張晉霞，牛福生，劉淑賢，聶軼苗

(河北聯(lián)合大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，河北 唐山 063009)

高爐瓦斯泥是煉鐵高爐在冶煉過(guò)程中排出的固體顆粒物，經(jīng)過(guò)濕式除塵以后得到的含水率較高的產(chǎn)物，其主要成分是碳、鐵、鋅等[1-4]，具有較高的利用價(jià)值。唐山地區(qū)的瓦斯泥年產(chǎn)生量為700萬(wàn)t，按其中含鐵25%～35%、碳30%～35%和鋅5%～10%有價(jià)組份計(jì)，折合金屬鐵含量175萬(wàn)～245萬(wàn)t，碳含量210萬(wàn)～245萬(wàn)t和金屬鋅35萬(wàn)～70萬(wàn)t。相當(dāng)于一個(gè)年處理1000萬(wàn)t鐵礦選礦廠的精粉產(chǎn)量，折合標(biāo)煤525萬(wàn)～610萬(wàn)t和560萬(wàn)～1120萬(wàn)t的鋅石開(kāi)采量。

近些年來(lái)，高爐瓦斯泥的處置方式主要有三種：一是作為鋼鐵企業(yè)的固體廢棄物，常采用堆存或外排等方式進(jìn)行處理，這樣不僅造成資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，而且對(duì)環(huán)境造成很大程度的污染，大型鋼鐵企業(yè)己基本淘汰；二是直接返回?zé)Y(jié)循環(huán)利用，由于瓦斯泥粒度較細(xì)，并且攜帶的有害雜質(zhì)沒(méi)有充分去除，對(duì)燒結(jié)工藝及高爐煉鐵都有負(fù)面影響；三是綜合回收利用，提取有價(jià)元素[4-6]。

國(guó)外很多專家學(xué)者對(duì)高爐瓦斯泥的有價(jià)元素回收及其綜合利用進(jìn)行了大量研究，并且有些已付諸于生產(chǎn)實(shí)踐。我國(guó)對(duì)高爐瓦斯泥研究起步較晚，且不同鋼鐵廠產(chǎn)生的瓦斯泥成分差異較大，其如何回收有價(jià)元素以及梯級(jí)利用有待深入研究[5]。

本研究在對(duì)唐鋼高爐瓦斯泥原料成分特征研究的基礎(chǔ)上，利用浮選柱對(duì)瓦斯泥中的碳進(jìn)行了浮選回收研究，取得了較為滿意的試驗(yàn)結(jié)果，通過(guò)技術(shù)推廣，可推進(jìn)我國(guó)冶金行業(yè)節(jié)能減排發(fā)展進(jìn)程，將為行業(yè)發(fā)展和國(guó)家經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的發(fā)展帶來(lái)巨大利益。

1 瓦斯泥原礦性質(zhì)研究

1.1 化學(xué)多元素分析

唐鋼瓦斯泥粒度較細(xì)，比磁化系數(shù)為1189.5×106cm3/g，屬于中等磁性礦物[1]。

取唐鋼代表性瓦斯泥礦樣用熒光光譜儀進(jìn)行了化學(xué)多元素分析，分析結(jié)果見(jiàn)表1。

由表1分析結(jié)果可知，鐵、碳為主要的有價(jià)礦物，分選時(shí)應(yīng)分別對(duì)其進(jìn)行回收。本論文主要對(duì)碳進(jìn)行了浮選柱回收試驗(yàn)研究。

1.2 原料粒度分析

取唐鋼瓦斯泥礦樣進(jìn)行了粒度篩析試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可以看出，瓦斯泥各個(gè)粒級(jí)中碳品位變化幅度不大，+0.074mm粒級(jí)中碳的分布相對(duì)集中，占到整個(gè)原料的65.83%。

表1 瓦斯泥化學(xué)多元素分析結(jié)果/%

表2 瓦斯泥粒度篩析試驗(yàn)

1.3 密度測(cè)定

使用BT-1001智能粉體物性測(cè)試儀對(duì)唐鋼瓦斯泥的松裝密度和振實(shí)密度進(jìn)行了測(cè)定[1]，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 密度測(cè)定結(jié)果

從表3可以看出，瓦斯泥的松裝密度和振實(shí)密度都比較小。

1.4 原料礦物分析

試驗(yàn)用的瓦斯泥通過(guò)鏡下觀察表明，該瓦斯泥中碳和鐵的含量較高。瓦斯泥中鐵的物相主要是赤鐵礦，磁鐵礦量較少，其次還有少量的硅酸鐵。赤鐵礦含量為35%～40%，多赤鐵礦單晶，少量赤鐵礦分布在硅酸鹽膠結(jié)相中，多數(shù)赤鐵礦表面覆蓋一薄層磁鐵礦。碳主要以石墨和碳粒的形式存在，脈石礦物主要為長(zhǎng)石、石英、方解石等硅酸鹽礦物[1]。

2 浮選柱試驗(yàn)研究

微泡浮選柱(圖1)是一種工藝流程簡(jiǎn)潔、分選效率高、適應(yīng)礦石性質(zhì)變化能力強(qiáng)、更適合細(xì)粒級(jí)礦石分選的高效分選設(shè)備。相比傳統(tǒng)浮選機(jī)和常規(guī)浮選柱，其結(jié)構(gòu)和原理更加完善，實(shí)現(xiàn)了多種礦化方式和分選模式的統(tǒng)一。這種浮選工藝具有柱浮選高選擇性、高富集比特性，更重要的是該設(shè)備結(jié)構(gòu)中引入強(qiáng)力回收機(jī)制，不僅能夠獲得更優(yōu)質(zhì)的精礦產(chǎn)品，而且其強(qiáng)大的回收機(jī)制能夠保證較高的金屬回收率[6-8]。本文通過(guò)試驗(yàn)研究了利用微泡浮選柱從瓦斯泥中回收碳的分選效果，以探索其在瓦斯泥選礦中的應(yīng)用前景。

圖1 微泡浮選柱的結(jié)構(gòu)原理

影響浮選柱分選指標(biāo)的因素較多，主要包括礦石性質(zhì)、藥劑制度、礦漿濃度、浮選工藝流程以及浮選柱本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)等。本文在浮選機(jī)探索試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合浮選柱特點(diǎn)和實(shí)際條件，采用一粗三精開(kāi)路流程，主要進(jìn)行了粗選藥劑用量、充氣量和淋洗水量對(duì)浮選指標(biāo)影響的試驗(yàn)，試驗(yàn)流程見(jiàn)圖2。

圖2 浮選柱條件試驗(yàn)研究

2.1 粗選捕收劑用量試驗(yàn)

粗選試驗(yàn)條件為：起泡劑2#油用量為25g/t，六偏磷酸鈉用量為100g/t，礦漿濃度為10%，捕收劑采用柴油，充氣量為0.32m3/h，淋洗水量為0.01m3/h，粗選捕收劑用量對(duì)浮選效果的影響見(jiàn)圖3。

由圖3可以看出，隨著柴油用量的增加，碳精礦品位呈先升高后降低的趨勢(shì)，而回收率則是先降低后升高。當(dāng)柴油用量為500g/t時(shí)，碳精礦品位為43.06%，回收率達(dá)到89.44%。再繼續(xù)增加柴油的用量，回收率雖有所上升，但碳精礦品位下降幅度較大，故500g/t為粗選適宜的捕收劑用量。

圖3 捕收劑用量對(duì)浮選指標(biāo)的影響

2.2 粗選起泡劑用量試驗(yàn)

在選礦濃度為10%，捕收劑用量為500g/t，六偏磷酸鈉用量為100g/t時(shí)，在起泡劑用量為0g/t、10g/t、15g/t、25g/t、30g/t的條件下進(jìn)行浮選試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 2#油用量對(duì)浮選指標(biāo)的影響

由圖4可以看出，隨著2#油用量的增加，碳精礦的品位呈先增高后降低的趨勢(shì)，回收率呈逐漸升高的趨勢(shì)。當(dāng)2#油用量為25g/t 時(shí)，此時(shí)碳精礦的品位為43.09%，回收率為89.47%。后隨著2#油用量的繼續(xù)增加，回收率增加，但是碳精礦品位有所降低。這主要是由于隨著起泡劑用量的增加，增加了浮選柱內(nèi)部的氣含率，而過(guò)大的氣含率會(huì)使浮選柱內(nèi)泡沫在上浮過(guò)程中夾雜的脈石礦物浮出，從而降低了碳精礦的品位。因此起泡劑的用量定為25g/t。

2.3 粗選分散劑用量試驗(yàn)

六偏磷酸鈉在瓦斯泥浮選中主要作用是作為分散劑，粗選條件如上所示，在柴油用量為500g/t、2#油用量為25g/t的條件下進(jìn)行六偏磷酸鈉用量試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5。

由圖5可知，當(dāng)六偏磷酸鈉用量從20g/t變化到120g/t的過(guò)程中，碳精礦品位先增大再減小，碳回收率先增大后減小。當(dāng)用量為80g/t時(shí)，此時(shí)的碳精礦品位最高；當(dāng)六偏磷酸鈉用量為120g/t時(shí)，碳回收率最高，但此時(shí)的碳精礦品位降低幅度較大。所以綜合考慮品位與回收率，六偏磷酸鈉用量定為80g/t，此時(shí)碳精礦的產(chǎn)率為59.78%，品位為45.09%，回收率為92.31%。

圖5 分散劑用量對(duì)浮選指標(biāo)的影響

2.4 粗選充氣量試驗(yàn)

充氣量是控制浮選柱分選指標(biāo)的關(guān)鍵因素之一[9-10]。采用上述試驗(yàn)確定的浮選藥劑制度，在其它條件穩(wěn)定的情況下改變充氣量，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖6 充氣量對(duì)浮選指標(biāo)的影響

從圖6可以看出，隨著充氣量的增加，碳精礦品位隨之降低而回收率隨之升高。說(shuō)明充氣量增加，氣流在浮選柱內(nèi)的上升速度加快，礦漿攪動(dòng)作用加強(qiáng)，使細(xì)粒的石英、長(zhǎng)石等脈石礦物隨氣流夾帶進(jìn)入到精礦中，所以精礦品位降低。

實(shí)際上，充氣量過(guò)高時(shí)，浮選柱內(nèi)礦漿層與泡沫層已無(wú)明顯界限，礦物顆粒整體處于懸浮狀態(tài)，分選指標(biāo)變差，所以充氣量應(yīng)有一適宜的值，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果選取合適的充其量為0.32m3/h。

2.5 粗選淋洗水量試驗(yàn)

浮選柱中淋洗水量是影響浮選指標(biāo)的重要因素。在浮選柱分選中，需要較大的充氣量才能將礦化泡沫托舉起來(lái)，但是會(huì)導(dǎo)致浮選夾帶現(xiàn)象嚴(yán)重，降低碳精礦的品位。淋洗水的作用就是利用上方給入的水流與上浮的礦化泡沫逆向運(yùn)動(dòng)，利用水流將夾雜的脈石礦物沖洗進(jìn)入礦漿層中[8-9]。利用上述試驗(yàn)確定的最佳工藝條件，改變淋洗水量進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖7。

從圖7可以看出，隨著淋洗水量的增加，碳精礦品位隨之增加而回收率降低。當(dāng)淋洗水量大于0.015m3/h時(shí)，碳精礦品位增加幅度變小，而回收率降低較為明顯。因此，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果淋洗水量定為0.015m3/h，此時(shí)碳精礦產(chǎn)率為59.47%，品位為45.26%，回收率為92.18%。

圖7 淋洗水量對(duì)浮選指標(biāo)的影響

2.6 一粗三精流程試驗(yàn)

經(jīng)過(guò)上述試驗(yàn)，確定了粗選的工藝參數(shù)和操作條件為：柴油用量為500g/t，2#油用量為25g/t，六偏磷酸鈉用量為80g/t，充氣量為0.32m3/h，淋洗水量為0.015m3/h。

在精選工藝試驗(yàn)中，由于粗選精礦中有一定數(shù)量的鐵礦物，因此為了提高碳精礦的品位，因此在精選中加入淀粉作為抑制劑，試驗(yàn)流程見(jiàn)圖8，結(jié)果見(jiàn)表4。

由表4可知，經(jīng)過(guò)一粗三精浮選工藝流程，可以得到碳精礦產(chǎn)率為24.75%，品位74.21%，回收率為62.94%的技術(shù)指標(biāo)。試驗(yàn)結(jié)果表明，利用浮選柱適宜從瓦斯泥中回收碳精礦，分選效果良好，充分體現(xiàn)了浮選柱回收能力強(qiáng)、選擇性好、富礦比高等特點(diǎn)。

表4 浮選柱一粗三精試驗(yàn)結(jié)果

圖8 一粗三精浮選工藝流程

3 結(jié)論

1) 通過(guò)化學(xué)多元素分析和光學(xué)顯微鏡分析可知，瓦斯泥中鐵和碳的含量較高。瓦斯泥中鐵的物相主要是赤鐵礦、磁鐵礦，以及少量的硅酸鐵；碳主要以石墨和碳粒的形式存在，脈石礦物主要為長(zhǎng)石、石英、方解石等硅酸鹽礦物。

2) 瓦斯泥在柴油用量為500g/t，2#油用量為25g/t，六偏磷酸鈉用量為80g/t，充氣量為0.32m3/h，淋洗水量為0.015m3/h的條件下利用浮選柱進(jìn)行粗選浮選試驗(yàn)，獲得了產(chǎn)率為59.47%，品位為45.26%，回收率為92.18% 的碳精礦。

3) 粗選精礦經(jīng)一次粗選三次精選工藝流程，最終得到產(chǎn)率為24.75%、碳品位為74.21%、回收率為62.94%的碳精礦。

4) 微泡浮選柱具有回收能力強(qiáng)、富集比高、選擇性好等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)試驗(yàn)初步顯示出在瓦斯泥浮選領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，為其進(jìn)一步的應(yīng)用展現(xiàn)出良好的前景。

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