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(duì)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(huì)生產(chǎn)、流通、消費(fèi)過程中產(chǎn)生的不再具有原使用價(jià)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(jià)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(shí)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(huì)、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(jì)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(xiàng)目中出現(xiàn)。 高爐渣的回收利用率：,中國(guó),日本,德國(guó),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?？僧a(chǎn)生1-3t

7、固廢，個(gè)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(guó)已累計(jì)堆存粉煤灰13億t之多。,,粉煤灰,對(duì)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(jià)組分； 對(duì)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(zhǎng)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(jí)-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(diǎn),工藝流程簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，運(yùn)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?shí)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(guó)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(chǎng)實(shí)現(xiàn)大直徑設(shè)計(jì)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(jì),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(xiàng)指標(biāo)達(dá)到或優(yōu)于國(guó)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(shí)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(rùn)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(rùn)土。,微細(xì)鋼渣和膨潤(rùn)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(zhǎng)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(diǎn),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(diǎn) :,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(guó)石煤分布及其中釩的儲(chǔ)量,我國(guó)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(yùn)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(guó)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(chǔ)量達(dá)1.18億噸，超過國(guó)外總儲(chǔ)量是國(guó)內(nèi)釩鈦磁鐵礦石中V2O5儲(chǔ)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(dòng)機(jī)、高速飛行器骨架,環(huán)保、高容量、瞬時(shí)充電；用于手提式電子裝置、電動(dòng)汽車和計(jì)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(dòng)機(jī)、高速飛行器骨架,環(huán)保、高容量、瞬時(shí)充電；用

18、于手提式電子裝置、電動(dòng)汽車和計(jì)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(guó)從國(guó)家安全出發(fā)，釩已成為本世紀(jì)最重要的戰(zhàn)略儲(chǔ)備資源之一，其地位和作用長(zhǎng)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(jià)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(jìng)爭(zhēng)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(dú)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(dú)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(jià)態(tài)和相鄰兩種價(jià)態(tài)存在，較少以三種價(jià)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(diǎn)：,,,,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(jià)為高價(jià)態(tài)提取。,低價(jià)釩（V3+）→高價(jià)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(jià)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(jià) 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(shí)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(fèi)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(jià)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(jià)釩

28、 2V2O3 + O2 = 2V2O4；2V2O4 + O2 = 2V2O5 萃取：先利用還原劑還原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(jià)率較低，影響釩的浸出；對(duì)原礦具有一定的選擇性；主要適合氧化型石煤礦石；對(duì)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(diǎn)：,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(duì)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(duì)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(diǎn)，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(diǎn)：,鈣化焙燒不會(huì)產(chǎn)生Cl2、HCl等污染，焙燒過程可固硫，對(duì)環(huán)境友好； 對(duì)礦石具有一定的選擇性，對(duì)石煤原生礦焙燒和浸出效果不佳； 鈣化焙燒相對(duì)鈉化焙燒需要較長(zhǎng)的焙燒時(shí)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(shí)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(diǎn)：,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(jià)態(tài)和吸附態(tài)氧化礦石，對(duì)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(shí)間較長(zhǎng)，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(jià)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(diǎn)：,強(qiáng)化對(duì)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(jià)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(diǎn)： 鈉鹽用量<4%，低于國(guó)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(jià)釩氧化釩化合物生成,,轉(zhuǎn)價(jià)率提高 ：20% 以上,復(fù)合添加劑特點(diǎn)：,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(yùn)動(dòng)，完成傳熱與反應(yīng)過程,,,特點(diǎn)： 1）焙燒物料溫度升幅<30℃的小幅升溫精確控制 2）可實(shí)現(xiàn)窄級(jí)別焙燒溫度梯度（780-850℃ ）變化,新型回轉(zhuǎn)窯技術(shù)特點(diǎn)：,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(diǎn)：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(shí)現(xiàn)脫碳與轉(zhuǎn)價(jià)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(shí)

41、間短 60S 4）實(shí)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(guó)鐵尾礦的特點(diǎn),,,,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(yùn)行費(fèi)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(jià)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(jià)金屬。 國(guó)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(duì)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(duì)尾礦進(jìn)行再選，再選粗精礦經(jīng)過高頻振動(dòng)細(xì)篩進(jìn)行篩分，細(xì)粒級(jí)進(jìn)入永磁磁選機(jī)，粗粒級(jí)進(jìn)入球磨機(jī)細(xì)磨后返回高頻振動(dòng)細(xì)篩。

44、 (3) 昆鋼上廠鐵礦 對(duì)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(tái)SLon-1500 mm立環(huán)脈動(dòng)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(zhǎng)石和鱗石

46、英生成，主晶相為赤鐵礦、石英、鈣長(zhǎng)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(shí)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(jí)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(guó)外含鋅鉛粉塵的產(chǎn)出及處理現(xiàn)狀,5.1 國(guó)內(nèi)外含鋅鉛粉塵的特點(diǎn)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(guó)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 固化或玻化法 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(jià)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(diǎn),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(jià)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(dòng)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(gè)流化床反應(yīng)器，還原氣體逆向流動(dòng)。粉塵與還原氣逆流接觸完成預(yù)熱、升溫和逐級(jí)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(guó)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(diǎn)：,優(yōu)點(diǎn)： 1）設(shè)備占地面積小、效率高； 2）整個(gè)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(shí)現(xiàn)較低沸點(diǎn)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(diǎn)： 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(duì)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(bào)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(diǎn)：,缺點(diǎn)：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(bǔ)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(duì)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