Recovery of ZrO2 from zirconium-containing waste salt based on response surface methodology
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摘要: 含锆废盐是粗四氯化锆提纯工艺产生的主要固废，含有大量氧化锆和可溶性氯化物，通过水浸-焙烧处理可回收其中的氧化锆。采用响应曲面法优化水浸工艺，当液固比为8∶1 mL/g，搅拌时间为60 min，浸出次数为3次时，浸出渣中氧化锆含量的预测值为95.2%。同时对浸出渣进行焙烧处理，当焙烧温度为600 ℃，时间为60 min时，焙烧产物中氧化锆含量为96.23%。采用SEM、XRD、XRF对浸出渣和焙烧产物的微观形貌和成分进行表征分析，研究结果表明，浸出渣和焙烧产物的主要成分为氧化锆，焙烧产物中氧化锆的含量相比浸出渣提高约1%，且晶粒相比浸出渣表现更优。Abstract: Zirconium-containing waste salt is the main solid waste in the purification process of crude zirconium tetrachloride, which contains a large amount of zirconia and soluble chloride, and zirconia can be recovered by water leaching and roasting. Response surface methodology is used to optimize the water leaching process. When the liquid-solid ratio is 8:1 mL/g, the stirring time is 60 min, and the leaching times are 3 times, the predicted value of zirconia content in the leaching residue is 95.2%. At the same time, the leaching residue is roasted. When the roasting temperature was 600 ℃ and the time is 60 min, in this connection, the content of zirconia is 96.23%. The micro morphology and composition of leaching residue and roasting product are characterized and analyzed by SEM, XRD and XRF. The results show that the main component of the leaching and roasting products is zirconia, and the content of zirconia in the roasting products is increased by 1% compared with that of the leaching products, and the grain size is better than that of the leaching residue.
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Keywords:
- zirconium-containing waste salt /
- leaching /
- roasting /
- response surface methodology
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0 前言
永平铜矿是一座于1984年建成投产的、日处理万吨矿石的大型有色金属矿山, 主要生产铜精矿、硫精矿, 并在铜精矿中回收伴生有价金属金、银。两台f5.03m ×6.4m球磨机系该矿从加拿大A.C.公司引进的选矿主机设备, 其磨矿回路设备和自控仪表具有80年代国际先进水平-选厂从投产至今已有15年的生产实践, 磨矿机钢球单耗由投产初期的2.06kg/t·矿下降到目前的1.2kg/t·矿。
1 磨矿机技术性能
磨矿机为f5.03m ×6.4m溢流型球磨机, 磨矿机技术性能见表 1。
表 1 Ø5.03m ×6.4m溢流型球磨机技术性能
2 矿石性质及磨矿工艺参数
2.1 矿石性质
永平铜矿是一座以铜为主, 共生硫铁、铅、锌及铁的综合矿床, 属广义的矽卡岩型矿石。矿石的普氏硬度为8~ 10, 设计碎矿最终产品粒度-15mm含量为100%, -9mm含量为80%, 磨矿机内矿浆pH值为6~ 8。
2.2 磨矿设计工艺参数
磨矿设计工艺参数为:磨矿机处理能力5 000 t /d·台; 给矿粒度-12 mm占80%;产品粒度-0.115mm占80 %; 磨矿浓度70 %, 分级溢流细度-0.074mm占(68 ±3)%; 磨矿分级返砂比300 %~ 500 %; 磨矿介质采用锻钢球, 原始球荷组成见表 2; 钢充填率38 %~ 40 %; 补加钢球直径与比例f75mm:f50mm=1:1;钢球由加拿大A.C.公司提供, 单耗为0.95kg/t·矿。
表 2 设计球荷组成结果
3 生产实践
3.1 碎矿生产
永平铜矿选厂自投产以来, 经过不断技术革新和流程改进工作, 碎矿流程于1989年基本通畅, 生产趋于正常, 选矿处理能力基本达产-碎矿生产虽然达到日处理万吨的能力, 但碎矿最终产品粒度距设计水平还有一定差距, 筛析结果见表 3。
表 3 碎矿最终产品筛析结果 %
由表 3可见, 由于碎矿最终产品粒度太粗、粒度组成不合理, 这将直接影响到磨矿生产, 也影响到磨矿机钢球的消耗。
3.2 磨矿生产
在原设计设备、备件装配条件下, 由于碎矿产品粒度达不到设计要求, 为了使磨矿生产基本达到浮选工艺的要求, 现场对一些设计参数进行了局部调整。补加钢球的直径由原设计f75mm、f50mm改为f90mm、f70mm, 配比不变, 磨矿浓度也提高到75 %左右, 磨矿机内钢球充填率, 原设计为38%~ 40 %, 改为34%左右。为此, 磨矿生产能力基本达到5 000 t/d·台。但是磨矿产品粒度比设计要求还略粗, 分级溢流产品细度-0.074mm占65 %, 存在欠磨的情况, 对浮选指标也有一定的影响。
3.3 磨矿钢球的消耗试验
随着选厂生产能力的达标, 生产工艺基本定型, 生产管理也逐步完善。为了提高磨矿机的台效, 降低钢球的磨矿单耗, 除了要把降低碎矿产品粒度作为重要因素来攻关之外, 选用适应永平铜矿矿石性质的高质量低消耗钢球也十分重要。
3.3.1 钢球质量的影响因素
选矿生产对钢球的要求是密度大、硬度高、耐磨性好和足够的韧性, 以免在冲击时碎裂。影响钢球质量的因素较多, 主要有材料质量、原料配方、生产工艺等。作为使用单位, 虽然对钢球的生产过程不了解也无法控制, 但是对钢球质量的影响因素应该了解清楚, 以便在使用过程中发现问题, 并及时进行分析和采取措施。另外, 还应利用矿山自有条件进行一些简单的质量检查, 如观察钢球的表面质量(钢球光洁度、圆度等), 并及时对钢球的密度、硬度进行检测, 避免劣质钢球进入磨矿机, 而影响磨矿生产能力。
3.3.2 钢球应用比较试验
投产初期, 永平铜矿的钢球单耗曾一度高达2.06kg/t·矿, 由于当时的选矿生产不太正常, 存在磨矿给矿不足的问题, 但也有钢球质量差的问题-1989年选厂达产后, 在降低碎矿产品粒度方面开展了大量的工作-1991年碎矿产品质量相对稳定后, 开始对不同钢球的质量进行了反复应用比较试验, 历年钢球应用试验结果见表 4。
表 4 历年钢球应用试验结果
由表 4可见, 江西铜业股份公司东乡铜矿玻尔公司生产的高铬合金球, 质量较好, 而且也耐磨, 磨矿单耗只有1.01kg/t·矿, 但是生产成本也高; 高质量的低铬合金球在永平铜矿的适用性较好, 如马鞍山市金属材料耐磨公司生产的低铬合金钢球, 磨矿单耗1.161kg/t·矿, 对买卖双方都有利; 安徽马鞍山市矿友耐磨材料公司生产的低铬合金钢球, 质量也较稳定, 永平铜矿近几年都是使用这种钢球, 磨矿机钢球的磨矿单耗见表 5。
表 5 1993~1998年钢球磨矿单耗结果 kg/t·矿
由表 5可见, 钢球单耗明显下降, 既稳定了磨矿生产, 又节约了生产成本。
4 结语
永平铜矿选矿厂的碎磨生产实践证明, 碎矿作业的好坏, 将直接影响到磨矿生产, 也影响到磨矿机钢球的消耗。通过钢球单耗试验, 选用合适的钢球, 对稳定磨矿生产, 降低钢球消耗, 节约生产成本是有利的。
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图 3 废盐水浸的实验值与预期值对比曲线
Fig 3. Comparison curve between the experimental value and the expected value of water leaching of waste salt
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图 4 ZrO2残差与方程预期值的对比关系
Fig 4. Comparison between the ZrO2 residual and the expected value of the equation
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图 6 液固比和浸出次数对ZrO2的影响
Fig 6. Influence of liquid-solid ratio and leaching times on ZrO2
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图 8 焙烧温度和时间对ZrO2含量的影响
Fig 8. Effects of roasting temperature and time on zirconia content
表 7 浸出渣和焙烧产物的成分及含量
Table 7 Composition and content of leaching residue and roasting products
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