用高砷硫铁矿精矿生产铁精矿的方法

摘要

一种用高砷硫铁矿精矿生产铁精矿的方法，包括将含砷硫精矿作为沸腾炉的原料，空气过剩系数控制在0.7－0.9，温度控制在850℃－1000℃高温焙烧脱砷，烟气经过除尘后进入净化系统，在净化系统中，砷和单质硫被冷凝回收形成富砷硫渣，净化后的烟气制硫酸，烧渣为高硫低砷渣。该烧渣与低砷高品位硫精矿混合，形成含硫24％－30％的混合料作为沸腾炉的原料，空气过剩系数控制在1.15－1.25，温度控制在900℃－1000℃高温焙烧，烟气经除尘净化制硫酸，烧渣成为合格的铁精矿。该工艺只是改变常规硫铁矿制酸系统的工艺参数，就能实现高砷硫精矿的脱砷，获得合格的铁精矿，高砷硫精矿中的铁资源得到高效利用。

说明书

一、技术领域：

本发明涉及一种用高砷硫铁矿精矿生产铁精矿的方法，属于化工冶金技术领域。

二、背景技术：

工业的进步和发展，对矿产资源的依赖程度越来越高，但矿产资源是不可再生的，所以，有效利用已有的矿产资源是当今社会发展的重要课题。

硫铁矿由铁和硫组成，在现有技术经济条件下，可有效利用的只是其中的硫，而其中的铁在利用硫的同时，成为固体废弃物污染环境，所以，硫铁矿归类于硫矿资源，而不属于铁矿资源一类。我国硫铁矿资源保有储量巨大，在利用硫铁矿中硫的同时，如能采用新的工艺及技术，综合利用其中的铁资源，将增加我国的保有铁矿资源，具有好的经济和社会效益。

硫铁矿烧制硫酸是应用上百年的成熟技术，产生的烧渣是含Fe₂O₃和Fe₃O₄的混合物料，Fe₂O₃和Fe₃O₄是炼铁的原料，然而目前使用硫铁矿品位低，脉石含量高，粒度粗，产生的烧渣含铁品位低，燃烧不完全导致烧渣含硫高，特别是含砷高的硫铁矿为原料时，产生的烧渣含砷远大于0.1％，不能作为合格的炼铁原料。

公知的硫酸烧渣提取铁精矿技术，是对常规的硫铁矿烧渣进行磁选、重选、浮选处理，获得含铁55％-60％，含硫小于0.4％的铁精矿，由于常规的硫铁矿烧渣含铁只有35％-55％，含硫在1％-2％，可选性差，铁的回收率只有50％-60％，资源利用率低，流程复杂，处理成本高，经济效益和环境效益差。对于含砷硫铁矿，所得到的烧渣经选铁处理，尽管一定程度地提高了铁品位，降低了硫含量，但含砷问题无法解决，产品仍不能用作炼铁原料。

公知的利用硫铁矿烧渣制铁红、混凝剂等只能利用少量的硫铁矿烧渣，而硫铁矿烧渣制水泥技术远远没有发挥硫铁矿中大量铁资源的效益。对于含砷高的烧渣，这样的用途也受到限制。

申请号为200610037078.6名称为“用硫铁矿生产铁精矿的方法及其装置”中公开的是经沸腾炉排出的烧渣返回原料混合系统，与硫铁矿原料混合，使高品位的硫铁矿含硫品位降低至35％-41％，烧得的烧渣铁品位达到63％以上，从而使渣作为铁精矿使用。但如果硫铁矿原料本身含硫品位就低，而且含砷高的话，所得的烧渣含铁也低，含砷高，是不能作为铁精矿的。

申请号为200410065946.2，名称为“高含砷硫铁矿综合利用砷硫元素的方法”中公开的是将含硫28％-42％的高含砷硫铁矿加入还原炉内进行缺氧焙烧，使其中的砷以As₂O₃形式挥发进入烟气，然后从烟气中回收砷，剩下的渣含硫4％-8％，再用氧化炉进行氧化焙烧，生成的烟气制硫酸。该方法使用的原料含硫低，得到的烧渣含铁品位低，不能作为铁精矿使用，且对于含砷高达4％-8％的原料，脱砷率即使达到95％，烧渣含砷也在0.4％左右，这种含铁低，含砷0.4％的烧渣，不能作为铁精矿使用。

本申请人在专利号为ZL200410079527.4，名称为“高铁低硫型硫铁矿烧渣的生产方法”中没有涉及到高砷硫铁矿原料，工艺中没有除砷的手段，所以对于高砷硫铁矿精矿，采用该方法也不能得到含砷合格的铁精矿。

瑞典波立登(Boliden)公司的缺氧磁化焙烧技术用于硫砷金精矿的处理，得到的含金烧渣用于提金，该烧渣含硫含砷均不能达到铁精矿的要求。

BASF两段流化床焙烧含砷黄铁矿，第一段使黄铁矿中的一个硫挥发，同时砷也挥发，得到的渣为硫化亚铁，第二段对该硫化亚铁进行氧化焙烧获得三氧化二铁。对于含砷磁黄铁矿，第一段的反应不成立，所以这一方法不完全适用。流化床焙烧黄铁矿，烧渣含硫要达到0.4％以下是比较困难的，所以烧渣也不能作为铁精矿使用。

基于以上技术状况，目前大量的含砷硫铁矿资源只能提取硫酸，其中的铁以含砷烧渣的形式堆存，环境污染严重，如能采用一种先进的工艺和方法，在硫酸生产过程中使烧渣含铁、含硫、含砷均能达到炼铁的技术要求，成为铁精矿，这将产生良好的经济效益和环境效益。

三、发明内容：

本发明的目的就是针对大量的高砷硫铁矿资源，提供一种在利用硫铁矿中硫元素的同时，充分脱出有害杂质砷，使烧渣成为铁精矿，综合利用其中的铁资源的生产方法。

本发明通过以下技术方案来实现：

1、高硫低砷渣的生产：

含砷质量百分含量为0.5％-3％，含硫和铁质量百分含量合计大于90％，粒度小于0.074mm占质量百分含量大于20％的高砷硫铁矿精矿作为硫铁矿制酸沸腾炉的原料，在沸腾炉中沸腾焙烧，空气过剩系数控制在0.7-0.9，焙烧温度850℃-1000℃，焙烧强度6吨-10吨/平方米·日，焙烧烟气温度800℃-950℃，产出烟气和炉渣。该烟气经过硫铁矿制酸烟气的重力沉降、旋风除尘和电除尘后产出烟气和含尘量小于0.2克/立方米的炉尘，烟气温度降至400℃-450℃，进入硫铁矿制酸的冷却、净化系统，在该系统中砷和硫冷凝回收形成富砷硫渣，净化后的烟气经两转两吸工艺制硫酸。沸腾炉炉渣、重力沉降室、旋风除尘器和电除尘器中的尘混合得到高硫低砷渣。

2、低砷低硫高铁渣的生产

将上一工段得到的高硫低砷渣与含铁和硫质量百分含量合计大于90％，含砷质量百分含量小于0.1％，粒度小于0.074mm的占质量百分含量大于20％的硫精矿混合，使混合料含硫品位保持在质量百分含量24-30％，该混合料作为硫铁矿制酸沸腾炉的原料，在沸腾炉中进行沸腾焙烧，空气过剩系数控制在1.15-1.25，焙烧温度控制在900-1000℃，焙烧强度8吨-15吨/平方米·日，焙烧烟气温度800℃-950℃，产出烟气和炉渣。该烟气经过硫铁矿制酸烟气的重力沉降、旋风除尘和电除尘后，产出含尘量小于0.2克/立方米炉尘，烟气温度降至400℃-450℃，进入硫铁矿制酸的冷却、净化系统，在该系统中，砷、硫冷凝回收形成含砷渣，净化后的烟气经两转两吸工艺制硫酸。沸腾炉炉渣、重力沉降室、旋风除尘器和电除尘器中的渣混合得到含砷质量百分含量小于或等于0.1％，含硫质量百分含量小于0.4％，含铁质量百分含量大于60％的低砷低硫高铁渣，这种渣就成为本发明产品铁精矿。

本发明的技术原理：

1、高硫低砷渣生产的技术原理

高砷硫铁矿精矿的主要矿物为黄铁矿、磁黄铁矿、毒砂、砷硫化物及少量的脉石矿物，在沸腾炉中沸腾焙烧，当空气过剩系数在0.7-0.9时，发生的化学反应如下：

2FeS₂＝2FeS+S₂

3FeS+5O₂＝Fe₃O₄+3SO₂

S₂+2O₂＝2SO₂

4FeAsS＝4FeS+As₄

As₄+3O₂＝2As₂O₃

烟气中存在炉尘、三氧化二砷、单质砷、二氧化硫、单质硫等组分，由于砷比硫更容易氧化，所以在缺氧条件下，脱砷率将大于90％，只有少量的砷过氧化后形成五氧化二砷，并与过氧化形成的三氧化二铁生成难挥发的砷酸铁留于渣中，故渣中还有少量的砷。

2、低砷低硫高铁渣生产的技术原理

用高硫硫铁矿精矿与获得的高硫低砷渣混合，使混合料含硫质量百分含量达到24％-30％，其目的是使物料在沸腾炉中过氧焙烧时，获得900℃-1000℃的高温，也便较好地脱除硫，同时脱除部分砷，发生的化学反应如下：

2FeS₂＝2FeS+S₂

3FeS+5O₂＝Fe₃O₄+3SO₂

4FeS+7O₂＝2Fe₂O₃+4SO₂

S₂+2O₂＝2SO₂

4FeAsS＝4FeS+As₄

As₄+3O₂＝2As₂O₃

2FeAsO₄(大于950℃)＝Fe₂O₃+As₂O₃+O₂

渣中的2FeAsO₄在950℃至1000℃的高温下部分分解，放出挥发性的三氧化二砷，从而进一步脱除渣中的砷。

本发明具有以下优点和积极效果：

1、采用一段缺氧高温焙烧脱砷，二段过氧高温焙烧脱硫，使总砷的脱除率大于95％，对于质量百分含量0.5％-3％的高砷硫铁矿精矿，经过该两段沸腾炉高温脱砷脱硫，烧渣含砷质量百分含量小于0.1％，含硫质量百分含量小于0.4％，满足炼铁要求，高砷硫铁矿精矿中的铁资源得到了充分利用。

2、两段沸腾炉均采用铁和硫质量百分含量合计大于90％的硫精矿作为原料，脱硫脱砷后的烧渣含铁质量百分含量大于60％，达到了铁精矿的含铁要求。

3、本发明的方法只是在常规的硫铁矿制酸系统上调节空气过剩系数和焙烧温度等工艺参数就实现了砷的高效率脱除，设备变化不大，便于改造实施。原料含硫铁矿高，含二氧化硅低，这确保了二段高温焙烧过程中不结炉，高温焙烧得以顺利进行。

四、附图说明：

图1为本发明的工艺流程图。

五、具体实施方式：

实施例一：原料为含砷质量百分含量1.5％-2％，含硫铁矿质量百分含量92％的磁黄铁矿精矿。

1、高硫低砷渣的生产：

含砷质量百分含量1.5％-2％，含硫和铁质量百分含量合计92％，粒度小于0.074mm占质量百分含量70％的高砷硫铁矿精矿作为硫铁矿制酸沸腾炉的原料，在沸腾炉中沸腾焙烧，空气过剩系数控制在0.75-0.85，焙烧温度880℃-980℃，焙烧强度7吨-9吨/平方米·日，焙烧烟气温度800℃-950℃，该烟气经过硫铁矿制酸烟气的重力沉降、旋风除尘、电除尘后，含尘量小于0.2克/立方米，烟气温度降至400℃-450℃，进入硫铁矿制酸的冷却、净化系统，在该系统中，砷、硫冷凝回收形成富砷硫渣，净化后的烟气经两转两吸工艺制硫酸。沸腾炉炉渣、重力沉降室、旋风除尘器和电除尘器中的炉尘混合得到高硫低砷渣。

2、低砷低硫高铁渣的生产

将上一工段得到的高硫低砷渣与含铁和硫质量百分含量合计大于90％，含砷质量百分含量小于0.1％，小于0.074mm质量百分含量大于20％的硫精矿混合，使混合料含硫质量百分含量保持在25％-28％，该混合料作为硫铁矿制酸沸腾炉的原料，在沸腾炉中进行沸腾焙烧，空气过剩系数控制在1.15-1.25，焙烧温度控制在920℃-980℃，焙烧强度10吨-12吨/平方米·日，焙烧烟气温度800℃-950℃，该烟气经过硫铁矿制酸烟气的重力沉降、旋风除尘、电除尘后，含尘量小于0.2克/立方米，烟气温度降至400℃-450℃，进入硫铁矿制酸的冷却、净化系统，在该系统中，砷、硫冷凝回收形成含砷渣，净化后的烟气经两转两吸工艺制硫酸。沸腾炉炉渣、重力沉降室、旋风除尘器和电除尘器中的炉尘混合得到含砷质量百分含量小于0.1％，含硫质量百分含量小于0.4％，含铁质量百分含量大于60％的低砷低硫高铁渣，这种渣就成为合格的铁精矿。

铁精矿的技术指标：Fe≥60％；As≤0.09％；S≤0.4％。

实施例二：原料为含砷质量百分含量0.5％-1.5％，含硫铁矿质量百分含量93％的黄铁矿精矿。

1、高硫低砷渣的生产：

含砷质量百分含量0.5％-1.5％，含硫和铁质量百分含量合计93％，粒度小于0.074mm占质量百分含量20％的高砷硫铁矿精矿作为硫铁矿制酸沸腾炉的原料，在沸腾炉中沸腾焙烧，空气过剩系数控制在0.8-0.9，焙烧温度850℃-950℃，焙烧强度8吨-10吨/平方米·日，焙烧烟气温度800℃-900℃，该烟气经过硫铁矿制酸烟气的重力沉降、旋风除尘、电除尘后，含尘量小于0.2克/立方米，烟气温度降至400℃-450℃，进入硫铁矿制酸的冷却、净化系统，在该系统中，砷、硫冷凝回收形成富砷硫渣，净化后的烟气经两转两吸工艺制硫酸。沸腾炉、重力沉降室、旋风除尘器、电除尘器中的渣混合得到高硫低砷渣。

2、低砷低硫高铁渣的生产

将上一工段得到的高硫低砷渣与含铁和硫质量百分含量合计大于90％，含砷质量百分含量小于0.1％，小于0.074mm质量百分含量大于20％的硫精矿混合，使混合料含硫质量百分含量保持在24％-27％，该混合料作为硫铁矿制酸沸腾炉的原料，在沸腾炉中进行沸腾焙烧，空气过剩系数控制在1.15-1.25，焙烧温度控制在900℃-960℃，焙烧强度12吨-15吨/平方米·日，焙烧烟气温度800℃-900℃，该烟气经过硫铁矿制酸烟气的重力沉降、旋风除尘、电除尘后，含尘量小于0.2克/立方米，烟气温度降至400℃-450℃，进入硫铁矿制酸的冷却、净化系统，在该系统中，砷、硫冷凝回收形成含砷渣，净化后的烟气经两转两吸工艺制硫酸。沸腾炉、重力沉降室、旋风除尘器、电除尘器中的渣混合得到含砷质量百分含量小于或等于0.1％，含硫质量百分含量小于0.4％，含铁质量百分含量大于60％的低砷低硫高铁渣，这种渣就成为合格的铁精矿。

铁精矿的技术指标：Fe≥60％；As≤0.07％；S≤0.4％。

实施例三：原料为含砷质量百分含量2％-3％，含硫铁矿质量百分含量90％的硫铁矿精矿。

1、高硫低砷渣的生产：

含砷质量百分含量2％-3％，含硫和铁质量百分含量合计90％，小于0.074mm质量百分含量90％的高砷硫铁矿精矿作为硫铁矿制酸沸腾炉的原料，在沸腾炉中沸腾焙烧，空气过剩系数控制在0.7-0.8，焙烧温度950℃-1000℃，焙烧强度6吨-8吨/平方米·日，焙烧烟气温度850℃-950℃，该烟气经过硫铁矿制酸烟气的重力沉降、旋风除尘、电除尘后，含尘量小于0.2克/立方米，烟气温度降至400℃-450℃，进入硫铁矿制酸的冷却、净化系统，在该系统中，砷、硫冷凝回收形成富砷硫渣，净化后的烟气经两转两吸工艺制硫酸。沸腾炉、重力沉降室、旋风除尘器、电除尘器中的渣混合得到高硫低砷渣。

2、低砷低硫高铁渣的生产

将上一工段得到的高硫低砷渣与含铁和硫质量百分含量合计大于90％，含砷质量百分含量小于0.1％，小于0.074mm质量百分含量大于20％的硫精矿混合，使混合料含硫质量百分含量保持在28％-30％，该混合料作为硫铁矿制酸沸腾炉的原料，在沸腾炉中进行沸腾焙烧，空气过剩系数控制在1.15-1.25，焙烧温度控制在950℃-1000℃，焙烧强度8吨-10吨/平方米·日，焙烧烟气温度850℃-950℃，该烟气经过硫铁矿制酸烟气的重力沉降、旋风除尘、电除尘后，含尘量小于0.2克/立方米，烟气温度降至400℃-450℃，进入硫铁矿制酸的冷却、净化系统，在该系统中，砷、硫冷凝回收形成含砷渣，净化后的烟气经两转两吸工艺制硫酸。沸腾炉、重力沉降室、旋风除尘器、电除尘器中的渣混合得到含砷质量百分含量小于或等于0.1％，含硫质量百分含量小于0.4％，含铁质量百分含量大于60％的低砷低硫高铁渣，这种渣就成为合格的铁精矿。

铁精矿的技术指标：Fe≥60％；As≤0.10％；S≤0.4％。