新型未燃炭捕收劑在煉鐵除塵灰浮選中的應(yīng)用研究①

蔣雨露， 周文波， 方宇榮， 陳敬佑， 魏愈宋， 劉 真， 雷國(guó)元

(1.武漢科技大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院,湖北 武漢430081； 2.福建三鋼閩光股份有限公司,福建 三明365000)

我國(guó)鐵礦石品位低、雜質(zhì)多,高爐煉鐵除塵灰中炭、鐵、鋅等元素大量富集,回收利用價(jià)值高［1］。 重選、磁選對(duì)微細(xì)粒粉塵分離效果差,且除塵灰中炭含量較高,采用浮選方法浮炭不僅能回收炭,而且能富集鐵、鋅,所以浮選浮炭是綜合利用除塵灰較有效的方式。 但除塵灰中經(jīng)高溫過(guò)程產(chǎn)生的未燃炭,可浮性差,性質(zhì)有別于天然礦物,易與其他次生礦物嵌生,分離難度大。

目前,針對(duì)細(xì)粒除塵灰中炭難浮選的問(wèn)題,科研工作者開(kāi)展了相關(guān)研究［2］,但關(guān)于-37 μm 粒級(jí)煉鐵除塵灰的浮選尚未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。

本文依據(jù)干法除塵灰性質(zhì),制定了“磨礦-分級(jí)-浮選”的工藝流程,并針對(duì)-37 μm 粒級(jí)干法除塵灰進(jìn)行浮選,研究了一種新型捕收劑EA,獲得了優(yōu)良的選別指標(biāo),較好解決了微細(xì)粒除塵灰未燃炭浮選的難題,為除塵灰綜合利用提供了新的技術(shù)思路。

1 試驗(yàn)原料與試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)原料為福建三鋼煉鐵廠干法除塵灰,主要化學(xué)成分如表1 所示,C、Fe、Zn 隨粒度分布情況如表2所示。 結(jié)果表明,針對(duì)炭的浮選,主要需要排除礦物中Fe 和Zn 的影響,且C、Fe、Zn 在原礦中分布較為均勻,粗粒級(jí)部分C、Zn 含量較高,存在嵌生情況,需要預(yù)先磨礦解離。

表1 除塵灰主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）/%

表2 除塵灰中各元素粒度分布情況

1.2 試驗(yàn)方法及藥劑

將礦樣加入XBM-70 星型球磨機(jī)中,磨至一定細(xì)度分級(jí),將-37 μm 礦樣放入XFD 單槽浮選機(jī)(0.5 L)中攪拌,依次加入浮選藥劑,充氣浮選得精礦產(chǎn)品。 試驗(yàn)原則流程如圖1 所示。

圖1 試驗(yàn)原則流程

除塵灰中的未燃炭經(jīng)高溫過(guò)程,表面被嚴(yán)重氧化,存在大量含氧官能團(tuán)。 由于氫鍵效應(yīng),未燃炭表面易形成牢固的水化膜,從而顯著降低未燃炭的可浮性和油性捕收劑的吸附效果［3］。 所以,本文將十八胺聚氧乙烯醚(AC1810)、正己基葡糖苷(AG6206)、煤油與水按一定比例混合,經(jīng)高速攪拌,制成新型捕收劑EA。該捕收劑中含有極性官能團(tuán),能與未燃碳表面含氧官能團(tuán)形成氫鍵,疏水性官能團(tuán)指向外部,從而提高未燃炭可浮性。

其他藥劑亞硫酸鈉、硫酸鋅、聚丙烯酰胺、聚乙二醇(PEG-800)、煤油、乳化煤油及2 號(hào)油均為化學(xué)純藥劑。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 捕收劑種類(lèi)及用量試驗(yàn)

按圖1 所示流程進(jìn)行浮選試驗(yàn),依次加入8 kg/t亞硫酸鈉與硫酸鋅混合抑制劑(用量比1 ∶1)、3 kg/t炭活化劑聚丙烯酰胺溶液(0.1‰)、0.3 kg/t 泡沫調(diào)整劑PEG-800、20 kg/t 捕收劑、50 g/t 起泡劑。 使用相同劑量的煤油、乳化煤油或EA 作捕收劑,進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn),結(jié)果發(fā)現(xiàn),煤油作捕收劑時(shí),炭精礦中C 品位35.26%、回收率28.08%；乳化煤油作捕收劑時(shí),炭精礦中C 品位38.88%、回收率41.80%；EA 作捕收劑時(shí),炭精礦中C 品位58.64%、回收率43.73%。

捕收劑EA 能明顯提高精礦中炭的品位和回收率,同時(shí)不會(huì)引起鐵、鋅礦物大量上浮,表明捕收劑EA能改善炭的浮選效果。

隨后進(jìn)行了捕收劑EA 用量試驗(yàn),結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 捕收劑EA 用量對(duì)炭精礦的影響

由圖2 可知,隨著捕收劑EA 用量增加,精礦中C品位逐漸增加,回收率先增加后降低,Fe、Zn 品位和回收率逐漸降低,說(shuō)明EA 對(duì)難浮的細(xì)粒未燃炭具有較強(qiáng)的選擇性,但過(guò)量的捕收劑會(huì)導(dǎo)致泡沫產(chǎn)率下降,從而降低C 回收率。 綜上所述,確定捕收劑EA 適宜用量為20 kg/t。

2.2 聚丙烯酰胺用量試驗(yàn)

聚丙烯酰胺與微細(xì)粒未燃炭選擇性絮凝,增大顆粒行為尺寸,提高分選效果［4］。 捕收劑EA 用量20 kg/t,其他條件不變,進(jìn)行了炭活化劑聚丙烯酰胺(0.1‰)用量試驗(yàn),結(jié)果如圖3 所示。 綜合考慮,聚丙烯酰胺(0.1‰)最佳用量為3 kg/t。

2.3 硫酸鋅與亞硫酸鈉用量試驗(yàn)

圖3 聚丙烯酰胺用量對(duì)炭精礦的影響

亞硫酸鈉與硫酸鋅混合抑制劑生成的亞硫酸鋅吸附在鋅礦物表面,能增強(qiáng)其親水性,并且亞硫酸根能阻止捕收劑的吸附［5］。 EA 用量20 kg/t,聚丙烯酰胺(0.1‰)用量3 kg/t,其他條件不變,亞硫酸鈉與硫酸鋅用量(用量比1 ∶1)試驗(yàn)結(jié)果如圖4 所示。 綜合考慮,其最佳用量為8 kg/t。

圖4 亞硫酸鈉與硫酸鋅用量對(duì)炭精礦的影響

2.4 聚乙二醇（PEG-800）用量試驗(yàn)

亞硫酸鈉與硫酸鋅混合抑制劑(用量比1 ∶1)用量8 kg/t,其他條件不變,分子質(zhì)量800 的聚乙二醇(PEG-800)用量試驗(yàn)結(jié)果如圖5 所示。 由圖5 可知,PEG-800 用量對(duì)浮選有一定促進(jìn)作用,主要是PEG-800在浮選過(guò)程中起到調(diào)節(jié)泡沫黏度作用［6］,但過(guò)量的PEG-800 會(huì)降低精礦產(chǎn)率,影響C 回收率。 綜上所述,確定PEG-800 最佳用量為0.3 kg/t。

圖5 PEG-800 用量對(duì)炭精礦的影響

2.5 全流程閉路試驗(yàn)

通過(guò)條件試驗(yàn),最終確定“一粗一精一掃”的閉路試驗(yàn)流程,試驗(yàn)流程見(jiàn)圖6,結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 閉路試驗(yàn)結(jié)果

閉路試驗(yàn)所得混合精礦C 品位76.82%、回收率75.00%,尾礦中Zn、Fe 富集比分別為1.30 和1.35,產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到了返回配料燒結(jié)和外售的要求。

3 捕收劑EA 紅外光譜分析

根據(jù)紅外光譜吸收峰的位置和形狀來(lái)推斷藥劑的基團(tuán)結(jié)構(gòu),通過(guò)對(duì)比藥劑作用前后吸收峰的變化,來(lái)探究捕收劑EA 與干法灰中未燃炭作用機(jī)理。 圖7 為捕收劑EA 與干法灰中未燃炭作用前后的紅外光譜。

圖7 捕收劑EA 與干法灰中未燃炭作用前后的紅外光譜

EA 紅外光譜的2 958.0 cm-1處是—CH3的不對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)吸收峰,2 864.7 cm-1處是—CH2的不對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)吸收峰,說(shuō)明環(huán)烷烴基團(tuán)的存在,光譜上1 208.7 cm-1、1 114.6 cm-1和1 053.2 cm-1的峰分別是C—O—C、—OH和C—N 振動(dòng)峰［7］。 EA 與未燃炭作用后疏水基團(tuán)(—CH3和—CH2)2 924.0 cm-1附近的峰變寬,說(shuō)明EA 能吸附在未燃炭上。 未燃炭中1 632.5 cm-1和1 524.0 cm-1處是C—O—C 和C＝O的骨架振動(dòng)峰［7］,3 493.8 cm-1和1 402.8 cm-1表示—OH 的拉伸峰,與EA 反應(yīng)后,幾種極性基團(tuán)的峰移向波數(shù)較低的區(qū)域,表明EA 與未燃炭的表面有氫鍵生成［8］,如圖8 所示。綜上所述,捕收劑EA 中的極性官能團(tuán)通過(guò)氫鍵的作用吸附在未燃炭表面,使非極性環(huán)烷烴基團(tuán)指向外部,整體疏水性提高,從而增加未燃炭的可浮性。

圖8 EA 與未燃炭作用原理

4 結(jié) 論

1) 針對(duì)微細(xì)粒除塵灰,制定了磨礦-分級(jí)-浮選的分離方案；針對(duì)微細(xì)粒未燃炭的浮選,開(kāi)發(fā)了一種新型高效捕收劑EA,該藥劑通過(guò)氫鍵的作用吸附在未燃炭表面,使疏水性環(huán)烷烴基團(tuán)向外,增大未燃炭的可浮性。

2) -37 μm 物料經(jīng)過(guò)一粗一精一掃閉路試驗(yàn),所得浮選精礦與＋37 μm 物料構(gòu)成混合精礦,最終可得到炭品位76.82%、回收率75.00%的產(chǎn)品,浮選尾料中Zn、Fe 富集比分別為1.30 和1.35。 該技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益高、普適性好,可為除塵灰綜合利用提供新的技術(shù)途徑。