2 工程科学学报，第40卷，第1期 我国每年硫酸渣产量高达14~15Mt,约占化工废渣 王苹[]通过多种工艺矿物学手段对武汉某化 的1/3).长期以来硫酸渣的综合利用是我国固体 工公司生产的硫酸渣进行了分析，烧渣中赤铁矿呈 废弃物关注的一个重要问题).硫酸渣的主要成分 细粒状，和硅酸盐和碳酸盐矿物共生，其粒度为 是铁，物相组成主要为Fe203、Fe304、CaSO,和SiO2, 0.018~0.074mm:黄铁矿在焙烧时发生去棱角化， 同时包含重金属铜、铅、锌、硫、砷等有毒有害元素. 形成了各种形状的颗粒，由于大量气体逸出，矿物颗 其主要特点是“铁低硫高”，硫的质量分数在1%~ 粒变得疏松多孔，成分也发生了变化，部分与磁铁矿 3%,铁的质量分数为30%~60%[4] 及其他脉石矿物相互包裹：主要脉石矿物为石英、少 目前，仅有30%的硫酸渣通过生产建筑材料、 量长石和云母，石英的粒度为0.02~0.150mm.常 制催化剂、制铁系颜料、制砖等方法利用58】，这些 见的石英颗粒被矿物包裹，形成皮壳状，长石粒度一 方法多存在产品附加价值低、投资大、铁利用效率 般为0.028~0.210mm,多数长石表面有铁矿物存 低、对环境污染大等缺点.大部分硫酸渣均未经进 在.黑云母多数呈他型，少数呈字型及半自型，粒度 一步处理就被堆放或填埋处置，这样不仅占用了土 为0.018~0.323mm,磁铁矿矿物颗粒细小，呈不规 地，还需支付巨额的土地征用费、运费和填埋费，而 则粒状、蜂窝状和浸染状存在，显微镜下的反射色和 且其中的有价元素铜、铅、锌等未得到回收利用，造 天然磁铁矿的反射色相比较为暗淡，磁铁矿与脉石 成了资源的浪费，同时这些重金属元素铬、镉、铅及 矿物的嵌布关系也较为复杂. 硫、砷溶解后对环境、人体健康及安全存在着巨大的 甘永刚)对安徽某地的硫酸渣进行了工艺矿 威胁[9-).因此，亟待开发硫酸渣利用的新技术和 物学研究，考察了硫酸渣的硬度、密度、比磁化系数 新方法 等物理性质参数和烧渣的矿物组成和含量，研究表 我国早在1950年就有很多企业率先开展烧渣 明烧渣中可利用的元素是铁，在烧渣中主要以赤铁 作为炼铁原料的研究，近年来我国钢铁行业迅速发 矿、磁铁矿和磁赤铁矿的形式存在，烧渣的矿物结构 展，钢铁行业对铁矿石的需求很大[2].2015年，我 主要有蜂窝状、半自形-他形晶、浸染状、残余状和 国铁矿石进口量仍高达950Mt],硫酸渣脱硫问题 包裹状结构，含有少量的Al、Mg、Ph、Ca、Zn等有害 一直是硫酸渣实现最大价值的瓶颈问题，严重阻碍 元素，有害元素硫质量分数超标 了硫酸渣回收利用的工业应用进程，解决硫酸渣的 硫酸渣中硫的赋存形式主要有单质硫、硫化物 脱硫问题可使硫酸渣资源化利用更加广阔，是硫酸 和硫酸盐，来源分别是1]：(1)烧渣中的单质硫来源 工业理想的生产模式.因此加强硫酸渣脱硫制备高 于原矿中的单质硫及焙烧过程产生的单质硫.(2) 品质铁精矿研究可以有效的解决硫酸渣的综合利用 烧渣中的硫化物来源于原矿中与脉石矿物嵌布复 问题以及环境问题，具有良好的经济意义及环保意 杂，相互包裹导致焙烧不完全形成的硫化物及过细 义[4].本文重点对硫酸渣脱硫制备高品质铁精矿 的硫化物细粉未经焙烧进入烟尘后混入硫酸渣中的 的各种技术进行详细介绍、对比与评价，从而对今后 硫化物.(3)烧渣中的硫酸盐来源于原矿中的活性 硫酸渣脱硫技术的发展方向提出展望，为从事利用 元素在高温下与焙烧产生的S、S0,和S03生成的 硫酸渣脱硫制备高品质铁精矿的科研工作者提供积 盐类. 极有效参考 2硫酸渣脱硫技术现状 1硫酸渣的工艺矿物学性质 目前国内常用的硫酸渣脱硫制备高品质铁精刊矿 硫酸渣中化学元素的结晶形态和化学组成均不 的方法主要有化学法4,0.9，磁化焙烧21-23】、选矿 同于天然矿石.烧渣中的铁、铜、铅、锌主要以氧化 法[24-5]、生物法[2-]等方法.硫铁矿焙烧所得的烧 物的形式赋存，少量为硫化物、硫酸盐等形态赋存. 渣工艺矿物学性质发生了一定的变化，其化学成分 矿物间相互掺杂，密度差较小，磁团聚现象明显，杂 变化大、矿物颗粒小、不同矿物颗粒间嵌布复杂，利 质难以分离.工业生产中，硫质量分数高于2%的被 用单一的方法脱硫制备高品质铁精矿效果并不理 认为是高硫硫酸渣，硫质量分数低于0.3%的为低 想，近年来工业上出现了很多联合法[2-9].以下对 硫硫酸渣，低硫硫酸渣可直接使用.工业上在炼钢 每种方法进行介绍和分析. 过程中，硫质量分数过高会导致延展性及韧性降低， 2.1化学浸出法 特别是冲击值或冲击韧性降低，降低硫质量分数是 硫酸渣化学浸出主要包括酸浸法和碱浸法.目 硫酸渣综合利用的焦点5]. 前应用研究较多的仍为酸浸法，碱浸法报道鲜见，本工程科学学报,第 40 卷,第 1 期 我国每年硫酸渣产量高达 14 ~ 15 Mt,约占化工废渣 的 1 / 3 [2] . 长期以来硫酸渣的综合利用是我国固体 废弃物关注的一个重要问题[3] . 硫酸渣的主要成分 是铁,物相组成主要为 Fe2O3 、Fe3O4 、CaSO4和 SiO2 , 同时包含重金属铜、铅、锌、硫、砷等有毒有害元素. 其主要特点是“铁低硫高冶,硫的质量分数在 1% ~ 3% ,铁的质量分数为 30% ~ 60% [4] . 目前,仅有 30% 的硫酸渣通过生产建筑材料、 制催化剂、制铁系颜料、制砖等方法利用[5鄄鄄8] ,这些 方法多存在产品附加价值低、投资大、铁利用效率 低、对环境污染大等缺点. 大部分硫酸渣均未经进 一步处理就被堆放或填埋处置,这样不仅占用了土 地,还需支付巨额的土地征用费、运费和填埋费,而 且其中的有价元素铜、铅、锌等未得到回收利用,造 成了资源的浪费,同时这些重金属元素铬、镉、铅及 硫、砷溶解后对环境、人体健康及安全存在着巨大的 威胁[9鄄鄄11] . 因此,亟待开发硫酸渣利用的新技术和 新方法. 我国早在 1950 年就有很多企业率先开展烧渣 作为炼铁原料的研究,近年来我国钢铁行业迅速发 展,钢铁行业对铁矿石的需求很大[12] . 2015 年,我 国铁矿石进口量仍高达 950 Mt [13] ,硫酸渣脱硫问题 一直是硫酸渣实现最大价值的瓶颈问题,严重阻碍 了硫酸渣回收利用的工业应用进程,解决硫酸渣的 脱硫问题可使硫酸渣资源化利用更加广阔,是硫酸 工业理想的生产模式. 因此加强硫酸渣脱硫制备高 品质铁精矿研究可以有效的解决硫酸渣的综合利用 问题以及环境问题,具有良好的经济意义及环保意 义[14] . 本文重点对硫酸渣脱硫制备高品质铁精矿 的各种技术进行详细介绍、对比与评价,从而对今后 硫酸渣脱硫技术的发展方向提出展望,为从事利用 硫酸渣脱硫制备高品质铁精矿的科研工作者提供积 极有效参考. 1 硫酸渣的工艺矿物学性质 硫酸渣中化学元素的结晶形态和化学组成均不 同于天然矿石. 烧渣中的铁、铜、铅、锌主要以氧化 物的形式赋存,少量为硫化物、硫酸盐等形态赋存. 矿物间相互掺杂,密度差较小,磁团聚现象明显,杂 质难以分离. 工业生产中,硫质量分数高于 2% 的被 认为是高硫硫酸渣,硫质量分数低于 0郾 3% 的为低 硫硫酸渣,低硫硫酸渣可直接使用. 工业上在炼钢 过程中,硫质量分数过高会导致延展性及韧性降低, 特别是冲击值或冲击韧性降低,降低硫质量分数是 硫酸渣综合利用的焦点[15] . 王苹[16]通过多种工艺矿物学手段对武汉某化 工公司生产的硫酸渣进行了分析,烧渣中赤铁矿呈 细粒状,和硅酸盐和碳酸盐矿物共生,其粒度为 0郾 018 ~ 0郾 074 mm;黄铁矿在焙烧时发生去棱角化, 形成了各种形状的颗粒,由于大量气体逸出,矿物颗 粒变得疏松多孔,成分也发生了变化,部分与磁铁矿 及其他脉石矿物相互包裹;主要脉石矿物为石英、少 量长石和云母,石英的粒度为 0郾 02 ~ 0郾 150 mm. 常 见的石英颗粒被矿物包裹,形成皮壳状,长石粒度一 般为 0郾 028 ~ 0郾 210 mm,多数长石表面有铁矿物存 在. 黑云母多数呈他型,少数呈字型及半自型,粒度 为 0郾 018 ~ 0郾 323 mm,磁铁矿矿物颗粒细小,呈不规 则粒状、蜂窝状和浸染状存在,显微镜下的反射色和 天然磁铁矿的反射色相比较为暗淡,磁铁矿与脉石 矿物的嵌布关系也较为复杂. 甘永刚[17]对安徽某地的硫酸渣进行了工艺矿 物学研究,考察了硫酸渣的硬度、密度、比磁化系数 等物理性质参数和烧渣的矿物组成和含量,研究表 明烧渣中可利用的元素是铁,在烧渣中主要以赤铁 矿、磁铁矿和磁赤铁矿的形式存在,烧渣的矿物结构 主要有蜂窝状、半自形鄄鄄 他形晶、浸染状、残余状和 包裹状结构,含有少量的 Al、Mg、Pb、Ca、Zn 等有害 元素,有害元素硫质量分数超标. 硫酸渣中硫的赋存形式主要有单质硫、硫化物 和硫酸盐,来源分别是[18] :(1)烧渣中的单质硫来源 于原矿中的单质硫及焙烧过程产生的单质硫. (2) 烧渣中的硫化物来源于原矿中与脉石矿物嵌布复 杂,相互包裹导致焙烧不完全形成的硫化物及过细 的硫化物细粉未经焙烧进入烟尘后混入硫酸渣中的 硫化物. (3)烧渣中的硫酸盐来源于原矿中的活性 元素在高温下与焙烧产生的 S、SO2 和 SO3 生成的 盐类. 2 硫酸渣脱硫技术现状 目前国内常用的硫酸渣脱硫制备高品质铁精矿 的方法主要有化学法[4,10,19鄄鄄20] 、磁化焙烧[21鄄鄄23] 、选矿 法[24鄄鄄25] 、生物法[26鄄鄄27]等方法. 硫铁矿焙烧所得的烧 渣工艺矿物学性质发生了一定的变化,其化学成分 变化大、矿物颗粒小、不同矿物颗粒间嵌布复杂,利 用单一的方法脱硫制备高品质铁精矿效果并不理 想,近年来工业上出现了很多联合法[28鄄鄄29] . 以下对 每种方法进行介绍和分析. 2郾 1 化学浸出法 硫酸渣化学浸出主要包括酸浸法和碱浸法. 目 前应用研究较多的仍为酸浸法,碱浸法报道鲜见,本 ·2·