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    用还原焙烧的方法对石棉尾矿进行预处理可行吗?
    [点击量:112] [作者:肖景波] [日期:2019-09-06]

     近来有朋友与我讨论是否可以用还原焙烧的方法对石棉尾矿进行预处理的问题,我问这样做的目的是什么,说是通过还原焙烧去减少酸浸过程的耗酸量。

      那么还原焙烧是否可以达到减少石棉尾矿酸浸过程硫酸消耗量的目的呢?

      我们知道,石棉尾矿的主体化学组成是SiO2和MgO,二者约占石棉尾矿质量的65%-80%。其次是铁,约占石棉尾矿质量的3%-7.5%,主要物相为磁铁矿和赤铁矿,根据矿区不同有些差别。以茫崖选铁后石棉尾矿为例,含SiO232.05%,MgO36.9%,Fe2O3 5.17%, Fe3O4 1.86%, NiO 0.15%。如果以无烟煤为碳源对其进行还原焙烧,那么将发生以下反应:

            2Fe2O3+1/2C→1/2CO2+Fe3O4 (1)

            2Fe2O3+3C→3CO2+4Fe       (2)

            Fe3O4+2C→2CO2+3Fe        (3)

            MgO+C→2Mg(g)↑+CO2       (4)

      由以上反应可知,采用碳热还原法可以实现对石棉尾矿中赤铁矿、磁铁矿和氧化镁的还原。如果是以分选海绵铁为目的,那么还原温度在1275℃以上,如果以将石棉尾矿中的赤铁矿还原为磁铁矿为目的,则还原温度较低,在650℃-750℃之间。从镁还原的角度看,MgO还原的最终产物为镁蒸汽,还原产生镁蒸汽需以生产金属镁为目的,而且镁的还原温度在1850℃以上。

      如果还原焙烧的目的是为了减少石棉尾矿酸浸过程的硫酸消耗量,其理论依据可能在于:通过还原焙烧发生式(1)反应使其中所含的赤铁矿转化为磁铁矿。由于磁铁矿在非氧化条件下不易与硫酸反应,酸浸过程基本以磁铁矿物相留存于酸浸残渣中,由此达到减少硫酸消耗量的目的。

      以茫崖选铁后石棉尾矿为例,如果以无烟煤作为碳源进行还原焙烧,那么需要以大于理论量的配煤量加入无烟煤,以含碳量90%的无烟煤计,每吨石棉尾矿约需加煤80Kg。其处理成本见下表:


      注:表中内容末考虑脱硫剂。

      由上述分析可知,以节约酸浸过程硫酸消耗为目的对石棉尾矿中的赤铁矿进行还原焙烧,每处理1吨石棉尾矿的运行成本为243.2元。

      那么将还原焙烧后的石棉尾矿用于酸浸又能节约多少硫酸呢?我们仍以茫崖选铁后石棉尾矿为例,尾矿中含Fe2O3 5.17%,即每1吨中含赤铁矿51.7Kg。酸浸过程按下式进行反应:

          Fe2O3+3H2SO4→Fe2(SO4)3+3H2O

      经计算可知,将所述赤铁矿全部浸出需消耗浓度为98%的硫酸约98Kg,单价按0.4元/Kg计,价值39.2元。反之,如果将所述51.7赤铁矿还原为磁铁矿,那么在酸浸过程就避免了铁对硫酸的消耗,节约硫酸价值39.2元。

      但是不要忘记,将石棉尾矿中赤铁矿还原为磁铁矿运行成本为243.2元,扣除节约的硫酸价值39.2元后,较直接酸浸法多支出204元,显然,还原焙烧后再进行酸浸的处置方式,成本远远高于直接酸浸法。

      直接酸浸过程,赤铁矿与硫酸反应并被顺利浸出,分离后用于生产高附加值铁化合物,如氧化铁颜料、软磁铁氧体用氧化铁等。磁铁矿基本不与酸碱反应,在碱浸分离SiO2后被富集于酸浸残渣中,经磁选收得磁铁矿用做炼钢原料。

      综上所述,以节约酸耗为目的对石棉尾矿进行还原焙烧没有任何实际意义,从工业实践角度考虑缺泛可行性。当然,合理控制焙烧条件可以提高矿物的化学活性,有助于有价元素的浸出,但对于相对易浸的石棉尾矿而言,焙烧只能增加设备投资和运行成本,完全没有必要。


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    肖景波,高级工程师,中国化工学会无机酸碱盐专业委员会第三、四届硼化物专家组副组长,中国绿色建材产业发展联盟工业固废专业委员会学术委员会委员,《硼化合物生产与应用》第一副主编,中国硼工业新人贡献奖获得者,全国无机盐先进科技工作者。曾参与了《无机盐工艺学》等学术专著的编写,发表学术论文40余篇。多年来主要从事非金属矿综合利用、湿法冶金、工业废弃物综合利用、硼、镁化合物制备工艺研究。拥有40余项科技成果,具有扎实的理论基础和丰富的工业实践经验。

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