礦物加工技術(shù)在二次資源領(lǐng)域的應(yīng)用

1、www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,礦物加工技術(shù)在二次資源領(lǐng)域的應(yīng)用,武漢理工大學(xué) 張一敏 教授,張一敏 武漢理工大學(xué)2011.11,,,礦物加工技術(shù)在二次資源領(lǐng)域的應(yīng)用,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,,,引 言,1,,,石煤提釩,3,,,鐵尾礦的綜合利用,4,,,含鋅粉塵的資源化利用,5,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,1.1 二次資源的定義 自然資源（一次資源

2、）：在一定經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下，對人類有用的一切物質(zhì)和非物質(zhì)的總稱。 從廣義上說，自然資源包括全球范圍內(nèi)的一切要素，既包括地質(zhì)進(jìn)化過程中無生命的物理成分，又包括地球演變中的產(chǎn)物。,1.二次資源的定義及分類,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,二次資源（再生資源）:即一般意義上的廢棄物資源(城市礦業(yè)) 。 可定義為，在社會生產(chǎn)、流通、消費過程中產(chǎn)生的不再具有原使用價值并以各種形態(tài)存在，但可以通過某些綜合利用加工、

3、回收等途徑，使其重新獲得使用價值的各種廢棄物的總稱。,,廢渣,工業(yè)生產(chǎn),廢氣,廢水,尾礦,粉塵,廢舊金屬,,秸稈,農(nóng)業(yè)生產(chǎn),,廢橡膠,生產(chǎn)生活,廢紙,電子廢物,廢塑料,家畜糞便,稻殼,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,1.2 二次資源的分類,A.礦業(yè)固體二次資源B.鋼鐵冶金固體二次資源 C.有色冶煉固體二次資源D.化工固體二次資源E.煤系固體二次資源,A.二次水資源B.二次氣資源,,,www.

4、whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,1.3 二次資源利用現(xiàn)狀 礦物加工技術(shù) 用于二次資源利用： 實現(xiàn)： （1）緩解資源衰竭速度； （2）提升資源承載能力； （3）保證社會、經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,1.3.1 礦業(yè)固體二次資源,總廢石達(dá)162.3億t，累計堆存尾礦50億t。,綜合開發(fā)平均利用率僅為8.2%；大中型礦山約有30%開展了

5、綜合利用，綜合利用率約為25%；完全沒有利用的為45%。,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,1.3.2 鋼鐵冶金固體二次資源 主要有：高爐渣、鋼渣、各類含鐵塵泥等。 目前，二次渣塵大多仍采取二次轉(zhuǎn)移處理； 在線循環(huán)利用，僅在一些新建項目中出現(xiàn)。 高爐渣的回收利用率：,中國,日本,德國,英、美,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,1.3.3 有色冶

6、煉固體二次資源 主要渣種：銅渣、鉛鋅渣、鎳渣(大多水淬處理) 主要成分：SiO2。目前75%的銅渣、50%的鉛鋅渣用作水泥原料， 60%鎳渣作填埋，亟待提升其綜合利用率。 如鋅廢渣：多采用磁選法、回轉(zhuǎn)窯法、轉(zhuǎn)底爐法處理技術(shù)。 1.3.4 化工固體二次資源 化工固廢：棄物種類多，有毒物質(zhì)含量高，產(chǎn)生量大 產(chǎn) 生 量：t產(chǎn)品通常可產(chǎn)生1-3t

7、固廢，個別高達(dá)10-12t 如硫酸渣：多采取螺旋溜槽等分選技術(shù) 高PO43-、Fe2+、Zn2+渣，多采用物理、化學(xué)選礦處理。,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,1.3.5 煤系固體二次資源,主要來自火力發(fā)電廠煤燃燒煙氣中收集的細(xì)灰； 目前，年排放量由原來的7000萬t/a增加到1億t/a； 全國已累計堆存粉煤灰13億t之多。,,粉煤灰,對含碳較高的煤矸石可用

8、水力旋流器、重介質(zhì)、跳汰等回收有價組分； 對高含硫鐵礦的煤矸石可通過跳汰機(jī)等設(shè)備回收硫鐵礦。,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,2.1 硫酸渣的來源與組成2.1.1 來源 來自焙燒硫鐵礦利用接觸法生產(chǎn)硫酸過程。 生產(chǎn)1噸硫酸產(chǎn)生0.7-1.01t硫酸渣； 近1億t/a，少量作水泥摻合料； 大部長期廢棄堆放，形成區(qū)域公害。,2.硫酸渣的綜合利用,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,2.

9、1.2 硫酸渣的特性（1）化學(xué)組成,（2）粒度組成,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,常用技術(shù)方法：磁化焙燒-磁選浮選-磁選磁選-重選洗礦-分級-浮選聯(lián)合流程高溫氯化法存在問題：技術(shù)適應(yīng)性不強(qiáng)，可操作性差；易造成二次污染；工藝復(fù)雜、過程控制困難、指標(biāo)不穩(wěn)、成本高。,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,2.2.1超極限（h/D）螺旋溜槽分選提純技術(shù) 工藝流程,技術(shù)

10、特點,工藝流程簡單，操作簡便，運行成本低；可有效排除精礦產(chǎn)品中的S含量；不涉及高溫?zé)峁?；能實現(xiàn)無尾生產(chǎn)，不產(chǎn)生二次環(huán)境污染。,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,超極限（h/D）螺旋溜槽,國內(nèi)外傳統(tǒng)理論極限：h／D＝0.45 創(chuàng)造性超極限距徑比：h／D＝0.36,形成復(fù)合力場實現(xiàn)大直徑設(shè)計提高了富集比提高了小密度差物料邊緣分選效率,螺旋斷面曲線設(shè)計,h／D＝0.45 h／D＝0.36,斷面曲線參

11、數(shù) ：Y= KX1/3 結(jié)構(gòu)參數(shù): t2=t1(D2/D1)0.53 K2=t2/D2 >0.4,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,武漢鋼鐵集團(tuán)、本溪鋼鐵集團(tuán)等；各項指標(biāo)達(dá)到或優(yōu)于國內(nèi)、外同類產(chǎn)品先進(jìn)指標(biāo) 。,武鋼硫酸渣處理工程,山東江北化工總廠分選工程,工程實例:,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,2.2.2 硫酸渣浸出-磁選工藝

12、某些Au、Ag等含量較高的硫酸渣，可采用浸出-磁選技術(shù)，回收貴金屬和鐵精礦。 工藝原理： 金、銀在有氧存在的氰化溶液中與氰化物反應(yīng)，生成金氰絡(luò)離子，然后用鋅置換，再經(jīng)冶煉得到成品金、銀，最后利用弱磁磁選機(jī)將硫酸渣磁選得精鐵礦。,4Au+8NaCN+O2+2H2O→4NaAu(CN)2+4NaOH2Au(CN)2-+Zn→2Au+Zn(CN)42-,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,典型工藝流程：,主

13、要工序：磨礦、浸出、洗滌、置換、磁選和凈化等； 主要指標(biāo)：浸出率68%，洗滌率96%，置換率98%；氰化回收率64%。,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,2.2.3 硫酸渣生產(chǎn)氧化球團(tuán) 當(dāng)硫酸渣精礦中鐵含量達(dá)到60%左右，在適當(dāng)原料配伍前提下，經(jīng)細(xì)磨或潤磨可獲得滿足冶煉要求的氧化球團(tuán)。 主要原料：硫酸渣精礦、鋼渣超細(xì)粉以及膨潤土。,微細(xì)鋼渣和膨潤土可明顯改善成球性及生球和熟球強(qiáng)度，提高

14、球團(tuán)的固結(jié)性能和冶金性能。,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,2.2.4 硫酸渣的其他利用 （1）生產(chǎn)磁性材料,（2）制備凈水劑,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,（3）生產(chǎn)氧化鐵顏料,上述工藝可制得大小均勻的針形顆粒鐵黃產(chǎn)品，長軸平均為1.152μm，短軸平均為0.15μm。產(chǎn)品為α-FeOOH，性能優(yōu)于GB1863-89產(chǎn)品質(zhì)量。,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,3.

15、1 石煤的性質(zhì)3.1.1 石煤的成因和特點,石煤 : 一種黑色含碳頁巖，是存在于震旦系、寒武系、志留系等古老地層中的一種早古生代煤。,碳、氫含量低，發(fā)熱量低 熱值一般4000-5000kJ/kg灰分高，S含量較大 灰分70-88%，S 2-5%，多來自FeS2比重大，結(jié)構(gòu)致密，硬度較高，難磨除釩外，大部分伴生元素（Mo，U，Se，Cu，Cd，Ag等）一般均低于工業(yè)開采品位,特點 :,3.石煤提釩,www.whut.ed

16、u.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,3.1.2 我國石煤分布及其中釩的儲量,我國石煤資源分布示意圖,典型含釩頁巖礦石,廣泛分布于南方各省，蘊藏量巨大；用于燃燒發(fā)電、制作建材等，綜合開發(fā)利用程度低；是我國特有的一種含釩資源。,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,,,,V2O5儲量達(dá)1.18億噸，超過國外總儲量是國內(nèi)釩鈦磁鐵礦石中V2O5儲量7倍,釩鈦磁鐵礦中V2O5（萬t）,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)

17、院,提高鋼的強(qiáng)度、耐熱性、韌性、延展性,硬質(zhì)合金、超導(dǎo)材料及核反應(yīng)堆材料、噴氣發(fā)動機(jī)、高速飛行器骨架,環(huán)保、高容量、瞬時充電；用于手提式電子裝置、電動汽車和計算機(jī),改變材料結(jié)構(gòu)、降低輻射；生產(chǎn)高端催裂化劑及顏料、涂料等,,,,,,,,85%,10%,4%,1%,,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,提高鋼的強(qiáng)度、耐熱性、韌性、延展性,硬質(zhì)合金、超導(dǎo)材料及核反應(yīng)堆材料、噴氣發(fā)動機(jī)、高速飛行器骨架,環(huán)保、高容量、瞬時充電；用

18、于手提式電子裝置、電動汽車和計算機(jī),改變材料結(jié)構(gòu)、降低輻射；生產(chǎn)高端催裂化劑及顏料、涂料等,,,,,,,,85%,10%,4%,1%,,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,燃料電池潛艇,“9.11”事件后，各國從國家安全出發(fā)，釩已成為本世紀(jì)最重要的戰(zhàn)略儲備資源之一，其地位和作用長期不可替代。全球釩產(chǎn)品需求以每年30%以上的速度遞增2009年全球用量缺口約占總需求量的60%。,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工

19、程學(xué)院,石煤中釩的品位,石煤中釩品位相差懸殊，一般為0.1%-1.1%，小于邊界品位0.5%的占60%。通常0.5%以上才具有工業(yè)開采價值。 在目前技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下，大于0.7%以上，才可具有競爭力。,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,3.1.3 石煤中釩的賦存狀態(tài),（1） 以類質(zhì)同象賦存于硅鋁酸鹽礦物晶格,V3+或少量V4+取代Al3+，進(jìn)入鋁氧八面體結(jié)構(gòu)，呈類質(zhì)同象存在，形成含釩云母。,含釩云母,www

20、.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,（2）以吸附態(tài)存在,這類釩主要以V4+和V5+為主，以吸附態(tài)存在于氧化鐵和高嶺土等礦物表面。此外，也有部分釩與富含O、N、S的有機(jī)質(zhì)形成有機(jī)絡(luò)合物，例如釩卟啉。,（3）以獨立礦物形式存在,主要以含釩石榴石、含釩電氣石、橙釩鈣石、含釩鍺石等獨立礦物存在，但這些含釩礦物在石煤中存在情況較少。,釩在石煤中多以單一價態(tài)和相鄰兩種價態(tài)存在，較少以三種價態(tài)共存,釩卟啉,www.whut.edu.cn,資

21、源與環(huán)境工程學(xué)院,石煤提釩的技術(shù)難點：,,,,解除釩礦物晶格束縛,含釩頁巖中85%以上的釩以V3+類質(zhì)同象存在，不溶于水、酸、堿。 須在強(qiáng)氧化狀態(tài)下將其轉(zhuǎn)價為高價態(tài)提取。,低價釩（V3+）→高價釩（V5+）,污染控制,資源化利用,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,第一步: 氧化轉(zhuǎn)溶,第二步: 浸 出,第三步: 沉 釩,V3+ → V4+ → V5+ → 化合,鈉化焙燒、鈣化焙燒、空白焙燒、生物

22、細(xì)菌氧化、拌酸氧化等,水浸、酸浸、堿浸、氨浸,凈化、富集、沉釩、煅燒,,,,3.2 典型石煤提釩工藝,石煤提釩基本過程：,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,工藝流程：,,焙燒轉(zhuǎn)價率<53%；水解沉粗釩V2O5回收 率92%-96%；精制V2O5回收率90%-93%；V2O5總回收率<45%。,主要技術(shù)指標(biāo),3.2.1 鈉化焙燒提釩工藝,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,焙

23、 燒： 添加NaCl，分解產(chǎn)生氯氣促進(jìn)釩的氧化轉(zhuǎn)價 4NaCl + O2 = 2Na2O + 2Cl2↑ 2V2O3 + O2 = 2V2O4 3Cl2 + 3V2O4 = 2VOCl3 + 2V2O5

24、 4VOCl3 + 3O2 = 2V2O5 + 6Cl2↑ xNa2O + yV2O5 = xNa2O·yV2O5 水解沉釩：在pH≈2時形成多聚釩酸鹽的沉淀 6Na4H2V10O28+7H2SO4+(n+13)H2O =5Na2V

25、12O31·nH2O↓+7Na2SO4+13H2O 銨鹽沉釩：加入氨水使釩酸根形成釩酸銨（AMV）沉淀 NaVO3 + NH4Cl = NH4VO3↓+ NaCl 煅 燒：在550℃左右煅燒AMV生成V2O5產(chǎn)品 2NH4VO3 = V2O5 + H2O(g)↑ + 2NH3↑,基本原理：,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,釩回

26、收率低（<45%），資源綜合利用率低，浪費嚴(yán)重；焙燒過程需添加大量NaCl（200-250kg/t原礦），產(chǎn)生嚴(yán)重的HCl、Cl2和SO2煙氣污染；沉釩廢水鹽度很高，嚴(yán)重污染流域環(huán)境；焙燒采用平窯，占地面積大，生產(chǎn)能力?。?lt;100t /a）， 不適宜大規(guī)模生產(chǎn)；最終產(chǎn)品純度低（<95%）。,主要問題：,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,3.2.2 空白焙燒-酸/堿浸提釩工藝,,尾渣,石煤,

27、V2O5,制粒,細(xì)磨,,,脫碳,,,,,,酸浸,酸浸液,還原,,,,,,,,,,焙燒,粉碎,煅燒,廢氣,氧化,多聚釩酸銨,,銨鹽,,萃取,反萃,,,,焙燒轉(zhuǎn)價率>55%酸浸率65-98%萃取率>99%反萃率≈95%偏釩酸銨回收率≈99%釩總回收率≈50%,主要技術(shù)指標(biāo),空-酸提釩工藝流程：,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,焙燒：無添加劑，利用空氣在高溫下直接氧化低價釩

28、 2V2O3 + O2 = 2V2O4；2V2O4 + O2 = 2V2O5 萃?。合壤眠€原劑還原V5+，然后利用萃取劑（P204和TBP）萃取V4+ 2VO2+ + SO32- + 2H+ = 2VO2+ + H2O + SO42- VO2+ + (HR2)PO4(o) → VO[R2PO4](o) + H+ 反萃并氧化：一

29、般用硫酸從負(fù)載有機(jī)相中反萃釩，并利用氧化劑氧化 6VO2+ + ClO3- + 3H2O = 6VO2+ + Cl- + 6H+ 沉釩：利用銨鹽在pH=1.9~2.2條件下形成多聚釩酸銨沉淀 6(VO2)2SO4+(NH4)2SO4+(n+7)H2O = (NH4)2V12O31·nH2O↓+

30、7H2SO4煅燒： (NH4)2V12O31·nH2O = 3V2O5 + (n+1)H2O(g)↑ + 2NH3↑,基本原理：,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,空白焙燒消除了Cl2、HCl等污染，但由于不添加任何添加劑，焙燒過程中釩的氧化轉(zhuǎn)價率較低，影響釩的浸出；對原礦具有一定的選擇性；主要適合氧化型石煤礦石；對于云母型石煤，酸浸出率一般較低；由于采用酸浸，酸浸液中的釩需采取萃

31、取方式加以富集和提純，增加了工藝復(fù)雜度；,主要特點：,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,利用V2O5易溶于堿的原理，將焙燒樣中的釩用強(qiáng)堿溶液浸出。,石煤,,空白制粒,焙燒,,煅燒,,離子交換,,,堿浸,,除硅,,銨鹽沉釩,V2O5,,采用強(qiáng)堿性浸出，浸出液中SiO2含量很高，對除雜要求較高；浸出耗堿量大，且中和需要大量酸，生產(chǎn)成本較高；對原礦選擇性較強(qiáng)。,,中和,空-堿提釩工藝流程：,www.whut.edu.cn

32、,資源與環(huán)境工程學(xué)院,原則流程：,3.2.3 鈣化焙燒-堿/酸浸工藝,,焙燒,,堿浸,固液分離,,,,,酸浸,,銨鹽沉釩,煅燒,V2O5,,,萃取/離子交換,,,銨鹽沉釩,煅燒,V2O5,,,石煤+鈣添加劑,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,Ca(VO3)2+4H+=Ca2++2VO2++2H2O,Ca(VO3)2 + Na2CO3 = CaCO3↓ + 2NaVO3 Ca(VO3)2+2N

33、H4HCO3+OH-=2VO3-+2NH4++CaCO3↓+2H2O,V2O5 + CaO = Ca(VO3)2 （偏釩酸鈣） V2O5 + 2CaO = Ca2V2O7 （焦釩酸鈣）V2O5 + 3CaO = Ca3(VO4)2 （正釩酸鈣）,在焙燒過程中添加石灰、石灰石等，使其與釩生成不同的釩酸鈣鹽：,利用碳酸鈣溶解度小于釩酸鈣鹽的特點，用碳酸鹽將釩酸根置換出：,

34、也可利用釩酸鈣鹽溶于酸的特性用酸將其溶出：,原 理：,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,工藝特點：,鈣化焙燒不會產(chǎn)生Cl2、HCl等污染，焙燒過程可固硫，對環(huán)境友好； 對礦石具有一定的選擇性，對石煤原生礦焙燒和浸出效果不佳； 鈣化焙燒相對鈉化焙燒需要較長的焙燒時間和焙燒溫度，能耗較高； 含鈣添加劑的加入增加了酸耗。如：采用碳酸鹽浸出則需要在CO2壓力下進(jìn)行，設(shè)備復(fù)雜，工 業(yè)上實現(xiàn)難度大，另外生成的CaCO3沉淀

35、分離較為困難。,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,利用強(qiáng)酸直接將石煤中的釩浸出：,3.2.4 直接酸浸工藝,工藝原理：,V2O5 + H2SO4 = (VO2)2SO4 + H2OV2O4 + 2H2SO4 = 2VOSO4 + 2H2O V2O3 + H2SO4 = (VO)2SO4 + H2O,原則流程：,石煤,,酸浸,除雜,,煅燒,,,,還原,萃取,,銨鹽沉釩,V2O5,,,氧化,反萃,,www.whut.e

36、du.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,工藝特點：,原礦不經(jīng)焙燒，消除了污染性氣體，降低了能耗；能適應(yīng)高價態(tài)和吸附態(tài)氧化礦石，對原生礦，則需較高濃度的酸浸出，酸耗高；浸出過程多采用堆浸、池浸和攪拌浸出，浸出時間較長，影響生產(chǎn)規(guī)模。,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,雙循環(huán)提釩工藝流程 ：,,水浸二,水浸一,稀酸浸,,,,,,,,,浸出渣,富釩液,煙氣,水浸液,水浸渣,水浸液,釩掃選酸浸液,,富釩渣,氧化復(fù)合焙燒,離子交換富

37、集,煙氣處理系統(tǒng),,酸介質(zhì),,廢水,,,,,,沉釩,,循環(huán)2：低價釩的循環(huán)氧化,循環(huán)1：水溶液中釩的循環(huán)富集,含釩頁巖原礦,脫碳,立磨混合,,,煅燒,V2O5產(chǎn)品,,,3.2.5 雙循環(huán)-高效氧化石煤提釩工藝,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,富釩渣自催化-高效解離-循環(huán)氧化特點：,強(qiáng)化對云母結(jié)構(gòu)的高效解離破壞,V3+從二八面體束縛中轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x狀態(tài),低價釩的高效循環(huán)氧化和回收,富釩渣,提高復(fù)合添加劑利用率,可使釩回

38、收率≥75%,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,特點： 鈉鹽用量<4%，低于國家11%的低鈉要求； 確保了釩的高效回收和無污染排放。,,,,,,氣相,固相,傳質(zhì)方向,相界面,添加劑,含釩礦物,O2,Ci,Pi,P,,,,,含釩晶格破壞低價釩氧化釩化合物生成,,轉(zhuǎn)價率提高 ：20% 以上,復(fù)合添加劑特點：,催化、增氧、化合,提高鈉鹽利用率,解除釩礦物晶格束縛,降低燒結(jié)包裹程度,www.whut

39、.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,物料與熱氣流交叉逆向運動，完成傳熱與反應(yīng)過程,,,特點： 1）焙燒物料溫度升幅<30℃的小幅升溫精確控制 2）可實現(xiàn)窄級別焙燒溫度梯度（780-850℃ ）變化,新型回轉(zhuǎn)窯技術(shù)特點：,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,V2O5產(chǎn)品,富氧沸騰焙燒,酸浸萃取,銨鹽沉釩脫氨,,,,,石煤釩礦,,3.2.6 一步法沸騰焙燒短流程提釩技術(shù),原則工藝：,特點：1）

40、合并脫碳、焙燒兩步工藝；2）采取一步富氧沸騰焙燒；3）實現(xiàn)脫碳與轉(zhuǎn)價在同一設(shè)備中完成；4）縮短流程、降低成本、穩(wěn)定回收率。,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,,含釩頁巖,,,,脫碳料排放,余熱利用,,去立磨,①蒸汽用于浸出與沉釩保證反應(yīng)溫度,,②煙氣去立磨增加磨礦效率,,外配煤氣助燃,沸騰富氧焙燒裝備原理：,1）采取多床結(jié)構(gòu)，增加冷卻床 2）采取輔助燃料系統(tǒng)，改變?nèi)?燒及助燃方式 3）焙燒時

41、間短 60S 4）實現(xiàn)低熱值石煤的沸騰燃燒 5）余熱利用率可提高15%,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,,,,4.1 我國鐵尾礦的特點,,,,TET,約占礦山固體廢棄物的1/3 ，每年排出的鐵尾礦量在6億t以上,,,,,,,排放量大,堆存方式單一,綜合利用率低,種類多組成雜,占地、危害環(huán)境,粒度較細(xì),絕大部分采用修建尾礦庫進(jìn)行濕式排放的方式 ，投資大，運行費用高,綜合利用率不足10% ，遠(yuǎn)落后

42、于其他大宗固體廢棄物,分為單金屬類和多金屬類。其中單金屬類又可分為高硅型、高鋁型、高鈣鎂型和低硅型,除干式預(yù)先拋尾外，鐵尾礦粒度小于0.074 mm的可占50~75%,選礦藥劑和多金屬離子污染河流和土壤，破壞生態(tài)平衡,4. 鐵尾礦的綜合利用,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,4.2 鐵尾礦的資源化途徑4.2.1 鐵尾礦再選，綜合回收有價元素 根據(jù)尾礦中主要金屬元素的含量和存在形式也不同，采用重選、弱

43、磁選、強(qiáng)磁選、浮選或聯(lián)合選別等流程來回收有價金屬。 國內(nèi)具有代表性的應(yīng)用有： (1) 首鋼大石河鐵礦 利用磁選機(jī)對尾礦進(jìn)行再選，回收有用金屬元素。,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,(2) 承鋼黑山鐵礦 采用尾礦磁選機(jī)對尾礦進(jìn)行再選，再選粗精礦經(jīng)過高頻振動細(xì)篩進(jìn)行篩分，細(xì)粒級進(jìn)入永磁磁選機(jī)，粗粒級進(jìn)入球磨機(jī)細(xì)磨后返回高頻振動細(xì)篩。

44、 (3) 昆鋼上廠鐵礦 對品位為22. 00%左右的給礦，采用SLon-1500 mm一次粗選、一次精選、高梯度磁選流程選別，可獲得產(chǎn)率13. 00%以上，品位52. 00%左右的精礦。 (4) 梅山鐵礦 尾礦經(jīng)濃縮后用1050 mm×1800 mm濕式永磁筒式弱磁選機(jī)進(jìn)行兩次磁選，用2臺SLon-1500 mm立環(huán)脈動高梯度磁選機(jī)掃選。,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程

45、學(xué)院,4.2.2 鐵尾礦制備建筑材料 4.2.2.1鐵尾礦制備墻體材料 （a）燒結(jié)磚 1）工藝流程,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,（2）物理性能,鐵尾礦摻量84%、粘土10%、粉煤灰6%，成型水分15%，成型壓力20MPa，105℃干燥6h，燒成溫度1000℃,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,,,燒結(jié)過程中方解石和綠泥石均已分解，且有鈣長石和鱗石

46、英生成，主晶相為赤鐵礦、石英、鈣長石和鱗石英，這些構(gòu)成了磚的骨架，賦予其強(qiáng)度。,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,,,×5000,×10000,×10000,×5000,燒結(jié)磚的表面形貌,燒結(jié)磚的斷面形貌,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,（b）免蒸、免燒磚 1）工藝流程,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,2) 機(jī)理分析,,,大量片狀CS

47、H水化產(chǎn)物和短桿狀A(yù)ft,它們相互交織填充提高了制品整體密實度。,赤鐵礦、石英、CSH（水化硅酸鈣） 、方解石和AFt （高硫型水化硫鋁酸鈣）,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,（c）蒸壓磚 1）工藝流程,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,2） 性能指標(biāo),制備的蒸壓磚抗壓強(qiáng)度達(dá)到GB 11945-1999《蒸壓灰砂磚》規(guī)定的MU20級的要求。,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院

48、,3） 制品表征,,,,×1000,×5000,主要有赤鐵礦、石英、方解石、水石榴石、托勃莫來石和Ⅰ型水化硅酸鈣。托勃莫來石保證了制品的高強(qiáng)度。,薄片狀的托勃莫來石，纖維狀的Ⅰ型水化硅酸鈣以及未分解完全的水石榴石聚集在一起，相互交織形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,4.2.2.2 鐵尾礦制備高貝利特水泥 與傳統(tǒng)硅酸鹽水泥相比，高貝利特水泥具有較低的水化熱和水化溫升、優(yōu)異的干縮

49、和抗化學(xué)侵蝕性能及良好的耐磨性，預(yù)示其具有更為優(yōu)異的耐久性能，可以作為很好的膠凝材料。 1）工藝流程,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,高貝利特水泥熟料粉及成品,,鐵尾礦與石灰石在高溫下生成β-C2S、C3A和C4AF。隨著溫度的升高，β-C2S增加，升溫有利于高溫貝利特礦晶型的穩(wěn)定。試樣反應(yīng)較完全，礦物種類接近了普通硅酸鹽水泥。,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,4.2.2.3 鐵尾礦制備建筑裝飾

50、材料 包括制備劈開磚、微晶玻璃、陶瓷、通體磚和彩釉磚等。 1）劈開磚的制備流程,真空擠出機(jī),www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,5.1.1　國外含鋅鉛粉塵的產(chǎn)出及處理現(xiàn)狀,5.1 國內(nèi)外含鋅鉛粉塵的特點及處理現(xiàn)狀,5.含鋅粉塵的資源化利用,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,5.1.2 國內(nèi)含鋅鉛粉塵的來源及處理現(xiàn)狀,ww

51、w.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,5.2 含鋅粉塵的資源化利用技術(shù) 含鋅粉塵的分類,主要資源化利用技術(shù)：固化或玻化法、濕法、火法濕法/火法聯(lián)合法等,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,5.2.1 固化或?；?不回收其中任何金屬，只是通過直接燒結(jié)或加入某些固化劑后燒結(jié)成塊，目的是生成不滲透基體把粉塵顆粒包裹起來，使其中的有毒物質(zhì)不被雨水浸出。 代表性技術(shù)：,www.whut.ed

52、u.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,5.2.2 濕法工藝 濕法工藝：是根據(jù)金屬氧化物溶于強(qiáng)酸或強(qiáng)堿的性質(zhì)，利用強(qiáng)酸或強(qiáng)堿溶液將粉塵中有價金屬浸出，再用電解等方法把金屬元素沉積回收。 原則工藝流程：,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,常見濕法冶金方法及特點,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,5.2.3 火法工藝 火法處理是在高溫條件下處理含鋅鉛粉塵，回收其中部分或全部

53、有價元素。依據(jù)處理工藝不同，可以分為直接還原、熔融還原、等離子技術(shù)和其他方法等。 5.2.3.1 直接還原技術(shù),Ausmelt CFBFinmet,InmetcoFastmetRedsmelt Primus,,,,,,非 焦 煤,豎爐,流化床,回轉(zhuǎn)窯,隧道窯,轉(zhuǎn)底爐,煤氣化,SDRSL/RNSPMWaltz ZTT,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,（1）回轉(zhuǎn)窯法 工藝

54、流程,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,（2）轉(zhuǎn)底爐法 工藝原理：生球（或粉料）在爐床上鋪2-3層。逆轉(zhuǎn)底爐轉(zhuǎn)動方向加熱，依靠輻射熱將生球加熱到還原溫度，球團(tuán)中的碳與氧化鋅的還原反應(yīng)隨即開始。,轉(zhuǎn)底爐剖視圖Rotary hearth furnacecutaway view,轉(zhuǎn)底爐斷面圖Rotary hearth furnacesection map,工藝原理 Principle of Technolog

55、y,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,,,,,神戶鋼鐵公司FASTMET廠,轉(zhuǎn)底爐FASTMET和FASTMELT工藝,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,（3）流化床法 工藝原理：粉塵經(jīng)過干燥后使自由水含量降到0.1％～0.2％，然后依次經(jīng)過多個流化床反應(yīng)器，還原氣體逆向流動。粉塵與還原氣逆流接觸完成預(yù)熱、升溫和逐級還原，最終得到直接還原鐵和獲得鋅灰。,www.whut.edu.cn,資源與

56、環(huán)境工程學(xué)院,Circofer 煤還原粉礦的CFB （循環(huán)流化床）工藝（德國魯奇公司）,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,5.2.3.2 熔融還原技術(shù) 工藝原理：依據(jù)在相同條件下，鐵水中溶解碳，還原熔融FeO的速度要比固體碳或CO還原快10～100倍的原理而開發(fā)的。,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,熔融還原爐Smelting reduction furnace,直接還原廠direct re

57、duction plant,熔融還原,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,5.2.3.3 等離子技術(shù) 工藝原理：利用高溫(3000℃)將通入的燃料氣體分子離解成原子或離子，氣體原子或離子燃燒釋放出高達(dá)20000℃的火焰，使含鋅粉塵與還原劑在高溫下迅速還原，生成金屬蒸氣。,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,工藝的特點：,優(yōu)點： 1）設(shè)備占地面積小、效率高； 2）整個工藝過程清潔、無

58、二次污染； 3）粉塵與還原劑混合干燥后直接加入等離子爐，不需造球； 4）還原徹底，鋅的回收率較高； 5）可實現(xiàn)較低沸點不同金屬的分離； 6）流程短、可回收利用大量的熱量資源等。 缺點： 1）電能消耗大； 2）還原劑要求高(需要高質(zhì)量焦炭)、噪聲較大、電極消耗大； 3）耐火材料消耗較大，且設(shè)備需增加冷凝裝置； 4）其產(chǎn)品一般還需另外冶煉

59、，增加了后序處理工藝。,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,應(yīng)用現(xiàn)狀：,等離子技術(shù)已較為成熟完善，在瑞典已大量應(yīng)用于鋼鐵生產(chǎn)領(lǐng)域處理含鋅粉塵和其他電弧爐粉塵。但近10幾年來，對該工藝研究的人較少，也少有關(guān)于技術(shù)革新及應(yīng)用方面的文獻(xiàn)報道。,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,5.2.3.4 其他還原方法代表性的技術(shù)：,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,www.whut.edu.cn,資源

60、與環(huán)境工程學(xué)院,利用燒結(jié)球團(tuán)過程回收鋅,利用微波加熱進(jìn)行還原,其他方法：,金屬還原法（鐵浴法、鋁浴法）,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,正常燒結(jié)區(qū)域,,,,,,,,,,,,,,,,,,常規(guī)燒結(jié)球團(tuán)過程，鋅很難脫除,研究中,可劃歸熔融還原類，成本高，研究中

61、,,,,,,,,,,,,,,,,鋪底料,,配碳含鋅粉塵球,,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,火法工藝總體特點：,缺點：設(shè)備投資較大，需綜合考察全局效益。,www.whut.edu.cn,資源與環(huán)境工程學(xué)院,5.2.4 濕法/火法聯(lián)合法 彌補火法或濕法的不足，回收某些單用火法或濕法不能回收的金屬元素以及去除某些對火法有害的元素的處理方法。代表性的有MRT技術(shù)。,含鋅粉塵,,浸出,,含鐵浸出渣,洗滌,,回收,,浸