粉煤灰綜合利用磁選除鐵工藝技術(shù)研究

吳永峰

(神華準(zhǔn)能資源綜合開發(fā)有限公司,內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300)

粉煤灰作為燃煤電廠的固體廢棄產(chǎn)物，不僅占用大量的土地用于填埋，而且影響生態(tài)環(huán)境。隨著現(xiàn)代資源循環(huán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的科研力量正在投入到粉煤灰中各族有價(jià)元素的提取研究，其中尤以粉煤灰提取氧化鋁工藝技術(shù)的發(fā)展最為迅速。高鋁粉煤灰已經(jīng)作為一種潛在的氧化鋁礦產(chǎn)資源,受到人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。

在粉煤灰提取氧化鋁工藝技術(shù)研究的過(guò)程中，F(xiàn)e2O3及FeO等鐵的氧化物是影響氧化鋁產(chǎn)品質(zhì)量最主要的雜質(zhì)成分。由于粉煤灰的形成條件不同，導(dǎo)致其化學(xué)成分、礦物成分及結(jié)構(gòu)都有所不同，使得粉煤灰中鐵的存在形式[1-2]也有所不同。研究表明，粉煤灰中的鐵既有鐵的氧化物獨(dú)立礦物存在，如赤鐵礦、磁鐵礦等，也有以類質(zhì)同像形式存在的其它復(fù)雜礦物，如尖晶石鐵酸鹽等。鐵賦存狀態(tài)的不同會(huì)具有不同的磁性，導(dǎo)致其在不同磁選方法下鐵分離過(guò)程中的行為不同。

因此，本論文結(jié)合循環(huán)流化床粉煤灰與煤粉爐粉煤灰的物性特點(diǎn)[3]，開展了兩種灰在不同干法磁選條件下的磁選實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)磁選前后的粉煤灰、磁選富集灰進(jìn)行了相應(yīng)的X射線物相分析和化學(xué)成分分析。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)樣品

本次干法磁選實(shí)驗(yàn)以循環(huán)流化床粉煤灰、煤粉爐粉煤灰為原料。其中，1號(hào)灰為流化床粉煤灰，其粒徑較小，平均粒徑約為10μm，主要晶相物質(zhì)為石膏、氧化鐵、石英以及少量的氧化鈣等，具有較好的硅鋁活性；2號(hào)灰是煤粉爐粉煤灰，其粒徑較大，平均粒徑約為20μm，主要晶相物質(zhì)為莫來(lái)石、氧化鐵、石英等，硅鋁活性較差。

1.2 實(shí)驗(yàn)藥品及儀器

鹽酸、醋酸鋅、EDTA、氟化鉀、抗壞血酸等化學(xué)藥劑；干式振動(dòng)磁選機(jī)、電子天平、鼓風(fēng)干燥箱、X射線衍射儀等儀器。

圖1 粉煤灰樣品的X射線衍射圖

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）稱取一定量的粉煤灰，在120℃下烘干2號(hào)，備用。

（2）分別設(shè)計(jì)了四組不同電流和電壓（0.2A/6.25V，0.3A/10.0V，0.4A/12.5V，0.5A/15.0V）的工藝條件，對(duì)1號(hào)和2號(hào)灰進(jìn)行干法磁選試驗(yàn)[4]。

（3）收集不同工藝條件下的磁選后的磁選灰、磁選富集灰樣品，并分別進(jìn)行稱重、化學(xué)成分分析、XRD物相分析。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 磁選后磁選灰與磁選富集灰的質(zhì)量關(guān)系

從表1粉煤灰磁選后磁選灰與磁選富集灰物料量表可以看出，隨著電流和電壓的增大，即磁場(chǎng)強(qiáng)度的增大，粉煤灰磁選出的磁選富集灰量相應(yīng)增加。與2號(hào)灰相比，1號(hào)灰粒度較小，在磁選過(guò)程中，隨著磁場(chǎng)前強(qiáng)度的增大，其磁選富集灰產(chǎn)生量增幅也較大。在電流0.5A，電壓15.0V的條件下，1號(hào)灰的磁選富集灰物料量達(dá)到了47.02%。

表1 粉煤灰磁選后磁選灰與磁選富集灰物料量

2.2 磁選后的粉煤灰化學(xué)成分分析結(jié)果

表2與表3為1、2號(hào)磁選粉煤灰化學(xué)成分分析結(jié)果。從該分析結(jié)果可以看出，隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加，磁選后粉煤灰中的氧化鐵含量都有一定程度的降低。其中，2號(hào)灰中氧化鐵的減少較為明顯，氧化鐵含量從1.42%降到了0.73%,氧化亞鐵從0.43%降到了0.21%。而1號(hào)灰中氧化鐵含量出現(xiàn)了先減少后增加的趨勢(shì)，這與其磁選富集灰量的變化相符，即氧化鐵含量的回升說(shuō)明了磁選富集灰中非磁性物含量相對(duì)量的增多。

表2 1號(hào)磁選粉煤灰的化學(xué)成分（wt%）

表3 2號(hào)磁選粉煤灰的化學(xué)成分（wt%）

2.3 磁選后磁性物料樣品結(jié)果分析

由于粉煤灰中氧化鐵的含量較小且存在狀態(tài)的多樣化，磁選前后灰中鐵的變化不易觀察。為此本實(shí)驗(yàn)對(duì)磁選后的磁性物料樣品進(jìn)行了相應(yīng)的富集樣中鐵含量測(cè)試和XRD分析，用于分析磁選富集效果及粉煤灰中鐵的賦存狀態(tài)。

從表4不同磁場(chǎng)強(qiáng)度下1、2號(hào)灰磁性物料樣品中的鐵氧化物含量測(cè)試結(jié)果可知，在不同的磁選工藝條件下對(duì)CFB灰和OF灰進(jìn)行磁選都可以起到對(duì)鐵氧化物的富集作用。但隨著電流、電壓的增大即磁場(chǎng)強(qiáng)度的增大，磁選后磁性物料量也不斷增大，1號(hào)灰磁選富集灰中的氧化鐵含量由剛開始的27.60%降至2.99%，2號(hào)灰磁選富集灰中的氧化鐵含量由剛開始的34.22%降至11.75%，即鐵氧化物富集程度降低。這主要是由于磁場(chǎng)強(qiáng)度的增大，使得很多非磁性物料與磁性物料夾雜被磁選出降低了真正磁性物料中鐵的富集。

表4 磁性物料樣品中的鐵氧化物測(cè)試結(jié)果

圖2和圖3分別為1號(hào)（CFB）灰和2號(hào)（OF）灰以及不同條件下的磁選富集灰樣品的X射線衍射分析圖。

圖2 1號(hào)灰磁選富集灰樣X(jué)RD圖

從磁選富集灰樣品的X射線衍射分析圖可以看出，1號(hào)灰的磁選富集灰樣品中出現(xiàn)的主要礦物為赤鐵礦、銳鈦礦和部分石英和石膏。2號(hào)灰的磁選富集灰樣中出現(xiàn)的主要礦物為莫來(lái)石，赤鐵礦，同時(shí)還出現(xiàn)了磁鐵礦的衍射峰，且在0.2A和0.3A的磁選條件下比較明顯。

說(shuō)明2號(hào)（OF）灰中鐵除了以赤鐵礦形式存在外，還以磁鐵礦的形式存在；而1號(hào)灰中鐵主要以赤鐵礦的形式存在。

圖3 2號(hào)灰磁選富集灰樣X(jué)RD圖

3 結(jié)論

（1）隨著電流和電壓的增大，即磁場(chǎng)強(qiáng)度的增大，粉煤灰磁選出的磁性物料量相應(yīng)增加。

（2）循環(huán)流化床粉煤灰的干法磁選效果不理想，主要是由于循環(huán)流化床粉煤灰的顆粒太細(xì)，團(tuán)聚比較嚴(yán)重；同時(shí)，其含有的鐵氧化物主要為弱磁性的Fe2O3，靠磁性難以將磁性礦物和非磁性礦物很好地完全分離。

（3）煤粉爐粉煤灰的干法磁選效果顯著，且損失量較小，主要鐵氧化物為赤鐵礦和磁鐵礦。