【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于固废资源利用，尤其涉及一种铁尾矿与煤矸石协同磁化焙烧回收铁及活性提升优化方法。
技术介绍
1、这里的陈述仅提供与本专利技术相关的
技术介绍
，而不必然地构成现有技术。
2、铁尾矿是指铁矿石厂开采过程中经粗选或精选后剩余的固体废料。我国铁矿资源品位低、共生伴生矿多，每生产1吨铁精矿要排出2.5~3.0吨铁尾矿，铁尾矿堆积总量大，综合利用率低。当前铁尾矿主要的资源化利用方法包括以下两种：
3、（1）铁尾矿中sio2、al2o3、fe2o3与cao的总占比在70%以上，具有一定的火山灰活性，可作为建材使用。然而，未经处理的铁尾矿活性较低，活性指数仅为60%左右，只能作为非活性矿物掺合料在水泥和混凝土中起填充作用，应用价值较低。通过机械研磨、高温加热可以激发铁尾矿的活性，使其成为活性矿物掺合料，可用来制备固废基胶凝材料，但这些活性激发方法需要消耗大量能源，成本较高。以上原因限制了铁尾矿作为建材的应用规模。
4、（2）由于铁尾矿中含有大量的弱磁性氧化铁，部分研究尝试通过磁化还原焙烧的方法二次回收铁成分，主要方法为：将铁尾矿在h2或co等还原气氛中进行高温焙烧，将弱磁性fe2o3还原为强磁性fe3o4，然后通过弱磁选工艺回收铁尾矿焙烧产物中富含强磁性fe3o4的还原铁粉，剩余的尾渣可以作为建材使用。然而，该方法的工艺参数以还原铁粉的铁品位和铁回收率评判指标，主要考虑了所回收的还原铁粉的价值，占铁尾矿总重量超过70%的尾渣的应用价值却没有考虑在内。该方法产出的尾渣活性在60%~70%之间，作为建材
5、综上所述，当前铁尾矿两种主要资源化利用方法只聚焦于用于建材或回收铁单一方面的收益，没有从整体角度实现铁尾矿用于建材和回收铁的应用价值的协同提高，导致目前铁尾矿的处理成本较高、整体收益较低、部分处理产物（尾渣）无法高值化利用只能遗弃，限制了铁尾矿的规模化全量化应用。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种铁尾矿与煤矸石协同磁化焙烧回收铁及活性提升优化方法。
2、为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
3、铁尾矿与煤矸石协同磁化焙烧回收铁及活性提升优化方法，包括如下步骤：
4、s1：以磁化焙烧中的煤矸石掺量、碳粉掺量、加热温度、加热时间为影响因素，以还原铁粉的铁品位与铁回收率以及尾渣活性指数为响应值，设计响应面试验方案。
5、s2：将铁尾矿、煤矸石与碳粉按比例混合，进行磁化还原焙烧、球磨、磁选，回收还原铁粉，测试还原铁粉的铁品位与铁回收率。
6、s3：测试尾渣活性指数。
7、s4：建立三个响应值的响应面模型，验证模型可靠性。
8、s5：获得同时满足三个响应面模型的多目标优化需求条件的优化技术方案。
9、煤矸石是煤矿生产和煤炭加工过程中产生的固体废弃物，当前全国堆存的煤矸石超过75亿吨。煤矸石主要成分是硅铝氧化物，并富含碳质。本专利提出铁尾矿与煤矸石协同磁化焙烧的技术方法，主要基于2个原因：一是铁尾矿与硅铝材料协同加热可以显著提高铁尾矿的活性，提升铁尾矿作为建材的应用价值；二是煤矸石中的碳成分可以作为还原剂，可以减少碳粉等还原剂的用量；三是实现铁尾矿与煤矸石的协同处置，实现以废治废。然而，研究表明：高硅铝材料掺量过大会使铁氧化物与硅铝氧化物发生反应，生成铁尖晶石类化合物，反而阻碍弱磁性氧化铁的还原、降低还原铁粉的铁回收率。因此，需要对煤矸石掺量进行精确控制。除此之外，磁化焙烧中的碳粉掺量、加热温度、加热时间三个重要技术参数也会对还原铁粉的铁品位、还原铁粉的铁回收率、尾渣活性指数的产生不同影响。
10、基于以上原因，本专利通过构建影响因素（煤矸石掺量、碳粉掺量、加热温度、加热时间）与响应值（还原铁粉的铁品位、还原铁粉的铁回收率、尾渣活性指数）之间的响应面模型，精确量化多影响因素耦合作用下的煤矸石掺量、碳粉掺量、加热温度、加热时间对还原铁粉的铁品位、还原铁粉的铁回收率、尾渣活性指数的影响，并进行多目标优化，获得同时满足三个响应面模型的多目标优化需求条件的优化技术方案，解决传统铁尾矿资源化利用方法只聚焦于用于建材或回收铁单一方面收益的弊端，实现铁尾矿的还原铁粉与尾渣的应用价值的协同提高，提高铁尾矿处理产物的整体收益。
11、在一些实施例中，步骤s1中，采用响应面法的box-benhnken模式进行实验方案设计。
12、优选的，煤矸石掺量是煤矸石与铁尾矿的质量比；碳粉掺量是碳粉与铁尾矿的质量比。
13、进一步优选的，铁尾矿、煤矸石与碳粉的质量比为100：(10~30)：(2~4)。
14、进一步优选的，所述加热温度为600℃~800℃；加热时间为30min~90min。
15、优选的，影响因素设置三个因素水平，分别以-1、0、1为代表。
16、在一些实施例中，步骤s2中，将铁尾矿、煤矸石和碳粉按设计比例混合后，在密闭环境中，按设计加热温度和设计加热时间进行焙烧；
17、焙烧完毕后，将焙烧产物进行水淬冷却，干燥处理；
18、将干燥后的焙烧产物球磨后，磁选，回收还原铁粉，测试还原铁粉的铁品位和铁回收率。
19、优选的，步骤s3中，依据国家标准《用于水泥中的火山灰质混合材料》gb/t 2847-2022，将回收还原铁粉后剩余的尾渣替代30%水泥制备水泥胶砂试件，测试掺尾渣水泥胶砂试件与纯水泥胶砂试件的28天抗压强度，通过计算两者的28天抗压强度的比值，得出尾渣活性指数。
20、在一些实施例中，步骤s4中，建立影响因素（煤矸石掺量、碳粉掺量、加热温度、加热时间）与响应值（还原铁粉的铁品位、还原铁粉的铁回收率、尾渣活性指数）之间的响应面模型，响应面模型用二次多项式回归方程表示为：
21、；
22、式中： y为响应值； xi为影响因素； k为影响因素的数量，在本专利技术中， k=4； α0、 αi、 αii和 αij为待定系数，通过试验来确定。
23、在一些实施例中，步骤s5中，三个响应面模型的多目标优化需求条件为：（1）还原铁粉的铁品位在50%以上（为了保证还原铁粉的炼铁效率，减低炼铁能耗）；（2）尾渣活性指数应超过80%（在建材化应用中，为保证应用效果）；（3）同时满足（1）和（2）的条件下，还原铁粉的铁回收率取最大值。
24、上述本专利技术的一种或多种实施例取得的有益效果如下：
25、（1）通过在铁尾矿的磁化焙烧过程中加入煤矸石，显著提高铁尾矿的活性，提升铁尾矿作为建材的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.铁尾矿与煤矸石协同磁化焙烧回收铁及活性提升优化方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述铁尾矿与煤矸石协同磁化焙烧回收铁及活性提升优化方法，其特征在于：步骤S1中，采用响应面法的Box-Benhnken模式进行实验方案设计。
3.根据权利要求2所述铁尾矿与煤矸石协同磁化焙烧回收铁及活性提升优化方法，其特征在于：煤矸石掺量是煤矸石与铁尾矿的质量比；碳粉掺量是碳粉与铁尾矿的质量比。
4.根据权利要求2所述铁尾矿与煤矸石协同磁化焙烧回收铁及活性提升优化方法，其特征在于：铁尾矿、煤矸石与碳粉的质量比为100：(10~30)：(2~4)。
5.根据权利要求2所述铁尾矿与煤矸石协同磁化焙烧回收铁及活性提升优化方法，其特征在于：所述加热温度为600℃~800℃；加热时间为30min~90min。
6.根据权利要求2所述铁尾矿与煤矸石协同磁化焙烧回收铁及活性提升优化方法，其特征在于：影响因素设置三个因素水平，分别以-1、0、1为代表。
7.根据权利要求1所述铁尾矿与煤矸石协同磁化焙烧回收铁及活性提升优化方法
8.根据权利要求1所述铁尾矿与煤矸石协同磁化焙烧回收铁及活性提升优化方法，其特征在于：步骤S3中，将回收还原铁粉后剩余的尾渣替代30%水泥制备水泥胶砂试件，测试掺尾渣水泥胶砂试件与纯水泥胶砂试件的28天抗压强度，通过计算两者的28天抗压强度的比值，得出尾渣活性指数。
9.根据权利要求1所述铁尾矿与煤矸石协同磁化焙烧回收铁及活性提升优化方法，其特征在于：步骤S4中，建立影响因素与响应值之间的响应面模型，响应面模型用二次多项式回归方程表示为：
10.根据权利要求1所述铁尾矿与煤矸石协同磁化焙烧回收铁及活性提升优化方法，其特征在于：步骤S5中，三个响应面模型的多目标优化需求条件为：（1）还原铁粉的铁品位在50%以上；（2）尾渣活性指数超过80%；（3）同时满足（1）和（2）的条件下，还原铁粉的铁回收率取最大值。
...【技术特征摘要】
1.铁尾矿与煤矸石协同磁化焙烧回收铁及活性提升优化方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述铁尾矿与煤矸石协同磁化焙烧回收铁及活性提升优化方法，其特征在于：步骤s1中，采用响应面法的box-benhnken模式进行实验方案设计。
3.根据权利要求2所述铁尾矿与煤矸石协同磁化焙烧回收铁及活性提升优化方法，其特征在于：煤矸石掺量是煤矸石与铁尾矿的质量比；碳粉掺量是碳粉与铁尾矿的质量比。
4.根据权利要求2所述铁尾矿与煤矸石协同磁化焙烧回收铁及活性提升优化方法，其特征在于：铁尾矿、煤矸石与碳粉的质量比为100：(10~30)：(2~4)。
5.根据权利要求2所述铁尾矿与煤矸石协同磁化焙烧回收铁及活性提升优化方法，其特征在于：所述加热温度为600℃~800℃；加热时间为30min~90min。
6.根据权利要求2所述铁尾矿与煤矸石协同磁化焙烧回收铁及活性提升优化方法，其特征在于：影响因素设置三个因素水平，分别以-1、0、1为代表。
7.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：史智伟，崔新壮，孙皓，刘吉林，马军伟，舒蓉，
申请(专利权)人：甘肃省建筑科学研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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