某高鋅含鐵塵泥綜合利用試驗研究①

張 茂

(長沙礦冶研究院有限責任公司,湖南 長沙410012)

煉鐵過程中產生了大量含鐵塵泥(一般為鐵產量的1%,又稱高爐瓦斯泥),是煉鐵煙塵的收集物,其主要組分為鐵、碳、硅等［1-3］。 我國(尤其我國南方的一些煉鐵廠)煉鐵所用的鐵礦石中含有一定量的低揮發點有色金屬,這些有色金屬在冶煉過程中通過揮發、氧化后進入煙塵中。 含鐵塵泥中鐵品位低以及有害雜質含量高,不能直接回用煉鐵。 鋅在高爐內循環富集會縮短爐襯壽命,影響高爐的正常操作［4］。 含鐵塵泥若不加以回收利用,一方面將造成資源浪費；另外其含有大量有害組分,如重金屬離子等,堆存會造成環境污染［5］。因此,開展瓦斯泥的回收利用研究非常必要［6］。 本文在分析高爐瓦斯泥原料性質的基礎上,提出采用焙燒揮發鋅再磁選鐵的流程回收利用瓦斯泥中的有價金屬,可為瓦斯泥大規模工程化利用提供技術支撐。

1 試驗原料與方法

1.1 原料性質

高爐瓦斯泥化學多元素分析結果見表1。 其中鐵、鋅含量較高,具有回收利用價值；同時需要選礦排除的脈石組分主要包括SiO2、Al2O3、CaO 和MgO。

表1 高爐瓦斯泥主要化學成分（質量分數）/%

通過鏡下鑒定和X 射線衍射分析研究表明,鐵礦物主要是磁鐵礦、假象赤鐵礦、赤鐵礦和鐵酸鈣,偶見金屬鐵和鐵酸鎂零星分布；金屬硫化物為磁黃鐵礦,但含量很低；脈石礦物均以碳質物(包括石墨和無定形碳)居多,其次是石英、方解石、橄欖石和硅質玻璃體等；還含有一定數量的氧化鋅礦物。 瓦斯泥鐵化學物相分析結果見表2,鋅化學物相分析結果見表3。

表2 鐵化學物相分析結果

表3 鋅化學物相分析結果

由表2 可知,瓦斯泥中鐵的賦存狀態較為復雜,分布在磁鐵礦、假象赤鐵礦和赤(褐)鐵礦和呈金屬鐵中的鐵,合計分布率為86.81%,此即為選礦時鐵的最大理論回收率。

由表3 可知,賦存在硫化物中的鋅含量很低,而呈氧化物和鋅鐵尖晶石產出的鋅合計分布率達88.19%。由此可見,很難采用常規選礦方法回收樣品中的鋅礦物。

取有代表性的高爐瓦斯泥礦樣,用標準套篩進行篩分分級,粒度組成分析結果見表4。

表4 粒度分析結果

由表4 可見,此含鐵塵泥粒度極細,碳、鐵和鋅在全部粒級范圍內品位波動不大,所以每個粒級中鐵和鋅均需要回收。

1.2 試驗方法及設備

含鐵塵泥經混勻烘干,稱取一定量與還原劑煤均勻混合,放入已達到預設溫度的馬弗爐內焙燒還原,保溫一定時間后取出,采用水淬冷卻得到焙燒渣。 對焙燒渣取樣,分析其鋅、鐵元素含量,計算鋅揮發率。

對焙燒渣進行細磨,然后采用可調磁場強度的磁選管進行磁選試驗(流程試驗采用鼓式磁選機進行磁選)。 分析鐵精礦、尾礦中鐵含量,計算鐵回收率。

試驗用主要設備為:SX2 系列箱式電阻爐(溫度低于1 300 ℃,功率12 kW)；XMB-67 型球磨機(Φ200 mm×240 mm)；XCGS-73 型磁選管(Φ50 mm,H ＜0.3 T,可調)；電磁式鼓型弱磁選機(Φ400 mm×300 mm,H＜0.18 T,可調)；GB-6003-85 型套篩(篩孔0.075 mm)。

2 試驗結果與討論

2.1 鋅揮發焙燒試驗

2.1.1 焙燒溫度與焙燒時間組合試驗

根據鋅沸點907 ℃及還原焙燒試驗一般規律,焙燒溫度與時間之間有著互補關系,即溫度高時,焙燒時間可縮短,溫度低時需延長焙燒時間,故進行不同焙燒溫度(1 100 ℃、1 150 ℃和1 200 ℃)下的焙燒時間試驗,采用煤作為還原劑,用量為瓦斯泥質量的15%,試驗結果見表5。

表5 焙燒溫度與焙燒時間組合試驗結果

表5 結果表明,在同一焙燒時間下,鋅揮發率隨著焙燒溫度升高而增加；在同一焙燒溫度下,鋅揮發率隨著焙燒時間增加而增加,但到一定焙燒時間后鋅揮發趨于穩定。 1 100 ℃時,鋅揮發率都小于70%；1 150 ℃時,焙燒90 min 鋅揮發率可達90%以上；1 200 ℃時,焙燒90 min 鋅揮發可達96%以上。

為了確定焙燒渣鐵的可選性,直接對焙燒渣進行磁場強度0.14 T 的磁選管磁選試驗,結果見表6。

表6 焙燒渣磁選管試驗結果

表6 結果表明,焙燒渣在磁場強度0.14 T 下磁選時,鐵精礦鐵回收率均可達到92%以上,變化不大；而鐵精礦品位隨著焙燒溫度增加逐漸增加,在1 200 ℃焙燒90 min 時,鐵精礦品位最高可達55.03%,同時鐵精礦作業回收率也最高,可達97.26%。

通過焙燒溫度與焙燒時間的組合試驗研究,在焙燒溫度1 200 ℃、焙燒時間90 min 時,可獲得鋅揮發率96.77%；同時焙燒渣經磁選可獲得鐵品位55.03%、回收率97.26%的鐵精礦。

2.1.2 還原劑用量試驗

在焙燒溫度1 200 ℃、焙燒時間90 min 時,進行了還原劑用量試驗,結果見表7。 為了確定焙燒渣鐵的可選性,直接對焙燒渣進行磁場強度0.14 T 的磁選管磁選試驗,結果見表8。

表7 還原煤用量試驗結果

表8 焙燒渣磁選管試驗結果

由表7～8 可知,在焙燒溫度1 200 ℃、焙燒時間90 min 條件下,還原劑用量達到15%以上時,鋅揮發率都可達96%以上；還原劑用量15%時焙燒渣磁選可獲得鐵精礦品位55.03%、回收率97.26%的較好技術指標,因此,選取還原劑煤用量為15%。

2.1.3 球團焙燒驗證試驗

由于含鐵塵泥粒度較細,工業上對其直接進行焙燒粉塵量較大,需進行造塊焙燒,降低粉塵量,故進行了球團焙燒驗證試驗,造球條件為:還原劑用量15%、黃泥10%、水分30%。 球團烘干后,在1 200 ℃下進行焙燒鋅揮發試驗,結果見表9。 對球團焙燒渣進行磁場強度0.14 T 的磁選試驗,結果見表10。

表9 球團還原焙燒試驗結果

表10 球團焙燒渣磁選管磁選試驗結果

由表9～10 可知,焙燒溫度1 200 ℃時,焙燒時間90 min,鋅揮發率98%以上；球團焙燒渣直接磁選時,鐵精礦品位47.11%,回收率91.45%。

2.2 焙燒-磁選工業流程試驗

在焙燒溫度1 200 ℃、焙燒時間90min、還原劑用量15%條件下焙燒揮發鋅,再對焙燒渣進行一粗一精磁選開路流程試驗,結果分別見表11～12。

表11 焙燒驗證試驗結果

表12 焙燒渣磁選流程試驗結果

流程試驗結果表明:高鋅含鐵塵泥在該條件下焙燒,鋅揮發率達97.10%。 焙燒渣通過一粗一精磁選流程,獲得了鐵品位61.42%、回收率86.98%的鐵精礦。

3 結 論

高鋅含鐵塵泥在焙燒溫度1 200 ℃、焙燒時間90 min、還原劑用量15%條件下,還原焙燒揮發鋅,鋅揮發率可達到97.10%。 焙燒渣通過一粗(磁場強度0.1 T)一精(磁場強度0.09 T)磁選,可獲得鐵品位61.42%、回收率86.98%的鐵精礦。 該工藝可為高鋅含鐵塵泥大規模回收利用提供技術支撐。