两段硫酸化焙烧法分离冶金废渣中铁锰研究VIP

第36卷第5期 2014年肃冶金 6 02014 文章编号：16724461(2014)05005004 两段硫酸化焙烧法分离冶金废渣中铁锰研究 魏晓玲 ，吴斌 (1白银矿冶职业技术学院，甘肃白银730900；2西北矿冶研究院，甘肃白银730900) 摘要：研究了两段硫酸化焙烧一水浸出工艺分离冶金废渣中的铁锰，分析了硫酸浓度及用量、第一段焙烧时问及 温度、第二段焙烧时问及温度、烧结块水浸出温度等工艺因素对铁锰分离效果的影响。采用的50硫酸与冶金废 渣混合，在200焙烧60 烧120 结块在70水浴浸出120 液中铁锰 质量比达到3209，比原废渣中的锰铁质量比提高近4460倍，锰铁分离效果良好，铁浸出率仅为O01。 关键词：冶金废渣；两段硫酸化焙烧；铁锰分离 中图分类号： 文献标识码：A 130900，30900 of by of as of of of of on of 0of 20he 0005020 he 0 oC 20he of in 209，up 460 of t ot nd of 0l of 引言 自2002年以来，在国内需求快速增长的刺激 下，中国粗钢产量逐年递增，2013年达到782亿吨， 超过全球总产量的50以上，近年来我国虽陆续发 现多处大型铁矿，但这些铁矿由于品位和埋深等问 题的影响，能直接开发利用的少，短期内无法解决国 内铁资源的供需矛盾，扭转铁矿进口的被动局 面j。锰系铁合金及锰的各种化合物是当今现代 工业发展中应用最广泛的材料之一，而中国是世界 最大的锰系合金生产国，也是世界上电池生产量最 大的国家，然而中国锰资源储量虽占全球第6位，但 由于锰资源“贫、薄、杂、细”等特点，使得我国一半 以上的资源需求依赖国外进口。因此，二次资源 的利用对铁、锰工业相当重要。 铁、锰均在不同氧化还原环境中呈多种价态，因 此在自然界中铁锰矿物无所不在，其中铁与氧、硫具 有很强的亲和力，而锰与氧的亲和力远远超过硫。因 此在大多数金属矿中都含有锰、铁元素。经冶炼提取 其中的主要金属后，矿中的铁锰大多进入冶炼三废 中，特别是不少冶炼废渣中的锰铁含量都达到了较高 的水平。为达到资源循环综合利用以及缓解资源压 力的目的，从冶炼废渣中回收铁和锰制备锰铁化工产 品，也成为铁锰冶金中的重要课题，而由于铁锰及其 化合物的性质在铁、锰回收工艺中锰、铁的分离将是 关键。不少冶金工作者开展了锰、铁的分离的研究工 作 J，本文作者采用两段硫酸化焙烧法处理含铁锰 的冶炼废渣，从而实现铁锰的分离与回收。 J L1626 第5期 魏晓玲，等：两段硫酸化焙烧法分离冶金废渣中铁锰研究 51 22实验过程 将废渣与适量的5090硫酸溶液在瓷坩锅 中混合均匀为黑色的糊状物，瓷坩锅置于马弗炉中， 炉温控制在180280 烧30150 后升 温至600800(，焙烧60180 得的焙烧料 在电热恒温水浴锅中2595搅拌浸出2 h，过滤 后，采用分光光度法分析浸出液中锰和铁的含量。 23实验结果及讨论 本实验以浸出液中铁与锰的质量比e)： n)考察工艺条件对铁锰分离效果的影响。 231 两段焙烧产物的物相分析 采用产物和高温焙烧产物的水浸出渣，结果分别见图 1及图2。 山 2 0 图1低温硫酸化焙烧产物2高温焙烧产物水浸出渣图1可见，低温硫酸化焙烧使原料中的铁、锰 氧化物转化为硫酸盐，杂质而硅以态存在。由图2可见，高温焙 烧产物经水浸出后的渣中主要成分为 及由此可知，低温焙烧形成的硫酸铁在高温 焙烧阶段分解为，而硫酸锰的分解温度为850 ，因此，当二段焙烧温度在600800范围内时， 硫酸锰不分解，而硫酸铁分解产生氧化物，从而可在 后续的浸出中实现铁锰的分离。 232硫酸用量及浓度对铁锰分离效果的影响 硫酸用量及浓度对铁锰分离效果的影响见图3 及图4 蚓 S 廿 弭 噬 蟠 廿 楚 _4 15 16 17 18 硫酸用量理论用量的倍数 图3硫酸用量对铁锰分离效果的影响 40 50 60 70 80 硫酸浓度 图4硫酸浓度对铁锰分离效果的影响 露一E- 巍鹏 自 U 土 婚 ： o 52 甘肃冶金 第36卷 从图3和图4中的数据可看出，硫酸用量和浓 度对铁锰分离效果有较大的影响。增大硫酸用量有 利于铁锰分离，在硫酸用量为理论用量18倍时铁 锰分离效果可达到最大，且锰的浸出率也达到最大。 硫酸浓度的增大则不利于铁锰分离，但硫酸浓度增 大有利于锰的浸出。 综合考虑铁锰的分离效果和铁锰的浸出率，实 验中采用50硫酸，用量为理论用量的18倍。 233第一段焙烧时间及温度对铁锰分离效果的 影响 第一段焙烧时间及温度对铁锰分离效果的影响 见图5及图6。 可 妲 导 著 0 20 40 60 80 1 20 第 段焙烧时 5 第一段焙烧时间对铁锰分离效果的影响 1 80 220 240 260 280 第 段焙烧温度 图6第一段焙烧温度对铁锰分离效果的影响 从图5和图6可以看出第一段焙烧时间延长及 温度的升高有利于铁锰的分离。焙烧温度到达200 后浸出液中的锰铁质量比随温度升高而增大的趋 势减弱，这是因为温度越高反应速率越快，在一定时 间里铁锰的氧化物与硫酸反应也越完全，而焙烧时 间超过60 而增大的趋势减弱，其原因在于一定的时间内铁 锰的氧化物与硫酸反应基本完成，继续升高温度和 延长时间是没有必要的。 综合考虑铁锰的分离效果和铁锰的浸出率，实 验中采用第一段焙烧温度为200，焙烧时间为60 34第二段焙烧时间及温度对铁锰分离效果的 影响 第二段焙烧时问及温度对铁锰分离效果的影响 见图7及图8。 匠醴 号 茁 吲蕊 姻 导 亏j 60 80 1 0O 1 2O 1 40 1 60 1 80 第二段焙烧时问7第二段焙烧时间对铁锰分离效果的影响 600 650 700 750 800 第 二段焙烧温度 图8第二段焙烧温度对铁锰分离效果的影响 由图7可见，第二段焙烧时间达到120 铁锰的分离效果达到最佳。这是因为焙烧时问过 短，分解会不完全，但是焙烧时间过长可能导致硫酸 锰的分解，也会增加能耗，图7表明焙烧时间达到 120 从图8可以看出，铁锰的分离效果随第二段焙 烧温度升高而增大，温度达到800时可达到最佳 分离效果。焙烧温度过低硫酸铁分解不完全或不分 解，温度过高硫酸锰会分解，对分解设备的要求也会 增加，而温度大于700以后有一部分硫酸锰开始 分解。 综合考虑铁锰的分离效果和铁锰的浸出率，实 验中采用第二段焙烧温度为750 烧时间为 曼 6Y；J 蹦懈 胸蚋蛳娥 0 8 6 5 3 2 0 廿鬃习 第5期 魏晓玲，等：两段硫酸化焙烧法分离冶金废渣中铁锰研究 53 120 2_35浸出温度对铁锰分离效果的影响 浸出温度对铁锰分离效果的影响见图9。 6 6 曲 s s 4 4 50 60 70 80 90 1 00 浸出温度， 图9浸出温度对铁锰分离效果的影响 由图9可知，当浸出温度达到70时铁锰可以 得到较好的分离效果。根据硫酸锰在水中的溶解度 曲线，温度为70时100 g，95时溶解度降至40 此实验条件下焙 烧料中硫酸锰在溶液中的浸出不受其溶解度影响。 综合考虑铁锰的分离效果和铁锰的浸出率，实验中 采用水浸出温度为70。 236优化实验 综合各因素的影响，确定两段焙烧分离铁锰的 最佳条件为：分析滤液中的铁锰含量，得到的结果见 表2 表2优化实验结果 3 结语 (1)研究了两段硫酸化焙烧一水浸出工艺分离冶 金废渣中的铁锰。研究表明，工艺过程中硫酸浓度 及用量、第一段焙烧时间及温度、第二段焙烧时间及 温度、浸出温度对铁锰分离效果有较大影响。 (2)在硫酸浓度50、硫酸用量为理论量的18 倍、第一段焙烧时间为60 烧温度为200 第二段焙烧时间为120 烧温度为800 浸出温度为70 出液中锰铁质量比可 达3209，比原废渣中的锰铁质量比提高近4460倍， 该工艺对渣中的铁锰具有很好的分离效果。 参考文献： 1 张承帅，李莉，李厚民世界铁资源利用现状评述 J资源与产业，2011(13)：3443 2 徐昱，王建平，吴景荣，等我国锰资源存在的问题 及可持续开发对策J矿业研究与开发，2013(3) 3 王成彦，王含渊，江培海，等研究J有色金属(冶炼部分)，2006(5)：24郑雅杰，彭映林，乐红春，等酸性矿山废水中锌铁锰 的分离及回收J中南大学学报(自然科学版)，2011，42 (7)：18581864 5 王艳，周春山含钻废渣硫酸化焙砂浸出液中钴、 铁、锰分离研究J化学世界，2001(6)：289305 6 原金海富