某包裹型铀钼矿沸腾焙烧工艺试验研究

2019-08-13师留印杨剑飞刘会武刘忠臣陈天宝

铀矿冶 2019年3期

师留印，杨剑飞，赵磊，刘会武，刘忠臣，黄永，陈天宝

(1.核工业北京化工冶金研究院，北京 101149；2.北京矿冶科技集团有限公司，北京 100160)

采用氧化焙烧方法处理某包裹型铀钼矿，可以有效破解胶硫钼矿包裹，提高矿石中钼的浸出率。氧化焙烧条件试验表明，经氧化焙烧预处理后铀钼矿，在浸出过程无需添加氧化剂，钼浸出率便能达到80%以上，铀浸出率与强化氧化搅拌浸出相当。氧化焙烧处理方法对该矿床不同类型铀钼矿均具有较强的适应性，且氧化焙烧处理可极大地改善矿石的过滤性能[1]。铀钼矿氧化焙烧需要控制的焙烧条件主要是焙烧温度(550 ℃±50 ℃)、焙烧时间(静态焙烧5 min)和矿石粒度(-0.154 mm)，焙烧温度较低，焙烧时间较短[2-3]。

铀钼矿氧化焙烧属于原矿焙烧，矿石自身含硫较低，焙烧过程需要外加燃料；对焙烧条件要求较高，只能在一定的焙烧温度内才能实现钼、铀的高效氧化；而且铀钼矿焙烧没有可以借鉴的工业先例，因此，选择合适的焙烧炉显得尤为重要。由于铀钼矿的焙烧条件与钼精矿、铜精矿等焙烧条件相近，所以借鉴钼精矿和铜精矿等焙烧工艺。

铀钼矿的焙烧处理可选炉型有回转窑、反射炉、多膛炉、沸腾炉等[4-16]；但受制于铀钼矿氧化焙烧对温度的敏感性，供热介质接触矿石瞬时温度不能高于600℃。为了满足矿石加热所需热量，矿石在进入焙烧设备前需先预热至一定温度，然后再用550～600 ℃高温热空气直接加热矿石；沸腾焙烧炉因气固两相换热速率高、反应速率快、热效率利用高而成为首选。另外，铀钼矿氧化焙烧所需时间很短，沸腾炉单台设备处理能力大的优点也可以得到充分发挥。因此，试验选用沸腾炉进行铀钼矿氧化焙烧现场扩大试验，考察采用沸腾焙烧工艺处理铀钼矿的可行性，为下一步铀钼矿沸腾焙烧工业化应用提供依据。

1 试验部分

1.1 试验原料及装置

试验原料为某铀钼矿生产线所用矿石，矿石化学多元素分析结果见表1，矿石粒级筛析结果见表2。

表1 包裹型铀钼矿化学多元素分析 %

表2 包裹型铀钼矿矿石粒级分布

试验沸腾炉设计矿石最大进料速度为50 kg/h，最高焙烧温度为800 ℃。沸腾炉炉体由310S不锈钢焊接而成，炉体石棉保温层厚约40 mm。沸腾炉的沸腾床直径为150 mm，沸腾层高度为1 m；炉膛直径为300 mm，炉膛高为2.1 m。进、出料口分别位于沸腾床层高0.6 m和0.8 m处，烟尘出口位于炉顶。采用电加热方式，加热线圈位于沸腾床层周围，总功率25 kW。在沸腾炉不同高度设置4支热电偶测温，从炉底依次安装在沸腾炉风帽处(T1)、沸腾层(T2)、扩大段(T3)和炉顶(T4)处，通过T2表征并控制沸腾温度。

1.2 试验方法

破磨后的矿石装入螺旋给料机料仓，通过变频器调节输送速度，将矿石连续均匀地送入沸腾炉。压缩空气经减压并计量后，由底部风帽进入沸腾炉。焙砂溢流进入1#料斗，高温炉气夹带细粒级矿石先进入2#料斗除去炉气中的部分烟尘，在管道中降温后进入布袋收尘器，收集的粉尘进入布袋收尘器下部的料斗；除尘后的炉气经引风机送至尾气处理工序。试验中定时排出料斗中的焙砂或粉尘。温度控制系统可实时控制与调节焙烧温度，引风系统可根据炉气量进行变频调节，控制焙烧过程处于负压状态(约-200 Pa)。沸腾焙烧工艺流程如图1所示。

图1 沸腾焙烧工艺流程示意

2 试验结果与讨论

2.1 操作气流速度对沸腾焙烧效果的影响

操作气流速度是稳定流态化床的重要技术条件，操作气流速度应大于全部正常颗粒的临界沸腾速度，小于物料中某一级细颗粒的带出速度。在参考国内外沸腾焙烧炉操作技术指标的基础上[17-18]，结合铀钼矿焙烧时间较短的特点，研究操作气流速度对铀钼矿沸腾焙烧效果的影响。

沸腾焙烧试验条件：沸腾床层温度550 ℃；螺旋给料机给矿速度15 kg/h；鼓风压力0.02 MPa；空气温度15 ℃。通过调节鼓风量改变操作气流速度，不同操作气流速度下所得焙砂和烟尘分析结果见表3。

表3 不同操作气流速度下沸腾焙烧试验结果

由表3可知，在不同操作气流速度条件下，焙烧矿产率基本相同。随操作气流速度增大，烟尘在炉内平均停留时间变短，烟尘产率升高；焙砂在沸腾床中停留时间增加，焙砂停留时间增多。另外，随着操作气流速度增大，焙砂中铀和钼品位有所下降。这主要是由于焙砂中粗粒度矿石增多造成的，同表2中粗粒级矿石中铀和钼品位相对较低一致。

为了考察不同操作气流速度对焙烧效果的影响，对焙烧得到的焙砂和烟尘分别进行了浸出试验，试验结果见表4～6。

表4 不同操作气流速度下焙砂浸出试验结果

表5 不同操作气流速度下烟尘浸出试验结果

表6 不同操作气流速度下焙烧矿铀、钼综合浸出结果

从表4～6可看出，操作气流速度对沸腾焙烧矿石中钼浸出率有一定影响，操作气流速度为0.77 m/s的焙烧矿中钼的综合浸出率较0.55 m/s时下降近4%；但对铀浸出率影响较小。这主要是由于随着操作气流速度增大，烟尘在炉膛中停留时间变短，影响了烟尘中钼矿物包裹体的解离，造成钼矿物氧化不充分。控制烟尘在炉膛内的停留时间(达到16 s)是保证铀钼矿焙烧效果的关键。综合考虑，操作气流速度控制在0.55 m/s左右。

2.2 风矿比对沸腾焙烧效果的影响

焙烧过程中，鼓入沸腾炉中的风量既要满足流态化沸腾的需要，又要满足矿石氧化焙烧对空气的需求。通过计算，铀钼矿氧化焙烧过程理论空气用量为180 Nm3/t矿，过剩空气系数一般取1.1～1.2，氧化焙烧过程矿石实际空气用量约为200 Nm3/t矿。试验过程中控制操作气流速度为0.55 m/s，通过调整沸腾炉矿石进料量来改变风矿比，从而考察风矿比变化对铀钼矿氧化焙烧效果的影响，试验结果见表7。

表7 不同风矿比条件下沸腾焙烧试验结果

由表7可看出，风矿比对焙烧矿产率和烟尘产率影响不大，随着风矿比增大，焙砂平均停留时间变长。

对不同风矿比条件下所得焙砂和烟尘分别进行浸出试验，试验结果如图2～3所示。

图2 不同风矿比条件下焙砂浸出试验结果

图3 不同风矿比条件下烟尘浸出试验结果

由表7及图2～3可看出，在满足矿石焙烧所需空气用量的前提下，焙烧过程风矿比的变化对焙砂和烟尘中铀和钼浸出率影响不大。在保证操作气流速度大于0.55 m/s的条件下，焙烧过程风矿比越低，沸腾炉处理能力越大。综合考虑，铀钼矿沸腾操作过程中控制风矿比为0.2 m3/kg。

2.3 连续沸腾焙烧试验

在操作气流速度和风矿比试验基础上，开展了连续沸腾焙烧试验，考察沸腾炉温度控制的稳定性和验证矿石焙烧效果。

连续沸腾焙烧试验条件：沸腾床层温度控制在550 ℃左右；风矿比0.2 m3/kg；操作气流速度0.55 m/s；炉底鼓风压力～0.02 MPa。连续沸腾焙烧试验共计处理矿石520 kg，共收焙烧矿石489.3 kg，焙烧矿产出率94.1%。

2.3.1连续焙烧过程温度控制

沸腾炉运行过程中炉内温度以T2为控制点进行控制，其余测温点用来监测炉内温度变化情况，炉内温度变化情况如图4所示。

图4 连续沸腾焙烧炉内温度变化曲线

从图4可看出，在连续沸腾焙烧过程中，沸腾炉焙烧温度控制稳定，焙烧温度除炉顶为480 ℃左右外，沸腾层及炉膛大部分区域均能控制在530～570 ℃。

2.3.2焙烧产物分析

对收集到焙砂和烟尘分别进行粒级筛析分析和浸出试验，浸出条件：矿石量100 g，液固体积质量比1∶1；硫酸用量8%；浸出温度60 ℃；浸出时间2 h。试验结果见表8～9。

表8 焙砂粒级筛析及浸出试验结果

表9 烟尘粒级筛析及浸出试验结果

从表8～9可知：焙砂中粒度小于0.038 mm矿石仅占焙砂量的36.31%；而烟尘中粒度小于0.038 mm矿石占烟尘量的96.34%，粒度越细矿石金属品位也较高。浸出结果表明，矿石粒度越细，铀钼浸出率也越高，粒度为-0.038 mm矿石的铀和钼浸出率分别达到了92.9%和88.6%。

2.4 铀钼矿沸腾焙烧床能率

床能率是流态化焙烧炉最主要的技术经济指标，一般按处理的炉料量计算。床能率与许多因素有关，其中最主要的是矿石中含硫量、流态化床余热排出速度、焙烧温度、操作气流速度等，床能率计算公式为

(1)

式中：α—床能率，t/(m2·d)；v——工状条件下操作气流速度，m/s；V—焙烧吨物料需要的实际空气量和经流态化床反应后烟气量的平均值，通常可取实际空气量计算，m3/h；β—1/273；t—流态化床内温度，℃。取操作气流速度0.55 m/s、实际空气量200 m3/h、流态化床内温度550 ℃，按式(1)计算床能率为78.9 t/(m2·d)。