硫酸渣中鐵的富集試驗研究

李國旺，王家偉，趙平源，吳 霜

（貴州大學 材料與冶金學院，貴州 貴陽 550000）

硫酸渣是以黃鐵礦為原料生產硫酸時產生的廢渣，又稱黃鐵礦燒渣［1］。每生產1t硫酸產生0．8～1．2t硫酸渣。據不完全統計，我國每年硫酸生產中排放的“廢渣”超過1 000萬t。硫酸渣露天堆放，不緊占用大量土地且對大氣、水體、土壤等有一定危害［2-4］。燒渣中富含鐵元素，其質量分數在30%～50%之間，是一種鐵的二次資源。

國內外主要用硫酸渣生產海綿鐵和FeCl3、作為水泥輔料，回收其中的貴金屬、制磚等［5-10］。鐵礦資源較貧乏的國家對硫酸渣的利用率較高，日本為80%左右，美國為80%以上，德國、意大利幾乎為100%，而且均作為重要的煉鐵原料［11-12］；而我國對硫酸渣利用率不到50%，主要原因為硫酸渣鐵品位低，硫含量高，成分復雜等。

試驗采用某化學試劑處理貴州某硫酸渣，目的是提高其鐵的質量分數。

1 試驗部分

1．1 試驗原料

試驗所用硫酸渣取自貴州某硫酸廠，呈紅色，疏松，易吸水。渣樣混勻后經球磨至-200目，化學成分見表1。

表1 硫酸渣的化學成分 %

1．2 試驗原理

硫酸渣與具有強滲透性的某化學試劑混合后，經高溫焙燒，其中的硫轉化成硫酸鹽，然后經一次浸出被除去；硅轉化成硅酸鹽及其他可溶性鹽，在二次浸出中除去；最終鐵得到富集。試驗流程如圖1所示。

圖1 硫酸渣中鐵的富集試驗流程

2 試驗結果與討論

2．1 磨礦細度對鐵品位的影響

在400℃下保溫1h，物料配比0．25（每g渣中配入 WJ-1試劑0．25g），磨礦細度（-74mm硫酸渣的質量分數）對鐵品位的影響試驗結果如圖2所示。

圖2 磨礦細度對鐵品位的影響

由圖2看出，隨磨礦細度提高，渣中鐵品位提高，但提高幅度較小。這是因為硫酸渣顆粒物表面被脈石填充甚至被包裹的比例較低，所以渣的粒度對鐵品位影響不大。為節約成本，原渣不需細磨。

2．2 焙燒溫度對鐵品位的影響

物料配比為0．25，不同溫度下保溫1h，溫度對鐵品位的試驗結果影響如圖3所示。

圖3 焙燒溫度對鐵品位的影響

由圖3看出，溫度為700℃時，鐵品位達最高，之后有所下降。隨溫度升高，試劑對脈石的侵蝕作用增強，鐵品位升高；但同時也有部分分解出的鐵生成鐵酸鹽，造成鐵有部分損失［13］。綜合考慮，確定較佳的焙燒溫度為700℃。

2．3 物料配比對鐵品位的影響

改變物料配比，在700℃下保溫焙燒1h，試驗結果如圖4所示?？梢钥闯?，物料配比對鐵品位的影響不大，隨物料配比增大，鐵品位僅小幅提升。綜合考慮，確定物料配比以0．20為宜。

圖4 物料配比對鐵品位的影響

2．4 焙燒時間對鐵品位的影響

物料配比0．20，焙燒溫度700℃，焙燒時間對鐵品位的影響試驗結果如圖5所示

圖5 焙燒時間對鐵品位的影響

由圖5看出：焙燒0．5h，鐵品位達到59．41%；焙燒1．5h，鐵品位達最高；焙燒時間再延長，鐵品位逐漸下降。這是因為隨焙燒時間延長，會有大量鐵酸鹽生成和其他副反應發生，所以，焙燒時間以1．5h為宜。

2．5 鐵精礦成分分析

物料配比0．20，在700℃下焙燒1．5h，燒渣用試劑WJ-2浸出，所得浸出渣即為鐵精礦，其化學成分見表2。

對比表1和表2看出：硫酸渣中的硫由2．9%降到0．14%，氧化鈣由7．1%降到1．5%，二氧化硅由7．5%降到4．9%，說明經焙燒及二次浸出，硫酸渣中的硫酸鹽、硅酸鹽以及其他可溶性鹽均被部分去除，鐵得到富集。

表2 鐵精礦的化學成分 %

3 結論

對硫酸渣加試劑焙燒并浸出，可使硫、鈣、硅酸鹽等去除，鐵得到富集。適宜條件下，硫酸渣的鐵品位可從49%提高到59．24%。處理后的濾液中只檢測出微量的鐵，鐵回收率高于95%。該方法簡單，有利于實現硫酸渣的綜合利用。

［1］吳德禮，朱申紅，馬魯銘，等．利用硫酸渣生產鐵精粉的新工藝研究［J］．環境工程，2008，22（4）：73-75．

［2］黃祥華，董四祿．我國有色金屬及煙氣制酸振興規劃與發展［J］．硫酸工業，2009（5）：1-5．

［3］魏昶，姜琪，羅天驕，等．重有色金屬冶煉中砷的脫除與回收［J］．有色金屬，2003，55（8）：46-50．

［4］張超林．我國硫酸工業的節能減排［J］．現代化工，2008，28（1）：12-17．

［5］刁作明．利用硫酸渣（灰）制取海綿鐵［J］．重慶環境科學，1995（4）：37-40．

［6］洪流，詹永紅，唐道文．工業廢酸與硫酸渣制備三氯化鐵的試驗研究［J］．貴州師范大學學報：自然科學版，2012，30（3）：94-96．

［7］張勛道，吳國迎．硫鐵礦燒渣綜合利用工藝比較［J］．硫酸工業，1998（5）：42-44．

［8］朱申紅，吳德禮，孟娟．黃鐵礦燒渣的綜合利用途徑與問題分析［J］．青島建筑工程學院學報，2005（1）：25-28．

［9］龍來壽，梁凱，奚長生．利用硫酸渣生產鐵精礦的研究［J］．韶關學院學報：自然科學版，2005，12（26）：58-60．

［10］周文博，鄒平，孫琨石．硫鐵礦燒渣微生物脫硫試驗研究［J］．濕法冶金，2013，32（4）：270-273．

［11］黃瑞強，韓偉．鑫誠化工硫酸渣選鐵降硫試驗研究［J］．現代礦業，2009（4）：83-85．

［12］儲謙慎，王興艷．銅陵硫酸渣綜合利用［J］．河北理工學院學報，2003，25（4）：17-22．

［13］付平德，張繼軍，趙恒勤．燒結法生產氧化鋁中間物料物相組成分析［J］．礦產保護與利用，2001，12（6）：37-40．