(shè)定溫度后，取50 g 烘干后球團(tuán)放入容積為100 mL 的石墨坩堝中，將石墨坩堝放入馬弗爐中在一定溫度下進(jìn)行焙燒。焙燒產(chǎn)品取出經(jīng)水淬處理后放入電熱鼓風(fēng)干燥箱于95 ℃下烘干，用XMB －70 型三輥四筒棒磨機(jī)(滾筒容積500 mL，磨礦介質(zhì)為7 根50 mm×75 mm 不銹鋼棒)進(jìn)行磨礦后采用XCGS －50 型磁選管進(jìn)行弱磁選。具體試驗(yàn)流程如圖1 所示。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 焙燒溫度對(duì)精礦指標(biāo)的影響

固定還原劑加入量為13%(指還原劑與冶煉渣的質(zhì)量比)、焙燒時(shí)間為60 min、焙燒產(chǎn)品磨細(xì)至－0.045 mm占70%、弱磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度為88 kA/m，考察焙燒溫度對(duì)精礦指標(biāo)的影響，結(jié)果如圖2 所示。

圖1 試驗(yàn)流程Fig.1 The experiments flowsheet

圖2 焙燒溫度對(duì)精礦指標(biāo)的影響Fig.2 The effect of roasting temperature on the iron index

由圖2 可知，精礦鐵品位和鐵回收率均隨溫度升高逐漸提高;當(dāng)溫度升高到1 150 ℃后，鐵品位依然有較大幅度提高，但鐵回收率基本不再增加。試驗(yàn)過(guò)程發(fā)現(xiàn)，當(dāng)焙燒溫度超過(guò)1 150 ℃后，焙燒樣出現(xiàn)熔融現(xiàn)象。綜合考慮，選擇焙燒溫度為1 150 ℃。

3.2 還原劑加入量對(duì)精礦指標(biāo)的影響

固定焙燒溫度為1 150 ℃、焙燒時(shí)間為60 min、焙燒產(chǎn)品磨細(xì)至 －0.045 mm占70%、弱磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度為88 kA/m，考察還原劑加入量對(duì)精礦指標(biāo)的影響，結(jié)果如圖3 所示。

圖3 還原劑加入量對(duì)精礦指標(biāo)的影響Fig.3 Effect of coking coal addition on the iron index

由圖3 可以看出:精礦鐵回收率隨還原劑加入量的增加先提高后降低，當(dāng)還原劑加入量為15%時(shí)，鐵回收率達(dá)到最大值;精礦鐵品位隨還原劑加入量的增加先緩慢提高后降低。在一定量范圍內(nèi)，還原劑加入量的增加有利于還原氣氛的增強(qiáng)，促進(jìn)黃金冶煉渣中Fe2O3的還原，從而提高精礦鐵品位，而當(dāng)還原劑超過(guò)一定量時(shí)，隨還原劑引入的雜質(zhì)會(huì)在焙燒過(guò)程中與還原鐵顆粒相互包裹，導(dǎo)致精礦鐵品位下降。綜合考慮，選擇還原劑加入量為冶煉渣質(zhì)量的15%。

3.3 焙燒時(shí)間對(duì)精礦指標(biāo)的影響

固定焙燒溫度為1 150 ℃、還原劑加入量為15%、焙燒產(chǎn)品磨細(xì)至－0.045 mm 占70%、弱磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度為88 kA/m，考察焙燒時(shí)間對(duì)精礦指標(biāo)的影響，結(jié)果如圖4 所示。

圖4 焙燒時(shí)間對(duì)精礦指標(biāo)的影響Fig.4 Effect of roasting time on the iron index

由圖4 可以看出:精礦鐵品位隨著焙燒時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸提高，提高幅度逐漸變小;精礦鐵回收率隨焙燒時(shí)間的延長(zhǎng)呈先降低后小幅提高的趨勢(shì)。焙燒時(shí)間太短，經(jīng)還原生成的微細(xì)鐵顆粒難以與非磁性雜質(zhì)分離［8-10］，影響精礦鐵品位。因此，選擇焙燒時(shí)間為80 min。

3.4 磨礦細(xì)度對(duì)精礦指標(biāo)的影響

固定焙燒溫度為1 150 ℃、焙燒時(shí)間為80 min、還原劑加入量為15%、弱磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度為88 kA/m，考察磨礦細(xì)度對(duì)精礦指標(biāo)的影響，結(jié)果如圖5 所示。

圖5 磨礦細(xì)度對(duì)精礦指標(biāo)的影響Fig.5 Effect of grinding fineness on the iron index

由圖5 可以看出，隨著磨礦細(xì)度的提高，精礦鐵品位逐漸提高，鐵回收率逐漸降低。綜合考慮，選擇磨礦細(xì)度為－0.045 mm 占75%。

3.5 磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)精礦指標(biāo)的影響

固定焙燒溫度為1 150 ℃、焙燒時(shí)間為80 min、還原劑加入量為15%、焙燒產(chǎn)品磨細(xì)至－0.045 mm占75%，考察磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)精礦指標(biāo)的影響，結(jié)果如圖6 所示。

圖6 磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)精礦指標(biāo)的影響Fig.6 Effect of magnetic field intensity on the iron index

從圖6 可以看出，精礦鐵品位隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度提高呈下降趨勢(shì)，而鐵回收率隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度提高呈上升趨勢(shì)。綜合考慮，選擇磁場(chǎng)強(qiáng)度為60 kA/m，此時(shí)可以得到鐵品位為90.3%、回收率為75.6%的鐵精礦。

3.6 氧化鈣加入量對(duì)精礦指標(biāo)的影響

鐵礦物在還原過(guò)程中與冶煉渣中的SiO2發(fā)生反應(yīng)生成2FeO·SiO2，會(huì)造成鐵的損失。張亞莉等［11］在進(jìn)行鐵氰化渣磁化焙燒過(guò)程中鐵化合物反應(yīng)行為的熱力學(xué)研究時(shí)指出，在焙燒過(guò)程中加入一定量的氧化鈣可以提高鐵的回收率。劉紅召等［10］采用直接還原—磁選工藝對(duì)七寶山鐵尾礦中鐵進(jìn)行綜合回收，結(jié)果表明，在焙燒過(guò)程中添加氧化鈣助劑可以提高鐵的回收率。為此，進(jìn)行了氧化鈣加入量試驗(yàn)。

固定焙燒溫度為1 150 ℃、焙燒時(shí)間為80 min、還原劑加入量為15%、焙燒產(chǎn)品磨細(xì)至－0.045 mm占75%、弱磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度為60 kA/m，考察氧化鈣加入量(指氧化鈣與冶煉渣的質(zhì)量比)對(duì)精礦指標(biāo)的影響，結(jié)果如圖7 所示。

圖7 氧化鈣加入量對(duì)精礦指標(biāo)的影響Fig.7 Effect of calcium oxide addition on the iron index

從圖7 可以看出，精礦鐵品位隨氧化鈣加入量增加逐漸降低，而鐵回收率逐漸提高。綜合考慮，選擇氧化鈣加入量為5%，此時(shí)可以得到鐵品位為91.4%、鐵回收率為79.5%的鐵精礦。

4 結(jié) 論

(1)河南某黃金冶煉渣鐵品位為27.24%，鐵主要以赤鐵礦形式存在。赤鐵礦嵌布粒度微細(xì)，多呈蜂窩狀集合體形態(tài)產(chǎn)出，赤鐵礦集合體中充填有一定量的硬石膏和滑石，部分赤鐵礦被石英等脈石礦物包裹。

(2)在還原劑焦煤加入量為15%、氧化鈣加入量為5%、焙燒溫度為1 150 ℃、焙燒時(shí)間為80 min、焙燒產(chǎn)品磨細(xì)至－0.045 mm 占75%、弱磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度為60 kA/m 時(shí)，可以獲得鐵品位為91.4%、回收率為79.5%的鐵精礦，實(shí)現(xiàn)了該黃金冶煉渣中鐵的高效回收。

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