浮—磁聯合工藝從高爐瓦斯灰中回收焦炭

付剛華 王洪陽 郭宇峰 李鵬飛 楊 露 周企逵

(1.中南大學資源加工與生物工程學院，湖南 長沙 410083;2.寶鋼集團韶鋼松山股份技術中心，廣東 韶關 512123)

·綜合利用·

浮—磁聯合工藝從高爐瓦斯灰中回收焦炭

付剛華1王洪陽1郭宇峰1李鵬飛1楊 露1周企逵2

(1.中南大學資源加工與生物工程學院，湖南 長沙 410083;2.寶鋼集團韶鋼松山股份技術中心，廣東 韶關 512123)

為了高效回收利用高爐瓦斯灰中的焦炭，采用浮—磁聯合工藝對某鋼鐵公司鋅含量為4.43%、碳含量為18.45%的高爐瓦斯灰進行了焦炭回收試驗。結果表明：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，浮選精礦在磨礦細度為-0.074 mm占74.32%、背景磁感應強度為1.5 T的條件下進行強磁選，可獲得碳品位為85.17%、回收率達86.29%(對原礦)的焦炭精礦，其鋅含量進一步降低為1.29%。該焦炭精礦品質滿足返回燒結配礦利用要求。

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。

我國高爐粉塵的發生量為噸鐵15～50 kg，瓦斯灰約占一半[2]，按噸鐵20 kg高爐粉塵計，2013年我國瓦斯灰的產出量約為1 500萬t。目前，國內外處理高爐瓦斯灰的方法大致有直接外排堆存、直接利用、綜合回收提取有價元素等3種[3]。直接外排堆存，既污染環境，又占用寶貴的土地資源；直接返回燒結球團工序循環利用，不僅會惡化燒結及球團生產的技術經濟指標，還會造成鋅在高爐中的循環富集，影響高爐壽命和生產順行。因此，綜合回收、提取有價成分成為重要的發展方向。

近年來，很多學者對從高爐粉塵中直接浮選回收焦炭進行了大量研究[4]，但是所獲得的焦炭鋅含量偏高，影響再利用。針對如何降低焦炭鋅含量的報道則很少。馮婕等[1]采用磨礦—浮選工藝脫除了焦炭中52.64%的鋅。本試驗將采用浮選工藝預富集高爐瓦斯灰中的焦炭，然后通過磨礦—磁選工藝進一步脫除浮選精礦中的鋅。

1 試驗原料、設備及藥劑

1.1 試驗原料

試驗所用高爐瓦斯灰取自某鋼鐵公司高爐除塵系統，在110 ℃的烘箱內干燥4 h后混勻、縮分，制成試驗原料。試驗原料主要化學成分分析結果見表1，粒度篩析結果見表2，顯微結構見圖1。

表1 試驗原料主要化學成分分析結果 Table 1 Main chemical compositions of the sample %

表2 試驗原料粒度篩析結果

圖1 試驗原料的顯微照片(放大100倍)

從表1可以看出，試驗原料中鐵、碳、鋅含量分別為41.51%、18.45%和4.43%。

從表2可以看出，試驗原料的粒度較粗，-0.074 mm僅占11.60%。

從圖1可以看出，試驗原料顆粒大小不一，分布分散，主要礦物磁鐵礦、赤鐵礦、焦炭和石英之間相對獨立，連生現象較少。

1.2 試驗設備及藥劑

試驗設備主要有RK/ZQM(BM)φ160×60型智能球磨機、RK/FD型1.5 L單槽浮選機、CRIMMφ400×300型圓筒弱磁選機、間歇式高梯度濕式強磁選機。

試驗藥劑主要有捕收劑煤油、起泡劑松醇油和分散劑水玻璃，均為工業級。

2 試驗結果與討論

2.1 浮選試驗

2.1.1 煤油用量試驗

煤油用量試驗的松醇油用量為200 g/t、水玻璃為1 000 g/t，試驗結果見圖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 煤油用量試驗結果

2.1.2 松醇油用量試驗

松醇油用量試驗的煤油用量為800 g/t、水玻璃用量為1 000 g/t，試驗結果見圖3。

圖3 松醇油用量試驗結果

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。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

水玻璃用量試驗的煤油用量為800 g/t、松醇油為200 g/t，試驗結果見圖4。

圖4 水玻璃用量對浮選指標的影響

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。因此，確定水玻璃用量為1 500 g/t。

2.2 浮選精礦的性質

浮選精礦主要化學成分分析結果見表3，XRD分析結果見圖5，典型焦炭顆粒的掃描電鏡圖片見圖6，圖6中1、2號點的能譜分析結果見圖7、圖8。

表3 浮選精礦主要化學成分分析結果

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號點的能譜圖

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%，較試驗原料下降了2.52個百分點，但要想循環利用該浮選精礦，必須進一步降低鋅含量。

圖8 圖6中2號點的能譜圖

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石中。

從圖6并結合圖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形成微細顆粒，利用微細粒鐵礦物在磁場作用下會發生磁團聚的特性[5-10]，以及微細粒鐵礦物在團聚過程中可能將部分氧化鋅顆粒團聚在其中的特性，以磁鐵礦為載體采用磁選法可以進一步脫除部分鋅。因此，有必要對浮選精礦進行磁選除雜試驗。

2.3 磁選試驗

2.3.1 磨礦細度試驗

磨礦細度試驗的弱磁選磁場強度為159.24 kA/m，試驗結果見表4。

表4 磨礦細度試驗焦炭精礦指標

從表4可以看出，隨著磨礦細度的提高，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度為-0.074 mm占74.32%。

從表4還可以看出，采用弱磁選對磨礦后的浮選精礦進行脫雜雖有一定效果，但并不理想，因此，有必要進行強磁選試驗。

2.3.2 強磁選背景磁感應強度試驗

背景磁感應強度試驗的磨礦細度為-0.074 mm占74.32%，試驗結果見表5。

表5 背景磁感應強度試驗焦炭精礦指標

從表5可以看出，隨著背景磁感應強度的提高，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]，在弱磁場條件下很難被捕集回收，提高背景磁感應強度可以實現微細粒的回收；另一方面隨著背景磁感應強度的提高，貧連生體和夾雜有少量非磁性顆粒的磁性物聚團也會被捕集回收。

在背景磁感應強度為1.5 T情況下，焦炭精礦的鋅含量降低到了1.29%，強磁選鋅的脫除率達43.35%?；跓Y工藝對返回焦炭中的鋅也有一定的脫除能力，因此，將焦炭精礦返回燒結配礦利用是可行的。

3 結 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石中，屬焦炭顆粒的包裹礦物，這些雜質成分必須通過磨礦才能與焦炭解離。

(4)浮選精礦在磨礦細度為-0.074 mm占74.32%、背景磁感應強度為1.5 T的條件下進行強磁選，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86.29%的焦炭精礦，其鋅含量下降了3.14個百分點。

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(責任編輯 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，Flotation，Magnetic separation

2014-12-03

國家重點基礎研究發展計劃(973計劃)項目(編號：2014CB643400)。

付剛華(1970—)，男，副教授。

TD923+.7,TD924.1

A

1001-1250(2015)-03-187-04