CN105603178A - 一种由含锡铁矿制备锡铁粗合金粉的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种由含锡铁矿制备锡铁粗合金粉的方法，该方法是将含锡铁矿破碎、磨细后，与由碳酸钙、碳酸钠、硫酸钠、硼砂和腐植酸钠组成的复合添加剂混合造块；所得团块经干燥后，进行高温还原焙烧；还原焙烧产物依次经过冷却、破碎和磨细后，磁选分离，得到粗锡铁合金粉；该方法具有对原料要求低、锡铁综合回收率高、流程简单、能耗低、环境友好等特点，制得的粗锡铁合金粉可以直接作为冶炼含锡易切削钢和含锡合金铸铁的原料。

Description

一种由含锡铁矿制备锡铁粗合金粉的方法

技术领域

本发明涉及一种由含锡铁矿制备锡铁粗合金粉的方法，属于钢铁冶金领域。

背景技术

易切削钢是通过加入适量的能改善可切削性的化学元素(如硫、磷、铅、钙、硒、碲等)，在钢中形成有利的非金属夹杂物，还有的加入能溶入固溶体(如铁素体)以改善其切削性的合金钢。此类钢可以用较高的切削速度和较大的切削深度进行切削加工。其主要优点是使钢的切削抗力减小，同时易切削元素本身的特性和所形成的化合物起润滑切削刀具的作用，易断屑，减轻了磨损，从而降低了工件的表面粗糙度，提高了刀具寿命和生产效率。易切削钢主要用于汽车工业、精密仪表工业和家用电器工业。目前，铅系和硫系易切削钢产品的运用最为广泛，但是铅冶炼以及含铅废钢回收熔炼过程中会污染环境，使其应用受到限制，一些欧美国家已经停止回收含铅汽车零部件。锡与铅同为IVA族元素，物化性质相似，且锡与硒、碲相比价格相对低，近年来过内外已开始含锡易切削钢的研究工作。一般认为在含锡易切削钢中，控制锡元素含量不超过0.05％，可以达到良好的易切削指标，同时不影响钢材的机械强度。在铸铁生产工艺中，有大量研究表明，当锡含量在0.1-0.2％时，锡元素对提高铸铁的耐蚀性有明显的作用，主要原因是锡促进铸铁中珠光体的形成，提高珠光体的弥散度，同时，微量的锡元素有助于提高铸铁的抗拉强度和布氏硬度。目前生产含锡易切削钢以及含锡铸铁的主要方法是在铁水中加入定量的锡，并且铁水中加入的锡必须是高纯度的精锡(纯度99.9％以上)。

含锡铁矿石我国一种典型的难处理铁矿资源，总储量超过5亿吨，现有的选矿工艺方法(包括磁选、重选、浮选等)难以实现锡和铁的分离回收，主要是因为锡矿物(主要是锡石)与铁矿物(磁铁矿、赤铁矿等)嵌布粒度细且共生、伴生关系复杂。同时锡石性脆，在反复磨-选矿作业过程中发生过粉碎、泥化，进一步降低了锡的回收，目前选矿作业锡的总回收率一般低于30％。由于铁相对于锡的经济价值较低，在锡石选矿过程中，一般将赤、褐铁矿型的铁矿石作为杂质元素不考虑回收；而对磁铁矿型的含锡铁矿仅采用磁选回收部分铁，此类铁矿石中的锡含量一般在0.1-0.5％之间，难以达到高炉冶炼的要求(Sn含量低于0.08％)。

目前火法工艺处理含锡铁矿的组要方法包括硫化挥发、氯化挥发和还原挥发法。其主要原料均是利用SnS、SnCl₂、SnO的高温挥发特性，将含锡物料与硫化剂、氯化剂以及还原剂混匀后进行高温焙烧，烟化挥发法可以很好的实现锡铁元素的分离，但是硫化、氯化过程产生的SO₂，HCl，Cl₂等有害气体严重污染环境、腐蚀设备，高温焙烧能耗高，生产成本高。

综上所述，现有综合利用含锡铁矿资源的工艺存在回收率低、成本高、污染严重等问题，急需开发一种高效环保综合利用含锡铁矿资源的方法。

发明内容

针对现有技术对含锡铁矿资源的处理工艺存在的缺陷，为实现含锡铁矿资源的高效、环保开发利用，本发明的目的是在于提供一种充分利用含锡铁矿中锡铁矿物嵌布紧密、分离困难的特性，以含锡铁矿为原料，直接制备锡铁粗合金粉的方法，该方法可以获得作为冶炼含锡易切削钢和含锡铸铁的原料的锡铁粗合金粉，充分实现了锡和铁有价元素的同步高效回收。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种由含锡铁矿制备锡铁粗合金粉的方法，该方法是将含锡铁矿破碎、磨细后，与复合添加剂混合造块；所得团块经干燥后，于900～1050℃温度下进行还原焙烧；还原焙烧产物依次经过冷却、破碎和磨细后，磁选分离，得到粗锡铁合金粉；所述的复合添加剂由碳酸钙、碳酸钠、硫酸钠、硼砂和腐植酸钠按质量比5～10:8～12:3～5:1～2:1～2组成。

现有技术中，由于含锡铁矿中锡铁矿物本身嵌布紧密，分离困难，常规的选矿-冶炼过程难以同步高效回收利用锡和铁，锡和铁回收率低，损失率大。本发明的技术方案充分利用锡和铁矿物在还原过程中的同步还原行为，以及金属锡和金属铁之间有较强亲和力的性质，在含锡铁矿焙烧过程中添加了一种特殊的复合添加剂，该复合添加剂一方面可以促进锡和铁氧化物的同步还原，以及晶粒聚集、长大，形成粗锡铁合金，另一方面可以抑制还原过程中锡形成SnO造成的锡挥发损失。形成的锡铁合金可以利用金属铁的强磁性特点，通过磨矿-磁选与脉石矿物分离，最终获得杂质少的锡铁合金，可以直接作为电炉冶炼含锡易切削钢、含锡合金铸铁的优质原料。

优选的方案，碳酸钙、碳酸钠、硫酸钠、硼砂和腐植酸钠的质量分别为含锡铁矿质量的5～10％、8～12％、3～5％、1～2％和1～2％。

优选的方案，磁选分离采用的磁场强度为500～1500Gs。

优选的方案，还原焙烧采用煤和/或天然气作为还原剂。还原剂的用量一般要求过量以保证还原过程为强还原性气氛。

优选的方案，还原焙烧时间为60～120min。

优选的方案，所述的含锡铁矿经破碎和磨细后，粒度满足-0.074mm粒级质量百分比含量占80％以上。

优选的方案，含锡铁矿为锡铁矿原矿、锡铁尾矿、高铁锡冶炼渣中至少一种。

优选的方案，所述还原焙烧产物经过破碎和磨细后，粒度满足-0.074mm粒级质量百分比含量占80％以上。

相对现有技术，本发明的技术方案带来的有益技术效果：

1)本发明的技术方案不受含锡铁矿原料的局限，可以从锡铁矿原矿、锡铁矿选矿尾矿、高铁锡冶炼渣等低品位含锡铁矿原料直接制备出满足含锡易切削钢和含锡铸铁的原料要求的高品位锡铁粗合金。而这些低品位含锡铁矿原料中，锡铁矿物嵌布紧密，分离困难，采用传统的选矿-冶炼过程难以同步高效回收利用锡和铁，且锡和铁回收率低，损失率大。

2)本发明的技术方案采用了一种特殊的复合添加剂，复合添加剂在含锡铁矿原料还原焙烧过程中一方面可以促进锡和铁氧化物的同步还原，以及促进晶粒聚集、长大，生成锡铁合金，另一方面复合添加剂能够抑制还原过程中形成SnO造成的锡挥发损失，此外，复合添加剂可以降低还原焙烧温度，还原体系为固态还原，体系没有渣相形成，不会造成锡铁损失，同时对设备要求低，能耗低。有利于锡和铁的综合高效回收(高达90％以上)。而传统选矿-冶炼工艺中一般会产生的中间尾矿、冶炼渣等，不可避免地造成锡和铁的损失；以锡选矿和冶炼过程为例，一般选矿流程的锡回收率不高于30％，而锡冶炼的回收率一般在80％左右，总流程中锡回收率仅为25％左右。

3)本发明申请的技术方案通过还原焙烧使锡和铁氧化物的同步还原，形成锡铁合金后，再通过磁选分离，锡铁回收率高，杂质少。

4)本发明的技术方案操作简单、成本低，对环境友好，有利于工业化生产。

具体实施方式

以下实施例旨在进一步说明本发明内容，而不是限制本发明权利要求的保护范围。

下面对本发明一种由含锡铁矿制备锡铁粗合金粉的工艺进行举例说明。

实施例1：

TFe品位32.11％，Sn含量0.18％的含锡铁矿，经过破碎、磨矿至-0.074mm占80％；按照含锡铁矿质量分数的10％、10％、3％、1％、2％分别加入添加剂碳酸钙、碳酸钠、硫酸钠、硼砂、腐植酸钠，混匀后在圆盘造球机造球；干燥球团外配过量的褐煤作为还原剂，还原温度1050℃，还原时间60min；还原焙烧产物冷却后磨矿至-0.074mm占85％，在1000Gs的磁选强度进行磁选。获得锡铁粗合金粉中铁品位90.11％，铁回收率92.19％；锡品位0.52％，锡回收率92.10％。

实施例2：

TFe品位32.11％，Sn含量0.18％的含锡铁矿，经过破碎、磨矿至-0.074mm占85％；按照含锡铁矿质量分数的6％、12％、5％、2％、1％分别加入添加剂碳酸钙、碳酸钠、硫酸钠、硼砂、腐植酸钠，混匀后在圆盘造球机造球；干燥球团外配过量的烟煤作为还原剂，还原温度900℃，还原时间120min；还原焙烧产物冷却后磨矿至-0.074mm占87％，在800Gs的磁选强度进行磁选。获得锡铁粗合金粉中铁品位89.23％，铁回收率93.19％；锡品位0.50％，锡回收率90.31％。

实施例3：

TFe品位32.11％，Sn含量0.18％的含锡铁矿，经过破碎、磨矿至-0.074mm占83％；按照含锡铁矿质量分数的5％、8％、3％、1.5％、1.6％分别加入添加剂碳酸钙、碳酸钠、硫酸钠、硼砂、腐植酸钠，混匀后进行压块；干燥团块外配过量的褐煤作为还原剂，还原温度1000℃，还原时间100min；还原焙烧产物冷却后磨矿至-0.074mm占81％，在1500Gs的磁选强度进行磁选。获得锡铁粗合金粉中铁品位88.81％，铁回收率94.00％；锡品位0.50％，锡回收率91.67％。

实施例4：

TFe品位56.31％，Sn含量0.41％的锡铁矿，经过破碎、磨矿至-0.074mm占83％；按照含锡铁矿质量分数的5％、12％、4.5％、1.2％、1.6％分别加入添加剂碳酸钙、碳酸钠、硫酸钠、硼砂、腐植酸钠，混匀后在圆盘造球机造球；干燥球团外配过量的褐煤作为还原剂，还原温度1000℃，还原时间85min；还原焙烧产物冷却后磨矿至-0.074mm占82％，在1000Gs的磁选强度进行磁选。获得锡铁粗合金粉中铁品位90.09％，铁回收率92.78％；锡品位0.66％，锡回收率93.19％。

实施例5：

TFe品位56.31％，Sn含量0.41％的锡铁矿，经过破碎、磨矿至-0.074mm占88％；按照含锡铁矿质量分数的5％、10.5％、3.5％、1.4％、1.6％分别加入添加剂碳酸钙、碳酸钠、硫酸钠、硼砂、腐植酸钠，混匀后在圆盘造球机造球；干燥球团外配过量的褐煤作为还原剂，还原温度1025℃，还原时间90min；还原焙烧产物冷却后磨矿至-0.074mm占82％，在1500Gs的磁选强度进行磁选。获得锡铁粗合金粉中铁品位91.81％，铁回收率89.12％；锡品位0.68％，锡回收率90.43％。

实施例6：

TFe品位26.30％，Sn含量0.10％的含锡、铁尾矿，尾矿粒度较细-0.074mm占91％；按照含锡铁矿质量分数的10％、10.5％、3.2％、1％、1.8％分别加入添加剂碳酸钙、碳酸钠、硫酸钠、硼砂、腐植酸钠，混匀后在圆盘造球机造球；干燥球团在回转窑中以天然气为还原剂，还原温度1050℃，还原时间75min；还原焙烧产物冷却后磨矿至-0.074mm占83％，在1200Gs的磁选强度进行磁选。获得锡铁粗合金粉中铁品位91.01％，铁回收率92.91％；锡品位0.33％，锡回收率89.12％。

实施例7：

TFe品位46.17％，Sn含量0.17％的含锡、铁尾矿，尾矿粒度较细-0.074mm占82％；按照含锡铁矿质量分数的5.5％、12％、4.5％、2％、2％分别加入添加剂碳酸钙、碳酸钠、硫酸钠、硼砂、腐植酸钠，混匀后在圆盘造球机造球；干燥球团在回转窑中以天然气为还原剂，还原温度950℃，还原时间70min；还原焙烧产物冷却后磨矿至-0.074mm占83％，在1300Gs的磁选强度进行磁选。获得锡铁粗合金粉中铁品位89.36％，铁回收率91.21％；锡品位0.34％，锡回收率95.31％。

对比例1：(未使用添加剂)

TFe品位46.17％，Sn含量0.17％的含锡、铁尾矿，尾矿粒度较细-0.074mm占82％；将其造球、干燥后再在回转窑中以天然气为还原剂，还原温度950℃，还原时间70min；还原焙烧产物冷却后磨矿至-0.074mm占83％，在1300Gs的磁选强度进行磁选。获得锡铁粗合金粉中铁品位78.16％，铁回收率31.01％；锡品位0.13％，锡回收率25.55％。

对比例2～8：

其他试验条件同实施例7，只改变添加剂组成(占锡铁物料的质量百分比)，获得锡铁粗合金粉的各项指标见下表所示。

由表中数据可见，本发明一种由含锡铁矿制备含锡铁粗合金粉的方法，添加剂的使用、组成以及用量是关键控制因素之一，从实施例7和对比例1～8可以看出，是否使用添加剂、添加剂的组成、配比对锡铁粗合金粉的分离回收有很大影响，各添加剂在优化的组成和配比条件下才能起到最佳作用。

Claims (8)

1.一种由含锡铁矿制备锡铁粗合金粉的方法，其特征在于：将含锡铁矿破碎、磨细后，与复合添加剂混合造块；所得团块经干燥后，于900～1050℃温度下进行还原焙烧；还原焙烧产物依次经过冷却、破碎和磨细后，磁选分离，得到粗锡铁合金粉；所述的复合添加剂由碳酸钙、碳酸钠、硫酸钠、硼砂和腐植酸钠按质量比5～10:8～12:3～5:1～2:1～2组成。

2.根据权利要求1所述的由含锡铁矿制备锡铁粗合金粉的方法，其特征在于：碳酸钙、碳酸钠、硫酸钠、硼砂和腐植酸钠的质量分别为含锡铁矿质量的5～10％、8～12％、3～5％、1～2％和1～2％。

3.根据权利要求1所述的由含锡铁矿制备锡铁粗合金粉的方法，其特征在于：所述的磁选分离采用的磁场强度为500～1500Gs。

4.根据权利要求1所述的由含锡铁矿制备锡铁粗合金粉的方法，其特征在于：所述的还原焙烧采用煤和/或天然气作为还原剂。

5.根据权利要求1所述的由含锡铁矿制备锡铁粗合金粉的方法，其特征在于：所述的还原焙烧时间为60～120min。

6.根据权利要求1～5任一项所述的由含锡铁矿制备锡铁粗合金粉的方法，其特征在于：所述的含锡铁矿经破碎和磨细后，粒度满足-0.074mm粒级质量百分比含量占80％以上。

7.根据权利要求6所述的由含锡铁矿制备锡铁粗合金粉的方法，其特征在于：所述的含锡铁矿为锡铁矿原矿、锡铁矿选矿尾矿、高铁锡冶炼渣中至少一种。

8.根据权利要求1～5任一项所述的由含锡铁矿制备锡铁粗合金粉的方法，其特征在于：所述还原焙烧产物经过破碎和磨细后，粒度满足-0.074mm粒级质量百分比含量占80％以上。