一种利用机械球磨浸出回收含铁橄榄石物料中铁的方法

摘要

本发明公开了一种利用机械球磨浸出回收含铁橄榄石物料中铁的方法。该方法是将含铁橄榄石物料进行破碎、过筛后，与双氧水混合球磨，得到含磁性氧化铁产物，磁选分离，即得磁性铁精矿，非磁性部分为尾渣脉石。该方法将铁橄榄石类冶金废渣中不可回用的铁资源定向调控转化为可回收的铁精矿，实现冶金废渣的减量化及二次资源化，解决了废渣末端开路、国内高品位铁矿石资源匮乏和环境污染问题，为冶金行业废渣的处理开辟了一条绿色可持续发展道路。

说明书

技术领域

本发明涉及含铁橄榄石物料中铁回收方法，特别涉及一种利用机械球磨对烟化渣、铜渣、镍渣等含铁橄榄石物料中铁的回收方法；属于冶金工程与环境工程领域。

背景技术

我国是世界第一钢铁生产大国，但我国铁矿资源贫乏，大量的铁矿资源依靠国外进口，我国铁矿石依赖进口已经连续6年超过60％。与此同时，我国每年产生大量冶金废渣，据统计，我国2016年铜渣产生量约为1688-2550万吨；镍渣约为500万吨；铅渣约为300万吨。这些冶金废渣中伴生大量的铁资源，含铁量为30-60％。远高于冶炼铁矿29.1％的平均品位，为一种潜在的铁资源，但该类渣中铁80％以上以铁橄榄石相存在，嵌布粒度极细，硅铁难以分开，致使该类硅铁复合氧化物中铁得不到合理的回收，一直作为工业不可用铁而废弃不用。目前这些废渣大量堆存，造成环境污染和资源浪费。回收铜渣、铅渣、镍渣等铁橄榄石类冶金废渣中铁资源对于冶金废渣的减量化和铁资源化，弥补我国铁矿石资源的长期短缺具有重要意义。

由于铁橄榄石性质稳定，现有国内外报道的回收方法中，大多需要在高温和气氛下焙烧分解，再经磁选分离得到铁精矿。如杨椿、张林楠等均报道了首先将铜渣在1100℃左右进行氧化焙烧1-2h，再经磁选得到磁铁矿。赵凯等利用碳直接还原法在900℃焙烧，控制焙烧时间，再经磁选得到单质粗铁或磁铁矿。李燕春等(中国专利申请号201510572205.1)将铁橄榄石类冶金废渣在SO₂+O₂混合气氛下在600-700℃进行焙烧，再经磁选得到赤铁矿。李燕春等(中国专利申请号201510568445.4)将黄铁矿与铁橄榄石类冶金废渣在氧气氛下和300-1100℃进行氧化焙烧，然后利用磁选得到赤铁矿。

综上所述，目前铁橄榄石类冶金废渣中铁资源的回收方法均存在高能耗，易造成二次污染等问题。铁橄榄石类冶金废渣中铁资源的回收利用是冶金和环境领域函待解决的难题，迫切需要一种节能、高效、流程短的工艺方法回收铁橄榄石类冶金废渣中伴生的铁资源。

发明内容

为了解决现有铁橄榄石类冶金废渣中铁的回收方法存在的高能耗、二次污染等问题，本发明的目的是在于提供了一种低能耗、清洁环保，能够高效实现铁橄榄石类冶金废渣中铁的富集和回收的方法，该方法在常态条件下实现烟化渣、铜渣、镍渣等废渣的资源化利用。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种利用机械球磨浸出回收含铁橄榄石物料中铁的方法，该方法是将含铁橄榄石物料进行破碎、过筛后，与双氧水混合球磨，得到含磁性氧化铁产物，磁选分离，即得磁性铁精矿。

优选的方案，所述含铁橄榄石物料包括铜渣、镍渣、烟化渣中至少一种。含铁橄榄石物料的选择不局限于此，一般含铁橄榄石矿相的物料都可以采用本发明方法进行实施，如含铁橄榄石的低品位矿物等。

优选的方案，所述含铁橄榄石物料经过破碎、过100～300目筛，取筛下粉料，优选为过150～250目筛。将含铁橄榄石破碎至适当粒度有利于提高球磨反应效率。

优选的方案，所述双氧水浓度为15％～30％，优选为20～25％。

优选的方案，球磨过程中：含铁橄榄石物料与双氧水的液固比为1～5mL:1g；球磨转速为300～600r/min，球磨时间为3～8h。较优选的方案，球磨转速为450～550r/min，球磨时间为3.5～4.5h。

优选的方案，所述磁选分离采用的磁场强度为1.0～1.6万高斯。较优选的磁场强度为1.1～1.3万高斯。

本发明的球磨过程采用的球磨罐和磨球为不与双氧水反应的材质。优选为玛瑙材质。

本发明的技术方案关键是在于将含铁橄榄石物料与双氧水进行高能球磨反应的过程，在高能球磨机提供的机械能作用下，铁橄榄石矿相结构被破坏，与具有强氧化性的双氧水进行氧化反应，得到具有弱磁性的氧化铁产物，再采用强磁场磁选分离，可以得到铁精矿，在高能球磨过程中，主要发生的反应如下：

Fe₂SiO₄+H₂O₂+(机械能)＝Fe₂O₃+SiO₂+H₂O>

3Fe₂SiO₄+2H₂O₂+(机械能)＝2Fe₃O₄+3SiO₂+2H₂O>

相对现有技术，本发明的技术方案带来的有益效果：

1、本发明的技术方案首次采用球磨技术对含铁橄榄石矿相的废渣物料进行处理，可以在温和条件下实现铁橄榄石矿相的转化生成可以与其他金属及非磁性矿物进行分离的磁铁矿，相比现有的高温冶炼处理过程，具有明显的低能耗、条件温和、操作简单、环保等优势。

2、本发明的技术方案可以实现含铁橄榄石类废渣中铁的高效富集和回收，铁回收率达到80％以上，回收铁矿品位达到60％以上。

3、本发明的方法能耗低、工艺流程短、操作简单、且无废气产生，有利于环境保护。

4、本发明的方法可实现铁橄榄石类冶金废渣约40％的减量化，大大提高了冶金废渣的二次资源化利用。

附图说明

【图1】为本发明方法的工艺流程图。

【图2】铜渣未采用机械球磨直接利用双氧水直接浸出铜渣的XRD：A)铜渣原料；B)铜渣：双氧水1:2未球磨直接浸出渣。

【图3】烟化渣未采用双氧水直接机械球磨浸出的XRD：A)烟化渣原料；B)烟化渣:纯水＝1:2球磨浸出渣。

【图4】烟化渣采用机械球磨+双氧水浸出的XRD：A)烟化渣原料；B)烟化渣:双氧水＝1:2球磨浸出渣。

【图5】铜渣采用机械球磨+双氧水浸出的XRD：A)铜渣原料；B)铜渣:双氧水＝1:2球磨浸出渣。

【图6】磁选精矿的XRD图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限制本发明。

对比实施例1

首先将铜渣破碎，过200目筛(74μm)，称取铜渣30g，铜渣主要成分见表1。按照液固比2:1量取浓度20％双氧水60mL。将铜渣与双氧水混合，利用磁粒子搅拌器搅拌4h。然后过滤烘干。其产物XRD图见图2。在未机械球磨的前提下，双氧水基本不与铜渣反应，其主要物相仍然为铁橄榄石。

表1铜渣的主要成分百分含量

对比实施例2

首先将烟化渣破碎，过200目筛(74μm)，称取烟化渣30g，烟化渣主要成分见表2。按照液固比2:1量取浓度30％双氧水60mL。将烟化渣与双氧水混合，利用磁粒子搅拌器搅拌5h。然后过滤烘干。在未机械球磨的前提下，双氧水同样基本不与烟化渣反应，其主要物相仍然为非晶态物相。

表2烟化渣的主要成分百分含量

对比实施例3

首先将烟化渣破碎，过200目筛(74μm)，称取烟化渣30g，烟化渣主要成分见表2。按照液固比2:1量取纯水60mL混合。放入材质为玛瑙球磨罐和珠子，在500r/min转速下，球磨4h。然后过滤烘干。其产物XRD图见图3。在机械球磨未加双氧水的前提下，其主要物相仍然为非晶态的铁橄榄石。

实施例1

首先将铜渣破碎，过200目筛(74μm)，称取铜渣30g，铜渣主要成分见表1。按照液固比2:1量取浓度20％双氧水60mL。放入材质为玛瑙球磨罐和珠子，在400r/min转速下，球磨4h。结束后采用湿式强磁选，磁场强度为1.2万高斯。磁性物质过滤烘干，即可得铁精矿。浸出物料XRD图见图4，所得铁精矿XRD图如图6所示。铁的回收率达到85.3％以上，磁选精矿中铁的含量达到63.1％以上。

实施例2

首先将烟化渣破碎，过200目筛(74μm)，称取铜渣30g，烟化渣主要成分见表2。按照液固比2:1量取浓度30％双氧水60mL。放入材质为玛瑙球磨罐和珠子，在500r/min转速下，球磨4h。结束后采用湿式强磁选，磁场强度为1.2万高斯。磁性物质过滤烘干，即可得铁精矿。浸出物料XRD图见图5，所得铁精矿XRD图如图6所示。铁的回收率达到83％以上，磁选精矿中铁的含量达到62.8％以上。

实施例3

首先将铜渣破碎，过200目筛(74μm)，称取铜渣30g，铜渣主要成分见表1。按照液固比1:1量取浓度30％双氧水30mL。放入材质为玛瑙球磨罐和珠子，在500r/min转速下，球磨5h。结束后采用湿式强磁选，磁场强度为1.3万高斯。磁性物质过滤烘干，即可得铁精矿。铁的回收率达到79.4％以上，磁选精矿中铁的含量达到56.4％以上。

实施例4

首先将烟化渣破碎，过200目筛(74μm)，称取铜渣30g，烟化渣主要成分见表2。按照液固比1:1量取浓度30％双氧水60mL。放入材质为玛瑙球磨罐和珠子，在500r/min转速下，球磨5h。结束后采用湿式强磁选，磁场强度为1.3万高斯。磁性物质过滤烘干，即可得铁精矿。铁的回收率达到80.3％以上，磁选精矿中铁的含量达到59.7％以上。

由以上实施例可见，采用本发明方法，可使冶金废渣中铁的回收率达到80％以上，磁选精矿中铁的含量达到60％以上。