一種含砷富鐵渣中揮發(fā)脫砷的方法
【專利摘要】本發(fā)明一種含砷富鐵渣中揮發(fā)脫砷的方法，屬于含砷鐵渣礦的利用領(lǐng)域。富鐵渣配入4%～8%的焦炭粉，溫度750℃～950℃，在通入水蒸氣與空氣的混合氣體的條件下，使鐵礦中的砷揮發(fā)?？梢詫⒏昏F渣中的砷由0.4%～1.4%降至0.08%以下，實(shí)現(xiàn)了鐵礦石脫砷。氣相中砷以三硫化二砷存在的氣體，經(jīng)過(guò)分段冷卻、收塵，在450℃～750℃段收塵器收集得到的塵(成分與原含砷的富鐵渣相近)返回配料，在低于450℃段收塵器收集可得到硫化砷半產(chǎn)品。該方法流程短，設(shè)備簡(jiǎn)單，節(jié)能環(huán)保，易操作，成本低，處理效率高，礦物中砷的揮發(fā)率高。
【專利說(shuō)明】一種含砷富鐵渣中揮發(fā)脫砷的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種含砷富鐵渣中揮發(fā)脫砷的方法，具體涉及從濕法煉鋅渣磁選得到的含砷富鐵渣和火法煉銅的爐渣經(jīng)磁選后所得的含砷富鐵渣，屬于含砷鐵渣礦的利用領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]富鐵渣指冶煉過(guò)程中產(chǎn)出的含鐵高于50%、含硫1.0~9.0%的物料。富鐵渣廣泛來(lái)源于有色金屬冶煉過(guò)程。例如，鋅的濕法冶金過(guò)程和銅的火法冶金過(guò)程都大量產(chǎn)出富鐵渣。在濕法煉鋅過(guò)程中，浸出產(chǎn)出大量的含鐵浸出渣。浸出渣經(jīng)回轉(zhuǎn)窯還原揮發(fā)回收Z(yǔ)n、Pb、Cd、In、Ge、Ga等有價(jià)金屬后，鐵因不揮發(fā)而留在燒渣中，得到了有效的富集，再經(jīng)磁選后，含鐵55%以上，得到富鐵渣。在火法煉銅過(guò)程中，銅礦中的鐵大部分進(jìn)入爐渣，爐渣經(jīng)磁選后得到鐵含量較高的富鐵渣。
[0003]我國(guó)的煉鋅和煉銅廠每年要生產(chǎn)出2000萬(wàn)噸以上的含鐵煉渣，以往產(chǎn)出堆積的含鐵煉渣超過(guò)10億噸。經(jīng)過(guò)選礦可以產(chǎn)出含鐵55%以上的富鐵渣。就鐵的品位而言已達(dá)到煉鐵的要求，但由于其還含有較高的砷(0.4~1.4%)，故不能作為直接煉鐵的原料，如果長(zhǎng)期堆放室外，不加以回收利用，既造成資源浪費(fèi)，也造成環(huán)境污染。因此，從富鐵渣中除去并回收砷，使富鐵渣符合煉鐵的要求，具有重要的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。
[0004]砷作為鋼材中的有害元素，對(duì)鋼材性能產(chǎn)生一系列不良影響。例如，含砷鋼在正常軋制的工藝條件下，即氧化氣氛中長(zhǎng)時(shí)間的高溫加熱，會(huì)出現(xiàn)表面富集層，造成熱加工表面龜裂。它在鋼中偏析 嚴(yán)重，促進(jìn)鋼材帶狀組織的發(fā)展，降低鋼的沖擊韌性，易使鋼在熱加工過(guò)程中開裂。此外，砷及其化合物大都為劇毒物質(zhì)，對(duì)含砷礦物的處理會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。進(jìn)行含砷礦物脫砷研究，對(duì)于降低砷在冶煉系統(tǒng)中的危害，實(shí)現(xiàn)含砷礦產(chǎn)資源的綜合利用有著十分重要的意義。
[0005]目前對(duì)含砷富鐵渣的處理，主要的方法有兩類:一類是火法，即用氧化焙燒、還原焙燒和真空焙燒等進(jìn)行處理，使得渣中的砷以三氧化二砷的形式回收；另一類是濕法，即采用酸浸、堿浸或鹽浸等方法進(jìn)行處理，先把砷從渣中分離出來(lái)，再進(jìn)一步回收砷或進(jìn)行無(wú)害化處理。
[0006]在這些處理方法中。氧化焙燒火法處理不能把砷含量降至0.1%以下，且三氧化二砷極易造成環(huán)境的二次污染和安全問(wèn)題。火法處理過(guò)程中，成本低，處理量大，但三氧化二砷極易造成環(huán)境的二次污染和安全問(wèn)題。濕法不產(chǎn)生粉塵，能滿足環(huán)境要求，具有能耗低、污染少、效率高等優(yōu)點(diǎn)，但流程較復(fù)雜，處理成本相對(duì)較高。
[0007]針對(duì)有色金屬冶煉過(guò)程中普遍存在產(chǎn)出含砷的富鐵渣的問(wèn)題，本發(fā)明提出以水蒸氣或“水蒸氣+空氣”為載氣揮發(fā)脫砷的方法，實(shí)現(xiàn)從有色金屬冶煉過(guò)程中產(chǎn)出含砷的富鐵渣脫砷。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]基于以上背景，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N含砷富鐵渣中揮發(fā)脫砷的方法，該方法流程短，設(shè)備簡(jiǎn)單，節(jié)能環(huán)保，易操作，成本低，處理效率高，礦物中砷的揮發(fā)率高。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案是:富鐵渣配入4%~8%的焦炭粉，溫度750°C~950°C，在通水蒸氣的條件下，使鐵礦中的砷揮發(fā)。可以將富鐵渣中的砷由0.4%~1.4%降至0.08%以下，實(shí)現(xiàn)了鐵礦石脫砷。氣相中砷以三硫化二砷存在的氣體，經(jīng)過(guò)分段冷卻、收塵，在450°C~750°C段收塵器收集得到的塵(成分與原含砷的富鐵渣相近)返回配料，在低于450°C段收塵器收集可得到硫化砷半產(chǎn)品。具體步驟包括:
(O將含砷富鐵渣和其質(zhì)量百分比4~8%的焦炭研磨混合，然后將混合料在溫度750~950°C的條件下反應(yīng)2~5小時(shí)，反應(yīng)過(guò)程中不斷翻動(dòng)混合料，并通入流動(dòng)的載氣用于驅(qū)趕產(chǎn)生的氣體；以動(dòng)態(tài)的形式驅(qū)趕富鐵渣表面揮發(fā)出來(lái)的As4S6及元素硫蒸氣分子。反應(yīng)完全后，富鐵渣中的砷可降至0.08%以下；
(2)將上述反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的氣體首先在過(guò)450°C~750°C的溫度條件下收塵，得到的沉降物返回步驟(1)中作為含砷富鐵渣使用，最后將剩余氣體在低于450°C的溫度條件下收塵即得到粗硫化砷產(chǎn)品。
[0010]所述含砷富鐵洛的具體成分及百分比范圍:Fe 55~65wt%, Zn 0.1~1.6wt%, As
0.4 ~1.4 wt%, S 1.0 ~9.0wt%。
[0011]所述富鐵渣和焦炭的磨礦粒度為160目以下。
[0012]所述載氣為水蒸氣與空氣的體積比為1: O~I的混合氣體，載氣的流速為
0.20~0.80m/s。氣體流速低于0.20m/s,脫砷的反應(yīng)時(shí)間超過(guò)5小時(shí)也難于使最終鐵礦含砷降至0.08%以下； 氣體流速為高于0.80m/s，后續(xù)步驟(2)中兩段收塵器難分隔，在低于450°C段收塵器收集得到的硫化砷產(chǎn)品質(zhì)量低劣。
[0013]所述步驟(2)最終得到有水蒸氣的尾氣經(jīng)過(guò)弱氧化室后氣相組成達(dá)到國(guó)家GB9078-1996排放標(biāo)準(zhǔn)，可直接排空。氣相中少量的H2S被氧化為元素硫，之后氣相組成:As<0.lmg/M3，S〈l.0mg/M3，可直接排空。弱氧化室所用氧化劑為空氣、過(guò)氧化氫、赤鐵礦或硫酸鐵。
[0014]本發(fā)明的原理:含砷富鐵渣中，主要存在的砷物相有:金屬與砷的化合物，硫化砷及砷酸鹽。硫化砷的沸點(diǎn)較低，極易揮發(fā)。砷與其它元素結(jié)合生成難揮發(fā)的金屬間化合物。在有炭存在和有水蒸氣的氣流中，砷的金屬間化合物分解，生成極易揮發(fā)的硫化砷。砷酸鹽在氧化氣氛中比較穩(wěn)定，但在弱還原氣氛中發(fā)生如下反應(yīng):
nM0As205 + C = nMO + As203 ? + C02 ?
反應(yīng)產(chǎn)出的As203在有炭和硫存在的條件下易被炭還原成硫化砷As2S3，以硫化砷揮發(fā)脫除。例如，砷酸鐵是一種熱穩(wěn)定性很高的化合物，在空氣中1000°C才開始分解，在有炭、硫和水蒸氣存在的條件下700°C開始分解反應(yīng)。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:
(I)除砷效果好:富鐵渣中游離的元素砷和硫化砷在高溫下可直接揮發(fā)，其他形態(tài)的砷化合物在高溫下分解，分解出來(lái)的砷與硫結(jié)合形成硫化砷，硫化砷同載氣一起排出反應(yīng)設(shè)備。本發(fā)明富鐵渣中的砷可降至0.08%以下。砷揮發(fā)率能達(dá)到83、3%。使富鐵渣符合煉鐵配礦的要求。
[0016](2)回收成本低:水蒸汽高溫?fù)]發(fā)除砷不需要消耗任何的化學(xué)試劑，水蒸氣冷凝后，可直接返回水蒸氣生成階段循環(huán)使用，從原材料消耗上大幅度降低了回收成本。
[0017](3)環(huán)境友好性:反應(yīng)過(guò)程中砷以硫化砷產(chǎn)品開路，解決了含砷渣堆積難以利用的問(wèn)題。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0019]實(shí)施方式一:本實(shí)施方式的含砷富鐵洛中揮發(fā)脫砷的方法為:
(1)將含砷富鐵渣(Fe55.57wt%, Zn 1.0 wt%, As 1.03 wt%, S 9.0wt%)和其質(zhì)量百分比6%的焦炭研磨至粒度為160目以下后混合，然后將混合料在溫度850°C的條件下反應(yīng)2小時(shí)，反應(yīng)過(guò)程中每隔5min轉(zhuǎn)動(dòng)一次料面，并通入流動(dòng)的水蒸氣(流速為0.4m/s)用于驅(qū)趕產(chǎn)生的氣體；
(2)將上述反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的氣體在兩段收塵爐中收塵，首先在750°C的溫度條件下收塵，得到的沉降物返回步驟(1)中作為含砷富鐵渣使用，然后將剩余氣體在300°C的溫度條件下收塵即得到粗硫化砷產(chǎn)品。富鐵渣中砷降至0.073%，砷脫除率為92.20%。
[0020]實(shí)施方式二:本實(shí)施方式的含砷富鐵渣中揮發(fā)脫砷的方法為:
(1)將含砷富鐵渣(Fe55wt%, Zn 0.1 wt%,As 0.4 wt%, S 1.wt%)和其質(zhì)量百分比4%的焦炭研磨至粒度為160目以下后混合，然后將混合料在溫度950°C的條件下反應(yīng)3小時(shí)，反應(yīng)過(guò)程中不斷翻動(dòng)混合料，并通入流動(dòng)的載氣(水蒸氣和空氣的體積比為1:1，載氣的流速為0.80m/s)用于驅(qū)趕 產(chǎn)生的氣體；
(2)將上述反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的氣體首先在過(guò)450°C的溫度條件下收塵，得到的沉降物返回步驟(1)中作為含砷富鐵渣使用，然后將剩余氣體在200°C的溫度條件下收塵即得到粗硫化砷產(chǎn)品。富鐵渣中砷降至0.061%，砷脫除率為83.92%。
[0021]實(shí)施方式三:本實(shí)施方式的含砷富鐵渣中揮發(fā)脫砷的方法為:
(1)將含砷富鐵渣(Fe65wt%，As 1.6 wt%，S 2.47wt%)和其質(zhì)量百分比8%的焦炭研磨至粒度為160目以下后混合，然后將混合料在溫度750°C的條件下反應(yīng)5小時(shí)，反應(yīng)過(guò)程中不斷翻動(dòng)混合料，并通入流動(dòng)的載氣(水蒸氣和空氣體積比為1:0.6，載氣的流速為0.20m/s)用于驅(qū)趕產(chǎn)生的氣體；
(2)將上述反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的氣體首先在過(guò)680°C的溫度條件下收塵，得到的沉降物返回步驟(1)中作為含砷富鐵渣使用，然后將剩余氣體在420°C的溫度條件下收塵即得到粗硫化砷產(chǎn)品。富鐵渣中砷降至0.078%，砷脫除率為94.13%。
[0022]實(shí)施方式四:本實(shí)施方式所處理的物料為實(shí)施例1成分的富鐵渣。為了得到一定量的收集塵，進(jìn)行了不同焙燒技術(shù)條件下的三次試驗(yàn):
(I)將富鐵渣和焦炭分別磨細(xì)至-200目，稱取50g富鐵渣和2.0g焦炭粉混合均勻后放入管式爐內(nèi)，接通電源升溫，當(dāng)溫度升到750°C時(shí)調(diào)節(jié)電壓使溫度恒定在750°C恒溫反應(yīng)5小時(shí)。反應(yīng)過(guò)程中向體系中通入流速為0.20m/s的水蒸氣，料管轉(zhuǎn)速0.lr/min，反應(yīng)后得燒渣53.5g。富鐵渣中砷降至0.064%，砷脫除率為93.35%。
[0023](2)將富鐵渣和焦炭分別磨細(xì)至-160目，稱取50g富鐵渣和4.0g焦炭粉混合均勻后放入微型回轉(zhuǎn)窯內(nèi)，接通電源升溫，當(dāng)溫度升到850°C時(shí)調(diào)節(jié)電壓使溫度恒定在850°C反應(yīng)2小時(shí)。向反應(yīng)體系中通入流速為0.80m/s的水蒸氣，料管轉(zhuǎn)速0.2r/min,反應(yīng)后得燒渣53g。富鐵渣中砷降至0.065%，砷脫除率為93.31%。
[0024](3)將富鐵渣和焦炭分別磨細(xì)至-160目，稱取50g富鐵渣和5g焦炭粉混合均勻后放入微型回轉(zhuǎn)窯內(nèi)，接通電源升溫，當(dāng)溫度升到950°C時(shí)調(diào)節(jié)電壓使溫度恒定在950°C反應(yīng)2小時(shí)。向反應(yīng)體系中通入流速為0.60m/s的水蒸氣，料管轉(zhuǎn)速0.4r/min,反應(yīng)后得燒渣52.3g。富鐵渣中砷降至0.062%，砷脫除率為93.37%。
[0025]這三次試驗(yàn)的煙氣在低于450°C段收塵器收集，得到5.5g集塵，為含砷23.8%的硫化砷半產(chǎn)品。從收塵器收集出來(lái)的尾氣通入硫酸鐵的氧化室，之后氣相組成:As〈0.1mg/M3，S<1.0mg/M3，按照GB 9078-1996標(biāo)準(zhǔn)可直接排空。
[0026]以上對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作了詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化 。
【權(quán)利要求】
1.一種含砷富鐵渣中揮發(fā)脫砷的方法，其特征在于具體步驟包括: (O將含砷富鐵渣和其質(zhì)量百分比4~8%的焦炭研磨混合，然后將混合料在溫度750~950°C的條件下反應(yīng)2~5小時(shí)，反應(yīng)過(guò)程中不斷翻動(dòng)混合料，并通入流動(dòng)的載氣用于驅(qū)趕產(chǎn)生的氣體； (2)將上述反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的氣體首先在過(guò)450°C~750°C的溫度條件下收塵，得到的沉降物返回步驟(1)中作為含砷富鐵渣使用，最后將剩余氣體在低于450°C的溫度條件下收塵即得到粗硫化砷產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含砷富鐵渣中揮發(fā)脫砷的方法，其特征在于:所述含砷富鐵禮:的具體成分及百分比范圍:Fe 55~65wt%, Zn 0.1~1.6wt%, As 0.4~1.4 wt%, S1.0 ~9.0wt%o
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含砷富鐵渣中揮發(fā)脫砷的方法，其特征在于:所述富鐵渣和焦炭的磨礦粒度為160目以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含砷富鐵渣中揮發(fā)脫砷的方法，其特征在于:所述載氣為水蒸氣和空氣的體積比為1 : O~I，載氣的流速為0.20~0.80m/s。
【文檔編號(hào)】C22B30/04GK103820587SQ201310665663
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月11日
【發(fā)明者】朱云, 施哲, 陳國(guó)蘭, 黃幫福, 沈慶峰 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)