含鐵塵泥磁化焙燒-弱磁選試驗(yàn)研究

龔 俊，張邦文，李保衛(wèi)

(內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦冶研究所，內(nèi)蒙古 包頭 014010)

鋼鐵工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。然而，鋼鐵生產(chǎn)過程產(chǎn)生了大量的塵泥，其種類包括高爐瓦斯灰(泥)、轉(zhuǎn)爐紅塵、電(轉(zhuǎn))爐除塵灰、冷(熱)軋污泥、軋鋼氧化鐵鱗、燒結(jié)塵泥、出鐵場集塵、含油鐵屑等[1]。這些塵泥一般含鐵30%～60%，占鋼產(chǎn)量的8%～12%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)冶金企業(yè)平均發(fā)生量100kg/t鋼左右。按照我國目前的鋼產(chǎn)量計(jì)算，鋼鐵工業(yè)每年排放的含鐵塵泥高達(dá)4千萬t。目前，國內(nèi)外處理含鐵塵泥的方法大致有三種：①直接排放堆存，易造成環(huán)境污染，大型鋼鐵企業(yè)已基本淘汰；②直接利用[2-3]，含鐵塵泥返回?zé)Y(jié)或球團(tuán)配料，如鞍鋼、本鋼。但塵泥粒度太細(xì)，且有害雜質(zhì)高，配入燒結(jié)礦，可能造成燒結(jié)機(jī)箅條堵塞，高爐S、P及堿金屬循環(huán)富集，影響高爐煤氣回收、爐襯壽命和產(chǎn)量[4-5]；③綜合回收，提取有價(jià)元素[6]。

磁化焙燒是回收赤鐵礦等弱磁性礦物的有效手段[7-10]。周建軍用磁化焙燒-弱磁選處理云南某地區(qū)的鮞狀赤褐鐵礦磁，礦中鐵品位提高至60.18%，回收率達(dá)85.91%[11]； Li Chao等用磁化焙燒處理鐵礦尾礦，經(jīng)磁選得到鐵品位61.3%、回收率88.2%的鐵精礦[12]。但還未見含鐵塵泥磁化焙燒的研究報(bào)導(dǎo)。本文對包鋼高爐瓦斯灰、轉(zhuǎn)爐紅塵進(jìn)行混合磁化焙燒-弱磁工藝試驗(yàn)研究，探索從中回收鐵的有效途徑。

1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

1.1 單一弱磁選試驗(yàn)

在不同激磁電流即不同磁場強(qiáng)度下，對瓦斯灰、轉(zhuǎn)爐紅塵進(jìn)行了弱磁選，實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別如圖1所示。兩種礦都可以獲得接近60%的鐵精礦，但對應(yīng)的鐵回收率低，因?yàn)閮煞N塵泥中弱磁性的赤鐵礦占多數(shù)。比較而言，瓦斯灰鐵精礦的回收率可達(dá)50%～60%，高于轉(zhuǎn)爐紅塵的15%，說明前者的磁鐵礦含量高于后者。但這些回收率指標(biāo)，從工業(yè)角度看都不具有吸引力，因此，單一弱磁選不可取。

圖1 磁選電流對瓦斯灰精礦鐵品位的影響

1. 2 混合料磁化焙燒-弱磁選試驗(yàn)

一般說來，影響磁化焙燒-弱磁選工藝的主要因素有，焙燒溫度和時間[13]、磨礦細(xì)度，以及磁選電流強(qiáng)度。下面逐一進(jìn)行試驗(yàn)和討論。

焙燒溫度對鐵精礦品位和回收率的影響。圖2給出了混合料經(jīng)650～800℃焙燒獲得的鐵精礦品位和回收率。其他試驗(yàn)條件為：磨礦粒度-200目占90%，焙燒時間60min，磁選勵磁電流1.0A。在圖2中，鐵精礦的品位、回收率曲線都先上升，在750℃達(dá)到一個峰值(TFe為60.6%、回收率為88.4%)后開始下降。這主要是該反應(yīng)體系溫度在低于碳?xì)饣瘻囟?700～800℃，依碳種類不同而異)時是固-固反應(yīng)，以直接還原為主，反應(yīng)速率較慢；當(dāng)體系溫度超過碳?xì)饣磻?yīng)起始溫度時，反應(yīng)體系中開始產(chǎn)生大量CO，這時還原反應(yīng)以間接還原為主，還原反應(yīng)速率大大增大，在700～800℃磁選精礦品位和回收率達(dá)到某一峰值；當(dāng)還原溫度繼續(xù)上升，就發(fā)生過還原，以致礦物在還原區(qū)過還原成弱磁性的浮氏體或含鐵硅酸鹽，強(qiáng)磁性礦質(zhì)量減少，降低了精礦品位和回收率[14]。綜合考慮精礦品位和回收率，磁化焙燒溫度以750℃為宜。

圖2 焙燒溫度對混合料精礦磁選指標(biāo)的影響

焙燒時間對鐵精礦品位和回收率的影響。固定焙燒750℃，考察了焙燒保溫時間對鐵精礦磁選指標(biāo)的影響，其他試驗(yàn)條件同上，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。隨著焙燒時間的增加，鐵品位和回收率也隨著增加，混合料在焙燒60min后，TFe達(dá)到60.4%，回收率為88.6%，隨即鐵品位和回收率曲線開始下降。雖然整個焙燒過程中主要發(fā)生吸熱反應(yīng)，但當(dāng)體系溫度超過碳?xì)饣磻?yīng)起始溫度時，反應(yīng)體系中反應(yīng)速率大幅度增加。如果在750℃溫度下焙燒時間過長，就容易產(chǎn)生過度焙燒的現(xiàn)象，直接導(dǎo)致焙燒過程中弱磁性的浮氏體或含鐵硅酸鹽的生成，進(jìn)而嚴(yán)重影響焙燒效果。綜合考慮成本和選別指標(biāo)，我們選定60min為理想焙燒時間。

圖3 焙燒時間對混合料精礦磁選指標(biāo)的影響

磨礦細(xì)度對對鐵精礦品位和回收率的影響。混合料完成磁化焙燒后，其中的赤鐵礦大部分轉(zhuǎn)化為磁鐵礦，通過弱磁選即可獲得鐵精礦。焙燒礦磁選有兩個重要的影響因素需要考慮：磨礦粒度和激磁電流。磁鐵礦的比磁化系數(shù)隨礦物顆粒的減小而減小，也就是磁性減弱。細(xì)粒級含量越多，磁性鐵在選別工藝中的流失也相對增加，造成選礦效果下降[15]。

首先，考察磨礦粒度對焙燒礦磁選指標(biāo)的影響。圖4表明，磁選精礦品位隨著礦物粒度的減小而增大。-300目時，磁選鐵精礦品位達(dá)61.5%，但回收率只有57.5%；回收率曲線的變化趨勢與品位恰恰相反。這是因?yàn)榇胚x過程磁鐵礦所受到的磁力與其體積成正比，一個磁鐵礦顆粒粒度減小1倍，相應(yīng)地，其磁力下降8倍。磁力下降必然導(dǎo)致選出的磁鐵礦減少。這樣細(xì)粒級含量越多，磁鐵礦在選別工藝中的流失也相對增加，造成選礦效率下降，鐵損失嚴(yán)重。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，確定適宜的磨礦細(xì)度為-200目占90%。

圖4 礦物細(xì)度對鐵精礦品位和回收率的影響

磁選電流對鐵精礦品位和回收率的影響。磁選管的激磁電流越大，磁選磁場越大，則作用于磁鐵礦顆粒的磁力越大，反之越小。但磁場過大，會增加選礦的電耗成本。圖5給出了不同磁選電流下，獲得鐵精礦的磁選指標(biāo)?？梢姡S著激磁電流的增大，精礦鐵回收率增大，品位反而下降。原因是當(dāng)勵磁電流或磁場較大時，一些弱磁性礦物如含鐵硅酸鹽，或者是未單體解離的磁鐵礦以及其包裹礦物，被磁力吸收到精礦里。這樣，自然可以提高回收率，但降低了精礦品位。圖5表明，較好的磁選電流是1.0 A。

綜上可得磁化焙燒-磁選工藝的最佳條件為：焙燒溫度750℃；焙燒時間60min；磨礦粒度-200目占90%；磁選電流1.0 A。通過該工藝，獲得了品位60.4%、回收率85%的鐵精礦。鐵精礦的雜質(zhì)含量尤其是SiO2、S、P、F低于包鋼目前自產(chǎn)鐵精礦水平[16]，基本達(dá)到高爐入爐條件。

圖5 磁選電流對鐵精礦品位和回收率的影響

2 結(jié) 論

(1)XRD分析顯示，包鋼高爐瓦斯灰和轉(zhuǎn)爐紅塵礦相主要以赤鐵礦形式存在，單一弱磁選難以有效回收鐵，混合磁化焙燒-弱磁選是合理的可選工藝。

(2)焙燒溫度在650～750℃間，鐵精礦品位、回收率隨著溫度增加而升高。因?yàn)榉磻?yīng)速率加快，磁化率不斷增加，焙燒效果也越來越好。在750℃時，精礦品位和回收率達(dá)到一峰值；焙燒溫度在750℃之后，開始發(fā)生過還原反應(yīng)，生成一定的弱磁性浮氏體或含鐵硅酸鹽，故精礦品位、回收率隨溫度的上升都降低。

(3)通過本研究，得出混合磁化焙燒-弱磁選工藝的最佳試驗(yàn)條件是：焙燒溫度750℃、焙燒時間60min、磨礦粒度-200目、磁選激磁電流1.0 A。利用該工藝，獲得了品位60.4%、回收率88.6%的磁鐵礦精礦。

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