粉煤灰綜合利用磁選除鐵工藝技術研究

吳永峰

(神華準能資源綜合開發有限公司,內蒙古 鄂爾多斯 010300)

粉煤灰作為燃煤電廠的固體廢棄產物，不僅占用大量的土地用于填埋，而且影響生態環境。隨著現代資源循環經濟技術的發展，越來越多的科研力量正在投入到粉煤灰中各族有價元素的提取研究，其中尤以粉煤灰提取氧化鋁工藝技術的發展最為迅速。高鋁粉煤灰已經作為一種潛在的氧化鋁礦產資源,受到人們越來越多的關注。

在粉煤灰提取氧化鋁工藝技術研究的過程中，Fe2O3及FeO等鐵的氧化物是影響氧化鋁產品質量最主要的雜質成分。由于粉煤灰的形成條件不同，導致其化學成分、礦物成分及結構都有所不同，使得粉煤灰中鐵的存在形式[1-2]也有所不同。研究表明，粉煤灰中的鐵既有鐵的氧化物獨立礦物存在，如赤鐵礦、磁鐵礦等，也有以類質同像形式存在的其它復雜礦物，如尖晶石鐵酸鹽等。鐵賦存狀態的不同會具有不同的磁性，導致其在不同磁選方法下鐵分離過程中的行為不同。

因此，本論文結合循環流化床粉煤灰與煤粉爐粉煤灰的物性特點[3]，開展了兩種灰在不同干法磁選條件下的磁選實驗研究，對磁選前后的粉煤灰、磁選富集灰進行了相應的X射線物相分析和化學成分分析。

1 實驗部分

1.1 實驗樣品

本次干法磁選實驗以循環流化床粉煤灰、煤粉爐粉煤灰為原料。其中，1號灰為流化床粉煤灰，其粒徑較小，平均粒徑約為10μm，主要晶相物質為石膏、氧化鐵、石英以及少量的氧化鈣等，具有較好的硅鋁活性；2號灰是煤粉爐粉煤灰，其粒徑較大，平均粒徑約為20μm，主要晶相物質為莫來石、氧化鐵、石英等，硅鋁活性較差。

1.2 實驗藥品及儀器

鹽酸、醋酸鋅、EDTA、氟化鉀、抗壞血酸等化學藥劑；干式振動磁選機、電子天平、鼓風干燥箱、X射線衍射儀等儀器。

圖1 粉煤灰樣品的X射線衍射圖

1.3 實驗步驟

（1）稱取一定量的粉煤灰，在120℃下烘干2號，備用。

（2）分別設計了四組不同電流和電壓（0.2A/6.25V，0.3A/10.0V，0.4A/12.5V，0.5A/15.0V）的工藝條件，對1號和2號灰進行干法磁選試驗[4]。

（3）收集不同工藝條件下的磁選后的磁選灰、磁選富集灰樣品，并分別進行稱重、化學成分分析、XRD物相分析。

2 實驗結果與分析

2.1 磁選后磁選灰與磁選富集灰的質量關系

從表1粉煤灰磁選后磁選灰與磁選富集灰物料量表可以看出，隨著電流和電壓的增大，即磁場強度的增大，粉煤灰磁選出的磁選富集灰量相應增加。與2號灰相比，1號灰粒度較小，在磁選過程中，隨著磁場前強度的增大，其磁選富集灰產生量增幅也較大。在電流0.5A，電壓15.0V的條件下，1號灰的磁選富集灰物料量達到了47.02%。

表1 粉煤灰磁選后磁選灰與磁選富集灰物料量

2.2 磁選后的粉煤灰化學成分分析結果

表2與表3為1、2號磁選粉煤灰化學成分分析結果。從該分析結果可以看出，隨著磁場強度的增加，磁選后粉煤灰中的氧化鐵含量都有一定程度的降低。其中，2號灰中氧化鐵的減少較為明顯，氧化鐵含量從1.42%降到了0.73%,氧化亞鐵從0.43%降到了0.21%。而1號灰中氧化鐵含量出現了先減少后增加的趨勢，這與其磁選富集灰量的變化相符，即氧化鐵含量的回升說明了磁選富集灰中非磁性物含量相對量的增多。

表2 1號磁選粉煤灰的化學成分（wt%）

表3 2號磁選粉煤灰的化學成分（wt%）

2.3 磁選后磁性物料樣品結果分析

由于粉煤灰中氧化鐵的含量較小且存在狀態的多樣化，磁選前后灰中鐵的變化不易觀察。為此本實驗對磁選后的磁性物料樣品進行了相應的富集樣中鐵含量測試和XRD分析，用于分析磁選富集效果及粉煤灰中鐵的賦存狀態。

從表4不同磁場強度下1、2號灰磁性物料樣品中的鐵氧化物含量測試結果可知，在不同的磁選工藝條件下對CFB灰和OF灰進行磁選都可以起到對鐵氧化物的富集作用。但隨著電流、電壓的增大即磁場強度的增大，磁選后磁性物料量也不斷增大，1號灰磁選富集灰中的氧化鐵含量由剛開始的27.60%降至2.99%，2號灰磁選富集灰中的氧化鐵含量由剛開始的34.22%降至11.75%，即鐵氧化物富集程度降低。這主要是由于磁場強度的增大，使得很多非磁性物料與磁性物料夾雜被磁選出降低了真正磁性物料中鐵的富集。

表4 磁性物料樣品中的鐵氧化物測試結果

圖2和圖3分別為1號（CFB）灰和2號（OF）灰以及不同條件下的磁選富集灰樣品的X射線衍射分析圖。

圖2 1號灰磁選富集灰樣XRD圖

從磁選富集灰樣品的X射線衍射分析圖可以看出，1號灰的磁選富集灰樣品中出現的主要礦物為赤鐵礦、銳鈦礦和部分石英和石膏。2號灰的磁選富集灰樣中出現的主要礦物為莫來石，赤鐵礦，同時還出現了磁鐵礦的衍射峰，且在0.2A和0.3A的磁選條件下比較明顯。

說明2號（OF）灰中鐵除了以赤鐵礦形式存在外，還以磁鐵礦的形式存在；而1號灰中鐵主要以赤鐵礦的形式存在。

圖3 2號灰磁選富集灰樣XRD圖

3 結論

（1）隨著電流和電壓的增大，即磁場強度的增大，粉煤灰磁選出的磁性物料量相應增加。

（2）循環流化床粉煤灰的干法磁選效果不理想，主要是由于循環流化床粉煤灰的顆粒太細，團聚比較嚴重；同時，其含有的鐵氧化物主要為弱磁性的Fe2O3，靠磁性難以將磁性礦物和非磁性礦物很好地完全分離。

（3）煤粉爐粉煤灰的干法磁選效果顯著，且損失量較小，主要鐵氧化物為赤鐵礦和磁鐵礦。