冶金含鐵塵泥還原提鐵的試驗(yàn)研究

（濟(jì)南鮑德?tīng)t料有限公司日照市分公司，山東 日照 276806）

0 引言

鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的冶金固體廢棄物，這些冶金固體廢棄物種類多，包括煉鐵渣、煉鋼渣、各工序產(chǎn)生的除塵灰及除塵泥、廢舊耐材及其他垃圾等。冶金固體廢棄物的產(chǎn)生總量大，年產(chǎn)生量約占鋼產(chǎn)量的50%左右，部分鋼企固體廢棄物的產(chǎn)生比例更高。雖然冶金固體廢棄物種類多，但根據(jù)金屬含量可劃分為金屬固體廢棄物和非金屬固體廢棄物。當(dāng)前環(huán)保部門對(duì)冶金制造業(yè)提出了新標(biāo)準(zhǔn)和新要求，大力倡導(dǎo)綠色冶金，花園式工廠建設(shè)。鋼鐵企業(yè)也自發(fā)的重視環(huán)保，并在環(huán)保方面做足了功夫，通過(guò)優(yōu)化生產(chǎn)工藝、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、推行新的冶煉技術(shù)和產(chǎn)品來(lái)實(shí)現(xiàn)高效冶煉和潔凈冶煉，更加注重資源的循環(huán)利用，在冶金含鐵塵泥再利用方面進(jìn)行了更多、更深入的研究。如果利用不好這些冶金含鐵塵泥，其會(huì)成為環(huán)保壓力，變成企業(yè)的負(fù)擔(dān)。反之，通過(guò)新技術(shù)或新產(chǎn)品的研發(fā)，將冶金含鐵塵泥循環(huán)利用起來(lái)，不僅可以變廢為寶，降低部分生產(chǎn)成本，為企業(yè)帶來(lái)一定的效益，還能夠滿足環(huán)保要求和行業(yè)需求。

冶金含鐵塵泥主要指球團(tuán)、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、連鑄、熱軋和冷軋等工序產(chǎn)出的除塵灰、除塵泥、氧化鐵皮等物質(zhì)，該類物質(zhì)具有含鐵量較高、產(chǎn)生渠道廣、種類繁多、化學(xué)成分復(fù)雜的特性，總產(chǎn)生量約占鋼產(chǎn)量的10%。含鐵塵泥的這些特性給資源的循環(huán)利用帶來(lái)了一定的難度，但只要處理方法得當(dāng)，仍是能取得較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。該文對(duì)瓦斯灰、煉鋼污泥、氧化鐵皮的綜合利用進(jìn)行了試驗(yàn)性研究，并取得了較好的試驗(yàn)效果[1]。

1 試驗(yàn)原料

1.1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)原料為瓦斯灰、煉鋼污泥、氧化鐵皮、黏結(jié)劑等。

1.2 試驗(yàn)原料成分

試驗(yàn)原料烘干后，化驗(yàn)其成分，化學(xué)成分見(jiàn)表1。其中水分含量分別為瓦斯灰水分12.24%、煉鋼污泥20.63%、氧化鐵皮4.76%。

表1 主要原料化學(xué)成分

2 試驗(yàn)方案

上述3 種含鐵塵泥的TFe 含量較高，其中瓦斯灰及煉鋼污泥中含有一定量的C。試驗(yàn)?zāi)康氖浅浞掷猛咚够?、煉鋼污泥自身攜帶的C 對(duì)3 種含鐵塵泥進(jìn)行還原提鐵，通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證其可行性。

2.1 試驗(yàn)原料的準(zhǔn)備及配比計(jì)算

含鐵塵泥含有較高的水分，需要進(jìn)行晾曬處理，將3種含鐵塵泥晾曬至水分含量符合標(biāo)準(zhǔn)后，再依據(jù)化驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行配料。配料的原則是三者混合料中總C 量能夠滿足氧化鐵類物質(zhì)的還原反應(yīng)，并保持一定量的C 富余，配料比的計(jì)算必須折成干基。經(jīng)計(jì)算，物料配比（干基）為瓦斯灰31.21%、煉鋼污泥48.78%、氧化鐵皮20.01%。

2.2 試驗(yàn)所需設(shè)備

設(shè)備包括JQ350 混料機(jī)、皮帶機(jī)、對(duì)輥壓球機(jī)、高溫坩堝升降爐、坩堝鉗、耐火罐、破碎機(jī)、小型球磨機(jī)、磁鐵、電子稱等。

2.3 試驗(yàn)步驟

2.3.1 試驗(yàn)料的成球

氧化鐵皮須預(yù)先搗打粉碎或碾碎，再將晾曬后的含鐵塵泥按照計(jì)算比例加入混料機(jī)內(nèi)，攪拌時(shí)加入適量的黏結(jié)劑。攪拌過(guò)程中，視攪拌情況添加少許水，保證試驗(yàn)料具有適度的黏性，以便于壓制成球。物料混合均勻后，打開(kāi)混料機(jī)的卸料閘，通過(guò)皮帶機(jī)將試驗(yàn)混合料輸送至對(duì)輥壓球機(jī)中轉(zhuǎn)緩沖料倉(cāng)，開(kāi)始?jí)呵?，壓制成球待用[2]。

2.3.2 成球裝罐

將成球裝入耐火罐內(nèi)，擺放整齊，在距離罐口5 cm的位置處停止裝球，均勻地覆蓋上阻火粉。覆蓋阻火粉的目的是防止還原后的成球二次氧化，造成試驗(yàn)數(shù)據(jù)的偏差。

2.3.3 成球的還原焙燒

將裝滿成球的耐火罐放入坩堝升降爐內(nèi)，按照設(shè)定的溫度曲線升溫，升溫至設(shè)定的還原焙燒溫度后，持續(xù)保溫至設(shè)定的時(shí)長(zhǎng)[3]?？砂丛囼?yàn)方案設(shè)定不同的還原焙燒溫度和保溫時(shí)長(zhǎng)。保溫結(jié)束后（還原焙燒過(guò)程結(jié)束）進(jìn)入冷卻狀態(tài)。

成球的還原焙燒采用正交試驗(yàn)法，主要包括2 個(gè)階段。第一階段，保持還原焙燒時(shí)間不變（預(yù)留焙燒時(shí)間較充裕，以便于反應(yīng)溫度對(duì)還原焙燒的影響），在不同溫度下對(duì)成球進(jìn)行還原焙燒，通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，選出較好的還原焙燒溫度。第二階段，還原溫度為第一階段的優(yōu)選溫度，調(diào)整還原焙燒時(shí)間，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定還原焙燒時(shí)長(zhǎng)。

2.3.4 還原成球的破碎磁選

待坩堝升降爐降至常溫后，夾出耐火罐，小心地倒出阻火粉，取出焙燒成球并稱重。稱重后破碎，破碎料倒入小型球磨機(jī)研磨，研磨完畢后用磁鐵對(duì)研磨料進(jìn)行磁選，并對(duì)磁選出的物料進(jìn)行稱重。

2.3.5 磁選料的TFe測(cè)定

采用GB/T 6730.5標(biāo)準(zhǔn)三氯化鈦-重鉻酸鉀容量法測(cè)定含磁選料的TFe 含量，記錄不同試驗(yàn)方案下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

通過(guò)試驗(yàn)，掌握了第一手試驗(yàn)數(shù)據(jù)，再系統(tǒng)性地分析化驗(yàn)數(shù)據(jù)，選出綜合效益最高的還原焙燒參數(shù)，為后期規(guī)模化生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)指導(dǎo)。

第一階段的還原時(shí)間選擇4 h（有富余），還原溫度自1 000 ℃始，每批次試驗(yàn)遞增50 ℃，見(jiàn)表2。

表2 第一階段試驗(yàn)數(shù)據(jù)

第一階段的試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在保持還原焙燒時(shí)間一定的前提下，隨著還原溫度的遞升，磁選粉選出率減小，選出粉的TFe 含量整體上呈上升趨勢(shì)，但當(dāng)溫度超過(guò)1 200 ℃后，磁選粉的TFe 變化不大。出現(xiàn)這種現(xiàn)象可能與磁選機(jī)的磁選效果及化驗(yàn)滴定誤差有一定關(guān)系[4]。但還原溫度在1 200 ℃時(shí)，含鐵塵泥的提鐵效果明顯，從能耗方面考慮，還原溫度選擇1 200 ℃較為經(jīng)濟(jì)。另外，為便于后期工業(yè)化生產(chǎn)，選擇一個(gè)較低的還原溫度，有利于后期還原設(shè)備的選型，特別是在耐材方面擴(kuò)大了選擇空間[5]。

在完成第一階段的試驗(yàn)后，保持還原溫度1 200 ℃的條件下，還原時(shí)長(zhǎng)每批次試驗(yàn)遞增0.5 h。通過(guò)試驗(yàn)選出含鐵塵泥合適的還原反應(yīng)時(shí)間，見(jiàn)表3。

表3 第二階段試驗(yàn)數(shù)據(jù)

當(dāng)還原溫度設(shè)定為1 200 ℃時(shí)，含鐵塵泥成球的還原提鐵效果隨還原時(shí)間的延長(zhǎng)呈先增后降的趨勢(shì)，當(dāng)還原時(shí)間為2.5 h 時(shí)，還原提鐵效果最好。當(dāng)還原時(shí)長(zhǎng)達(dá)到3.0 h 時(shí)，還原成球有部分二次氧化，導(dǎo)致磁選率下降。

雖然2.5 h 的還原提鐵效果最好，但與2 h 的相較差距不大。如果在實(shí)際的工業(yè)化生產(chǎn)時(shí)，選擇2 h 作為還原時(shí)間應(yīng)該性價(jià)比最高[6]。

4 結(jié)論

首先，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，瓦斯灰、煉鋼污泥、氧化鐵皮這3 種冶金含鐵塵泥是可以通過(guò)還原焙燒進(jìn)行提鐵的，但各種物料的配比要根據(jù)化驗(yàn)成分實(shí)時(shí)計(jì)算。另外，該實(shí)驗(yàn)方案如果轉(zhuǎn)化為工業(yè)化推廣應(yīng)用，還原焙燒的窯型選擇尚須進(jìn)一步考證。

其次，瓦斯灰、煉鋼污泥、氧化鐵皮在還原溫度1 200 ℃、還原時(shí)間2.5 h 時(shí)，實(shí)驗(yàn)室還原提鐵效果最好。但在工業(yè)化生產(chǎn)中，選擇2 h 作為還原時(shí)間應(yīng)該性價(jià)比最高。因?yàn)? h 和2.5 h 的還原提鐵效果相差不大，但在1 200 ℃的高溫下，還原時(shí)間保持越長(zhǎng)，能耗越高，成本越高。

再次，對(duì)瓦斯灰、煉鋼污泥、氧化鐵皮的還原提鐵處理，只是冶金含鐵塵泥利用的一種方案，通過(guò)這種思維，啟發(fā)科研者找到更加經(jīng)濟(jì)、高效的再利用技術(shù)，為冶金塵泥的再利用開(kāi)啟新篇。

最后，冶金固體廢棄物種類繁多、數(shù)量較大，雖然利用的難度大，但是如果處理方法得當(dāng)，是能實(shí)現(xiàn)高附加值利用的，并能獲得高額的回報(bào)。今后如何高效地利用這些所謂的“廢棄物”，需要不斷的開(kāi)拓創(chuàng)新，借助更多的新技術(shù)去實(shí)現(xiàn)，從而為企業(yè)及國(guó)家做出有利貢獻(xiàn)。