铅锌矿废石替代白云石用于铁矿烧结的工艺研究.pdf
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1、Jun.2023SinteringandPelletizing2023年6 月No.3Vol.48球团结烧第3期第48 卷铅锌矿废石替代白云石用于铁矿烧结的工艺研究杨聪聪,夏光辉,郭正启,李小元,刘兵,何晋勇,阮志勇,王子宏3(1.中南大学资源加工与生物工程学院,湖南长沙410 0 8 3;2.广西中金岭南矿业有限责任公司,广西来宾54590 0;3.广西柳州钢铁股份有限公司,广西柳州5450 0 1)摘要:为解决低成本、规模化消纳铅锌矿废石问题,本文针对广西某高钙镁型铅锌矿废石,基于烧结杯试验开展了铅锌矿废石替代普通白云石用于铁矿烧结的工艺研究,分析了配加铅锌矿废石对烧结矿产、质量与SO2、
2、NO 气体污染物排放的影响。结果表明:试验用高钙镁型铅锌矿废石的主要物相为白云石,同时含有少量微细粒石英、黄铁矿和闪锌矿,其化学成分接近于烧结用普通白云石;当铅锌矿废石对普通白云石的取代占比不高于40%时,对烧结过程和烧结矿质量没有明显不利影响,且铅锌矿废石带入的Zn、S等有害元素均得到有效脱除。研究结果将为实现高钙镁型铅锌矿废石的规模化消纳和低成本高效利用提供新思路。关键词:铅锌矿;废石;白云石;铁矿;烧结;污染物中图分类号:TF046.4文献标识码:A文章编号:10 0 0-8 7 6 4(2 0 2 3)0 3-0 0 6 3-0 7doi:10.13403/j.sjqt.2023.03
3、.041Research on substitution of the waste rock in lead-zinc mines fordolomite in iron ore sintering processYANG Congcong,XIA Guanghui,CUO Zhengqi,LI Xiaoyuan,LIU Bing,HE Jinyong,RUAN Zhiyong,WANG Zihong3(1.School of Minerals Processing&Bioengineering,Central South University,Changsha 410083,Hunan,Ch
4、ina;2.Guangxi Zhongjin Lingnan Mining Industry Co.,Ltd.,Laibin 545900,Guangxi,China;3.Guangxi Liuzhou Iron&Steel Co.,Ltd.,Liuzhou 545001,Guangxi,China)Abstract:In order to solve such problems as low-cost and large-scale consumption of the waste rock in lead-zinc mines,based on the sinter pot test,re
5、search on substitution of the waste rock in lead-zinc mines for dolomite in the iron oresintering process is carried out,focusing on the waste rock in a high calcium-magnesium type lead-zinc mine in Guangxi,and the effects of the waste rock in lead-zinc mines on sinter production and quality and SO,
6、and NO,gaseous pollutantemission are analyzed.The results show that the main phase of the waste rock in high calcium-magnesium type lead-zincmine used in the experiment is dolomite,which contains a small amount of fine-grained quartz,pyrite and sphalerite,andthe chemical composition of the rock is c
7、lose to that of ordinary dolomite for sintering.When the proportion of the wasterock replacing ordinary dolomite is not higher than 40%,there is no obvious adverse effect on the sintering process andsinter quality,and such harmful elements as Zn and S brought in by the waste rock in lead-zinc mine a
8、re effectivelyremoved.The results will provide new ideas for the large-scale consumption and low-cost and efficient utilization of thewaste rock in high calcium-magnesium type lead-zinc mines.Key words:lead-zinc mine;waste rock;dolomite;iron ore;sintering;pollutant收稿日期:2 0 2 2-0 3-18;修回日期:2 0 2 2-0
9、4-0 9基金项目:湖南省重点研发计划项目(2 0 2 2 SK2075)作者简介:杨聪聪(198 9一),男,博士,副教授,从事烧结球团、低碳与氢冶金、固废资源化等基础理论与工艺研究。64团球第3期第48 卷结烧铅锌矿是我国重要的有色金属资源,储量巨大,并且具有贫矿多而富矿少、多金属共生、共伴生组分多的特点1。为了减少尾砂产率、缓解尾矿库库容压力,同时提高人选矿石品位、改善选别指标和降低选矿成本,采用重介质分选、XRT智能抹选等技术预先抛掉粗颗粒废石已成为低品位铅锌矿选矿的首选,并被广泛的应用于国内铅锌矿选厂中2-3。然而,随之而来的是大量铅锌矿废石的安全处置问题。以广西某铅锌矿选矿工艺为例
10、,采用光电智能抛废技术对铅锌矿原矿进行预选,抛废率高达40%以上,废石产出量巨大3。铅锌矿废石中含有锌、铅、硫等有害元素,若得不到安全有效的处置和消纳,长期堆存不仅占用大量土地资源,还将存在造成环境污染和生态破坏的重大风险4-5。因此,如何低成本、规模化消纳铅锌矿废石已成为困扰铅锌企业的重大课题之一。目前,国内外铅锌矿选矿企业对于废石的处置方式主要包括采空区回填、再选回收有价组分和制备建筑材料等。回填法是将废石进行固化处理并填充至铅锌矿采空区,通常为全尾砂胶结充填或高水固结全尾砂充填等方式,是目前处置铅锌矿尾矿的主流方案,但需要消耗大量的水泥以及其他胶凝材料,充填成本较高6-7 。基于绿色矿山
11、和循环经济理念,对铅锌矿废石进行资源化高值化利用已成为重要的发展趋势。根据废石中有价组分的含量和赋存特点,大量研究对铅锌矿废石进行再选回收其中的铅、锌、铁、硫、重晶石、长石和石英等有价组元,但存在工艺流程长、回收成本高、回收率低等问题,一定程度上限制了这些工艺的进一步应用8-9。与此同时,将铅锌矿废石破碎、磨粉并制成建材砖、水泥、砂石骨料等产品也是重要的资源化利用途径之二10-1。由于建材产品附加值低,销售半径小,严重依赖周边建材市场的规模,这也导致对铅锌矿废石的消纳能力有限,开发新的铅锌废石低成本、大规模、安全高效处置技术对促进矿山绿色高质量发展具有重要的现实意义。广西某高钙镁铅锌矿废石的C
12、aO和MgO质量分数分别达到2 7%和18%左右。鉴于烧结法是铁矿粉造块的重要手段,产品通常为高碱度烧结矿,其在我国高炉炉料结构中占主导地位,平均人炉占比为6 0%以上。同时,在高炉炼铁过程中,需保证渣中含有一定量的MgO以提高其流动性和脱硫能力,且烧结矿中MgO质量分数的提高也具有改善低温还原粉化性能的作用。而目前,高炉冶炼所需的镁主要通过烧结矿带人,生产中主要使用白云石来调节烧结矿中的MgO质量分数,每吨烧结矿的白云石消耗量约为30 8 0 kgl12。基于此,本研究提出用铁矿烧结工艺安全高效处置铅锌矿废石的新思路,并基于烧结杯试验开展了相应的验证研究,考察了配加铅锌矿废石对烧结矿产、质量
13、以及SO2、NO.气体污染物排放的影响,以便为铅锌矿废石规模化消纳和低成本高效利用技术的开发提供重要基础和指导。同时,可减少天然白云石大量开采对周边生态环境的破坏作用,对推动矿山绿色高质量发展具有重要的现实意义。1原料与研究方法1.1试验原料本研究所用原料包括广西某铅锌矿选厂重介质分选抛废产出的铅锌矿废石,以及主要由铅锌矿选厂周边钢铁厂提供的烧结用混匀铁矿、白云石、生石灰、石灰石、焦粉,原料主要化学成分和粒度组成分别见表1和表2,铅锌矿废石的主要物相分析和光学显微结构如图1所示。由表1和图1分析可知:铅锌矿废石的CaO和Mg0质量分数分别为2 7.0 6%和18.15%,稍低于烧结用白云石;废
14、石主要物相为白云石(Ca CO,MgCO,),占比约90%;同时,废石中还含有少量微细粒嵌布于白云石中的石英(SiO,)、黄铁矿(FeS,)和闪锌矿(ZnS)。铅锌矿废石的S和Zn质量分数较高,分别达1.43%和0.2 9%,根据矿相分析主要以硫化物形式存在,这可能会导致烧结矿残余S、Zn 质量分数升高并增加烧结烟气中SO,质量浓度,因而必须将其添加量控制在适宜范围内。由于铅锌矿废石来样粒度较粗,试验前预先将其破碎至86.232.390001.360(6.3,8)5.351.7400.2601.790(5,6.34.633.790.591.4806.270(3,5)13.948.5518.34
15、20.24018.0526.67(1,324.5336.3526.4842.25034.1423.58(0.5,18.017.808.4618.92011.3015.78(0.25,0.5)10.1611.9012.4410.89013.515.720.2527.2927.4433.695.9610013.5828.25(a)DPP100umDDPDDDDDDDD10203040506070802.8/()(a)铅锌矿废石的XRD物相分析;(b)铅锌矿废石光学显微结构D一白云石(CaCO,MgCO,);Q 石英(SiO,);P黄铁矿(FeS,);S闪锌矿(ZnS)。图1铅锌矿废石的XRD主要物
16、相和光学显微结构Fig.1XRD phase and optical microstructure of zinc-lead waste rock分析,用其替代部分普通白云石以调节烧结矿碱度和MgO质量分数,具备理论的可行性,铅锌矿废石对白云石的适宜取代配比需通过后续的烧结杯试验进行确定。1.2研究方法原料及烧结矿的化学成分分析采用化学滴定法;铅锌矿废石主要物相分析采用X射线衍射分析仪(RigakuD/max2550)、光学显微镜(LeicaDM4500P)等仪器。同时,基于实验室扩大型烧结杯(18 0 mm700mm)试验,考察了铅锌矿废石替代白云石对烧结过程的影响,配矿方案如表3所示。铅锌
17、矿废石取代白云石配比分别为0、20%、40%、6 0%和10 0%共5个水平。试验流程主要包括配料、混匀、制粒、烧结、成品检测等环节。首先,根据配矿方案及某钢铁厂现场烧结生产设定的烧结矿碱度为1.95,Si02、Mg0质量分数分别为5.5%、1.8%,生石灰用量为3%,返矿外配比30%等条件进行配矿;然后,66球团第3期结烧第48 卷在6 0 0 mm1000mm圆筒混合机中进行加水混合和制粒,转速为30 r/min,混合时间为3min,制粒时间为5min;在18 0 mm750mm烧结杯内加人1kg铺底料(10 16 mm),再将制粒后的混合料均匀装人烧结杯内,固定烧结料层高度为750mm;
18、烧结点火温度为(110 0 50),点火时间为1.5min,点火负压为5kPa,烧结负压为12kPa,冷却负压为6 kPa,冷却时间为5min,然后将烧结矿卸出在空气中自然冷却,随后进行烧结矿的落下、筛分及转鼓强度等冷态性能检测,针对每个配矿方案均分别进行了焦粉用量和水分的优化,以便在返矿平衡和各自最佳烧结条件下对比不同配比铅锌矿废石时的烧结性能。烧结过程主要评价指标为:混合料的透气性指数(JPU)、垂直烧结速度、利用系数、固体燃料消耗和成品烧结矿转鼓强度,具体方法参考前期研究13。同时,试验采用Photon型便携式红外烟气分析仪研究了配加铅锌矿废石对烧结烟气SO,和NO,排放行为的影响。成品
19、烧结矿的冶金性能包括还原度(RI)和低温还原粉化率(RDI+3.15mm),分别按照GB/T132412017和GB/T132422017标准进行测定。表3铅锌矿废石替代白云石对烧结过程的影响Table3Effect of substitution of zinc-lead waste rock dolomite on the sintering process铅锌废石配比铅锌废石单耗/原料配比(质量分数)/%方案(质量分数)/%(kgt)混匀矿石灰石白云石铅锌矿废石生石灰焦粉返矿基准0059.116.704.0103.004.1023.08St201358.986.793.240.813.0
20、04.1023.08S2402558.836.892.451.653.004.1023.08S3603758.696.981.652.503.004.1023.08S41005958.417.2104.203.004.1023.08注:铅锌废石单耗为生产每吨成品烧结矿所需的铅锌矿废石消耗量基于返矿平衡(10.0 5)条件下进行估算;计算烧结原料配比时,假定焦粉用量为4.1%。2结果与分析2.1配加铅锌矿废石对烧结矿产、质量指标的影响针对上述5组配矿方案,在烧结矿碱度为1.95,M g 0 质量分数为1.8%和焦粉用量为4.1%、水分为8.5%的最佳烧结工艺条件下,对比了不同比例铅锌矿废石取代普
21、通白云石时的混合料透气性指数和烧结过程产、质量指标,结果如图2 所示。由图2 可知,在相同制粒水分条件下,配加铅锌矿废石能稍微改善混合料透气性,但幅度不大,透气性指数处于30 35JPU之间。结合表2中铅锌矿废石和白云石的粒度组成分析,尽管铅锌矿废石小于3mm粒级质量分数达到了8 3.49%,但大于5mm颗粒占比仍比白云石高,从而使制粒小球的平均粒径有所增加,透气性改善。相应地,垂直烧结速度由2 3.0 8 mm/min轻微增加到2 3.7 9mm/min。与此同时,随着铅锌矿废石取代白云石比例1009080%/70基准TS46050403020100混合料透转鼓强度利用系数/固体燃气性指数(
22、+6.3mm)%(t m2.d)料消耗/(J.P.U.)(kg t)烧结指标废石配比(质量分数)/%:基准0;S20%;S240%;S360%;Ss100%。图2不同配比铅锌矿废石取代白云石对烧结过程产、质量指标的影响Fig.2 Effect of substitution ratio of zinc-lead waste rockfor dolomite on the sintering indices由0 增加到10 0%,烧结矿的转鼓强度由6 9.48%轻微下降到6 7.6 9%,而利用系数由36.48(md)提高至39.12(m.d),固体燃料消耗由59.90kg/t轻微减少至59.1
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- 锌矿 替代 白云石 用于 铁矿 烧结 工艺 研究
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