唐山某鋼鐵廠高爐瓦斯泥中碳、鐵綜合回收工藝對比試驗研究

王　玲，聶軼苗，張晉霞，戴奇卉，牛福生，李　力

(1.華北理工大學礦業(yè)工程學院，河北 唐山063009；2.河北省礦業(yè)開發(fā)與安全技術實驗室，河北 唐山063009；3.唐山鋼鐵集團新事業(yè)發(fā)展有限公司，河北 唐山063009)

唐山某鋼鐵廠高爐瓦斯泥中碳、鐵綜合回收工藝對比試驗研究

王玲1，2，聶軼苗1,2，張晉霞1，2，戴奇卉1,2，牛福生1,2，李力3

(1.華北理工大學礦業(yè)工程學院，河北 唐山063009；2.河北省礦業(yè)開發(fā)與安全技術實驗室，河北 唐山063009；3.唐山鋼鐵集團新事業(yè)發(fā)展有限公司，河北 唐山063009)

摘要：高爐瓦斯泥是一種資源，在對其原礦性質(zhì)和物相組成等進行分析的基礎上，研究了鐵、碳綜合回收的幾種不同工藝，結果表明，與磁選-浮選、磁選-重選-浮選、重選-浮選三個工藝相比，浮選-重選、單一浮選的鐵、碳回收率和品位比較高，其中浮選-重選流程的鐵回收率和碳品位最高，分別達到69.54%和66.76%，單一浮選的鐵品位和碳回收率最好，分別為56.19%和64.93%。由于瓦斯泥原礦的性質(zhì)對其工藝影響很大，因此本文研究內(nèi)容僅對類似瓦斯泥性質(zhì)進行提鐵、碳綜合回收具有一定的參考價值。

關鍵詞：高爐瓦斯泥；選礦；工藝對比

高爐瓦斯泥是煉鐵生產(chǎn)過程中從高爐排出的固體顆粒，經(jīng)除塵收集后得到的產(chǎn)物，主要成分是鐵、碳、鋅等[1-2]，這些元素均可回收利用，在變廢為寶的同時，可緩解高爐瓦斯泥長期堆放引起各種環(huán)境、社會等問題。對于瓦斯泥的處理和綜合利用已經(jīng)有大量的研究[3-6]，且有的已經(jīng)付諸生產(chǎn)，但不同地區(qū)、不同燃燒方式所形成的瓦斯泥，由于其中各種物相組成等不同，對其中有用元素進行回收時，所采用的方法也不盡相同，如文獻[7]-[11]，對于同一種瓦斯泥原料，不同的選別方法結果也不同，因此針對每種原料都應該進行選別試驗研究，確定最佳的工藝流程。本次試驗在研究瓦斯泥化學多元素分析、粒度組成測定以及物相組成研究的基礎上，對比了幾種常用選別工藝，為其合理的利用提供基礎資料。

1原礦性質(zhì)分析

本次試驗所用礦樣取自唐山某鋼鐵廠，具有代表性。肉眼觀察顏色為深褐色至黑色泥漿狀，含水18%～20%，物相分析其中鐵礦物主要為磁鐵礦和赤鐵礦，其中赤鐵礦的礦物含量約為50%，磁鐵礦的礦物含量不到10%，碳主要以焦炭的形式存在，呈不規(guī)則狀、條帶狀、片狀結構和粒狀嵌鑲結構，其中以顆粒鑲嵌結構為主；有的顆粒較均勻致密，有的呈蜂窩狀，顆粒大小不等，脈石礦物主要為石英和長石等。經(jīng)混勻縮分取樣進行化學多元素分析、原礦粒度篩析，結果見表1和表2。

表1　高爐瓦斯泥多元素分析結果/%

表2　瓦斯泥粒度篩析結果

2選礦流程方案選擇

考慮到瓦斯泥中含鐵礦物有赤鐵礦和磁鐵礦，含碳礦物為焦炭，在大量試驗基礎上，排除了單一重選的可能性，進行了多組不同工藝研究，如重選-浮選-磁選聯(lián)合流程、弱磁選-強磁選-搖床工藝、浮選-磁選工藝等，但因部分流程的結果確實不好，因此最終選擇磁選-浮選、磁選-重選-浮選、重選-浮選、浮選-重選、浮選-磁選、單一浮選五種結果較好的工藝進行對比。

2.1磁選-浮選

磁選主要是選別磁鐵礦和赤鐵礦，拋棄單體的脈石顆粒和貧連生體，減少浮選入選礦量，提高浮選入選品位。

此部分磁選試驗包括弱磁選和強磁選兩部分，且先弱磁后強磁，弱磁選的試驗采用Φ327×180型鼓筒式磁選機，磁場強度為79.577kA/m，強磁選的試驗采用 XCSQ-50×70濕式強磁選機，在分選濃度30%、給礦時間5s、分選齒板間隙為0.2mm條件下進行，浮選的試驗條件為：捕收劑柴油500g/t，起泡劑2#油25g/t，分散劑六偏磷酸鈉100g/t，選礦濃度為5%，其余條件見圖1，結果見表3。

圖1　磁選-浮選流程

瓦斯泥原礦經(jīng)過弱磁選-強磁選-一粗兩精浮選工藝流程，最終獲得產(chǎn)率為23.85%，鐵品位為56.08%的鐵精礦和產(chǎn)率為29.33%，固定碳含量為65.09的碳精礦以及含鐵10.14%、含碳20.56%的尾礦。

2.2磁選-重選-浮選試驗

考慮到強磁選的成本相對較高，此部分磁選為弱磁選，試驗條件同上，重選采用XCY- 73型 1100×500刻槽搖床，12mm沖程，300rin/min沖次，3°床面坡度，20%給礦濃度，給礦量0.38t/h，浮選條件同上。試驗流程見圖2，通過磁選-重選-浮選流程試驗獲得的指標見表4。

經(jīng)過弱磁選-重選-一粗兩精浮選工藝流程，最終獲得鐵精礦的產(chǎn)率為21.46%，鐵品位為56.11%，碳精礦的產(chǎn)率為27.03%，固定碳含量為65.17。

2.3重選-浮選試驗

考慮到赤鐵礦和磁鐵礦比重與焦炭比重相差較大，直接用重選來分類含鐵礦物和含碳礦物，其中重選和浮選的試驗條件同上，試驗流程見圖3，通過重選-浮選流程試驗獲得的指標見表5。

表3　磁選-浮選流程試驗指標/%

圖2　磁選-重選-浮選流程

圖3　重選-浮選流程圖

表5　重選-浮選流程試驗指標/%

瓦斯泥原礦在重選之后，取重選的中礦和尾礦進行一粗兩精的浮選流程試驗，結果可得到鐵品位為53.34%，產(chǎn)率為21.87%的鐵精礦和碳品位為65.21%，產(chǎn)率為27.11%的碳精礦。

2.4浮選-重選試驗

試驗過程中發(fā)現(xiàn)部分含碳礦物在重選中，會漂浮在液面上，導致部分碳損失，同時由于原礦顆粒粒度較細，在重選尾礦中仍有部分含鐵礦物，使得二者分離效果不是很理想，考慮到焦炭的可浮性很好，因此先浮選后重選進行選別，試驗條件同上，試驗流程見圖4，結果見表6。

瓦斯泥經(jīng)先浮選后重選試驗流程后，可獲得碳精礦的產(chǎn)率較高，為29.52%，固定碳含量為66.76%，鐵精礦的品位為55.22%，產(chǎn)率為24.76%。

2.5單一浮選

對于細粒級的赤鐵礦和磁鐵礦，常用浮選進行選別，此處采用單一浮選，先浮選含碳礦物再進行反浮選，浮碳試驗條件同上，反浮硅的試驗條件為：NaOH1200g/t，淀粉800g/t，CaO800g/t，TS600g/t。試驗流程見圖5，結果見表7。

圖4　浮選-重選流程

圖5　單一浮選流程圖

表6　浮選-重選流程試驗指標 %

表7　單一浮選流程試驗指標 %

經(jīng)單一浮選流程，可得到鐵品位為56.19%，產(chǎn)率為23.07%的鐵精礦和產(chǎn)率28.15%，固定碳含量為66.94%的碳精礦。

3五種工藝流程方案比較

為了更有效的研究文中這類瓦斯泥的綜合利用工藝，以上述五種工藝的鐵精礦品位、回收率和碳精礦的品位、回收率為參考指標，其對比試驗數(shù)據(jù)見圖6。

由圖6可以看出，除了重選-浮選流程工藝外，其余工藝所得鐵精礦的鐵品位均在55%以上，且單一浮選流程所得鐵精礦的鐵品位最高，但是鐵回收率最高的為浮選-重選流程工藝，從碳精礦的品質(zhì)來看，后浮選的聯(lián)合工藝工藝流程中，碳的損失較多，

1磁選-浮選流程；2弱磁-重選-浮選流程；3重選-浮選流程；4浮選-重選流程；5單一浮選流程。圖6　五種工藝技術指標對比圖

因此在對類似瓦斯泥進行鐵、碳兩種元素的回收利用時，應考慮先回收含碳礦物再回收含鐵礦物。

4結論

1)本次試驗中所用原礦為唐山某鋼鐵廠的瓦斯泥，含鐵礦物主要為磁鐵礦(<10%)和赤鐵礦(50%)，碳主要以焦炭的形式存在，呈不規(guī)則狀、條帶狀、片狀結構和粒狀嵌鑲結構，其中以顆粒鑲嵌結構為主，脈石礦物主要為石英和長石等。原礦篩析表明，36.8%的顆粒粒度小于270目。

2)與磁選-浮選、弱磁-重選-浮選、重選-浮選三個工藝相比，浮選-重選、單一浮選的鐵、碳回收率和品位比較高，其中浮選-重選流程的鐵回收率和碳品位最高，分別達到69.54%和66.76%，單一浮選的鐵品位和碳回收率最好，分別為56.19%和64.93%。

參考文獻

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Comparison of different technology of recovering iron and carbon from BF sludge flue produced in Tangshan city

WANG Ling1，2，NIE Yi-miao1，2，ZHANG Jin-xia1，2，DAI Qi-hui1，2，NIU Fu-sheng1，2，LI li3

(1.School of Mines，North China University of Science and Technology，Tangshan 063009，China；2.Mining Development and Safety Technology Key Lab of Hebei Province，Tangshan 063009，China；3.Tangshan Iron & Steel Group New Career Development Co.,Ltd.，Tangshan 063009，China)

Abstract:Based on the study of the properties，mineral composition of blast furnace sludge，five separation technologies were researched to recover iron and carbon concentrate in this paper.It was showed that recovery and grade of iron and carbon got in simple flotation and flotation-gravity technology were higher than which got form magnetic-flotation，magnetic-gravity-flotation separation and gravity-flotation technology.Iron recovery and carbon grade could reach 69.54% and 66.76% respectively，in the flow of flotation-gravity technology.For simple flotation，the best iron gradeand carbon recovery were got，which were 56.19% and 64.93%，respectively.Data in this paper could provide some references for the similar properties blast furnace sludge.

Key words：blast furnace sludge；separation；comparison of technology

收稿日期：2014-06-26

基金項目：唐山市科技計劃項目“鋼鐵工業(yè)固體廢棄物資源利用關鍵技術開發(fā)與示范”資助(編號：12130204A)

作者簡介：聶軼苗(1979-)，女，博士，副教授，主要從事礦物加工及礦物材料的教學與科研工作。E-mail：nieym168@163.com。

中圖分類號：TD9;X756

文獻標識碼：A

文章編號：1004-4051(2016)02-0116-04