利用浮選柱從高爐瓦斯泥中回收碳的試驗研究

張晉霞，牛福生，劉淑賢，聶軼苗

(河北聯(lián)合大學礦業(yè)工程學院，河北 唐山 063009)

高爐瓦斯泥是煉鐵高爐在冶煉過程中排出的固體顆粒物，經(jīng)過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]，具有較高的利用價值。唐山地區(qū)的瓦斯泥年產(chǎn)生量為700萬t，按其中含鐵25%～35%、碳30%～35%和鋅5%～10%有價組份計，折合金屬鐵含量175萬～245萬t，碳含量210萬～245萬t和金屬鋅35萬～70萬t。相當于一個年處理1000萬t鐵礦選礦廠的精粉產(chǎn)量，折合標煤525萬～610萬t和560萬～1120萬t的鋅石開采量。

近些年來，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行處理，這樣不僅造成資源的嚴重浪費，而且對環(huán)境造成很大程度的污染，大型鋼鐵企業(yè)己基本淘汰；二是直接返回燒結循環(huán)利用，由于瓦斯泥粒度較細，并且攜帶的有害雜質(zhì)沒有充分去除，對燒結工藝及高爐煉鐵都有負面影響；三是綜合回收利用，提取有價元素[4-6]。

國外很多專家學者對高爐瓦斯泥的有價元素回收及其綜合利用進行了大量研究，并且有些已付諸于生產(chǎn)實踐。我國對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，其如何回收有價元素以及梯級利用有待深入研究[5]。

本研究在對唐鋼高爐瓦斯泥原料成分特征研究的基礎上，利用浮選柱對瓦斯泥中的碳進行了浮選回收研究，取得了較為滿意的試驗結果，通過技術推廣，可推進我國冶金行業(yè)節(jié)能減排發(fā)展進程，將為行業(yè)發(fā)展和國家經(jīng)濟、社會的發(fā)展帶來巨大利益。

1 瓦斯泥原礦性質(zhì)研究

1.1 化學多元素分析

唐鋼瓦斯泥粒度較細，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行了化學多元素分析，分析結果見表1。

由表1分析結果可知，鐵、碳為主要的有價礦物，分選時應分別對其進行回收。本論文主要對碳進行了浮選柱回收試驗研究。

1.2 原料粒度分析

取唐鋼瓦斯泥礦樣進行了粒度篩析試驗，試驗結果見表2。

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

表1 瓦斯泥化學多元素分析結果/%

表2 瓦斯泥粒度篩析試驗

1.3 密度測定

使用BT-1001智能粉體物性測試儀對唐鋼瓦斯泥的松裝密度和振實密度進行了測定[1]，試驗結果如表3所示。

表3 密度測定結果

從表3可以看出，瓦斯泥的松裝密度和振實密度都比較小。

1.4 原料礦物分析

試驗用的瓦斯泥通過鏡下觀察表明，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，脈石礦物主要為長石、石英、方解石等硅酸鹽礦物[1]。

2 浮選柱試驗研究

微泡浮選柱(圖1)是一種工藝流程簡潔、分選效率高、適應礦石性質(zhì)變化能力強、更適合細粒級礦石分選的高效分選設備。相比傳統(tǒng)浮選機和常規(guī)浮選柱，其結構和原理更加完善，實現(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，更重要的是該設備結構中引入強力回收機制，不僅能夠獲得更優(yōu)質(zhì)的精礦產(chǎn)品，而且其強大的回收機制能夠保證較高的金屬回收率[6-8]。本文通過試驗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用前景。

圖1 微泡浮選柱的結構原理

影響浮選柱分選指標的因素較多，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構參數(shù)等。本文在浮選機探索試驗的基礎上，結合浮選柱特點和實際條件，采用一粗三精開路流程，主要進行了粗選藥劑用量、充氣量和淋洗水量對浮選指標影響的試驗，試驗流程見圖2。

圖2 浮選柱條件試驗研究

2.1 粗選捕收劑用量試驗

粗選試驗條件為：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，粗選捕收劑用量對浮選效果的影響見圖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，而回收率則是先降低后升高。當柴油用量為500g/t時，碳精礦品位為43.06%，回收率達到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 捕收劑用量對浮選指標的影響

2.2 粗選起泡劑用量試驗

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，在起泡劑用量為0g/t、10g/t、15g/t、25g/t、30g/t的條件下進行浮選試驗，試驗結果見圖4。

圖4 2#油用量對浮選指標的影響

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，回收率呈逐漸升高的趨勢。當2#油用量為25g/t 時，此時碳精礦的品位為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，而過大的氣含率會使浮選柱內(nèi)泡沫在上浮過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

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的條件下進行六偏磷酸鈉用量試驗，試驗結果見圖5。

由圖5可知，當六偏磷酸鈉用量從20g/t變化到120g/t的過程中，碳精礦品位先增大再減小，碳回收率先增大后減小。當用量為80g/t時，此時的碳精礦品位最高；當六偏磷酸鈉用量為120g/t時，碳回收率最高，但此時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 分散劑用量對浮選指標的影響

2.4 粗選充氣量試驗

充氣量是控制浮選柱分選指標的關鍵因素之一[9-10]。采用上述試驗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，試驗結果見圖6。

圖6 充氣量對浮選指標的影響

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，礦漿攪動作用加強，使細粒的石英、長石等脈石礦物隨氣流夾帶進入到精礦中，所以精礦品位降低。

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

2.5 粗選淋洗水量試驗

浮選柱中淋洗水量是影響浮選指標的重要因素。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，但是會導致浮選夾帶現(xiàn)象嚴重，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動，利用水流將夾雜的脈石礦物沖洗進入礦漿層中[8-9]。利用上述試驗確定的最佳工藝條件，改變淋洗水量進行了試驗，試驗結果見圖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。當淋洗水量大于0.015m3/h時，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)試驗結果淋洗水量定為0.015m3/h，此時碳精礦產(chǎn)率為59.47%，品位為45.26%，回收率為92.18%。

圖7 淋洗水量對浮選指標的影響

2.6 一粗三精流程試驗

經(jīng)過上述試驗，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，試驗流程見圖8，結果見表4。

由表4可知，經(jīng)過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%的技術指標。試驗結果表明，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、選擇性好、富礦比高等特點。

表4 浮選柱一粗三精試驗結果

圖8 一粗三精浮選工藝流程

3 結論

1) 通過化學多元素分析和光學顯微鏡分析可知，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行粗選浮選試驗，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、富集比高、選擇性好等優(yōu)點，通過試驗初步顯示出在瓦斯泥浮選領域的優(yōu)勢，為其進一步的應用展現(xiàn)出良好的前景。

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