浮—磁聯(lián)合工藝從高爐瓦斯灰中回收焦炭

付剛?cè)A 王洪陽(yáng) 郭宇峰 李鵬飛 楊 露 周企逵

(1.中南大學(xué)資源加工與生物工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410083;2.寶鋼集團(tuán)韶鋼松山股份技術(shù)中心，廣東 韶關(guān) 512123)

·綜合利用·

浮—磁聯(lián)合工藝從高爐瓦斯灰中回收焦炭

付剛?cè)A1王洪陽(yáng)1郭宇峰1李鵬飛1楊 露1周企逵2

(1.中南大學(xué)資源加工與生物工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410083;2.寶鋼集團(tuán)韶鋼松山股份技術(shù)中心，廣東 韶關(guān) 512123)

為了高效回收利用高爐瓦斯灰中的焦炭，采用浮—磁聯(lián)合工藝對(duì)某鋼鐵公司鋅含量為4.43%、碳含量為18.45%的高爐瓦斯灰進(jìn)行了焦炭回收試驗(yàn)。結(jié)果表明：①在煤油用量為800 g/t、松醇油為200 g/t、水玻璃為1 500 g/t情況下，1次浮選可以獲得碳品位為74.96%、回收率為90.83%、鋅含量為1.91%、鐵含量為5.19%的浮選精礦；②以磁鐵礦為載體，浮選精礦在磨礦細(xì)度為-0.074 mm占74.32%、背景磁感應(yīng)強(qiáng)度為1.5 T的條件下進(jìn)行強(qiáng)磁選，可獲得碳品位為85.17%、回收率達(dá)86.29%(對(duì)原礦)的焦炭精礦，其鋅含量進(jìn)一步降低為1.29%。該焦炭精礦品質(zhì)滿足返回?zé)Y(jié)配礦利用要求。

高爐瓦斯灰 焦炭精礦 鋅 浮選 磁選

高爐瓦斯灰是指在高爐冶煉中被高速上升的煤氣所帶出的細(xì)粒粉塵，主要成分是焦炭(15%～35%)和鐵(25%～40%)，其次還含有少量鋅以及稀有、稀散金屬等[1]，屬于高爐粉塵。

我國(guó)高爐粉塵的發(fā)生量為噸鐵15～50 kg，瓦斯灰約占一半[2]，按噸鐵20 kg高爐粉塵計(jì)，2013年我國(guó)瓦斯灰的產(chǎn)出量約為1 500萬(wàn)t。目前，國(guó)內(nèi)外處理高爐瓦斯灰的方法大致有直接外排堆存、直接利用、綜合回收提取有價(jià)元素等3種[3]。直接外排堆存，既污染環(huán)境，又占用寶貴的土地資源；直接返回?zé)Y(jié)球團(tuán)工序循環(huán)利用，不僅會(huì)惡化燒結(jié)及球團(tuán)生產(chǎn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，還會(huì)造成鋅在高爐中的循環(huán)富集，影響高爐壽命和生產(chǎn)順行。因此，綜合回收、提取有價(jià)成分成為重要的發(fā)展方向。

近年來(lái)，很多學(xué)者對(duì)從高爐粉塵中直接浮選回收焦炭進(jìn)行了大量研究[4]，但是所獲得的焦炭鋅含量偏高，影響再利用。針對(duì)如何降低焦炭鋅含量的報(bào)道則很少。馮婕等[1]采用磨礦—浮選工藝脫除了焦炭中52.64%的鋅。本試驗(yàn)將采用浮選工藝預(yù)富集高爐瓦斯灰中的焦炭，然后通過(guò)磨礦—磁選工藝進(jìn)一步脫除浮選精礦中的鋅。

1 試驗(yàn)原料、設(shè)備及藥劑

1.1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)所用高爐瓦斯灰取自某鋼鐵公司高爐除塵系統(tǒng)，在110 ℃的烘箱內(nèi)干燥4 h后混勻、縮分，制成試驗(yàn)原料。試驗(yàn)原料主要化學(xué)成分分析結(jié)果見(jiàn)表1，粒度篩析結(jié)果見(jiàn)表2，顯微結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

表1 試驗(yàn)原料主要化學(xué)成分分析結(jié)果 Table 1 Main chemical compositions of the sample %

表2 試驗(yàn)原料粒度篩析結(jié)果

圖1 試驗(yàn)原料的顯微照片(放大100倍)

從表1可以看出，試驗(yàn)原料中鐵、碳、鋅含量分別為41.51%、18.45%和4.43%。

從表2可以看出，試驗(yàn)原料的粒度較粗，-0.074 mm僅占11.60%。

從圖1可以看出，試驗(yàn)原料顆粒大小不一，分布分散，主要礦物磁鐵礦、赤鐵礦、焦炭和石英之間相對(duì)獨(dú)立，連生現(xiàn)象較少。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備及藥劑

試驗(yàn)設(shè)備主要有RK/ZQM(BM)φ160×60型智能球磨機(jī)、RK/FD型1.5 L單槽浮選機(jī)、CRIMMφ400×300型圓筒弱磁選機(jī)、間歇式高梯度濕式強(qiáng)磁選機(jī)。

試驗(yàn)藥劑主要有捕收劑煤油、起泡劑松醇油和分散劑水玻璃，均為工業(yè)級(jí)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 浮選試驗(yàn)

2.1.1 煤油用量試驗(yàn)

煤油用量試驗(yàn)的松醇油用量為200 g/t、水玻璃為1 000 g/t，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

從圖2可以看出，隨著煤油用量的增加浮選精礦碳回收率先上升后維持在高位，碳含量小幅下降。因此，確定煤油的用量為800 g/t。

圖2 煤油用量試驗(yàn)結(jié)果

2.1.2 松醇油用量試驗(yàn)

松醇油用量試驗(yàn)的煤油用量為800 g/t、水玻璃用量為1 000 g/t，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 松醇油用量試驗(yàn)結(jié)果

從圖3可以看出，隨著松醇油用量的增加，浮選精礦碳含量下降、碳回收率呈先快后慢的上升趨勢(shì)。綜合考慮，確定松醇油的用量為200 g/t。

2.1.3 水玻璃用量試驗(yàn)

水玻璃用量試驗(yàn)的煤油用量為800 g/t、松醇油為200 g/t，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 水玻璃用量對(duì)浮選指標(biāo)的影響

從圖4可以看出，隨著水玻璃用量的增加，浮選精礦碳含量和回收率都呈先升后降的趨勢(shì)。因此，確定水玻璃用量為1 500 g/t。

2.2 浮選精礦的性質(zhì)

浮選精礦主要化學(xué)成分分析結(jié)果見(jiàn)表3，XRD分析結(jié)果見(jiàn)圖5，典型焦炭顆粒的掃描電鏡圖片見(jiàn)圖6，圖6中1、2號(hào)點(diǎn)的能譜分析結(jié)果見(jiàn)圖7、圖8。

表3 浮選精礦主要化學(xué)成分分析結(jié)果

Table 3 Main chemical composition analysis results of flotation carbon concentrate %

成 分含 量成 分含 量C74.96Fe5.19Zn1.91SiO25.48Al2O33.58CaO0.89S0.66PbO0.32MgO0.16Na2O0.19

圖5 浮選精礦的XRD圖譜

圖6 典型焦炭顆粒的掃描電鏡圖片(放大1 000倍)

圖7 圖6中1號(hào)點(diǎn)的能譜圖

從表3可以看出，浮選精礦中SiO2、Al2O3、Fe、Zn等含量較高是造成其碳品位偏低的主要原因；其鋅含量為1.91%，較試驗(yàn)原料下降了2.52個(gè)百分點(diǎn)，但要想循環(huán)利用該浮選精礦，必須進(jìn)一步降低鋅含量。

圖8 圖6中2號(hào)點(diǎn)的能譜圖

從圖5可以看出，鐵、鋅主要以氧化物的形式存在，硅和鋁則存在于石英和莫來(lái)石中。

從圖6并結(jié)合圖7、圖8可看出，鐵集中分布在焦炭顆粒的外層，吸附層厚度在10 μm左右；而鋅雖在顆粒的外層分布較集中，但在顆粒內(nèi)部也有分布。

基于鐵、鋅氧化物在焦炭顆粒中的存在形式，若采取磨礦方法將焦炭顆粒中的磁鐵礦和氧化鋅磨剝下來(lái)形成微細(xì)顆粒，利用微細(xì)粒鐵礦物在磁場(chǎng)作用下會(huì)發(fā)生磁團(tuán)聚的特性[5-10]，以及微細(xì)粒鐵礦物在團(tuán)聚過(guò)程中可能將部分氧化鋅顆粒團(tuán)聚在其中的特性，以磁鐵礦為載體采用磁選法可以進(jìn)一步脫除部分鋅。因此，有必要對(duì)浮選精礦進(jìn)行磁選除雜試驗(yàn)。

2.3 磁選試驗(yàn)

2.3.1 磨礦細(xì)度試驗(yàn)

磨礦細(xì)度試驗(yàn)的弱磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度為159.24 kA/m，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 磨礦細(xì)度試驗(yàn)焦炭精礦指標(biāo)

從表4可以看出，隨著磨礦細(xì)度的提高，焦炭精礦碳品位和回收率均變化不大，但鐵和鋅的品位和回收率均先下降后上升。因此，確定浮選精礦的磨礦細(xì)度為-0.074 mm占74.32%。

從表4還可以看出，采用弱磁選對(duì)磨礦后的浮選精礦進(jìn)行脫雜雖有一定效果，但并不理想，因此，有必要進(jìn)行強(qiáng)磁選試驗(yàn)。

2.3.2 強(qiáng)磁選背景磁感應(yīng)強(qiáng)度試驗(yàn)

背景磁感應(yīng)強(qiáng)度試驗(yàn)的磨礦細(xì)度為-0.074 mm占74.32%，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 背景磁感應(yīng)強(qiáng)度試驗(yàn)焦炭精礦指標(biāo)

從表5可以看出，隨著背景磁感應(yīng)強(qiáng)度的提高，焦炭精礦碳品位和碳回收率均變化不大，但鐵和鋅的品位和回收率均顯著下降。這一方面由于強(qiáng)磁性物料比磁化率隨著粒度的減小而急劇降低[11]，在弱磁場(chǎng)條件下很難被捕集回收，提高背景磁感應(yīng)強(qiáng)度可以實(shí)現(xiàn)微細(xì)粒的回收；另一方面隨著背景磁感應(yīng)強(qiáng)度的提高，貧連生體和夾雜有少量非磁性顆粒的磁性物聚團(tuán)也會(huì)被捕集回收。

在背景磁感應(yīng)強(qiáng)度為1.5 T情況下，焦炭精礦的鋅含量降低到了1.29%，強(qiáng)磁選鋅的脫除率達(dá)43.35%。基于燒結(jié)工藝對(duì)返回焦炭中的鋅也有一定的脫除能力，因此，將焦炭精礦返回?zé)Y(jié)配礦利用是可行的。

3 結(jié) 論

(1)某鋼鐵公司的高爐瓦斯灰粒度較粗，其中鐵、碳、鋅的含量分別為41.51%、18.45%和4.43%，主要礦物有磁鐵礦、赤鐵礦、焦炭和石英等。

(2)在煤油用量為800 g/t、松醇油為200 g/t、水玻璃為1 500 g/t情況下，1次浮選可以獲得碳品位為74.96%、回收率為90.83%、鋅含量為1.91%、鐵含量為5.19%的浮選精礦。

(3)浮選精礦中的鋅和鐵主要以氧化物的形式包裹著部分焦炭顆粒,包裹層厚約10 μm，硅和鋁則存在于石英和莫來(lái)石中，屬焦炭顆粒的包裹礦物，這些雜質(zhì)成分必須通過(guò)磨礦才能與焦炭解離。

(4)浮選精礦在磨礦細(xì)度為-0.074 mm占74.32%、背景磁感應(yīng)強(qiáng)度為1.5 T的條件下進(jìn)行強(qiáng)磁選，可獲得碳品位為85.17%、鐵含量為0.86%、鋅含量為1.29%、總碳回收率達(dá)86.29%的焦炭精礦，其鋅含量下降了3.14個(gè)百分點(diǎn)。

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(責(zé)任編輯 羅主平)

Recovery of Coke from Blast Furnace Dust by Combined Process of Flotation and Magnetic Separation

Fu Ganghua1Wang Hongyang1Guo Yufeng1Li Pengfei1Yang Lu1Zhou Qikui2

(1.SchoolofMineralProcessingandBioengineering，CentralSouthUniversity，Changsha410083,China;2.SongshanCompanyTechnologyCenterofShaoguanIron&SteelCo.,Ltd，BaosteelGroup，Shaoguan512123，China)

In order to high effectively recover and utilize the coke existed in blast furnace dust (BFD)，combined process of flotation and magnetic separation was used to treat a BFD containing 4.43% Zn and 18.45% C.The results show that：①With kerosene dosage of 800 g/t，terpenic oil dosage of 200 g/t and sodium silicate dosage of 1 500 g/t，rough coke concentrate with 74.96% C，1.91% Zn，5.19% Fe and carbon recovery of 90.83% was obtained；②Treating magnetite as carrier，coke concentrate with carbon grade of 85.17% and total recovery of 86.29% can be obtained by grinding the flotation concentrate to 74.32% passing 0.074 mm，and then enduring high intensity magnetic separation with 1.5 T background induction intensity，further more the zinc grade in coke concentrate was reduced to 1.29%.The quality of coke concentrate can meet the requirements of matching ore in sintering.

Blast furnace dust，Coke concentrate，Zinc，F(xiàn)lotation，Magnetic separation

2014-12-03

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)項(xiàng)目(編號(hào)：2014CB643400)。

付剛?cè)A(1970—)，男，副教授。

TD923+.7,TD924.1

A

1001-1250(2015)-03-187-04