張 茂

(長沙礦冶研究院有限責(zé)任公司,湖南 長沙410012)

煉鐵過程中產(chǎn)生了大量含鐵塵泥(一般為鐵產(chǎn)量的1%,又稱高爐瓦斯泥),是煉鐵煙塵的收集物,其主要組分為鐵、碳、硅等［1-3］。 我國(尤其我國南方的一些煉鐵廠)煉鐵所用的鐵礦石中含有一定量的低揮發(fā)點(diǎn)有色金屬,這些有色金屬在冶煉過程中通過揮發(fā)、氧化后進(jìn)入煙塵中。 含鐵塵泥中鐵品位低以及有害雜質(zhì)含量高,不能直接回用煉鐵。 鋅在高爐內(nèi)循環(huán)富集會(huì)縮短爐襯壽命,影響高爐的正常操作［4］。 含鐵塵泥若不加以回收利用,一方面將造成資源浪費(fèi)；另外其含有大量有害組分,如重金屬離子等,堆存會(huì)造成環(huán)境污染［5］。因此,開展瓦斯泥的回收利用研究非常必要［6］。 本文在分析高爐瓦斯泥原料性質(zhì)的基礎(chǔ)上,提出采用焙燒揮發(fā)鋅再磁選鐵的流程回收利用瓦斯泥中的有價(jià)金屬,可為瓦斯泥大規(guī)模工程化利用提供技術(shù)支撐。

1 試驗(yàn)原料與方法

1.1 原料性質(zhì)

高爐瓦斯泥化學(xué)多元素分析結(jié)果見表1。 其中鐵、鋅含量較高,具有回收利用價(jià)值；同時(shí)需要選礦排除的脈石組分主要包括SiO2、Al2O3、CaO 和MgO。

表1 高爐瓦斯泥主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）/%

通過鏡下鑒定和X 射線衍射分析研究表明,鐵礦物主要是磁鐵礦、假象赤鐵礦、赤鐵礦和鐵酸鈣,偶見金屬鐵和鐵酸鎂零星分布；金屬硫化物為磁黃鐵礦,但含量很低；脈石礦物均以碳質(zhì)物(包括石墨和無定形碳)居多,其次是石英、方解石、橄欖石和硅質(zhì)玻璃體等；還含有一定數(shù)量的氧化鋅礦物。 瓦斯泥鐵化學(xué)物相分析結(jié)果見表2,鋅化學(xué)物相分析結(jié)果見表3。

表2 鐵化學(xué)物相分析結(jié)果

表3 鋅化學(xué)物相分析結(jié)果

由表2 可知,瓦斯泥中鐵的賦存狀態(tài)較為復(fù)雜,分布在磁鐵礦、假象赤鐵礦和赤(褐)鐵礦和呈金屬鐵中的鐵,合計(jì)分布率為86.81%,此即為選礦時(shí)鐵的最大理論回收率。

由表3 可知,賦存在硫化物中的鋅含量很低,而呈氧化物和鋅鐵尖晶石產(chǎn)出的鋅合計(jì)分布率達(dá)88.19%。由此可見,很難采用常規(guī)選礦方法回收樣品中的鋅礦物。

取有代表性的高爐瓦斯泥礦樣,用標(biāo)準(zhǔn)套篩進(jìn)行篩分分級(jí),粒度組成分析結(jié)果見表4。

表4 粒度分析結(jié)果

由表4 可見,此含鐵塵泥粒度極細(xì),碳、鐵和鋅在全部粒級(jí)范圍內(nèi)品位波動(dòng)不大,所以每個(gè)粒級(jí)中鐵和鋅均需要回收。

1.2 試驗(yàn)方法及設(shè)備

含鐵塵泥經(jīng)混勻烘干,稱取一定量與還原劑煤均勻混合,放入已達(dá)到預(yù)設(shè)溫度的馬弗爐內(nèi)焙燒還原,保溫一定時(shí)間后取出,采用水淬冷卻得到焙燒渣。 對(duì)焙燒渣取樣,分析其鋅、鐵元素含量,計(jì)算鋅揮發(fā)率。

對(duì)焙燒渣進(jìn)行細(xì)磨,然后采用可調(diào)磁場(chǎng)強(qiáng)度的磁選管進(jìn)行磁選試驗(yàn)(流程試驗(yàn)采用鼓式磁選機(jī)進(jìn)行磁選)。 分析鐵精礦、尾礦中鐵含量,計(jì)算鐵回收率。

試驗(yàn)用主要設(shè)備為:SX2 系列箱式電阻爐(溫度低于1 300 ℃,功率12 kW)；XMB-67 型球磨機(jī)(Φ200 mm×240 mm)；XCGS-73 型磁選管(Φ50 mm,H ＜0.3 T,可調(diào))；電磁式鼓型弱磁選機(jī)(Φ400 mm×300 mm,H＜0.18 T,可調(diào))；GB-6003-85 型套篩(篩孔0.075 mm)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 鋅揮發(fā)焙燒試驗(yàn)

2.1.1 焙燒溫度與焙燒時(shí)間組合試驗(yàn)

根據(jù)鋅沸點(diǎn)907 ℃及還原焙燒試驗(yàn)一般規(guī)律,焙燒溫度與時(shí)間之間有著互補(bǔ)關(guān)系,即溫度高時(shí),焙燒時(shí)間可縮短,溫度低時(shí)需延長焙燒時(shí)間,故進(jìn)行不同焙燒溫度(1 100 ℃、1 150 ℃和1 200 ℃)下的焙燒時(shí)間試驗(yàn),采用煤作為還原劑,用量為瓦斯泥質(zhì)量的15%,試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 焙燒溫度與焙燒時(shí)間組合試驗(yàn)結(jié)果

表5 結(jié)果表明,在同一焙燒時(shí)間下,鋅揮發(fā)率隨著焙燒溫度升高而增加；在同一焙燒溫度下,鋅揮發(fā)率隨著焙燒時(shí)間增加而增加,但到一定焙燒時(shí)間后鋅揮發(fā)趨于穩(wěn)定。 1 100 ℃時(shí),鋅揮發(fā)率都小于70%；1 150 ℃時(shí),焙燒90 min 鋅揮發(fā)率可達(dá)90%以上；1 200 ℃時(shí),焙燒90 min 鋅揮發(fā)可達(dá)96%以上。

為了確定焙燒渣鐵的可選性,直接對(duì)焙燒渣進(jìn)行磁場(chǎng)強(qiáng)度0.14 T 的磁選管磁選試驗(yàn),結(jié)果見表6。

表6 焙燒渣磁選管試驗(yàn)結(jié)果

表6 結(jié)果表明,焙燒渣在磁場(chǎng)強(qiáng)度0.14 T 下磁選時(shí),鐵精礦鐵回收率均可達(dá)到92%以上,變化不大；而鐵精礦品位隨著焙燒溫度增加逐漸增加,在1 200 ℃焙燒90 min 時(shí),鐵精礦品位最高可達(dá)55.03%,同時(shí)鐵精礦作業(yè)回收率也最高,可達(dá)97.26%。

通過焙燒溫度與焙燒時(shí)間的組合試驗(yàn)研究,在焙燒溫度1 200 ℃、焙燒時(shí)間90 min 時(shí),可獲得鋅揮發(fā)率96.77%；同時(shí)焙燒渣經(jīng)磁選可獲得鐵品位55.03%、回收率97.26%的鐵精礦。

2.1.2 還原劑用量試驗(yàn)

在焙燒溫度1 200 ℃、焙燒時(shí)間90 min 時(shí),進(jìn)行了還原劑用量試驗(yàn),結(jié)果見表7。 為了確定焙燒渣鐵的可選性,直接對(duì)焙燒渣進(jìn)行磁場(chǎng)強(qiáng)度0.14 T 的磁選管磁選試驗(yàn),結(jié)果見表8。

表7 還原煤用量試驗(yàn)結(jié)果

表8 焙燒渣磁選管試驗(yàn)結(jié)果

由表7～8 可知,在焙燒溫度1 200 ℃、焙燒時(shí)間90 min 條件下,還原劑用量達(dá)到15%以上時(shí),鋅揮發(fā)率都可達(dá)96%以上；還原劑用量15%時(shí)焙燒渣磁選可獲得鐵精礦品位55.03%、回收率97.26%的較好技術(shù)指標(biāo),因此,選取還原劑煤用量為15%。

2.1.3 球團(tuán)焙燒驗(yàn)證試驗(yàn)

由于含鐵塵泥粒度較細(xì),工業(yè)上對(duì)其直接進(jìn)行焙燒粉塵量較大,需進(jìn)行造塊焙燒,降低粉塵量,故進(jìn)行了球團(tuán)焙燒驗(yàn)證試驗(yàn),造球條件為:還原劑用量15%、黃泥10%、水分30%。 球團(tuán)烘干后,在1 200 ℃下進(jìn)行焙燒鋅揮發(fā)試驗(yàn),結(jié)果見表9。 對(duì)球團(tuán)焙燒渣進(jìn)行磁場(chǎng)強(qiáng)度0.14 T 的磁選試驗(yàn),結(jié)果見表10。

表9 球團(tuán)還原焙燒試驗(yàn)結(jié)果

表10 球團(tuán)焙燒渣磁選管磁選試驗(yàn)結(jié)果

由表9～10 可知,焙燒溫度1 200 ℃時(shí),焙燒時(shí)間90 min,鋅揮發(fā)率98%以上；球團(tuán)焙燒渣直接磁選時(shí),鐵精礦品位47.11%,回收率91.45%。

2.2 焙燒-磁選工業(yè)流程試驗(yàn)

在焙燒溫度1 200 ℃、焙燒時(shí)間90min、還原劑用量15%條件下焙燒揮發(fā)鋅,再對(duì)焙燒渣進(jìn)行一粗一精磁選開路流程試驗(yàn),結(jié)果分別見表11～12。

表11 焙燒驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果

表12 焙燒渣磁選流程試驗(yàn)結(jié)果

流程試驗(yàn)結(jié)果表明:高鋅含鐵塵泥在該條件下焙燒,鋅揮發(fā)率達(dá)97.10%。 焙燒渣通過一粗一精磁選流程,獲得了鐵品位61.42%、回收率86.98%的鐵精礦。

3 結(jié) 論

高鋅含鐵塵泥在焙燒溫度1 200 ℃、焙燒時(shí)間90 min、還原劑用量15%條件下,還原焙燒揮發(fā)鋅,鋅揮發(fā)率可達(dá)到97.10%。 焙燒渣通過一粗(磁場(chǎng)強(qiáng)度0.1 T)一精(磁場(chǎng)強(qiáng)度0.09 T)磁選,可獲得鐵品位61.42%、回收率86.98%的鐵精礦。 該工藝可為高鋅含鐵塵泥大規(guī)?；厥绽锰峁┘夹g(shù)支撐。