一种黄铁矿焙烧铁橄榄石类冶金废渣回收铁的方法
【技术领域】
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[0001]本发明属于冶金工程与环境工程交叉领域，涉及一种黄铁矿焙烧铁橄榄石类冶金废渣回收铁的方法，具体涉及一种对铅渣、铜渣、镍渣等铁橄榄石类冶金渣进行焙烧回收铁的方法。
【背景技术】
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[0002]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，这些冶金废渣中伴生大量的铁资源。其中铜冶炼行业每年产生几百万吨铜渣，铜渣中含铁40% ;铅冶炼行业每年产生几百万吨铅渣，铅渣中含铁21-31% ;镍冶炼行业每年产生几百万吨镍渣，镍渣含铁30-40%。目前这些渣大量堆存，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。
[0003]铜渣、铅渣、镍渣中铁的回收主要是通过氧化/还原焙烧-磁选得到铁精矿、直接还原-磁选得到铁精矿、直接还原熔炼得到铁合金。铜渣、铅渣、镍渣中铁主要以铁橄榄石物相存在。铁橄榄石性质稳定，在1000°c以下用氧气进行氧化焙烧或用一氧化碳/碳进行还原焙烧，铁橄榄石转化为四氧化二铁或三氧化二铁的转化率均不高，因此氧化/还原焙烧-磁选处理铁橄榄石类冶金废渣效果不理想，特别是处理铅渣时铁没有富集效果。直接还原-磁选则要加入大量的煤，在1000-1200°c还原，直接还原熔炼在> 1400°C的条件下进行还原，能耗高。铁橄榄石不溶于稀酸，无法直接浸出，要用浓酸浆化后，在强酸高温的条件下才溶解。
[0004]综上所述，目前铁橄榄石类冶金废渣中铁资源的回收利用缺乏有效的方法，使得这些冶金废渣中铁资源得不到有效回收利用。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亟待解决的难题，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】
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[0005]本发明的目的是针对上述存在的问题，提供一种黄铁矿焙烧铁橄榄石类冶金废渣回收铁的方法。通过加入黄铁矿焙烧将废渣中铁橄榄石物相分解，再通过浸出或磁选的方式回收铁。
[0006]一种黄铁矿焙烧铁橄榄石类冶金废渣回收铁的方法:任选以下两种方案中的一种:
[0007](I)铁橄榄石类冶金废渣加入黄铁矿，有氧条件下焙烧，焙烧完成后将焙烧渣用酸溶液进行浸出得到含铁浸出液，或将焙烧渣进行强磁选得到铁精矿；
[0008](2)将铁橄榄石类冶金废渣加入黄铁矿在氧化气氛中两段低温焙烧，焙烧渣用弱酸浸出锌铜铅等有价金属后，再用酸溶液浸出得到含铁浸出液或进行强磁选得到铁精矿。
[0009]方案(I)中焙烧温度为300-1100°C，优选450_900°C焙烧时间为15_180min，优选60_90mino
[0010]方案(2)中两段低温焙烧是指300-600°C焙烧30_150min，优选30_90min，再在600-700°C焙烧 30-150min，优选 30_60min。
[0011]上述黄铁矿/铁橄榄石类冶金废渣中的铁质量比=I?8。
[0012]上述黄铁矿/铁橄榄石类冶金废渣中的铁质量比优选为I?3。
[0013]两个方案中的氧气浓度均为1-100%，优选100%。
[0014]两个方案中浸出铁的酸溶液为20-98%的硫酸，8-38%的盐酸，14_69%的硝酸，12-56%的醋酸的任一种；优选30-50%的硫酸，12-19%的盐酸，20-35%的硝酸，15-28%的醋酸；浸出液固质量比为(5?20)/1，优选(5?10)/1 ;浸出时间I?60min ;浸出温度25-100。。。
[0015]方案(2)中浸出有价金属的弱酸溶液为含硫酸、盐酸、硝酸的任一种，浓度范围为0.1-5%;浸出液固质量比为(5?20)/1 ;浸出时间I?60min ;浸出温度25_100°C;弱酸浸出液进行循环浸出后加入锌粉置换回收锌铜铅有价金属。
[0016]两个方案中焙烧渣进行强磁选的磁场强度为1.0-1.6万高斯，优选1.2万高斯。
[0017]所述的铁橄榄石类冶金废渣包括铅渣、铜渣或镍渣。
[0018]本发明涉及的黄铁矿氧化燃烧的化学反应过程如下:
[0019]2FeS2+5.502—Fe 203+3S02 (g)(I)
[0020]2FeS2+702— Fe 2 (SO4) 3+S02 (g)(2)
[0021 ] FeS2+302— FeSO 4+4S02 (g)(3)
[0022]本发明涉及的黄铁矿氧化燃烧中间产物硫酸铁和硫酸亚铁分解的化学反应过程如下:
[0023]Fe2 (SO4) 3 — Fe 203+3S03 (g)(4)
[0024]2FeS04— Fe 203+S03 (g) +SO2 (g)(5)
[0025]2FeS04+l/202(g) — Fe203+2S03(g)(6)
[0026]本发明二氧化硫分解废渣中各种铁物相的化学反应如下:
[0027]Fe304+S02 (g)+O2 (g) — Fe2(SO4)3(7)
[0028]Fe203+S02 (g)+O2 (g) — Fe2(SO4)3(8)
[0029]Fe0+S02 (g)+O2 (g) — Fe2(SO4)3(9)
[0030]Fe+S02 (g)+O2 (g) — Fe2(SO4)3(10)
[0031 ] 2Fe0.Si02+S02 (g) +O2 (g) — Fe2 (SO4) 3+Si02 (11)
[0032]Fe0.Si02+S02 (g) +O2 (g) — Fe2 (SO4) 3+Si02 (12)
[0033]本发明三氧化硫分解废渣中各种铁物相的化学反应如下:
[0034]Fe304+S03 (g) — Fe2 (SO4) 3+S02 (g)(13)
[0035]Fe203+S03 (g) — Fe2(SO4)3(14)
[0036]Fe0+S03 (g) — Fe2 (SO4) 3+S02 (g)(15)
[0037]Fe+S03(g) — Fe2 (SO4) 3+S02(g)(16)
[0038]2Fe0.Si02+S03(g) — Fe2 (SO4) 3+Si02(17)
[0039]Fe0.Si02+S03(g) — Fe2 (SO4) 3+Si02(18)
[0040]当焙烧温度> 500°C时，废渣中铁物相反应产物硫酸铁分解为三氧化二铁:
[0041 ] Fe2 (SO4) 3— Fe 203+3S03 (g)(19)
[0042]在本发明第一套方案中，铁橄榄石类冶金废渣中铁主要以铁橄榄石物相存在，此外还有少量的金属铁、四氧化三铁(Fe3O4)、三氧化二铁(Fe2O3)、氧化亚铁(FeO)。黄铁矿按反应(1)-(3)进行氧化燃烧反应，释放二氧化硫(SO2)，同时黄铁矿氧化燃烧中间产物硫酸铁和硫酸亚铁按(4)-(6)分解释放二氧化硫(SO2)和三氧化硫(SO3)。中间气态产物二氧化硫按反应(7)-(12)将废渣中各种铁的物相分解为硫酸铁(Fe2(SO4)3),三氧化硫按反应
(13)-(18)将废渣中各种铁的物相分解为硫酸铁(Fe2(SO4)3)。当焙烧温度> 500°C时，废渣中铁反应得到的产物硫酸铁会按反应(19)分解为三氧化二铁。由上述反应过程可知，加入黄铁矿焙烧铁橄榄石类冶金废渣，最终得到的焙烧渣中铁物相为硫酸铁或三氧化二铁。可对焙烧渣进行酸浸出提取铁或对焙烧渣进行强磁选得到铁精矿。
[0043]在本发明第二套方案中，当铁橄榄石类冶金废渣在300_600°C进行焙烧时，所有的铁物相会转化为硫酸铁。废渣中锌、铜和铅会分别转化为硫酸锌、硫酸铜和硫酸铅。再将废渣在600-700°C进行焙烧时，硫酸锌和硫酸铅不转化，硫酸铜转化为氧化铜，硫酸铁转化为三氧化二铁，因此用弱酸浸出可将废渣中锌、铜和铅等预先提取，与铁分离。弱酸浸出液进行循环浸出后，加入锌粉置换可回收铅、锌、铜等有价金属。
[0044]黄铁矿主要用于氧化焙烧制酸。黄铁矿氧化焙烧后，产生大量的黄铁矿烧渣，黄铁矿烧渣中主要含铁，同时含有铅、铜、锌等有价金属。目前黄铁矿烧渣主要是堆存，既对环境产生危害，又造成资源浪费。用黄铁矿氧化焙烧铁橄榄石类冶金废渣回收铁资源，焙烧过程中黄铁矿中的硫元素氧化后与冶金废渣中铁和铅、锌、铜等反应，黄铁矿中铁元素则和冶金废渣中铁元素同时参与反应，在浸出过程中或磁选过程中被提取。因此用黄铁矿氧化焙烧铁橄榄石类冶金废渣不但能回收铁橄榄石类冶金废渣中铁资源，实现铁橄榄石类冶金废渣的资源化和减量化，