淺談高爐瓦斯灰提碳提鐵工藝

潘國泰

（福建三鋼勞動服務(wù)公司廢鋼回收廠 福建 三明 365000）

0 前言

高爐瓦斯灰是煉鋼廠高爐重力除塵系統(tǒng)收集的煙塵，是鐵礦粉、焦炭、石灰等煉鐵爐料的高溫混合物。 高爐瓦斯灰中的鐵礦粉和焦炭是煉鐵主要原材料和還原劑（三鋼高爐瓦斯灰約含TFe25%、C47%），由于鐵礦粉、焦碳、石灰等混合在一起，無法直接回收利用，因此，三鋼原日產(chǎn)高爐瓦斯灰100 多噸均被作為固體廢棄物處理，沒有很好的回收利用。

隨著國家對資源和環(huán)境問題的日益重視，利用成熟的技術(shù)回收高爐瓦斯灰中的鐵、碳資源，將產(chǎn)生很好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。 公司決定采用國內(nèi)成熟的技術(shù)對三鋼高爐瓦斯灰進(jìn)行處理回收， 利用瓦斯灰中各成份的密度和表面性質(zhì)不同，采用浮選和重選方法將其中的C、Fe 分離， 提選鐵精粉和碳精粉返回?zé)Y(jié)用作生產(chǎn)原料，剩余尾泥外賣制磚等，從而實(shí)現(xiàn)固廢資源化綜合利用，減少環(huán)境污染，提高經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

1 瓦斯灰理化性能

1.1 礦石特性[1]

高爐瓦斯灰主要由磁鐵礦、赤鐵礦、焦炭、鐵酸鈣及其它礦物組成，鐵礦物以Fe3O4和Fe2O3為主，其它金屬礦物以氧化物形式存在。 金屬鐵含量極少，僅有微量的金屬珠鑲嵌在渣相中，呈獨(dú)立的金屬鐵幾乎沒有；磁鐵礦部分為獨(dú)立相的顆粒狀， 大部分為燒結(jié)礦中玻璃質(zhì)膠結(jié)的自然晶狀磁鐵礦；赤鐵礦多為細(xì)小顆粒，粒徑大小不等；焦炭以形狀各異的顆粒存在，有粗顆粒鑲嵌、細(xì)粒鑲嵌、絲狀等,各向同性較少見。

1.2 化學(xué)組成

三鋼高爐瓦斯灰灰的化學(xué)組成見表1。 其全鐵含量為24.39% ,碳含量為41.97%,有害元素S、Zn、K2O、Na2O 含量也較高。

表1 化學(xué)成分及含量（%）

2 工藝及參數(shù)

2.1 浮選工藝的選擇

用浮選分離回收瓦斯灰中細(xì)粒狀質(zhì)，是成熟、高效且唯一的方法，如同煤炭行業(yè)從洗、選煤水漿中回收“煤泥”一樣，采用柴油（或煤油）作捕捉劑，浮選油作起泡劑，水玻璃做抑制劑，在合適的藥劑用量、浮選原漿的濃度，通過浮選都能取得良好的富集指標(biāo)，碳表面疏水而親油，可浮性好，易于用浮選與其他礦物分離[2]。

結(jié)合三鋼瓦斯灰含碳量較高的特性，碳精粉的品味要求在68%以上，確定采用單浮選的工藝來選取瓦斯灰中的碳。

2.2 選鐵工藝的選擇

高爐瓦斯灰為高溫產(chǎn)物，所含鐵礦物與天然鐵礦物的表面性質(zhì)存在較大差異， 且細(xì)粒礦物在高溫作用下膠結(jié)在一起，極易包裹脈石礦物，鏡下鑒定及單體解離度測定結(jié)果均證明了這一點(diǎn)[1]。 膠結(jié)在一起的脈石礦物與鐵礦物難以用物理方法分離，這樣給選礦帶來了較大難度，在影響鐵精礦質(zhì)量的同時，造成全鐵回收率偏低。

采用單一弱磁選回收瓦斯灰中的鐵，最高品位為48%的鐵精礦，但金屬回收率較低，僅為6.9%，這是由于赤鐵礦、磁-赤連生體、硅酸鹽膠結(jié)相中的磁鐵礦都無法通過磁選法得到回收。 所以用單一弱磁選回收瓦斯灰中的鐵是不可行的[4]。

采用單一強(qiáng)磁選進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明，鐵精礦中TFe 的含量較低，無法達(dá)到回收鐵的目的。 由于該瓦斯灰粒度小和質(zhì)量輕，在磁選過程中，常出現(xiàn)“連橋”現(xiàn)象，造成后來的灰漿流到磁頭部位直接堆在連橋上面，無法進(jìn)行磁選，這就導(dǎo)致了磁選效率下降，精礦中Fe 品位提高較小，因此包鋼瓦斯灰分選鐵采用單一的弱磁或強(qiáng)選的方法是不行的。 主要原因有以下幾點(diǎn)：

（1）瓦斯灰中的Fe 以磁鐵礦、菱鐵礦、磁-赤連生體、硅酸鹽膠結(jié)物等形式存在，無法通過單一弱磁選回收鐵。

（2）由于瓦斯灰粒度很小且質(zhì)量輕，受到磁介質(zhì)、磁選空間大小、磁間距的限制及受水力沖刷等因素的影響對單一強(qiáng)磁選Fe 的限制性較大，當(dāng)電流過大時，礦漿會在磁頭部位產(chǎn)生“連橋”現(xiàn)象，阻礙了非磁性礦物流出磁選機(jī)，造成品位下降。

（3）瓦斯灰含有許多微細(xì)粒粒礦物，該礦物密度小，比表面積大。 密度小，就磁選而言，強(qiáng)磁性物料隨粒度減小被磁化率急劇降低，矯頑力增大；弱磁性礦物磁化率本身就低，比介質(zhì)阻力隨粒度降低而劇增，導(dǎo)致回收困難。 比表面大，表面能和表面活性大，易于相互聚結(jié)，故細(xì)粒表面行為對分選有重大影響。 微粒礦物，在灰漿中受到各種表面力的作用，若范德華力分子作用力、雙電層靜電作用力、吸附分散劑后細(xì)粒表面吸附層引起的作用力（位阻效應(yīng)）、疏水團(tuán)聚顆粒上的疏水基團(tuán)引起的疏水作用力等等，使微細(xì)礦物的分散、團(tuán)聚和絮凝等行為受到嚴(yán)重影響。 磁選時礦粒在磁介質(zhì)上的捕獲和解析，都與微細(xì)粒礦物的回收效果很差，相當(dāng)部分被當(dāng)作礦泥拋棄，有價(jià)物質(zhì)被損失在礦泥中[4]。

根據(jù)三鋼高爐瓦斯灰的礦物特性及同類物料的分選生產(chǎn)實(shí)踐，結(jié)合國內(nèi)外成熟的選礦工藝和設(shè)備，決定采用重選工藝來選鐵。 工藝流程圖如圖1。

圖1 工藝流程圖

2.3 工藝參數(shù)

球磨機(jī)的磨料濃度控制在65%～70%， 球磨機(jī)出粒度控制在60～200 目 （即球磨出料粒度0.27mm～0.074mm） 的漿粒≥85%。 螺旋分級機(jī)分選溢出漿濃度控制在30%～38%，生產(chǎn)中采用定容壺（定容壺的容積約為335ml）取樣測定。 溢出漿濃度不宜過高，過高會使浮選效果不佳，易出現(xiàn)沉倉等現(xiàn)象。 生產(chǎn)過程的具體參數(shù)如表2 所示。

表2 生產(chǎn)工藝參數(shù)

3 實(shí)際生產(chǎn)過程的問題及改進(jìn)措施

針對實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題， 逐個查找問題的原因，逐步解決制約生產(chǎn)的難題。 同時，從管理考核入手，加強(qiáng)職工的技術(shù)培訓(xùn)，提高職工的操作水平。 利用考核的杠桿效應(yīng)，充分調(diào)動職工的生產(chǎn)積極性。

生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題有：1）尾泥經(jīng)濃密池濃縮后，用泵送至壓濾機(jī)故障率高；2）碳濃縮池中的泡沫不易消掉；3）成品碳精粉的固定含量為68%（要求固定碳含量≥73%）；4） 重選中選型采用搖床故障率高。

為此采取措施如下：1）利用落差，新挖掘一尾泥沉淀池，將尾泥直接引入其中沉淀，取消泵和壓濾機(jī)；2）在濃縮池的周圍架設(shè)了管道、噴頭，實(shí)施“人工降雨”，利用水霧徹底解決了受泡沫難破裂堆積多的困擾；3）優(yōu)化工藝參數(shù)，加大了水玻璃及柴油的添加量， 碳精粉中固定碳的含量穩(wěn)定在76%；4）經(jīng)浮選后的中礦，利用落差直接引入鐵精粉內(nèi)，取消搖床的使用。

藥劑添加量與成品結(jié)果如表3、表4。 從表中可以看出，當(dāng)原漿的濃度調(diào)至正常的水平時，碳精粉的品味與水玻璃及柴油的添加量存在著必然的聯(lián)系。 若要進(jìn)一步提高碳精粉的品味，可以采用粗選、精選兩道浮選的方式來選礦。 因生產(chǎn)過程中未對水資源進(jìn)行回收利用，故水玻璃的添加量比預(yù)計(jì)的要高。

表3 水玻璃添加量與成品結(jié)果

表4 柴油添加量與成品結(jié)果

4 結(jié)束語

4.1 一級浮選的工藝流程選取瓦斯灰中的碳，可獲得和固定碳含量為76%、產(chǎn)率48%、回收率85.5%的碳精粉。

4.2 采用重選回收高爐瓦斯灰中的鐵可獲得全鐵含量54%、產(chǎn)率10%、回收率24%的鐵精粉。

4.3 尾礦的TFe 含量為40～48%，采用重選選取瓦斯灰中的鐵，回收率不是很高，建議采用重選及弱-強(qiáng)磁搭配的工藝來回收瓦斯灰中的鐵，使資源得到最大化的回收利用。

高爐瓦斯灰用浮選和重選方法將其中的C、Fe 分離，該工藝技術(shù)可對我國產(chǎn)出巨量的高爐瓦斯灰進(jìn)行資源化、無害化處理，實(shí)現(xiàn)固體廢棄物的綜合利用，推進(jìn)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)起到有力的促進(jìn)作用[3]，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。S

［1］徐伯輝,等.高爐瓦斯灰提碳提鐵研究[J].礦產(chǎn)保護(hù)與利用，2007 年6 月，第三期：51-55.

［2］汪文生，等.用浮選法綜合回收高爐瓦斯泥中碳、鐵試驗(yàn)研究[J].金屬礦山，2004 年8 月，增刊：498-500.

［3］王樹楷.瓦斯灰回收有色金屬及再資源化[J].資源再生，2009 年，第10 期：48-53.

［4］閆永旺，陳義勝，等.從高爐瓦斯灰中分選鐵和碳的試驗(yàn)研究[J].2008 年3 月，第27 卷1 期：15-18.