高砷高硫硫酸渣綜合利用探索性試驗(yàn) ＊

朱昌洛,沈明偉

(地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)綜合利用研究所,四川 成都 610041)

1 前 言

硫酸生產(chǎn)路線有硫璜制酸、煙氣制酸、硫鐵礦制酸和石膏制酸等。我國(guó)硫酸生產(chǎn)多年來(lái)一直是以硫鐵礦為主要原料,而國(guó)外基本上是以硫磺為生產(chǎn)原料。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)硫酸生產(chǎn)企業(yè)已達(dá) 600余家,2008年硫酸產(chǎn)量達(dá)到 6000萬(wàn) t,增長(zhǎng)率為5.3%[1]。其中,以硫鐵礦制酸產(chǎn)量增加 3.3%,達(dá)到 1760萬(wàn) t。現(xiàn)有的生產(chǎn)技術(shù),每生產(chǎn) 1t硫酸將產(chǎn) 0.8～0.9 t的硫酸渣[2]。從 2008年開(kāi)始,我國(guó)將年產(chǎn)生 1400～1500萬(wàn) t的硫酸渣。硫酸渣的大量堆積,將擠占農(nóng)田,污染水體。因此,研究歷年累積堆存的上億噸的硫酸渣利用工藝,不僅解決固廢的污染問(wèn)題,而且能綜合回收硫酸渣中不易利用的鐵等二次資源,緩解我國(guó)鐵礦的供求矛盾。

硫酸渣的利用工藝報(bào)道較多,主要是圍繞目標(biāo)元素鐵的利用進(jìn)行研究。有用硫酸渣進(jìn)一步制備為鐵的顏料,如鐵紅、鐵黃、鐵藍(lán)的;有用硫酸渣進(jìn)一步制備為鐵鹽凈水劑,如硫酸鐵、聚硫酸鐵、氯化鐵等;有利用硫酸渣酸浸制備大宗化工原料 -高純硫酸亞鐵的;也有利用硫酸渣配碳造球還原焙燒制取鐵粉的;此外還有對(duì)硫酸渣進(jìn)一步除雜,制備合格鐵礦的。但全國(guó)各地的硫酸渣視其產(chǎn)地的不同,所含的雜質(zhì)很不同,導(dǎo)致其利用工藝不同。與已有研究比較,本硫酸渣的利用工藝具有針對(duì)性強(qiáng)、設(shè)備投資少、綜合利用率高等特點(diǎn)。

2 探索試驗(yàn)

2.1 原料

硫酸渣原料由企業(yè)提供,來(lái)自云南某地。該企業(yè)要求設(shè)備投資少,暫不考慮回轉(zhuǎn)窯磁化焙燒工藝;以生產(chǎn)鐵精礦為主,兼顧回收有色金屬。該原料中有用礦物主要是鐵的氧化物,脈石礦物主要是蛇紋石和石英。其鐵的物相分析見(jiàn)表1,鐵的粒度分布見(jiàn)表2,主要化學(xué)元素分析見(jiàn)表3。

表1 硫酸渣鐵成分分析Tab.1 Phase analysis of iron in sulfuric-acid residue

表2 硫酸渣中鐵的粒度分布Tab.2 Particle distribution of iron in sulfuric-acid residue

表3 硫酸渣主要化學(xué)元素分析結(jié)果Tab.3 Analysis result for main chemical elements in sulfuric-acid residue

2.2 磁選

從表1可知:該硫酸渣中弱磁性氧化物的含量較低,磁選時(shí)精礦的產(chǎn)率不會(huì)太高。另外,從表2可見(jiàn),硫酸渣中鐵主要分布在細(xì)粒級(jí)中,應(yīng)考慮先分級(jí),然后進(jìn)入球磨。試驗(yàn)結(jié)果表明,在 0.25～0.35 T的磁場(chǎng)強(qiáng)度下進(jìn)行磁選[4],可得到含F(xiàn)e55%的磁鐵礦,產(chǎn)率為 32%～35%,約 3 t硫酸渣生產(chǎn) 1 t磁鐵礦產(chǎn)品。磁鐵礦的化學(xué)成分見(jiàn)表4。

表4 磁選鐵礦化學(xué)成分Tab.4 Chemical composition of iron ore formagnetic dressing

2.3 酸洗

通過(guò)磁選,磁鐵礦中硫的含量有所降低,但仍沒(méi)有達(dá)到冶煉廠家的要求。并且該硫酸渣中砷的含量也很高。因此,必須對(duì)磁鐵礦進(jìn)行除雜。據(jù)資料報(bào)道,采用酸洗滌,尤其是氧化性的酸洗滌,可脫除磁鐵礦中硫和砷。考慮到降低成本因素,試驗(yàn)選擇 5%HCl+5%H2SO4作為浸泡劑,浸洗溫度為常溫 (硫酸的加入,溶液的溫度會(huì)有一定的升高),浸泡時(shí)間為 1 h,浸泡方式為攪拌浸出,結(jié)果表明,酸洗后可得到產(chǎn)率為 88%～90%的合格鐵精礦,其化學(xué)成分見(jiàn)表5。

表5 鐵精礦的化學(xué)成分Tab.5 Chemical composition of iron concentration

2.4 回收海綿銅

攪拌浸出后,固液分離,烘干得鐵精礦。浸出液含 Cu 1～2 g/L。生產(chǎn)上可用濃密機(jī)或旋流器實(shí)現(xiàn)固液分離。含銅酸洗液考慮用銅的特效萃取劑萃取回收銅[3]。因時(shí)間等原因,試驗(yàn)采用鐵屑置換法回收銅。置換后液返回配酸使用,鐵屑的用量為理論量,未過(guò)量,以提高海綿銅的質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)室制備海綿銅的化學(xué)成分見(jiàn)表6。

表6 海綿銅的化學(xué)成分Tab.6 Chemical composition of copper sponge

酸洗液中還含有硫酸鋅,應(yīng)考慮綜合回收。因時(shí)間關(guān)系,本實(shí)驗(yàn)尚未進(jìn)行。建議采用 P204萃取體系提純,硫酸反萃制備高純硫酸鋅產(chǎn)品。

2.5 回收錫石

磁選尾礦在搖床上用重選法回收錫石。結(jié)果表明,錫石含 Sn 3%～4%。錫的回收率為 20%～25%。盡管錫的收率很低,但在日產(chǎn) 800 t鐵精礦的分選廠,錫石的產(chǎn)量將達(dá)到 10 t左右。因此,應(yīng)綜合回收錫,以降低選廠生產(chǎn)成本。

2.6 推薦工藝流程

根據(jù)探索試驗(yàn)結(jié)果,推薦采用圖1所示的工藝流程。

圖1 綜合利用含砷硫酸渣推薦工藝流程Fig.1 Recommdation process flow for comprehensive utilization of arsenious sulfuric-acid residue

3 結(jié) 語(yǔ)

對(duì)高硫高砷的硫酸渣進(jìn)行了探索試驗(yàn),制備了合格的鐵精礦,回收了伴生組分銅和錫,對(duì)鋅回收的技術(shù)路線提出了建議,為當(dāng)?shù)亓蛩嵩暮侠砝锰峁┝肆鞒潭獭⑼顿Y少、針對(duì)性強(qiáng)的工藝路線,為國(guó)內(nèi)同類(lèi)型硫酸渣的利用提供了技術(shù)參考。

本試驗(yàn)因時(shí)間等因素的影響,尚未系統(tǒng)進(jìn)行。如果通過(guò)系統(tǒng)的流程優(yōu)化試驗(yàn)和最佳條件試驗(yàn),各個(gè)生產(chǎn)指標(biāo)有望進(jìn)一步提高。該工藝鐵精礦的產(chǎn)率較低,但從硫酸渣中鐵的物相上看,磁性氧化鐵幾乎完全回收。若想提高產(chǎn)率,建議增加預(yù)處理工序,進(jìn)行還原磁化焙燒。

目前受金融危機(jī)的影響,鐵精礦的價(jià)格大幅降低,企業(yè)的整體效益不高。拓寬磁選鐵礦的利用渠道,不進(jìn)行酸洗加工,是重要思路,如山西省用磁選鐵礦作為選煤的重介質(zhì),不僅大幅度提高了煤的回收率和質(zhì)量,而且為硫酸渣的利用拓展了新用途。

[1]徐新冬.硫酸生產(chǎn)過(guò)程中硫鐵礦渣的綜合利用 [J].石河子科技.2009,(3).

[2]龍來(lái)壽,梁 凱,等.利用硫酸渣生產(chǎn)鐵精礦的研究 [J].韶關(guān)學(xué)院學(xué)報(bào)·自然科學(xué).2005,(12):58～60.

[3]張澤強(qiáng).硫酸燒渣綜合利用試驗(yàn)研究 [J].礦產(chǎn)保護(hù)與利用.2002,(4):43～45.

[4]劉友華.硫酸渣綜合回收利用研究及生產(chǎn)實(shí)踐 [J].礦業(yè)快報(bào).2006,(11):54～56.