本發(fā)明屬于工業(yè)固體廢物綜合利用和環(huán)保領(lǐng)域，涉及一種鐵礬渣冷固結(jié)還原球團(tuán)的制備及其回收鉛鋅鐵同步固硫的工藝方法。

背景技術(shù)：

鐵礬渣是一種煉鋅過(guò)程高酸浸出液進(jìn)行除鐵所產(chǎn)生的泥狀酸性渣(pH<5)，含水高且難以脫除；鐵礬渣排放量大，一般含有Pb、Zn、Cd、Fe、Ag、Ga、Ge、In及As、S等成分。Pb、Zn、Fe通常以各種含水硫酸鹽和鐵酸鹽形式存在，具有很大的水溶性。一般，一家年產(chǎn)10萬(wàn)t電鋅的濕法煉鋅廠，每年產(chǎn)出的鐵礬渣約為3～5萬(wàn)t。目前，大多數(shù)鐵礬渣只是進(jìn)行就近渣場(chǎng)堆存處理，這不僅占用寶貴的土地資源，污染環(huán)境，也造成其中有價(jià)金屬Fe、Zn、Cu、Ag、In等資源的極大浪費(fèi)，渣中所含的Pb、Cd、S、As等在自然堆存過(guò)程中還會(huì)不斷溶出污染地下水和土壤。因此，如何經(jīng)濟(jì)環(huán)保地處理鐵礬渣這種排放量大、危險(xiǎn)性大的泥狀固體廢物，已成為當(dāng)今濕法煉鋅工業(yè)面臨的重要課題。

目前，處理鐵礬渣的方法主要有兩種：一是通過(guò)生產(chǎn)建材進(jìn)行無(wú)害化處理和利用，二是通過(guò)回收其中有價(jià)金屬消除或降低對(duì)環(huán)境的影響。生產(chǎn)建材雖可固定鐵礬渣中的Pb、Cd、S、As等有害離子，中和鐵礬渣的酸性而消除鐵礬渣對(duì)環(huán)境的危害，但無(wú)疑造成鐵礬渣中有價(jià)金屬的流失和浪費(fèi)?；厥掌渲杏袃r(jià)金屬是一種國(guó)家政策鼓勵(lì)的資源化方法，縱觀國(guó)內(nèi)外研究應(yīng)用現(xiàn)狀，鐵礬渣中有價(jià)金屬并未達(dá)到全部綜合利用的程度，要么采用濕法回收鐵礬渣中的部分有色金屬和稀貴金屬元素，要么采用磁化焙燒方法回收其中的鐵元素。由于鐵礬渣為一種含水、含硫高，成分復(fù)雜的泥狀廢物，濕法回收有價(jià)金屬存在藥劑用量大、環(huán)境污染嚴(yán)重的缺陷，焙燒存在焙燒效率低、硫揮發(fā)污染環(huán)境、有價(jià)金屬回收率低及產(chǎn)品純度偏低等問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供一種鐵礬渣冷固結(jié)還原球團(tuán)的制備及其回收鉛鋅鐵同步固硫的工藝方法，能夠利用鐵礬渣本身含的水制備冷固結(jié)還原球團(tuán)并進(jìn)行直接還原焙燒，焙燒效率高。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

包括以下步驟：

(1)將鐵礬渣、還原煤和固硫劑混合壓制成鐵礬渣冷固結(jié)還原生球團(tuán)；

(2)將鐵礬渣冷固結(jié)還原生球團(tuán)干燥，完成鐵礬渣冷固結(jié)還原球團(tuán)的制備；

(3)將鐵礬渣冷固結(jié)還原球團(tuán)在1100～1250℃進(jìn)行直接還原焙燒，得到含鉛和鋅的煙塵，以及含鐵和硫的焙砂，完成鐵礬渣冷固結(jié)還原球團(tuán)回收鉛鋅鐵同步固硫。

進(jìn)一步地，步驟(1)的鐵礬渣中含水量為28％～40％。

進(jìn)一步地，步驟(1)中鐵礬渣、還原煤和固硫劑的質(zhì)量比為100：(20～25)：(25～30)。

進(jìn)一步地，步驟(1)中鐵礬渣、還原煤和固硫劑混合后，在12～15MPa壓制鐵礬渣冷固結(jié)還原生球團(tuán)。

進(jìn)一步地，步驟(1)中還原煤采用褐煤、焦煤或無(wú)煙煤；固硫劑為CaO或CaCO₃。

進(jìn)一步地，步驟(2)中的干燥是在100～200℃干燥30～10min。

進(jìn)一步地，步驟(3)中直接還原焙燒的時(shí)間為60～120min。

進(jìn)一步地，步驟(3)中鉛的揮發(fā)率達(dá)到96％以上，鋅的揮發(fā)率達(dá)到99％以上，固硫率達(dá)到93％～99％，鐵的金屬化率為82％～92％。

進(jìn)一步地，步驟(3)中含鐵和硫的焙砂采用磨礦-磁選方法分離獲得鐵精礦，硫以CaS和FeS的形式留在尾礦中。

進(jìn)一步地，采用二段磨礦-磁選方法回收焙砂中的金屬鐵，一段磨細(xì)度為-74μm占90％～96％，一段磁選的磁場(chǎng)強(qiáng)度為199～240kA/m；二段磨細(xì)度為-30μm占88％～94％，二段磁選的磁場(chǎng)強(qiáng)度為23～32kA/m。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

本發(fā)明針對(duì)濕法煉鋅所產(chǎn)的泥狀固體廢物-鐵礬渣高含水、高含硫、組成復(fù)雜等特點(diǎn)，發(fā)明了一種鐵礬渣冷固結(jié)還原球團(tuán)的制備及其回收鉛鋅鐵同步固硫的工藝方法，本發(fā)明方法直接利用鐵礬渣本身含的水制備冷固結(jié)還原球團(tuán)，通過(guò)干燥繼而直接還原過(guò)程實(shí)現(xiàn)鐵礬渣中鉛、鋅、鐵等有價(jià)金屬的高效還原并同步固硫，不僅避免了泥狀鐵礬渣脫水難的問(wèn)題，還避免了直接還原過(guò)程硫的排放，對(duì)環(huán)境和資源綜合利用均具有重要意義。本發(fā)明焙燒效果好，鉛、鋅揮發(fā)率分別達(dá)到96％、99％以上，固硫率達(dá)到93％～99％，鐵的金屬化率為82％～92％。本發(fā)明采用預(yù)先將含水鐵礬渣、固硫劑、還原煤制成冷固結(jié)還原球團(tuán)，再經(jīng)高溫焙燒使鐵礬渣中的鉛鋅鐵化合物直接還原并同步固硫，從煙塵中回收有價(jià)金屬鉛鋅，從焙砂中回收鐵的方法，不僅直接利用了鐵礬渣中難以脫除的水、固定了鐵礬渣中的硫，還可實(shí)現(xiàn)鐵礬渣中有價(jià)金屬的高效清潔利用。

進(jìn)一步地，本發(fā)明采用磨礦-磁選法能夠從焙砂中回收鐵，剩余的二次廢物(磁選尾礦)由于富含CaS、金屬鐵，能夠作為企業(yè)含重金屬?gòu)U水的處理材料。

【附圖說(shuō)明】

圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。

【具體實(shí)施方式】

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明鐵礬渣冷固結(jié)還原球團(tuán)制備及回收鉛鋅鐵同步固硫的工藝方法，包括以下步驟：

(1)鐵礬渣為泥狀、含水高難以脫水干化，含有鉛、鋅、鐵以及硫等元素，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1％～4％、4％～7％、22％～29％、7％～11％，組成鐵礬渣的主要物質(zhì)為含水的硫酸鹽類(lèi)和鐵酸鋅。

含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)28％～40％的鐵礬渣，無(wú)需進(jìn)一步脫水干燥即與還原煤、固硫劑按質(zhì)量比為100：(20～25)：(25～30)攪拌混合均勻，在12～15MPa制球，在100～200℃干燥30～10min得到鐵礬渣冷固結(jié)還原球團(tuán)，以鐵礬渣本身的水作為球團(tuán)制備的用水，不需要另外補(bǔ)充水。還原煤的主要作用：(a)鉛鋅鐵化合物的還原劑；(b)促進(jìn)硫的固定。固硫劑的主要作用：(a)中和鐵礬渣的酸性；(b)固定鐵礬渣中的硫；(c)避免直接還原過(guò)程硅酸鐵的生成；

(2)將鐵礬渣冷固結(jié)球團(tuán)在1100～1250℃進(jìn)行直接還原焙燒60～120min，在鉛、鋅、鐵直接還原的同時(shí)將鐵礬渣中的硫固定在焙砂中。鉛、鋅揮發(fā)率分別達(dá)到96％、99％以上，固硫率達(dá)到93％～99％，鐵的金屬化率為82％～92％。

(3)鉛、鋅揮發(fā)至煙塵中直接回收利用。鐵、硫在焙砂中，通過(guò)磨礦-磁選分離獲得鐵精礦，作為高爐煉鐵原料。硫以CaS、FeS形式留在尾礦中。采用兩段磨礦-磁選方法回收焙砂中的金屬鐵，一段、二段的磨細(xì)度分別為-74μm占90％～96％、-30μm占88％～94％，一段、二段的磁場(chǎng)強(qiáng)度分別為199～240kA/m、23～32kA/m。

(4)含硫、鐵尾礦作為含重金屬離子廢水的處理材料。

為更好地描述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖1用實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的方法作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

實(shí)施例1

鐵礬渣含Pb、Zn、Fe、S、H₂O分別為3.01％、6.95％、26.76％、10.16％、35％，在鐵礬渣、褐煤、CaO質(zhì)量比為100：25：27.5、成球壓力12MPa成球、150℃干燥10min、1250℃直接還原60min的條件下，Pb、Zn揮發(fā)率分別為96.97％和99.89％、固硫率為98.91％、鐵的金屬化率為91.97％。焙砂采用二段磨礦、二段磁選流程，在一段磨細(xì)度-74μm占95.97％、一段磁場(chǎng)強(qiáng)度199.04kA/m，二段磨細(xì)度-30μm占93.46％、二段磁場(chǎng)強(qiáng)度31.85kA/m最佳條件下，可獲得鐵品位、回收率分別為74.6％、59.66％的鐵精礦，鐵精礦含硫0.38％。尾礦含S、Fe分別為15.72％、25.35％。

實(shí)施例2

鐵礬渣含Pb、Zn、Fe、S、H₂O分別為3.01％、6.95％、26.76％、10.16％、30％，在鐵礬渣、褐煤、CaO質(zhì)量比為100：20：25、成球壓力15MPa成球、150℃干燥10min、1200℃直接還原120min的條件下，Pb、Zn揮發(fā)率分別為96.48％和99.88％、固硫率為93.29％、鐵的金屬化率為82.59％。焙砂采用二段磨礦、二段磁選流程，在一段磨細(xì)度-74μm占92.45％、一段磁場(chǎng)強(qiáng)度199.04kA/m，二段磨細(xì)度-30μm占93.53％、二段磁場(chǎng)強(qiáng)度31.85kA/m最佳條件下，可獲得鐵品位、回收率分別為72.0％、57.10％的鐵精礦，鐵精礦含硫0.36％。尾礦含S、Fe分別為18.13％、22.98％。

由實(shí)施例1和實(shí)施例2的直接還原步驟可知，還原煤用量增加，對(duì)Pb、Zn揮發(fā)率影響不大，但能夠明顯增加固硫率和鐵的金屬化率。

實(shí)施例3

鐵礬渣含Pb、Zn、Fe、S、H₂O分別為3.01％、6.95％、26.76％、10.16％、40％，在鐵礬渣、焦煤、CaO質(zhì)量比為100：25：27.5、成球壓力15MPa成球、150℃干燥10min、1250℃直接還原120min的條件下，Pb、Zn揮發(fā)率分別為96.87％和99.95％、固硫率為97.40％、鐵的金屬化率為91.63％。焙砂采用二段磨礦、二段磁選流程，在一段磨細(xì)度-74μm占90.35％、一段磁場(chǎng)強(qiáng)度199.04kA/m，二段磨細(xì)度-30μm占93.53％、二段磁場(chǎng)強(qiáng)度31.85kA/m最佳條件下，可獲得鐵品位、回收率分別為73.4％、60.50％的鐵精礦，鐵精礦含硫0.45％。尾礦含S、Fe分別為14.34％、23.64％。焦煤與褐煤一樣，其冷固結(jié)球團(tuán)直接還原也能高效清潔回收鐵礬渣中的鉛鋅鐵同步固硫。

實(shí)施例4

將焙燒溫度分別設(shè)定為1000℃、1100℃、1150℃、1200℃和1300℃，與實(shí)施例3的焙燒溫度1250℃進(jìn)行比較，其它條件相同，其測(cè)試結(jié)果表1所示。

表1還原溫度對(duì)直接還原效果的影響

可見(jiàn)，還原溫度對(duì)鉛、鋅揮發(fā)率和鐵的金屬化率具有重要影響，對(duì)硫的固定率影響不大。焙燒溫度1300℃，球團(tuán)發(fā)生燒結(jié)無(wú)法完成鐵礬渣中鉛鋅鐵的回收和同步固硫過(guò)程。隨著還原溫度的降低，鉛、鋅揮發(fā)率均逐漸降低，在還原溫度≤1100℃降幅逐漸增大。當(dāng)還原溫度≤1150℃，鉛揮發(fā)率<95.77％。當(dāng)還原溫度≤1100℃，鋅揮發(fā)率<99.73％。鋅比鉛容易還原，其揮發(fā)溫度低且揮發(fā)率高。在還原溫度≥1100℃，鉛鋅的揮發(fā)率均能達(dá)到93％以上。鐵的金屬化率隨著還原溫度的降低迅速減小，在還原溫度1200℃，鐵的金屬化率即降低到了82.82％。在還原溫度1100℃，鐵的金屬化率降低到了77.14％以下。硫的固定率隨則著還原溫度的降低略有升高但升幅很小，硫固定率大于97％，說(shuō)明固硫效果受還原溫度的影響不大。因此，綜合而言，直接還原溫度不應(yīng)低于1100℃，以1100℃～1250℃為好。

實(shí)施例5

鐵礬渣含Pb、Zn、Fe、S、H₂O分別為2.05％、7.0％、22.3％、9.8％、28％，在鐵礬渣、無(wú)煙煤、CaCO₃質(zhì)量比為100：22：30、成球壓力13MPa成球、100℃干燥30min、1200℃直接還原90min的條件下，Pb、Zn揮發(fā)率分別為97.01％和99.83％、固硫率為94.20％、鐵的金屬化率為85.62％。焙砂采用二段磨礦、二段磁選流程，在一段磨細(xì)度-74μm占91.02％、一段磁場(chǎng)強(qiáng)度240kA/m，二段磨細(xì)度-30μm占88％、二段磁場(chǎng)強(qiáng)度23kA/m最佳條件下，可獲得鐵品位、回收率分別為68.2％、63.45％的鐵精礦，鐵精礦含硫0.31％。尾礦含S、Fe分別為15.2％、22.03％。

實(shí)施例6

鐵礬渣含Pb、Zn、Fe、S、H₂O分別為3.95％、4.2％、28.3％、7.6％、35％，在鐵礬渣、無(wú)煙煤、CaCO₃質(zhì)量比為100：25：27.5、成球壓力14MPa成球、200℃干燥20min、1250℃直接還原90min的條件下，Pb、Zn揮發(fā)率分別為96.65％和99.87％、固硫率為95.4％、鐵的金屬化率為90.17％。焙砂采用二段磨礦、二段磁選流程，在一段磨細(xì)度-74μm占93.4％、一段磁場(chǎng)強(qiáng)度240kA/m，二段磨細(xì)度-30μm占94％、二段磁場(chǎng)強(qiáng)度32kA/m最佳條件下，可獲得鐵品位、回收率分別為75％、58％的鐵精礦，鐵精礦含硫0.4％。尾礦含S、Fe分別為18.92％、26％。

本發(fā)明方法的步驟包括：(1)直接利用鐵礬渣中的水將鐵礬渣、還原煤、固硫劑攪拌混勻預(yù)先制成冷固結(jié)還原球團(tuán)；(2)將冷固結(jié)球團(tuán)進(jìn)行高溫直接還原焙燒，使其中的鉛、鋅、鐵直接還原并同步固硫；(3)從煙塵中回收鉛、鋅，從焙砂中采用磨礦-磁選法回收鐵；(4)剩余二次廢物(磁選尾礦)由于富含CaS、金屬鐵，作為企業(yè)含重金屬?gòu)U水的處理材料。本發(fā)明針對(duì)鐵礬渣含水、含硫高，組成復(fù)雜，難以高效清潔利用的問(wèn)題，直接利用鐵礬渣中的水制備冷固結(jié)還原球團(tuán)，在直接還原過(guò)程同時(shí)實(shí)現(xiàn)鐵礬渣中鉛、鋅、鐵等有價(jià)金屬的高效還原并同步固硫，不僅避免了泥狀鐵礬渣脫水難的問(wèn)題，還避免了直接還原過(guò)程硫的排放，對(duì)環(huán)境和資源綜合利用均具有重要意義。