含多金屬硫酸渣制備預(yù)還原球團(tuán)工藝及機(jī)理研究.pdf

1、近年來，我國鐵礦石資源短缺已經(jīng)嚴(yán)重制約了鋼鐵工業(yè)的發(fā)展。作為一種富含鐵元素的二次資源，硫酸渣還含有少量的銅、鉛、鋅等有色金屬，具有重要的綜合利用價(jià)值，是一種典型的難選難冶二次資源鐵礦。我國化工行業(yè)每年排放數(shù)千萬t的硫酸渣，且在全國各地堆存量上億t無法得到有效利用。傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)窯高溫氯化焙燒工藝，要求含多金屬硫酸渣的FeO含量小于5％，且制備出的氧化球團(tuán)鐵品位低;而用還原焙燒工藝處理含多金屬的硫酸渣，則無法脫除銅等有色金屬。本研究以河南靈寶

2、地區(qū)的含銅鉛鋅和高FeO含量的硫酸渣混合礦為原料，開發(fā)了預(yù)熱氯化-直接還原“一步法”新工藝，并進(jìn)一步開展了相關(guān)機(jī)理的研究，為含多金屬硫酸渣綜合利用提供理論依據(jù)及有效途徑。
　　系統(tǒng)研究了含多金屬硫酸渣生球制備、球團(tuán)的預(yù)熱固結(jié)和氯化焙燒、球團(tuán)預(yù)熱還原焙燒等工藝，優(yōu)化了工藝參數(shù)。研究結(jié)果表明:所開發(fā)的含多金屬硫酸渣球團(tuán)預(yù)熱氯化-直接還原“一步法”新工藝，可制備出鐵品位高，機(jī)械強(qiáng)度好，具有一定的金屬化率和銅鉛鋅含量低的預(yù)還原球團(tuán)礦，是一

3、種優(yōu)質(zhì)的高爐爐料。針對含F(xiàn)e61.24％、Cu0.22％、Pb1.79％和Zn0.20％的硫酸渣混合礦，在鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯模擬裝置上進(jìn)行了該工藝的擴(kuò)大試驗(yàn)，取得的主要指標(biāo)為:預(yù)還原球團(tuán)全鐵含量73.17％、金屬化率46.18％、Cu、Pb和Zn含量分別為0.18％、0.16％和0.065％，抗壓強(qiáng)度1069N/個(gè)，轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度64％，總還原度90.97％，還原膨脹指數(shù)-3.7％，還原粉化指數(shù)RDI+3.15為98.83％。結(jié)果表明:該工藝能有

4、效的實(shí)現(xiàn)鐵和銅、鉛、鋅的分離，在大幅提高鐵品位同時(shí)，預(yù)還原球團(tuán)的機(jī)械強(qiáng)度、冶金性能和銅、鉛、鋅等雜質(zhì)的含量均能滿足高爐要求。
　　深入開展了硫酸渣球團(tuán)氯化焙燒基礎(chǔ)研究。①氯化熱力學(xué)基礎(chǔ)研究表明:添加CaCl2的球團(tuán)中銅、鉛、鋅的氧化物、硫化物、鐵酸鹽和硅酸鹽均容易被氯化，而鐵氧化物和硅鋁等脈石礦物均難以被氯化，這是實(shí)現(xiàn)鐵和銅、鉛、鋅氯化揮發(fā)分離的理論依據(jù)。②氯化焙燒動力學(xué)研究表明:在1025℃～1175℃的溫度范圍內(nèi)，CuO、Cu

5、2O、ZnO和ZnFe2O4的氯化反應(yīng)均受界面化學(xué)反應(yīng)控制，而PbO的氯化反應(yīng)則受擴(kuò)散控制。銅、鉛、鋅的氯化反應(yīng)速率非?？欤@為硫酸渣中銅、鉛、鋅在鏈篦機(jī)上預(yù)熱過程快速脫除提供了動力學(xué)支持。③銅、鉛和鋅的氯化焙燒行為研究結(jié)果表明:在氯化焙燒過程中，硫化物最容易脫除，氧化物次之，而鐵酸鹽和硅酸鹽最難脫除，脈石成分對銅、鉛、鋅礦物的氯化脫除有很大影響。④氯化焙燒過程中預(yù)熱球團(tuán)的微觀結(jié)構(gòu)變化發(fā)現(xiàn)，氯化焙燒可促進(jìn)預(yù)熱球團(tuán)內(nèi)鐵氧化物的結(jié)晶。

6、>　　進(jìn)一步研究了含多金屬硫酸渣球團(tuán)還原行為。①還原焙燒熱力學(xué)基礎(chǔ)研究表明:銅氧化物最容易被還原成金屬銅而殘留在球團(tuán)中;鉛氧化物也易被還原而揮發(fā);鋅氧化物最難被還原，但還原后容易揮發(fā)。②還原動力學(xué)研究表明:在800～1100℃的還原溫度范圍內(nèi)，硫酸渣球團(tuán)中的鐵氧化物還原受界面化學(xué)反應(yīng)控制。在還原溫度為950～1100℃時(shí)，鐵酸鋅和氧化鉛的還原也均受界面化學(xué)反應(yīng)控制。氧化鉛還原最快，鋅氧化物次之，鐵氧化物還原最慢。③硫酸渣球團(tuán)直接還原過程