浅谈高炉瓦斯灰提碳提铁工艺

潘国泰

（福建三钢劳动服务公司废钢回收厂 福建 三明 365000）

0 前言

高炉瓦斯灰是炼钢厂高炉重力除尘系统收集的烟尘，是铁矿粉、焦炭、石灰等炼铁炉料的高温混合物。 高炉瓦斯灰中的铁矿粉和焦炭是炼铁主要原材料和还原剂（三钢高炉瓦斯灰约含TFe25%、C47%），由于铁矿粉、焦碳、石灰等混合在一起，无法直接回收利用，因此，三钢原日产高炉瓦斯灰100 多吨均被作为固体废弃物处理，没有很好的回收利用。

随着国家对资源和环境问题的日益重视，利用成熟的技术回收高炉瓦斯灰中的铁、碳资源，将产生很好的经济和社会效益。 公司决定采用国内成熟的技术对三钢高炉瓦斯灰进行处理回收， 利用瓦斯灰中各成份的密度和表面性质不同，采用浮选和重选方法将其中的C、Fe 分离， 提选铁精粉和碳精粉返回烧结用作生产原料，剩余尾泥外卖制砖等，从而实现固废资源化综合利用，减少环境污染，提高经济效益和社会效益。

1 瓦斯灰理化性能

1.1 矿石特性[1]

高炉瓦斯灰主要由磁铁矿、赤铁矿、焦炭、铁酸钙及其它矿物组成，铁矿物以Fe3O4和Fe2O3为主，其它金属矿物以氧化物形式存在。 金属铁含量极少，仅有微量的金属珠镶嵌在渣相中，呈独立的金属铁几乎没有；磁铁矿部分为独立相的颗粒状， 大部分为烧结矿中玻璃质胶结的自然晶状磁铁矿；赤铁矿多为细小颗粒，粒径大小不等；焦炭以形状各异的颗粒存在，有粗颗粒镶嵌、细粒镶嵌、丝状等,各向同性较少见。

1.2 化学组成

三钢高炉瓦斯灰灰的化学组成见表1。 其全铁含量为24.39% ,碳含量为41.97%,有害元素S、Zn、K2O、Na2O 含量也较高。

表1 化学成分及含量（%）

2 工艺及参数

2.1 浮选工艺的选择

用浮选分离回收瓦斯灰中细粒状质，是成熟、高效且唯一的方法，如同煤炭行业从洗、选煤水浆中回收“煤泥”一样，采用柴油（或煤油）作捕捉剂，浮选油作起泡剂，水玻璃做抑制剂，在合适的药剂用量、浮选原浆的浓度，通过浮选都能取得良好的富集指标，碳表面疏水而亲油，可浮性好，易于用浮选与其他矿物分离[2]。

结合三钢瓦斯灰含碳量较高的特性，碳精粉的品味要求在68%以上，确定采用单浮选的工艺来选取瓦斯灰中的碳。

2.2 选铁工艺的选择

高炉瓦斯灰为高温产物，所含铁矿物与天然铁矿物的表面性质存在较大差异， 且细粒矿物在高温作用下胶结在一起，极易包裹脉石矿物，镜下鉴定及单体解离度测定结果均证明了这一点[1]。 胶结在一起的脉石矿物与铁矿物难以用物理方法分离，这样给选矿带来了较大难度，在影响铁精矿质量的同时，造成全铁回收率偏低。

采用单一弱磁选回收瓦斯灰中的铁，最高品位为48%的铁精矿，但金属回收率较低，仅为6.9%，这是由于赤铁矿、磁-赤连生体、硅酸盐胶结相中的磁铁矿都无法通过磁选法得到回收。 所以用单一弱磁选回收瓦斯灰中的铁是不可行的[4]。

采用单一强磁选进行试验，结果表明，铁精矿中TFe 的含量较低，无法达到回收铁的目的。 由于该瓦斯灰粒度小和质量轻，在磁选过程中，常出现“连桥”现象，造成后来的灰浆流到磁头部位直接堆在连桥上面，无法进行磁选，这就导致了磁选效率下降，精矿中Fe 品位提高较小，因此包钢瓦斯灰分选铁采用单一的弱磁或强选的方法是不行的。 主要原因有以下几点：

（1）瓦斯灰中的Fe 以磁铁矿、菱铁矿、磁-赤连生体、硅酸盐胶结物等形式存在，无法通过单一弱磁选回收铁。

（2）由于瓦斯灰粒度很小且质量轻，受到磁介质、磁选空间大小、磁间距的限制及受水力冲刷等因素的影响对单一强磁选Fe 的限制性较大，当电流过大时，矿浆会在磁头部位产生“连桥”现象，阻碍了非磁性矿物流出磁选机，造成品位下降。

（3）瓦斯灰含有许多微细粒粒矿物，该矿物密度小，比表面积大。 密度小，就磁选而言，强磁性物料随粒度减小被磁化率急剧降低，矫顽力增大；弱磁性矿物磁化率本身就低，比介质阻力随粒度降低而剧增，导致回收困难。 比表面大，表面能和表面活性大，易于相互聚结，故细粒表面行为对分选有重大影响。 微粒矿物，在灰浆中受到各种表面力的作用，若范德华力分子作用力、双电层静电作用力、吸附分散剂后细粒表面吸附层引起的作用力（位阻效应）、疏水团聚颗粒上的疏水基团引起的疏水作用力等等，使微细矿物的分散、团聚和絮凝等行为受到严重影响。 磁选时矿粒在磁介质上的捕获和解析，都与微细粒矿物的回收效果很差，相当部分被当作矿泥抛弃，有价物质被损失在矿泥中[4]。

根据三钢高炉瓦斯灰的矿物特性及同类物料的分选生产实践，结合国内外成熟的选矿工艺和设备，决定采用重选工艺来选铁。 工艺流程图如图1。

图1 工艺流程图

2.3 工艺参数

球磨机的磨料浓度控制在65%～70%， 球磨机出粒度控制在60～200 目 （即球磨出料粒度0.27mm～0.074mm） 的浆粒≥85%。 螺旋分级机分选溢出浆浓度控制在30%～38%，生产中采用定容壶（定容壶的容积约为335ml）取样测定。 溢出浆浓度不宜过高，过高会使浮选效果不佳，易出现沉仓等现象。 生产过程的具体参数如表2 所示。

表2 生产工艺参数

3 实际生产过程的问题及改进措施

针对实际生产中出现的问题， 逐个查找问题的原因，逐步解决制约生产的难题。 同时，从管理考核入手，加强职工的技术培训，提高职工的操作水平。 利用考核的杠杆效应，充分调动职工的生产积极性。

生产中出现的问题有：1）尾泥经浓密池浓缩后，用泵送至压滤机故障率高；2）碳浓缩池中的泡沫不易消掉；3）成品碳精粉的固定含量为68%（要求固定碳含量≥73%）；4） 重选中选型采用摇床故障率高。

为此采取措施如下：1）利用落差，新挖掘一尾泥沉淀池，将尾泥直接引入其中沉淀，取消泵和压滤机；2）在浓缩池的周围架设了管道、喷头，实施“人工降雨”，利用水雾彻底解决了受泡沫难破裂堆积多的困扰；3）优化工艺参数，加大了水玻璃及柴油的添加量， 碳精粉中固定碳的含量稳定在76%；4）经浮选后的中矿，利用落差直接引入铁精粉内，取消摇床的使用。

药剂添加量与成品结果如表3、表4。 从表中可以看出，当原浆的浓度调至正常的水平时，碳精粉的品味与水玻璃及柴油的添加量存在着必然的联系。 若要进一步提高碳精粉的品味，可以采用粗选、精选两道浮选的方式来选矿。 因生产过程中未对水资源进行回收利用，故水玻璃的添加量比预计的要高。

表3 水玻璃添加量与成品结果

表4 柴油添加量与成品结果

4 结束语

4.1 一级浮选的工艺流程选取瓦斯灰中的碳，可获得和固定碳含量为76%、产率48%、回收率85.5%的碳精粉。

4.2 采用重选回收高炉瓦斯灰中的铁可获得全铁含量54%、产率10%、回收率24%的铁精粉。

4.3 尾矿的TFe 含量为40～48%，采用重选选取瓦斯灰中的铁，回收率不是很高，建议采用重选及弱-强磁搭配的工艺来回收瓦斯灰中的铁，使资源得到最大化的回收利用。

高炉瓦斯灰用浮选和重选方法将其中的C、Fe 分离，该工艺技术可对我国产出巨量的高炉瓦斯灰进行资源化、无害化处理，实现固体废弃物的综合利用，推进发展循环经济起到有力的促进作用[3]，具有很好的经济效益和社会效益。S

［1］徐伯辉,等.高炉瓦斯灰提碳提铁研究[J].矿产保护与利用，2007 年6 月，第三期：51-55.

［2］汪文生，等.用浮选法综合回收高炉瓦斯泥中碳、铁试验研究[J].金属矿山，2004 年8 月，增刊：498-500.

［3］王树楷.瓦斯灰回收有色金属及再资源化[J].资源再生，2009 年，第10 期：48-53.

［4］闫永旺，陈义胜，等.从高炉瓦斯灰中分选铁和碳的试验研究[J].2008 年3 月，第27 卷1 期：15-18.