淺談高爐瓦斯灰提碳提鐵工藝

潘國泰

（福建三鋼勞動服務公司廢鋼回收廠 福建 三明 365000）

0 前言

高爐瓦斯灰是煉鋼廠高爐重力除塵系統收集的煙塵，是鐵礦粉、焦炭、石灰等煉鐵爐料的高溫混合物。 高爐瓦斯灰中的鐵礦粉和焦炭是煉鐵主要原材料和還原劑（三鋼高爐瓦斯灰約含TFe25%、C47%），由于鐵礦粉、焦碳、石灰等混合在一起，無法直接回收利用，因此，三鋼原日產高爐瓦斯灰100 多噸均被作為固體廢棄物處理，沒有很好的回收利用。

隨著國家對資源和環境問題的日益重視，利用成熟的技術回收高爐瓦斯灰中的鐵、碳資源，將產生很好的經濟和社會效益。 公司決定采用國內成熟的技術對三鋼高爐瓦斯灰進行處理回收， 利用瓦斯灰中各成份的密度和表面性質不同，采用浮選和重選方法將其中的C、Fe 分離， 提選鐵精粉和碳精粉返回燒結用作生產原料，剩余尾泥外賣制磚等，從而實現固廢資源化綜合利用，減少環境污染，提高經濟效益和社會效益。

1 瓦斯灰理化性能

1.1 礦石特性[1]

高爐瓦斯灰主要由磁鐵礦、赤鐵礦、焦炭、鐵酸鈣及其它礦物組成，鐵礦物以Fe3O4和Fe2O3為主，其它金屬礦物以氧化物形式存在。 金屬鐵含量極少，僅有微量的金屬珠鑲嵌在渣相中，呈獨立的金屬鐵幾乎沒有；磁鐵礦部分為獨立相的顆粒狀， 大部分為燒結礦中玻璃質膠結的自然晶狀磁鐵礦；赤鐵礦多為細小顆粒，粒徑大小不等；焦炭以形狀各異的顆粒存在，有粗顆粒鑲嵌、細粒鑲嵌、絲狀等,各向同性較少見。

1.2 化學組成

三鋼高爐瓦斯灰灰的化學組成見表1。 其全鐵含量為24.39% ,碳含量為41.97%,有害元素S、Zn、K2O、Na2O 含量也較高。

表1 化學成分及含量（%）

2 工藝及參數

2.1 浮選工藝的選擇

用浮選分離回收瓦斯灰中細粒狀質，是成熟、高效且唯一的方法，如同煤炭行業從洗、選煤水漿中回收“煤泥”一樣，采用柴油（或煤油）作捕捉劑，浮選油作起泡劑，水玻璃做抑制劑，在合適的藥劑用量、浮選原漿的濃度，通過浮選都能取得良好的富集指標，碳表面疏水而親油，可浮性好，易于用浮選與其他礦物分離[2]。

結合三鋼瓦斯灰含碳量較高的特性，碳精粉的品味要求在68%以上，確定采用單浮選的工藝來選取瓦斯灰中的碳。

2.2 選鐵工藝的選擇

高爐瓦斯灰為高溫產物，所含鐵礦物與天然鐵礦物的表面性質存在較大差異， 且細粒礦物在高溫作用下膠結在一起，極易包裹脈石礦物，鏡下鑒定及單體解離度測定結果均證明了這一點[1]。 膠結在一起的脈石礦物與鐵礦物難以用物理方法分離，這樣給選礦帶來了較大難度，在影響鐵精礦質量的同時，造成全鐵回收率偏低。

采用單一弱磁選回收瓦斯灰中的鐵，最高品位為48%的鐵精礦，但金屬回收率較低，僅為6.9%，這是由于赤鐵礦、磁-赤連生體、硅酸鹽膠結相中的磁鐵礦都無法通過磁選法得到回收。 所以用單一弱磁選回收瓦斯灰中的鐵是不可行的[4]。

采用單一強磁選進行試驗，結果表明，鐵精礦中TFe 的含量較低，無法達到回收鐵的目的。 由于該瓦斯灰粒度小和質量輕，在磁選過程中，常出現“連橋”現象，造成后來的灰漿流到磁頭部位直接堆在連橋上面，無法進行磁選，這就導致了磁選效率下降，精礦中Fe 品位提高較小，因此包鋼瓦斯灰分選鐵采用單一的弱磁或強選的方法是不行的。 主要原因有以下幾點：

（1）瓦斯灰中的Fe 以磁鐵礦、菱鐵礦、磁-赤連生體、硅酸鹽膠結物等形式存在，無法通過單一弱磁選回收鐵。

（2）由于瓦斯灰粒度很小且質量輕，受到磁介質、磁選空間大小、磁間距的限制及受水力沖刷等因素的影響對單一強磁選Fe 的限制性較大，當電流過大時，礦漿會在磁頭部位產生“連橋”現象，阻礙了非磁性礦物流出磁選機，造成品位下降。

（3）瓦斯灰含有許多微細粒粒礦物，該礦物密度小，比表面積大。 密度小，就磁選而言，強磁性物料隨粒度減小被磁化率急劇降低，矯頑力增大；弱磁性礦物磁化率本身就低，比介質阻力隨粒度降低而劇增，導致回收困難。 比表面大，表面能和表面活性大，易于相互聚結，故細粒表面行為對分選有重大影響。 微粒礦物，在灰漿中受到各種表面力的作用，若范德華力分子作用力、雙電層靜電作用力、吸附分散劑后細粒表面吸附層引起的作用力（位阻效應）、疏水團聚顆粒上的疏水基團引起的疏水作用力等等，使微細礦物的分散、團聚和絮凝等行為受到嚴重影響。 磁選時礦粒在磁介質上的捕獲和解析，都與微細粒礦物的回收效果很差，相當部分被當作礦泥拋棄，有價物質被損失在礦泥中[4]。

根據三鋼高爐瓦斯灰的礦物特性及同類物料的分選生產實踐，結合國內外成熟的選礦工藝和設備，決定采用重選工藝來選鐵。 工藝流程圖如圖1。

圖1 工藝流程圖

2.3 工藝參數

球磨機的磨料濃度控制在65%～70%， 球磨機出粒度控制在60～200 目 （即球磨出料粒度0.27mm～0.074mm） 的漿粒≥85%。 螺旋分級機分選溢出漿濃度控制在30%～38%，生產中采用定容壺（定容壺的容積約為335ml）取樣測定。 溢出漿濃度不宜過高，過高會使浮選效果不佳，易出現沉倉等現象。 生產過程的具體參數如表2 所示。

表2 生產工藝參數

3 實際生產過程的問題及改進措施

針對實際生產中出現的問題， 逐個查找問題的原因，逐步解決制約生產的難題。 同時，從管理考核入手，加強職工的技術培訓，提高職工的操作水平。 利用考核的杠桿效應，充分調動職工的生產積極性。

生產中出現的問題有：1）尾泥經濃密池濃縮后，用泵送至壓濾機故障率高；2）碳濃縮池中的泡沫不易消掉；3）成品碳精粉的固定含量為68%（要求固定碳含量≥73%）；4） 重選中選型采用搖床故障率高。

為此采取措施如下：1）利用落差，新挖掘一尾泥沉淀池，將尾泥直接引入其中沉淀，取消泵和壓濾機；2）在濃縮池的周圍架設了管道、噴頭，實施“人工降雨”，利用水霧徹底解決了受泡沫難破裂堆積多的困擾；3）優化工藝參數，加大了水玻璃及柴油的添加量， 碳精粉中固定碳的含量穩定在76%；4）經浮選后的中礦，利用落差直接引入鐵精粉內，取消搖床的使用。

藥劑添加量與成品結果如表3、表4。 從表中可以看出，當原漿的濃度調至正常的水平時，碳精粉的品味與水玻璃及柴油的添加量存在著必然的聯系。 若要進一步提高碳精粉的品味，可以采用粗選、精選兩道浮選的方式來選礦。 因生產過程中未對水資源進行回收利用，故水玻璃的添加量比預計的要高。

表3 水玻璃添加量與成品結果

表4 柴油添加量與成品結果

4 結束語

4.1 一級浮選的工藝流程選取瓦斯灰中的碳，可獲得和固定碳含量為76%、產率48%、回收率85.5%的碳精粉。

4.2 采用重選回收高爐瓦斯灰中的鐵可獲得全鐵含量54%、產率10%、回收率24%的鐵精粉。

4.3 尾礦的TFe 含量為40～48%，采用重選選取瓦斯灰中的鐵，回收率不是很高，建議采用重選及弱-強磁搭配的工藝來回收瓦斯灰中的鐵，使資源得到最大化的回收利用。

高爐瓦斯灰用浮選和重選方法將其中的C、Fe 分離，該工藝技術可對我國產出巨量的高爐瓦斯灰進行資源化、無害化處理，實現固體廢棄物的綜合利用，推進發展循環經濟起到有力的促進作用[3]，具有很好的經濟效益和社會效益。S

［1］徐伯輝,等.高爐瓦斯灰提碳提鐵研究[J].礦產保護與利用，2007 年6 月，第三期：51-55.

［2］汪文生，等.用浮選法綜合回收高爐瓦斯泥中碳、鐵試驗研究[J].金屬礦山，2004 年8 月，增刊：498-500.

［3］王樹楷.瓦斯灰回收有色金屬及再資源化[J].資源再生，2009 年，第10 期：48-53.

［4］閆永旺，陳義勝，等.從高爐瓦斯灰中分選鐵和碳的試驗研究[J].2008 年3 月，第27 卷1 期：15-18.