论文部分内容阅读
摘 要 分析了钢铁厂高炉冶金尘泥基本的物理和化学特性。高炉冶金尘泥含有大量的铁、锌、碳等有用元素，提出通过重选、磁选、浮选、联合流程的方法进行有价元素提取，不仅可以实现二次资源的综合利用，还可以有效地保护环境，创造良好的社会效益和经济效益。同时，指出了高炉冶金尘泥今后的发展趋势与研究方向。
关键词 冶金尘泥；研究进展；二次资源
中图分类号：X757 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）19-0014-01
冶金含铁尘泥是指钢铁生产过程中对所排烟尘进行干法除尘、湿法除尘和废水处理后的固体废物，其全铁含量一般在30%～60%，主要包括有烧结尘泥、高炉瓦斯灰（泥）、转炉（平炉）尘泥、化铁炉粉尘等。冶金含铁尘泥作为钢铁工业的副产品，每生产1 t平均产生约10%的冶金含铁尘泥，则唐山地区的尘泥年产生量为700万吨，按冶金含铁尘泥中含铁25%～35%、碳30%～35%和锌5%～10%有价组份计，折合金属铁含量175万t～245万t，碳含量210万t～245万t和金属锌35万t～70万t。相当于一个年处理1000万t铁矿选矿厂的精粉产量，折合标煤525万t～610万t和560万t～1120万t的锌石开采量。由此可见，冶金含铁尘泥中有价组份资源综合回收潜在经济效益相当显著。
冶金含铁尘泥作为钢铁工业生产过程中产生的主要固体废物之一，具有产量大、有价元素含量高，是一种重要的可回收利用资源。随着经济的快速发展和环境保护要求的提高，钢铁厂含铁尘泥的资源化处理问题已成为钢铁工业可持续发展的重要课题。采用合理的技术和工艺路线处置和回收利用冶金尘泥资源，对于减少钢铁企业生产过程产生的冶金尘泥等固体废物对大气、水源和土壤的污染和公害，推进钢铁行业清洁生产、循环经济工作和节能减排均具有重要的现实意义。
1 冶金尘泥原料性质研究
1.1 矿物组成
高炉冶金尘泥主要由赤铁矿、磁铁矿、焦碳以及其它矿物组成。金属铁含量极少，仅有的金属铁大部分镶嵌在渣相之中，呈独立的金属铁很少；磁铁矿基本为独立相的颗粒状；赤铁矿多为细小颗粒，且粒度大小不等；焦碳以形状各异的颗粒存在。
1.2 化学成分分析
表1列举了部分钢厂高炉冶金尘泥主要成分含量。
从表1中可以看出，高炉冶金尘泥全铁含量为25%以上，碳含量基本在20%左右，均具有回收价值。除了铁、碳以外，锌作为高附加值的金属，在分选中应考察锌矿物的走向以及采用合理的技术对锌进行回收。
2 高炉冶金尘泥选矿研究进展
2.1 回收铁
张汉泉等对武钢高炉瓦斯泥进行了理化分析与工艺矿物学分析。该瓦斯泥原料中全铁品位为37.89%，其中磁性铁占22.17%，赤褐铁中铁占73.37%。采用了单一磁选、两段重选、分级—重选工艺对该瓦斯泥进行了试验研究。结果表明：采用单一磁选工艺无法获得品位>60.0%的铁精矿，且回收率低；采用两段重选工艺流程，最终可以获得产率为31.81%，品位的61.51%，回收率为51.64%的铁精矿。
于留春等以梅山高炉瓦斯泥为原料，采用弱磁一强磁选工艺对铁进行了回收，铁精矿产率及品位均达到52%以上，回收率超过70%以上。
杨大兵等对某厂排放的高炉除尘灰进行了回收铁试验研究，采用磁选工艺获得较好的分选指标，最终可获得品位为54.16%，回收率为45.47%的铁精矿。
王玉香等通过采用浮选一磁选、重选一磁选以及重选一浮选一磁选的联合流程对鞍钢瓦斯泥进行了试验研究。结果表明：重选一浮选一磁选联合选别流程试验效果最好，最终可以获得产率为40.0%，品位为61.0%，回收率为55.0%的合格铁精矿产品。
成海芳等针對含铁少、含锌多的特点，进行了磁选、重选、浮选等流程的探索实验，最终选用螺旋溜槽对原矿进行三次重选，重选精矿在抑制剂淀粉用量为1000 g/t，捕收剂油酸用量为700 g/t，松醇油为起泡剂的药剂制度下进行一次反浮选试验，最终精矿品位为47.20%，回收率为49.24%。
丁忠浩等采用特制的槽型气升式浮选柱对某瓦斯泥进行了试验研究。用螺旋溜槽进行预选脱泥，脱泥后的原料加入适量的碳酸钠和水玻璃为分散剂，煤油为捕收剂，经过一次粗选和一次精选，即可获得产率为产率为33.02%，品位为64.72%，回收率73.71%的碳精矿。碳尾矿采用石灰为pH调整剂和活化剂，DF-102为抑制剂，氧化石蜡皂为捕收剂，经过两段开路粗选，最终可以得到产率为19.61%，品位为56.37%，回收率为32.67%的铁精矿。该分选最大的特点在于流程结构简单，各作业均为开路，没有中矿返回，便于浮选柱的操作。
2.2 回收碳
孙体昌等对济钢的瓦斯泥进行了浮选回收碳工艺研究。通过试验研究表明，在磨矿细度为-200目占95%的条件下，采用煤油做捕收剂，在药剂用量为150 g/t时，采用一次粗选、一次扫选、二次精选的开路浮选工艺，最终获得品位为75.09%，回收率为47.25%的碳精矿。在开路流程的基础上进行了闭路试验研究。其药剂制度为：柴油粗选150 g/t，扫选50 g/t；2#油粗选40 g/t，扫选20 g/t，最终可以获得产率为13.04%，品位为71.89%，回收率为58.30%的碳精矿。
张晋霞等在对唐钢瓦斯泥焦炭性质分析的基础上，采用传统的浮选制度，柴油为捕收剂，2#油为起泡剂。浮选采用XFD型1.5L单槽式浮选机，粗选作业浓度为27%。在柴油用量为1450 g/t，2#油用量为150 g/t的条件下，经过一粗一精一扫的浮选流程，可以得到产率为30.61%，固定碳含量为65.21%，回收率为69.29%的碳精矿。
2.3 回收锌
鲜中菊等在对攀钢瓦斯泥性质反复研究的基础上，确定将高炉瓦斯泥加入适量的粘结剂制成球团，再送入还原炉内进行还原焙烧。将瓦斯泥制成粒度约为15 mm的球团，利用瓦斯泥中的自身碳作还原剂，在还原温度为1100℃～1150℃、焙烧温度为45 min～60 min的条件下，氧化锌的品位可达90%以上，回收率超过80%；同时球团中铁的品位超过52%，金属化率达95%以上。 张鑫等对攀钢瓦斯泥进行了脱锌还原工艺研究，考察了还原温度、焦粉配比、还原时间以及石灰的添加量对脱锌还原效果的影响。试验研究结果表明：在同一反应时间下，随着还原温度的升高，瓦斯泥的锌挥发率也将提高，反应温度至少应控制在1150℃以上；反应时间受还原温度影响较大，当反应温度为1000℃时，反应时间由10 min增加至40 min，锌挥发率由20.00%增加到36.45%；1100℃时，反应时间由10 min增加至40 min，锌挥发率由49.11%增加到77.29%；当反应温度低于1100℃，延长反应时间也很难将锌挥发率达到90%以上。
3 高炉冶金尘泥发展趋势及研究方向
高炉冶金尘泥含有大量的铁、锌、碳等有用元素，目前多数瓦斯泥的利用仅限于有价元素的提取，对于一些高附加值的金属，如锌、铋等没有得到很好的回收利用，造成资源的浪费。因此在后续的研究中，应在矿物学、界面化学以及冶金物理化学系统研究的基础上，结合近年来冶金尘泥综合利用的最新科研成果，开展钢铁厂高炉合金尘泥资源梯级开发利用研究，在实现较高资源回收率的同时保证资源的品质，获得经济最大化。
参考文献
[1]胡晓洪，张志芳，黎燕华.高炉瓦斯泥综合利用的研究[J].矿业快报，2004（8）：14-17.
[2]张汉泉，汪凤玲.武钢高炉瓦斯泥铁回收工艺试验研究[J].矿产综合利用，2011，12（6）：50-54.
[3]于留春，等.从梅山高炉瓦斯泥中回收铁精矿的研究[J].金属矿山，2003（10）：65-68.
[4]杨大兵等.从高炉除尘灰中综合回收碳、铁和锌的试驗研究[J].武汉科技大学学报（自然科学版），2012（5）：45-49.
[5]王玉香，等.瓦斯泥物料性质及选别方法的试验研究[J].鞍山钢铁学院学报，1995（3）：16-21.
[6]成海芳，等.攀钢高炉瓦斯泥的综合利用[J].矿产综合利用，2007（1）：46-48.
[7]丁忠浩，等.高炉瓦斯泥微泡浮选柱浮选工艺研究[J].武汉科技大学学报（自然科学版），2001（4）：353-355.
[8]孙体昌，等.济钢高炉瓦斯泥的可选性研究[J].矿产综合利用，1997（5）：4-8.
[9]鲜中菊.球团法回收攀钢高炉瓦斯泥中的有价元素[J].矿产综合利用，2007（5）：47-49.
[10]张鑫，等.攀钢瓦斯泥脱锌还原工艺研究[J].云南冶金，2008（6）：32-36.
作者简介
徐之帅（1978-），男，江苏盐城人，工程师，主要从事矿物加工与煤炭综合利用方面的研究与设计工作。
关键词 冶金尘泥；研究进展；二次资源
中图分类号：X757 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）19-0014-01
冶金含铁尘泥是指钢铁生产过程中对所排烟尘进行干法除尘、湿法除尘和废水处理后的固体废物，其全铁含量一般在30%～60%，主要包括有烧结尘泥、高炉瓦斯灰（泥）、转炉（平炉）尘泥、化铁炉粉尘等。冶金含铁尘泥作为钢铁工业的副产品，每生产1 t平均产生约10%的冶金含铁尘泥，则唐山地区的尘泥年产生量为700万吨，按冶金含铁尘泥中含铁25%～35%、碳30%～35%和锌5%～10%有价组份计，折合金属铁含量175万t～245万t，碳含量210万t～245万t和金属锌35万t～70万t。相当于一个年处理1000万t铁矿选矿厂的精粉产量，折合标煤525万t～610万t和560万t～1120万t的锌石开采量。由此可见，冶金含铁尘泥中有价组份资源综合回收潜在经济效益相当显著。
冶金含铁尘泥作为钢铁工业生产过程中产生的主要固体废物之一，具有产量大、有价元素含量高，是一种重要的可回收利用资源。随着经济的快速发展和环境保护要求的提高，钢铁厂含铁尘泥的资源化处理问题已成为钢铁工业可持续发展的重要课题。采用合理的技术和工艺路线处置和回收利用冶金尘泥资源，对于减少钢铁企业生产过程产生的冶金尘泥等固体废物对大气、水源和土壤的污染和公害，推进钢铁行业清洁生产、循环经济工作和节能减排均具有重要的现实意义。
1 冶金尘泥原料性质研究
1.1 矿物组成
高炉冶金尘泥主要由赤铁矿、磁铁矿、焦碳以及其它矿物组成。金属铁含量极少，仅有的金属铁大部分镶嵌在渣相之中，呈独立的金属铁很少；磁铁矿基本为独立相的颗粒状；赤铁矿多为细小颗粒，且粒度大小不等；焦碳以形状各异的颗粒存在。
1.2 化学成分分析
表1列举了部分钢厂高炉冶金尘泥主要成分含量。
从表1中可以看出，高炉冶金尘泥全铁含量为25%以上，碳含量基本在20%左右，均具有回收价值。除了铁、碳以外，锌作为高附加值的金属，在分选中应考察锌矿物的走向以及采用合理的技术对锌进行回收。
2 高炉冶金尘泥选矿研究进展
2.1 回收铁
张汉泉等对武钢高炉瓦斯泥进行了理化分析与工艺矿物学分析。该瓦斯泥原料中全铁品位为37.89%，其中磁性铁占22.17%，赤褐铁中铁占73.37%。采用了单一磁选、两段重选、分级—重选工艺对该瓦斯泥进行了试验研究。结果表明：采用单一磁选工艺无法获得品位>60.0%的铁精矿，且回收率低；采用两段重选工艺流程，最终可以获得产率为31.81%，品位的61.51%，回收率为51.64%的铁精矿。
于留春等以梅山高炉瓦斯泥为原料，采用弱磁一强磁选工艺对铁进行了回收，铁精矿产率及品位均达到52%以上，回收率超过70%以上。
杨大兵等对某厂排放的高炉除尘灰进行了回收铁试验研究，采用磁选工艺获得较好的分选指标，最终可获得品位为54.16%，回收率为45.47%的铁精矿。
王玉香等通过采用浮选一磁选、重选一磁选以及重选一浮选一磁选的联合流程对鞍钢瓦斯泥进行了试验研究。结果表明：重选一浮选一磁选联合选别流程试验效果最好，最终可以获得产率为40.0%，品位为61.0%，回收率为55.0%的合格铁精矿产品。
成海芳等针對含铁少、含锌多的特点，进行了磁选、重选、浮选等流程的探索实验，最终选用螺旋溜槽对原矿进行三次重选，重选精矿在抑制剂淀粉用量为1000 g/t，捕收剂油酸用量为700 g/t，松醇油为起泡剂的药剂制度下进行一次反浮选试验，最终精矿品位为47.20%，回收率为49.24%。
丁忠浩等采用特制的槽型气升式浮选柱对某瓦斯泥进行了试验研究。用螺旋溜槽进行预选脱泥，脱泥后的原料加入适量的碳酸钠和水玻璃为分散剂，煤油为捕收剂，经过一次粗选和一次精选，即可获得产率为产率为33.02%，品位为64.72%，回收率73.71%的碳精矿。碳尾矿采用石灰为pH调整剂和活化剂，DF-102为抑制剂，氧化石蜡皂为捕收剂，经过两段开路粗选，最终可以得到产率为19.61%，品位为56.37%，回收率为32.67%的铁精矿。该分选最大的特点在于流程结构简单，各作业均为开路，没有中矿返回，便于浮选柱的操作。
2.2 回收碳
孙体昌等对济钢的瓦斯泥进行了浮选回收碳工艺研究。通过试验研究表明，在磨矿细度为-200目占95%的条件下，采用煤油做捕收剂，在药剂用量为150 g/t时，采用一次粗选、一次扫选、二次精选的开路浮选工艺，最终获得品位为75.09%，回收率为47.25%的碳精矿。在开路流程的基础上进行了闭路试验研究。其药剂制度为：柴油粗选150 g/t，扫选50 g/t；2#油粗选40 g/t，扫选20 g/t，最终可以获得产率为13.04%，品位为71.89%，回收率为58.30%的碳精矿。
张晋霞等在对唐钢瓦斯泥焦炭性质分析的基础上，采用传统的浮选制度，柴油为捕收剂，2#油为起泡剂。浮选采用XFD型1.5L单槽式浮选机，粗选作业浓度为27%。在柴油用量为1450 g/t，2#油用量为150 g/t的条件下，经过一粗一精一扫的浮选流程，可以得到产率为30.61%，固定碳含量为65.21%，回收率为69.29%的碳精矿。
2.3 回收锌
鲜中菊等在对攀钢瓦斯泥性质反复研究的基础上，确定将高炉瓦斯泥加入适量的粘结剂制成球团，再送入还原炉内进行还原焙烧。将瓦斯泥制成粒度约为15 mm的球团，利用瓦斯泥中的自身碳作还原剂，在还原温度为1100℃～1150℃、焙烧温度为45 min～60 min的条件下，氧化锌的品位可达90%以上，回收率超过80%；同时球团中铁的品位超过52%，金属化率达95%以上。 张鑫等对攀钢瓦斯泥进行了脱锌还原工艺研究，考察了还原温度、焦粉配比、还原时间以及石灰的添加量对脱锌还原效果的影响。试验研究结果表明：在同一反应时间下，随着还原温度的升高，瓦斯泥的锌挥发率也将提高，反应温度至少应控制在1150℃以上；反应时间受还原温度影响较大，当反应温度为1000℃时，反应时间由10 min增加至40 min，锌挥发率由20.00%增加到36.45%；1100℃时，反应时间由10 min增加至40 min，锌挥发率由49.11%增加到77.29%；当反应温度低于1100℃，延长反应时间也很难将锌挥发率达到90%以上。
3 高炉冶金尘泥发展趋势及研究方向
高炉冶金尘泥含有大量的铁、锌、碳等有用元素，目前多数瓦斯泥的利用仅限于有价元素的提取，对于一些高附加值的金属，如锌、铋等没有得到很好的回收利用，造成资源的浪费。因此在后续的研究中，应在矿物学、界面化学以及冶金物理化学系统研究的基础上，结合近年来冶金尘泥综合利用的最新科研成果，开展钢铁厂高炉合金尘泥资源梯级开发利用研究，在实现较高资源回收率的同时保证资源的品质，获得经济最大化。
参考文献
[1]胡晓洪，张志芳，黎燕华.高炉瓦斯泥综合利用的研究[J].矿业快报，2004（8）：14-17.
[2]张汉泉，汪凤玲.武钢高炉瓦斯泥铁回收工艺试验研究[J].矿产综合利用，2011，12（6）：50-54.
[3]于留春，等.从梅山高炉瓦斯泥中回收铁精矿的研究[J].金属矿山，2003（10）：65-68.
[4]杨大兵等.从高炉除尘灰中综合回收碳、铁和锌的试驗研究[J].武汉科技大学学报（自然科学版），2012（5）：45-49.
[5]王玉香，等.瓦斯泥物料性质及选别方法的试验研究[J].鞍山钢铁学院学报，1995（3）：16-21.
[6]成海芳，等.攀钢高炉瓦斯泥的综合利用[J].矿产综合利用，2007（1）：46-48.
[7]丁忠浩，等.高炉瓦斯泥微泡浮选柱浮选工艺研究[J].武汉科技大学学报（自然科学版），2001（4）：353-355.
[8]孙体昌，等.济钢高炉瓦斯泥的可选性研究[J].矿产综合利用，1997（5）：4-8.
[9]鲜中菊.球团法回收攀钢高炉瓦斯泥中的有价元素[J].矿产综合利用，2007（5）：47-49.
[10]张鑫，等.攀钢瓦斯泥脱锌还原工艺研究[J].云南冶金，2008（6）：32-36.
作者简介
徐之帅（1978-），男，江苏盐城人，工程师，主要从事矿物加工与煤炭综合利用方面的研究与设计工作。