一種金屬化球團的處理方法與系統與流程

本發明涉及一種金屬化球團的處理方法，還涉及一種金屬化球團的處理系統，屬于冶金技術領域。

背景技術：

金屬化球團一般是指含鐵物料球團經直接還原后得到的焙燒產品，其中鐵主要以金屬鐵或鐵合金(鐵合金中鐵以金屬鐵形式存在)的形式存在，因此其金屬化率一般可達60％～95％。目前金屬化球團多采用兩種方式進行處理，一種方式為熱態金屬化球團直接送入熔煉爐中，經熔化分離后得到熔分鐵/鐵合金和熔分渣；另外一種方式為金屬化球團先經水淬、破碎，再經磨礦、磁選分離后，得到金屬鐵/鐵合金顆粒和尾礦。其中，采用熔化分離方式時，能耗較高，但可以得到高品位熔分鐵/鐵合金；采用磨礦、磁選方式處理時，成本較低，但因要求的磨礦粒度細，因此磨礦過程的能耗和水耗在生產成本中占有較大的比重。

據統計世界上有80多種工業以汞為原料，汞的用途多達3000多種。如此廣泛的使用，每年全球散失于環境中的汞約為1.5×10⁴～3.0×10⁴t。含汞廢液主要來源于氯堿工業、塑料工業、皮毛加工和制藥等“三廢”排放及含汞農藥的使用等。含汞廢液的危害問題早已被人們所認識，并已開發出多種物理和化學的處理方法，主要包括硫化物沉淀法、金屬還原法、活性物質吸附法、離子交換法、電解法和微生物法等。但是這些方法依然存在許多弊端而制約了其廣泛的工業應用，因此含汞廢液仍然是環境的重要污染源之一。

中國專利申請公布號CN 103956487 A公開了一種利用轉底爐金屬化球團制備磷酸鐵鋰的方法，將金屬化球團進行破碎、粉磨、磁選、研磨和二次磁選等多重工序處理，再將鐵基合金加以利用，工藝流程較長；而且該發明采用金屬化球團—粉磨—濕式磁選—混料—干燥—燒結工藝，物料先后經過高溫—低溫—高溫以及干法—濕法—干法處理，能耗較高，因而成本偏高；所得到的磷酸鐵鋰還可能因鐵基合金帶入的雜質而影響其產品品質。中國專利申請公布號CN 101200320A公開了一種用于處理廢水的高含碳金屬化球團及制備方法，以含碳物料和含鐵原料為原料制備高含碳金屬化球團，該方法僅適用于處理電解法濾料，且需在酸性電解質水溶液中，以碳、鐵為陰陽極，采用Fe²⁺和碳的還原作用實現重金屬及有機污染物的還原回收，因此其處理效果和生產成本均不理想，且不能實現有價元素的回收，故經濟效益較差。

因此，亟待開發一種新的金屬化球團的處理方法與系統，實現金屬化球團與含汞廢液的綜合利用，降低生產成本。

技術實現要素：

本發明所要解決的第一個技術問題是提供一種金屬化球團的處理方法，該方法能夠產出高品質鐵產品、氧化鐵紅和金屬汞，實現電石渣、含汞廢液的綜合利用；

本發明所要解決的另一個技術問題是提供一種金屬化球團的處理系統。

為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是：

本發明首先公開了一種金屬化球團的處理方法，包括以下步驟：(1)將金屬化球團進行水淬、破碎處理，得到破碎物料；(2)向破碎物料中加入含汞廢液和電石渣，得到堿性混合物料；(3)將堿性混合物料進行粉磨，得到粉磨料漿；(4)將粉磨料漿進行磁選分離，得到磁性物料和非磁性物料；其中所述磁性物料主要包括金屬鐵/鐵合金顆粒；(5)將磁性物料進行重選分級，得到氫氧化亞鐵料漿和金屬鐵/鐵合金顆粒；(6)將氫氧化亞鐵料漿進行煅燒，得到氧化鐵紅；(7)將非磁性物料進行蒸餾，得到金屬汞和尾礦。

其中，按照質量百分比計，步驟(1)所述金屬化球團的金屬化率為60％-95％，優選為80％-95％；所述金屬化球團是含鐵物料球團經直接還原后得到的焙燒產物，且金屬化球團中鐵主要以金屬鐵顆粒或鐵合金顆粒形式存在。步驟(1)所述破碎物料的破碎粒度≤1-3mm；優選的，步驟(1)所述水淬過程采用含汞廢液進行。步驟(2)所述含汞廢液的汞含量≥0.05mg/L；所述堿性混合物料的pH值為8-9；其中，所述金屬化球團與含汞廢液的比例為，控制金屬化球團中金屬鐵與含汞廢液中汞離子的摩爾比≥10：1，優選為10-1000：1；所述電石渣的加入量為將堿性混合物料的pH值調節為8-9。按照質量百分比計，步驟(3)所述粉磨料漿中細度≤0.074mm的顆粒占70％以上；所述粉磨料漿中汞離子的濃度＜0.01mg/L。本發明所述金屬鐵/鐵合金顆粒指金屬鐵顆粒或鐵合金顆粒之一。

本發明所述含汞廢液主要來源于氯堿工業、塑料工業、皮毛加工和制藥等“三廢”排放及含汞農藥的使用等。

本發明將金屬化球團經水淬、破碎后，加入含汞廢液、電石渣得到pH值為8-9的堿性混合物料，進行粉磨。在粉磨過程中，破碎物料中的金屬鐵/鐵合金顆粒與含汞廢液發生置換反應，生成金屬汞和亞鐵離子；亞鐵離子則與電石渣反應生成氫氧化亞鐵，氫氧化亞鐵再經煅燒得到氧化鐵紅。其中，粉磨過程不僅可實現金屬鐵/鐵合金顆粒與雜質的分離，還能夠促進金屬鐵/鐵合金顆粒與汞離子的接觸，避免了傳統置換反應還需攪拌等輔助措施，有利于置換反應的發生；同時隨著置換反應的發生，金屬鐵/鐵合金顆粒的可磨性變好，有利于改善磨礦效率，且還會使鐵合金顆粒中鐵的含量逐漸降低，從而得到品位更高的合金產品。

本發明通過大量的實驗發現，含汞廢液中汞離子濃度在0.05mg/L以上，通過控制金屬化球團和含汞廢液的比例，使得金屬化球團中金屬鐵與含汞廢液中汞離子的摩爾比≥10：1，優選為10-1000：1，可確保金屬化球團中的金屬鐵將汞離子最大程度的置換出，使得后續廢液中的汞離子濃度低于0.01mg/L，達到工業廢水排放的環保要求。

本發明通過加入電石渣將堿性混合物料的pH值調節為8-9，由此可促進金屬鐵與汞離子充分發生置換反應，并使得生成的亞鐵離子全部生成氫氧化亞鐵沉淀，進一步促進還原反應的發生。如果堿性混合物料的pH值小于8，則置換反應發生不完全，且亞鐵離子沉淀也不完全；如果堿性混合物料的pH值大于9，過量的電石渣會影響礦漿濃度，從而不利于磨礦過程的進行，影響固體物料的磨礦細度。

采用本發明金屬化球團的處理方法，能夠實現金屬化球團、電石渣(工業固廢)、含汞廢液(工業廢水)的綜合利用，縮短磨礦時間，改善磨礦效率，產出高品質鐵產品、氧化鐵紅和金屬汞。

本發明進一步公開了一種金屬化球團的處理系統，包括：金屬化球團水淬-破碎裝置、粉磨裝置、磁選分離裝置、重選分級裝置、煅燒裝置和蒸餾裝置。

其中，所述金屬化球團水淬-破碎裝置設有金屬化球團入口和破碎物料出口；所述粉磨裝置設有破碎物料入口、含汞廢液入口、電石渣入口和粉磨料漿出口；所述磁選分離裝置設有粉磨料漿入口、磁性物料出口和非磁性物料出口；所述重選分級裝置設有磁性物料入口、金屬鐵/鐵合金顆粒出口和氫氧化亞鐵料漿出口；所述煅燒裝置設有氫氧化亞鐵料漿入口和氧化鐵紅出口；所述蒸餾裝置設有非磁性物料入口、金屬汞出口和尾礦出口。

進一步的，本發明金屬化球團的處理系統中，所述金屬化球團水淬-破碎裝置的破碎物料出口與所述粉磨裝置的破碎物料入口相連；所述粉磨裝置的粉磨料漿出口與所述磁選分離裝置的粉磨料漿入口相連；所述磁選分離裝置的磁性物料出口與所述重選分級裝置的磁性物料入口相連；所述磁選分離裝置的非磁性物料出口與所述蒸餾裝置的非磁性物料入口相連；所述重選分級裝置的氫氧化亞鐵料漿出口與所述煅燒裝置的氫氧化亞鐵料漿入口相連。其中，所述粉磨裝置可以為球磨機。

本發明所述“相連”可以是固定連接，也可以是可拆卸連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接連接，也可以是通過中間媒介間接相連。

本發明所述金屬化球團的處理系統中，金屬化球團水淬-破碎裝置用于將金屬化球團進行水淬、破碎處理，得到破碎物料；所述粉磨裝置用于將破碎物料、含汞廢液和電石渣混合的堿性混合物料進行粉磨，以得到粉磨料漿；所述磁選分離裝置用于將粉磨料漿進行磁選分離，得到磁性物料和非磁性物料；所述重選分級裝置用于將磁性物料進行重選分級，得到氫氧化亞鐵料漿和金屬鐵/鐵合金顆粒；所述煅燒裝置用于將氫氧化亞鐵料漿進行煅燒，得到氧化鐵紅；所述蒸餾裝置用于將非磁性物料進行蒸餾，得到金屬汞和尾礦。

本發明技術方案與現有技術相比，具有以下有益效果：

本發明采用金屬化球團、含汞廢液和電石渣制得pH值為8-9的堿性混合物料，替代純鐵粉或鐵屑等條件，并在不改變金屬化球團現有主體處理工藝的前提下，無需攪拌等輔助措施，在磨礦過程中即可實現置換反應的發生，改善了金屬化球團的可磨性，進一步降低水淬水耗、磨礦水耗和磨礦能耗，顯著降低金屬化球團、含汞廢液的處理成本，而且經處理后廢水中的汞離子排放濃度達到環保要求。本發明金屬化球團的處理方法和系統，能夠實現金屬化球團、含汞廢液和電石渣的綜合利用，獲得高品質的金屬鐵/鐵合金顆粒、氧化鐵紅和金屬汞產品，不僅實現汞、鐵的綜合回收，而且生產成本低、經濟效益好。

附圖說明

圖1為本發明金屬化球團的處理系統的結構示意圖；

圖2為本發明金屬化球團的處理方法的流程圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例來進一步描述本發明，本發明的優點和特點將會隨著描述而更為清楚。但是應理解所述實施例僅是范例性的，不對本發明的范圍構成任何限制。本領域技術人員應該理解的是，在不偏離本發明的精神和范圍下可以對本發明技術方案的細節和形式進行修改或替換，但這些修改或替換均落入本發明的保護范圍。

如圖1所示，本發明提供一種金屬化球團的處理系統，包括：金屬化球團水淬-破碎裝置1、粉磨裝置2、磁選分離裝置3、重選分級裝置4、煅燒裝置5和蒸餾裝置6。

其中，金屬化球團水淬-破碎裝置1設有金屬化球團入口和破碎物料出口；粉磨裝置2設有破碎物料入口、含汞廢液入口、電石渣入口和粉磨料漿出口；磁選分離裝置3設有粉磨料漿入口、磁性物料出口和非磁性物料出口；重選分級裝置4設有磁性物料入口、金屬鐵/鐵合金顆粒出口和氫氧化亞鐵料漿出口；煅燒裝置5設有氫氧化亞鐵料漿入口和氧化鐵紅出口；蒸餾裝置6設有非磁性物料入口、金屬汞出口和尾礦出口。

進一步的，金屬化球團水淬-破碎裝置1的破碎物料出口與粉磨裝置2的破碎物料入口相連；粉磨裝置2的粉磨料漿出口與磁選分離裝置3的粉磨料漿入口相連；磁選分離裝置3的磁性物料出口與重選分級裝置4的磁性物料入口相連；磁選分離裝置3的非磁性物料出口與蒸餾裝置6的非磁性物料入口相連；重選分級裝置4的氫氧化亞鐵料漿出口與煅燒裝置5的氫氧化亞鐵料漿入口相連。

本發明所述“相連”可以是固定連接，也可以是可拆卸連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接連接，也可以是通過中間媒介間接相連。

本發明金屬化球團的處理系統，金屬化球團通過金屬化球團水淬-破碎裝置1的金屬化球團入口進入金屬化球團水淬-破碎裝置1中，進行水淬、破碎處理，得到破碎物料。破碎物料通過粉磨裝置2的破碎物料入口進入粉磨裝置2，含汞廢液和電石渣分別通過含汞廢液入口、電石渣入口進入粉磨裝置2，破碎物料與含汞廢液、電石渣混合的堿性混合物料在粉磨裝置2中進行粉磨，得到粉磨料漿。粉磨料漿經磁選分離裝置3的粉磨料漿入口進入磁選分離裝置3，進行磁選分離，得到磁性物料和非磁性物料。磁性物料經重選分級裝置4的磁性物料入口進入重選分級裝置4，將磁性物料進行重選分級，得到氫氧化亞鐵料漿和金屬鐵/鐵合金顆粒；氫氧化亞鐵料漿經煅燒裝置5的氫氧化亞鐵料漿入口進入煅燒裝置5，將氫氧化亞鐵料漿進行煅燒，得到氧化鐵紅。磁選分離裝置3中得到的非磁性物料經蒸餾裝置6的非磁性物料入口進入蒸餾裝置6，將非磁性物料進行蒸餾，得到金屬汞和尾礦。

實施例一

[1]將經“紅土鎳礦—配碳球團—轉底爐直接還原”工藝處理后，得到的富含鎳鐵合金顆粒、金屬化率為80％的金屬化球團進行水淬，再將經水冷后的球團全部破碎至3mm以下，得到破碎物料(流程圖見圖2)。

[2]將破碎至3mm以下的破碎物料送入球磨機，并加入汞離子濃度為10g/L的含汞廢液、電石渣進行濕式磨礦，使得鎳鐵合金顆粒中的金屬鐵與含汞廢液中汞離子的摩爾比為10：1，用電石渣調整礦漿的pH值為8，磨礦時間40min，含汞廢液逐漸與鎳鐵合金顆粒發生置換反應生成金屬汞與亞鐵離子，亞鐵離子則與電石渣反應生成氫氧化亞鐵，并與未反應的鎳鐵合金顆粒、雜質等全部磨細至0.074mm以下占70％以上，得到汞離子濃度低于0.01mg/L的粉磨料漿；

[3]將粉磨料漿進行磁選分離，得到磁性物料和非磁性物料，其中磁性物料為鎳鐵合金顆粒和氫氧化亞鐵，非磁性物料為金屬汞和尾礦；

[4]將磁性物料進行重選分級，得到鎳品位為9.98％、鐵品位為63.69％的鎳鐵合金顆粒，以及氫氧化亞鐵料漿；

[5]將氫氧化亞鐵料漿進行煅燒，得到氧化鐵紅產品；

[6]將非磁性物料進行蒸餾，得到金屬汞和尾礦。

實施例二

[1]將經“鎳冶煉渣—配碳球團—轉底爐直接還原”工藝處理后，得到的富含低鎳鐵合金顆粒、金屬化率為85％的金屬化球團進行水淬，再將經水冷后的球團全部破碎至2mm以下，得到破碎物料。

[2]將破碎至2mm以下的破碎物料送入球磨機，并加入汞離子濃度為5g/L的含汞廢液、電石渣進行濕式磨礦，使得低鎳鐵合金顆粒中的金屬鐵與含汞廢液中汞離子的摩爾比為100：1，用電石渣調整礦漿的pH值為8.5，磨礦時間30min，含汞廢液逐漸與低鎳鐵合金顆粒中的金屬鐵發生置換反應生成金屬汞與亞鐵離子，亞鐵離子則與電石渣反應生成氫氧化亞鐵，并與未反應的低鎳鐵合金顆粒、雜質等全部磨細至0.074mm以下占80％以上，得到汞離子濃度低于0.01mg/L的粉磨料漿；

[3]將粉磨料漿進行磁選分離，得到磁性物料和非磁性物料，其中磁性物料為鎳鐵合金顆粒和氫氧化亞鐵，非磁性物料為金屬汞和尾礦；

[4]將磁性物料進行重選分級，得到TFe品位90.23％、鎳含量1.89％的低鎳鐵合金顆粒，以及氫氧化亞鐵料漿；

[5]將氫氧化亞鐵料漿進行煅燒，得到氧化鐵紅產品；

[6]將非磁性物料進行蒸餾，得到金屬汞和尾礦。

實施例三

[1]將經“鐵精礦—配碳球團—轉底爐直接還原”工藝處理后，得到的富含金屬鐵顆粒、金屬化率為95％的金屬化球團進行水淬，再將經水冷后的球團全部破碎至1mm以下，得到破碎物料。

[2]將破碎至1mm以下的金屬化球團顆粒送入球磨機，并加入汞離子濃度為0.05mg/L的含汞廢液、電石渣進行濕式磨礦，使得金屬鐵與含汞廢液中汞離子的摩爾比為1000：1，用電石渣調整礦漿的pH值為9，磨礦時間20min，含汞廢液逐漸與金屬鐵顆粒發生置換反應生成金屬汞與亞鐵離子，亞鐵離子則與電石渣反應生成氫氧化亞鐵，并與未反應的金屬鐵顆粒、雜質等全部磨細至0.074mm以下占90％以上，得到汞離子濃度低于0.01mg/L的粉磨料漿；

[3]將粉磨料漿進行磁選分離，得到磁性物料和非磁性物料，其中磁性物料為金屬鐵顆粒和氫氧化亞鐵，非磁性物料為金屬汞和尾礦；

[4]將磁性物料進行重選分級，得到TFe品位91.15％的金屬鐵顆粒，以及氫氧化亞鐵料漿；

[5]將氫氧化亞鐵料漿進行煅燒，得到氧化鐵紅產品；

[6]將非磁性物料進行蒸餾，得到金屬汞和尾礦。

實施例四

[1]將經“紅土鎳礦—配碳球團—轉底爐直接還原”工藝處理后，得到的富含鎳鐵合金顆粒、金屬化率為60％的金屬化球團進行水淬，再將經水冷后的球團全部破碎至2mm以下，得到破碎物料。

[2]將破碎至2mm以下的破碎物料送入球磨機，并加入汞離子濃度為10g/L的含汞廢液、電石渣進行濕式磨礦，使得鎳鐵合金顆粒中的金屬鐵與含汞廢液中汞離子的摩爾比為1000：1，用電石渣調整礦漿的pH值為9，磨礦時間35min，含汞廢液逐漸與鎳鐵合金顆粒中的金屬鐵發生置換反應生成金屬汞與亞鐵離子，亞鐵離子則與電石渣反應生成氫氧化亞鐵，并與未反應的鎳鐵合金顆粒、雜質等全部磨細至0.074mm以下占80％以上，得到汞離子濃度低于0.01mg/L的粉磨料漿；

[3]將粉磨料漿進行磁選分離，得到磁性物料和非磁性物料，其中磁性物料為鎳鐵合金顆粒和氫氧化亞鐵，非磁性物料為金屬汞和尾礦；

[4]將磁性物料進行重選分級，得到鎳品位為10.52％、鐵品位為61.09％的高鎳鐵合金顆粒，以及氫氧化亞鐵料漿；

[5]將氫氧化亞鐵料漿進行煅燒，得到氧化鐵紅產品；

[6]將非磁性物料進行蒸餾，得到金屬汞和尾礦。

對比試驗一

將經“紅土鎳礦—配碳球團—轉底爐直接還原”工藝處理后，得到金屬化率為80％的熱態金屬化球團，經水淬后送入球磨機磨礦，磨礦時間50min，得到細度為0.074mm以下占70％以上的粉磨料漿，粉磨料漿經磁選分離，得到鎳品位6.03％，鐵品位65.57％的鎳鐵合金顆粒。

對比試驗二

將經“鎳冶煉渣—配碳球團—轉底爐直接還原”工藝處理后，得到金屬化率為85％的熱態金屬化球團，經水淬后送入球磨機磨礦，磨礦時間40min，得到細度為0.074mm以下占70％以上的粉磨料漿，粉磨料漿經磁選分離，得到鎳品位0.89％、鐵品位92.35％的低鎳鐵合金顆粒。

對比試驗三

將經“鐵精礦—配碳球團—轉底爐直接還原”工藝處理后，得到金屬化率為90％的熱態金屬化球團，經水淬后送入球磨機磨礦，磨礦時間30min，得到細度為0.074mm以下占70％以上的粉磨料漿，粉磨料漿經磁選分離，得到鐵品位92.86％的金屬鐵顆粒。