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      浮—磁聯(lián)合工藝從高爐瓦斯灰中回收焦炭

      2015-05-05 03:50:21付剛?cè)A王洪陽(yáng)郭宇峰李鵬飛周企逵
      金屬礦山 2015年3期
      關(guān)鍵詞:水玻璃磁選焦炭

      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)。

      [1] 馮 婕,韓京增,李 袆,等.高爐除塵灰分選碳、鐵過(guò)程中鋅的分布及回收[J].礦產(chǎn)綜合利用,2012(4):31-34. Feng Jie,Han Jingzeng,Li Hui,et al.Distribution and recovery of zinc during the process of carbon and iron separation from blast furnace dust[J].Multipurpose Utilization of Mineral Resources,2012(4):31-34.

      [2] 張 鑫,丁躍華,羅志俊,等.攀鋼瓦斯泥脫鋅還原工藝研究[J].云南冶金,2008(3):32-36. Zhang Xin,Ding Yuehua,Luo Zhijun,et al.Study on the reduction technology of dezincing for gas srubbing slime in Pangang[J].Yunnan Metallurgy,2008(3):32-36.

      [3] 趙瑞超,張邦文,李保衛(wèi).從高爐瓦斯灰回收鐵的試驗(yàn)研究[J].金屬礦山,2010(11):169-173. Zhao Ruichao,Zhang Bangwen,Li Baowei.Experiments on recovering iron from blast-furnace gas ash[J].Metal Mine,2010(11):169-173.

      [4] 張晉霞,牛福生,劉淑賢,等.利用浮選柱從高爐瓦斯泥中回收碳的試驗(yàn)研究[J].中國(guó)礦業(yè),2013(12):102-105. Zhang Jinxia,Niu Fusheng,Liu Shuxian,et al.Study on recovery of carbon from blast furnace flue slime using flotation column[J].China Mining Magazine,2013(12):102-105.

      [5] 張艷嬌,劉廣學(xué),趙 平,等.賈家堡子微細(xì)粒磁鐵礦選礦試驗(yàn)研究[J].金屬礦山,2009(1):59-61. Zhang Yanjiao,Liu Guangxue,Zhao Ping,et al.Beneficiation test on micro-fine magnetite ores of Jiajiapuzi iron ore[J].Metal Mine,2009(1):59-61.

      [6] 朱德慶,翟 勇,潘 建,等.煤基直接還原—磁選超微細(xì)貧赤鐵礦新工藝[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2008(6):1132-1138. Zhu Deqing,Zhai Yong,Pan Jian,et al.Beneficiation of super microfine low-grade hematite ore by coal-based direct reduction-magnetic concentration process[J].Journal of Central South University:Science and Technology,2008(6):1132-1138.

      [7] 胡義明,劉 軍,張 永.某微細(xì)粒赤鐵礦選礦工藝研究[J].金屬礦山,2010(4):64-67. Hu Yiming,Liu Jun,Zhang Yong.Study on the beneficiation process of a certain micro-fine-grained hematite[J].Metal Mine,2010(4):64-67.

      [8] 崔建輝,劉金長(zhǎng),秦彩霞.甘肅某微細(xì)?;旌翔F礦石開(kāi)發(fā)利用研究[J].金屬礦山,2009(11):57-59. Cui Jianhui,Liu Jinchang,Qin Caixia.Research on development and utilization of a micro-fine grained mixture iron ore in Gansu[J].Metal Mine,2009(11):57-59.

      [9] 陳樹(shù)民.攀枝花微細(xì)粒級(jí)(-19 μm)鈦鐵礦回收探索試驗(yàn)[J].礦產(chǎn)綜合利用,2004(5):7-11. Chen Shumin.Exploratory experiment on recovering ilmenite from Panzhihua microfine size fraction(-19 μm) material[J].Multipurpose Utilization of Mineral Resources,2004(5):7-11.

      [10] 劉金長(zhǎng).青海某微細(xì)粒嵌布磁鐵礦選礦試驗(yàn)研究[J].金屬礦山,2009(6):52-55. Liu Jinchang.Experiment study on the beneficiation of a micro-fine magnetite ore from Qinghai[J].Metal Mine,2009(6):52-55.

      [11] 閆永旺,陳義勝,楊 燕,等.從高爐瓦斯灰中分選鐵和碳的試驗(yàn)研究[J].內(nèi)蒙古科技大學(xué)學(xué)報(bào),2008(1):15-18. Yan Yongwang,Chen Yisheng,Yang Yan,et al.The investigation of sorting iron and carbon from the blast furnace gas ash[J].Journal of Inner Mongolia University of Science and Technology,2008(1):15-18.

      (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

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