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硫铁矿尾矿综合开发利用案例

责任编辑:三久重工 发表时间:2016-06-19 06:30

  宜宾是四川省硫铁矿资源主要赋存区域及矿产地之一,宜宾硫铁矿属川南晚二叠世硫、煤共生矿床。全市现有硫铁矿矿山近40个,主要分布在珙县、兴文县和江安县。矿山保有资源储量7953万t,年产矿石30万t。宜宾硫铁矿尾矿主要成分硫铁矿矿 石组分较简单,金属矿物主要是黄铁矿,有少量白铁矿、金红石和锐钛矿;非金属矿物主要是高岭石,另有少量珍珠陶土、石英、重晶石等。硫铁矿占 20%~40%,高岭土占55%~75%,其他矿物占5%左右,其中以锐钛矿、金红石为主,占3%左右。硫铁矿尾矿实质是与硫铁矿共生的高岭石粘土岩。尾 矿中一部分是较细的粘土,属半软质粘土,主要矿物成分为高岭石,黄铁矿含量很少;另一部分较粗的粘土形成的尾砂,呈灰白色颗粒状,粒度一般在1~5mm, 很难水化,属硬质粘土,其间嵌有未裂开的小颗粒黄铁矿。粘土矿物中主要为结晶度很高的片状高岭石,其次为迪开石及少量多水高岭石,单一含铝矿物及石英等非 粘土类硅酸盐矿物的含量低。高岭石粘土中,钛以细分散的锐钛矿颗粒存在,其中一些锐钛矿颗粒具絮凝现象;铁以次生铁形式存在,为极细的赤铁矿颗粒集合体。

  长期以来,硫铁矿矿山在生产过程中大量排放和堆存的尾矿(含黄铁矿高岭石粘土),不仅造成了资源的严重浪费,而且对当地生态环境造成了严重的影响。因此,如何搞好硫铁矿尾矿的综合开发利用,是关系到地区社会、经济可持续发展的重大课题。

  宜宾硫铁矿尾矿高岭土内所含的有机质固定碳使矿石呈灰色至黑色,这是制约它应用的主要因素之一;而含量较高的铁与钛则是制约高岭土应用的另一个 因素。因此,即使对高岭土的铁、钛进行脱除处理,仍存在碳质污染问题,其白度不能适应陶瓷、彩色微晶玻璃、造纸、橡胶等常规用途质量要求。因而,煅烧脱碳 就成为开发高岭土的重要手段,即制备煅烧高岭土。用于煅烧的高岭土可以是脱除铁、钛后的提纯高岭土,也可是经过粉碎后的尾矿渣。作为含黄铁矿高岭土,如果 所含的黄铁矿在分选中未除去,则在高岭土的氧化煅烧过程中会转化为Fe2O3,同时有氧化产物SO2释放,这将降低其白度,提高黄色色度,不利于高岭土的 直接应用。因此,对于直接煅烧的尾矿渣和含黄铁矿的高岭土,在煅烧后往往还要进行后续处理。在不同的煅烧温度下制备的煅烧高岭土具有不同的用途。在 650~700℃煅烧,可用于合成分子筛、铝盐的制备以及作为塑料、橡胶等功能性填料;在800~850℃煅烧,可制备合成分子筛与铝盐;在1000℃煅 烧,可广泛用作低定量涂布纸及高档纸板的涂料。制备的煅烧高岭土经过精选提纯,还可用于造纸行业。#p#分页标题#e#

  硫铁矿尾矿高岭土煅烧后,先用盐酸溶出原高岭石结构内的Al2O3和Fe2O3,再从溶液中回收铝盐和铁 盐。回收的铝盐和铁盐可制得聚合氯化铝或铁铝混合净水剂,滤饼则可作为制造微晶玻璃和陶瓷的原料,具有显著的经济、环境和社会效益。煅烧高岭土的主要目的 是将高岭石转化为偏高岭石,使其反应活性增强。盐酸在常压接近沸腾条件下能溶出大部分Al2O3和Fe2O3;碳质可在煅烧过程中完全去除,同时在煅烧过 程中不会因局部过热而形成不溶性的莫来石。最佳的煅烧工艺是煅烧温度控制在500~950℃,煅烧时间控制在2h左右。在酸洗反应过程中,因原高岭石内的 晶格铝被抽提进入溶液,惰性的硅质组分以无定形SiO2微片形式保留下来悬浮在溶液中;经固液分离后,将硅质滤饼烘干、粉碎,得得固体产品;滤液经蒸发浓 缩,得到结晶AlCl3·6H2O产物,再经热解,得到碱式氯化铝,经进一步水解、聚合后,可制得聚合氯化铝。为使煅烧高岭土中的铁、铝大部分能溶出,可 投加过量的盐酸;但盐酸用量过大,经济性较差,同时还会增大后续浓缩过程中的蒸发负荷。因此,不采取一段溶浸法,而采用二段溶浸法,这样可较为充分地消耗 剩余盐酸,并提高溶液中的铁、铝浓度。但这种工艺需严格控制酸的用量和酸的初始浓度,若第二阶段得到的滤液酸浓度过低(pH值大于2),将导致Fe3+水 解,而影响净水剂的使用。

  宜宾硫铁矿尾矿高岭土可不需进行煅烧氧化脱碳而直接进行利用生产一系列硫铝酸盐水泥。以尾矿高岭土、石灰石、石膏、矾土、铁粉为原料按配方进行 配料,可制得硅、铁、铝含量不同的硫铝酸盐水泥。在煅烧过程中,最佳温度控制在1200~1400℃,制得的水泥具有早强、膨胀、抗硫酸盐侵蚀等优良性 能,通过调节石膏掺量,可制成早强水泥、快硬高强水泥、无收缩水泥、膨胀水泥、自应力水泥等。#p#分页标题#e#

  微晶玻璃又称玻璃陶瓷,是一种高性能、高附加值、低成本的高档建筑材料,是由晶相和残余玻璃相组成的质地致密、无孔、均匀的混合体。在某种组成 的玻璃中加入一定量的晶核剂,熔炼成形后进行晶化处理,在玻璃相内均匀地析出大量的微小晶体。矿渣微晶玻璃以炉渣和工业废渣为主要原料,掺加少量其他原料 (促进玻璃熔制和晶化)而制得。废渣来源广泛、工艺简单、价格低廉,而制品具有较高的耐化学腐蚀性、耐热性、耐磨性与良好的绝缘性,可部分代替铸铁、钢 (包括不锈钢)、大理石、花岗岩,制成各种部件,广泛用于化工、机械和建筑装饰等方面。利用废弃的尾矿高岭土制备高附加值的微晶玻璃,既可提高经济效益, 又能解决由尾矿带来的环境污染问题,对促进经济社会可持续发展具有重要的意义。

  以宜宾硫铁矿尾矿高岭土为主要原料生产微晶玻璃,需加入石英砂调节SiO2含量,同时引入少量外加剂调节制 品性能。尾矿高岭土中的TiO2、Fe2O3等可起晶化剂的作用,碳质作为还原剂;若要生产彩色微晶玻璃,则需加入脱色剂和着色剂。将原料在 1400~1500℃下,于还原气氛中熔融、澄清、均化后,用压延法、滚筒法或铸造法成形;成形后玻璃在650~750℃下加热,使其形成晶核,在 800~950℃下晶化。李智采用锻烧—二次酸浸方法,把尾矿中的铁和部分铝以净水剂的形式溶出,将尾矿转化为成分简单、性能稳定的高硅低铁料,再通过加 入少量的ZrO2、P2O5和CaF2,与尾矿中的TiO2组成复合晶核剂,成功的制备出了以透辉石为土晶相的彩色微晶玻璃。宜宾硫铁矿尾矿高岭土可直接 生产深色微晶玻璃,不用再次进行选矿处理去除铁、钛,也不需进行煅烧脱碳工序;生产过程中,重金属的硫化物和二氧化钛作为晶核剂,碳质作为还原剂。如要生 产浅色微晶玻璃,可在原料中添加ZnO及脱色剂,若原料中铁含量过高,不能制得浅色微晶玻璃。因而,前面所述的高岭土煅烧产物和提取净水剂后的滤渣比较适 合用作生产浅色微晶玻璃的原料。制得浅色微晶玻璃以后,再根据需要添加各种着色剂,可生产出各种彩色玻璃制品,其主晶相为硅灰石、钙长石或透辉石。矿渣微 晶玻璃抗压强度高,抗弯强度同铸铁相近,耐磨性比铸石、花岗岩、陶瓷都高,可广泛用作结构材料与耐磨材料,如地板、输送固态和液态物料的管道、导槽、料 斗、水力旋流器等。此外彩色微晶玻璃还是高档的建筑装饰饰面材料。#p#分页标题#e#

  硫铁矿尾矿可用于耐火材料工业,根据其Al2O3含量不同,可用作Ⅱ、Ⅲ级硬质粘土、半软质粘土或软质粘 土。尾矿经酸洗、二次粗选、一次精选、二次扫选选矿工艺后,可用于生产硅酸铝质耐火材料和耐火材料粘合剂,应用范围广泛,特别适用于耐火粘土制品的制备。 目前的选矿工艺对硫铁矿的回收率仅在70%左右,而浮选工艺硫铁矿的回收率达96%,尾矿中主要矿物为高岭石(>95%)。尾矿化学成分 为:w(Al2O3)33.07%~35.37%,w(Fe2O3)2.27%~3.38%,烧失量为13.66%~16.70%,可塑性指标为8~9, 耐火度为1670~1730℃,达到了冶金用半软质耐火粘土要求。可见,将尾砂通过磨细再浮选,可回收大量的硫精砂,同时浮选后的尾矿可作为耐火粘土原 料。因此当地硫精砂企业应对目前的选矿工艺加以改进,采用跳汰浮选联选工艺,这样既可以提高硫铁矿回收率,又能对尾矿进行综合利用,从而起到开发资源、保 护环境的目的。

  由于目前宜宾硫铁矿生产厂绝大部分采用跳汰选矿工艺, 尾矿S含量一般在5%~8%(粗砂含硫高,细砂含硫低),若这部分硫不分选出来,一方面将造成资源浪费,另一方面也限制了尾矿的利用,同时在尾矿的利用过 程中还会对环境造成极大的污染。为此,可将硫铁矿尾矿磨细至0.1m左右后,加入少量页岩或红色粘土,以增加其结合性,再加入少量石灰以降低其烧结温度, 用半干法压制成型,干燥后在1100℃烧制成砖,其强度可达到标准建筑红砖要求。硫铁矿尾矿生产建筑用砖,投资少、见效快、用砂量大,既可解决当地尾矿大 量堆积所造成的环境污染,又可节约耕地,是一种见效快的利用方向。但必须改用浮选的选矿方法,否则磨细成本太高,经济上不合理。而采用浮选法可在提高硫精 砂回收率的同时对其尾砂资源进行综合利用。#p#分页标题#e#

  硫铁矿尾矿里含有大量的有用矿物,是宝贵的二次资源。对宜宾硫铁矿尾矿加以综合利用、变废为宝,既可解决当地尾矿堆积占用耕地和污染环境问题,又可以获取较好的社会效益和经济效益,从而有利于实现资源开发与环境保护的协调发展。