新型未燃炭捕收劑在煉鐵除塵灰浮選中的應用研究①

2021-03-25 06:45:14蔣雨露周文波方宇榮陳敬佑魏愈宋雷國元

礦冶工程 2021年1期

蔣雨露，周文波，方宇榮，陳敬佑，魏愈宋，劉真，雷國元

(1.武漢科技大學資源與環境工程學院,湖北武漢430081； 2.福建三鋼閩光股份有限公司,福建三明365000)

我國鐵礦石品位低、雜質多,高爐煉鐵除塵灰中炭、鐵、鋅等元素大量富集,回收利用價值高［1］。重選、磁選對微細粒粉塵分離效果差,且除塵灰中炭含量較高,采用浮選方法浮炭不僅能回收炭,而且能富集鐵、鋅,所以浮選浮炭是綜合利用除塵灰較有效的方式。但除塵灰中經高溫過程產生的未燃炭,可浮性差,性質有別于天然礦物,易與其他次生礦物嵌生,分離難度大。

目前,針對細粒除塵灰中炭難浮選的問題,科研工作者開展了相關研究［2］,但關于-37 μm 粒級煉鐵除塵灰的浮選尚未見相關報道。

本文依據干法除塵灰性質,制定了“磨礦-分級-浮選”的工藝流程,并針對-37 μm 粒級干法除塵灰進行浮選,研究了一種新型捕收劑EA,獲得了優良的選別指標,較好解決了微細粒除塵灰未燃炭浮選的難題,為除塵灰綜合利用提供了新的技術思路。

1 試驗原料與試驗方法

1.1 試驗原料

試驗原料為福建三鋼煉鐵廠干法除塵灰,主要化學成分如表1 所示,C、Fe、Zn 隨粒度分布情況如表2所示。結果表明,針對炭的浮選,主要需要排除礦物中Fe 和Zn 的影響,且C、Fe、Zn 在原礦中分布較為均勻,粗粒級部分C、Zn 含量較高,存在嵌生情況,需要預先磨礦解離。

表1 除塵灰主要化學成分（質量分數）/%

表2 除塵灰中各元素粒度分布情況

1.2 試驗方法及藥劑

將礦樣加入XBM-70 星型球磨機中,磨至一定細度分級,將-37 μm 礦樣放入XFD 單槽浮選機(0.5 L)中攪拌,依次加入浮選藥劑,充氣浮選得精礦產品。試驗原則流程如圖1 所示。

圖1 試驗原則流程

除塵灰中的未燃炭經高溫過程,表面被嚴重氧化,存在大量含氧官能團。由于氫鍵效應,未燃炭表面易形成牢固的水化膜,從而顯著降低未燃炭的可浮性和油性捕收劑的吸附效果［3］。所以,本文將十八胺聚氧乙烯醚(AC1810)、正己基葡糖苷(AG6206)、煤油與水按一定比例混合,經高速攪拌,制成新型捕收劑EA。該捕收劑中含有極性官能團,能與未燃碳表面含氧官能團形成氫鍵,疏水性官能團指向外部,從而提高未燃炭可浮性。

其他藥劑亞硫酸鈉、硫酸鋅、聚丙烯酰胺、聚乙二醇(PEG-800)、煤油、乳化煤油及2 號油均為化學純藥劑。

2 試驗結果與討論

2.1 捕收劑種類及用量試驗

按圖1 所示流程進行浮選試驗,依次加入8 kg/t亞硫酸鈉與硫酸鋅混合抑制劑(用量比1 ∶1)、3 kg/t炭活化劑聚丙烯酰胺溶液(0.1‰)、0.3 kg/t 泡沫調整劑PEG-800、20 kg/t 捕收劑、50 g/t 起泡劑。使用相同劑量的煤油、乳化煤油或EA 作捕收劑,進行對比試驗,結果發現,煤油作捕收劑時,炭精礦中C 品位35.26%、回收率28.08%；乳化煤油作捕收劑時,炭精礦中C 品位38.88%、回收率41.80%；EA 作捕收劑時,炭精礦中C 品位58.64%、回收率43.73%。

捕收劑EA 能明顯提高精礦中炭的品位和回收率,同時不會引起鐵、鋅礦物大量上浮,表明捕收劑EA能改善炭的浮選效果。

隨后進行了捕收劑EA 用量試驗,結果見圖2。

圖2 捕收劑EA 用量對炭精礦的影響

由圖2 可知,隨著捕收劑EA 用量增加,精礦中C品位逐漸增加,回收率先增加后降低,Fe、Zn 品位和回收率逐漸降低,說明EA 對難浮的細粒未燃炭具有較強的選擇性,但過量的捕收劑會導致泡沫產率下降,從而降低C 回收率。綜上所述,確定捕收劑EA 適宜用量為20 kg/t。

2.2 聚丙烯酰胺用量試驗

聚丙烯酰胺與微細粒未燃炭選擇性絮凝,增大顆粒行為尺寸,提高分選效果［4］。捕收劑EA 用量20 kg/t,其他條件不變,進行了炭活化劑聚丙烯酰胺(0.1‰)用量試驗,結果如圖3 所示。綜合考慮,聚丙烯酰胺(0.1‰)最佳用量為3 kg/t。

2.3 硫酸鋅與亞硫酸鈉用量試驗

圖3 聚丙烯酰胺用量對炭精礦的影響

亞硫酸鈉與硫酸鋅混合抑制劑生成的亞硫酸鋅吸附在鋅礦物表面,能增強其親水性,并且亞硫酸根能阻止捕收劑的吸附［5］。 EA 用量20 kg/t,聚丙烯酰胺(0.1‰)用量3 kg/t,其他條件不變,亞硫酸鈉與硫酸鋅用量(用量比1 ∶1)試驗結果如圖4 所示。綜合考慮,其最佳用量為8 kg/t。

圖4 亞硫酸鈉與硫酸鋅用量對炭精礦的影響

2.4 聚乙二醇（PEG-800）用量試驗

亞硫酸鈉與硫酸鋅混合抑制劑(用量比1 ∶1)用量8 kg/t,其他條件不變,分子質量800 的聚乙二醇(PEG-800)用量試驗結果如圖5 所示。由圖5 可知,PEG-800 用量對浮選有一定促進作用,主要是PEG-800在浮選過程中起到調節泡沫黏度作用［6］,但過量的PEG-800 會降低精礦產率,影響C 回收率。綜上所述,確定PEG-800 最佳用量為0.3 kg/t。

圖5 PEG-800 用量對炭精礦的影響

2.5 全流程閉路試驗

通過條件試驗,最終確定“一粗一精一掃”的閉路試驗流程,試驗流程見圖6,結果見表3。

表3 閉路試驗結果

閉路試驗所得混合精礦C 品位76.82%、回收率75.00%,尾礦中Zn、Fe 富集比分別為1.30 和1.35,產品質量達到了返回配料燒結和外售的要求。

3 捕收劑EA 紅外光譜分析

根據紅外光譜吸收峰的位置和形狀來推斷藥劑的基團結構,通過對比藥劑作用前后吸收峰的變化,來探究捕收劑EA 與干法灰中未燃炭作用機理。圖7 為捕收劑EA 與干法灰中未燃炭作用前后的紅外光譜。

圖7 捕收劑EA 與干法灰中未燃炭作用前后的紅外光譜

EA 紅外光譜的2 958.0 cm-1處是—CH3的不對稱伸縮振動吸收峰,2 864.7 cm-1處是—CH2的不對稱伸縮振動吸收峰,說明環烷烴基團的存在,光譜上1 208.7 cm-1、1 114.6 cm-1和1 053.2 cm-1的峰分別是C—O—C、—OH和C—N 振動峰［7］。 EA 與未燃炭作用后疏水基團(—CH3和—CH2)2 924.0 cm-1附近的峰變寬,說明EA 能吸附在未燃炭上。未燃炭中1 632.5 cm-1和1 524.0 cm-1處是C—O—C 和C＝O的骨架振動峰［7］,3 493.8 cm-1和1 402.8 cm-1表示—OH 的拉伸峰,與EA 反應后,幾種極性基團的峰移向波數較低的區域,表明EA 與未燃炭的表面有氫鍵生成［8］,如圖8 所示。綜上所述,捕收劑EA 中的極性官能團通過氫鍵的作用吸附在未燃炭表面,使非極性環烷烴基團指向外部,整體疏水性提高,從而增加未燃炭的可浮性。