某含铁物料固体废物属性鉴别研究

管嵩，胡首鹏，郭兵，丁仕兵

（1.山东出入境检验检疫局化工矿产品检测中心山东青岛266500；2.日照出入境检验检疫局，山东日照276800）

某含铁物料固体废物属性鉴别研究

管嵩1，胡首鹏2，郭兵1，丁仕兵1

（1.山东出入境检验检疫局化工矿产品检测中心山东青岛266500；2.日照出入境检验检疫局，山东日照276800）

以一批含铁物料为例，采用化学分析方法、X射线荧光光谱及X射线衍射等分析方法，结合样品物理、化学等特性，对该物品的属性进行鉴别研究。

含铁物料；固体废物；鉴别

由于中国钢铁产能快速增加，而国内铁矿石在质和量上无法满足需求，所以我国钢铁业主要依赖进口铁矿。近年来，由于我国经济的快速增长，国内钢材需求不断扩大，铁矿石进口量不断扩大，2003年我国铁矿石进口量已超过日本成为世界第一。2013年我国进口铁矿石达到8.2亿t，同比增长10.2%，累计进口单价129.03美元/t，同比上涨0.4%。随着铁矿资源进口量的与日俱增，有些国家或地区将废铁、冶炼渣或掺杂它们的铁矿石以天然矿物的名义出口至我国，不仅侵害了企业的经济利益，而且给我国的环境安全带来了极大危险。

在实际工作中，对一些产生来源和过程不清、成分复杂，介于产品、原料、副产物、废物之间的物品，不经过专门的鉴别，很难判定是否属于固体废物。物相结构对于判断样品来源至关重要，X射线衍射仪与X射线荧光光谱仪已广泛应用矿物分析，结合X射线衍射与荧光技术，综合物质的物理、化学及结构特征，得出样品明显特征，对物质属性进行判断，为进口把关提供技术资料。

受理某单位送检一批含铁物料样品，要求鉴别其中是否夹杂固体废物。

1 试验内容

1.1 仪器与试剂

X射线荧光光谱仪（S4 POINEER,德国布鲁克），X射线衍射仪（D8 ADVANCE，德国布鲁克），碳硫分析仪（CS230,美国 LECO），热重分析仪（PrepASH229，瑞士 Precisa），天平（AE240），少量样品制样机（SK201317）。

氮气（99.99%，氧气含量小于10 mL/L），无水四硼酸锂（荧光专用试剂）：在550℃下灼烧4 h，置于干燥器中贮存。

1.2 样品制备

样品A为灰红色粉末、块、球的混合物，可见发亮小块，具有磁性，未发现片状物，样品B和样品C分别为从样品A中分拣出的和主体矿物外观不同的发亮小块、磁性块和球。

将样品A、样品B、样品C分别破碎、研磨后制备成粒度小于0.15 mm的分析样品，将分析样品于105℃下烘2 h，置于干燥器中备用。

1.3 烧失减量的测定

开启热重分析仪至称量状态，混匀样品，立即称量约2 g样品，称准至0.000 1 g。调节氮气流量10 L/min，升温至105℃干燥至恒重（损失的重量为水分），之后关闭氮气，在空气状态升温至1 000℃灼烧至恒重（此时的质量变化为烧失减量）。热重分析仪自动进行质量测算，得出烧失减量检测数据。A，B，C烧失减量分别为5.52%，48.99%，3.74%（105℃干基）。

1.4 元素分析

采用化学分析方法进行主元素铁的测定；用红外碳硫仪对样品进行碳、硫元素分析；称取0.8 g±0.000 2 g灼烧后的样品于铂金坩埚中，加入8 g±0.000 2 g无水四硼酸锂，在1 050℃熔融制片，用X荧光光谱仪进行其他元素分析。

1.5 物相分析

将样品装入样品槽，压实压平，用X射线衍射仪扫描获取衍射图谱。

2 结果与讨论

2.1外观与理化特征

样品A为灰红色粉末、块、球的混合物，可见发亮小块，具有磁性。样品B为从样品A中分拣出的发亮小块。样品C为从样品A中分拣出的磁性块和球。

样品A、样品B、样品C在1 000℃下灼烧减量分别为5.52%，48.99%，3.74%（105℃干基）。

经元素分析样品A、样品B、样品C主要含有铁、硅、钙、铝、镁等，结果如表1～3所示。

表1 样品A检测结果%

表2 样品B检测结果%

表3 样品C检测结果%

2.2 物相分析

样品A主要物相为三氧化二铁、四氧化三铁、碳酸钙镁、二氧化硅、绿泥石、滑石、云母等；样品B主要物相为三氧化二铁、四氧化三铁、碳酸钙等；样品C主要物相为三氧化二铁、碳酸钙、碳酸钙镁、二氧化硅、铁、云母等，结果如图1～3所示。

图1 样品A X射线衍射图谱

样品A主要含有三氧化二铁（赤铁矿）、四氧化三铁（磁铁矿），脉石成分主要有碳酸钙镁（白云石）、二氧化硅（石英）、绿泥石、滑石、云母等，和天然铁矿石的组成基本一致。样品B中混有少量煤块等碳质。样品C含有少量的金属铁，属于未完全还原的球团矿及碎块，和直接还原铁的余料特征基本一致。因此，样品属于天然铁矿石，混有少量的煤块和直接还原铁的余料。

图2 样品B X射线衍射图谱

图3 样品C X射线衍射图谱

2.3 铁矿砂及含铁物料

天然铁矿石主要有磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿或它们的混合矿等，主要成分是四氧化三铁、三氧化二铁、碳酸亚铁、水合氧化铁，不含有氧化亚铁物相和单质铁。脉石主要有石英、方石英、绿泥石、高岭石、方解石、蛇纹石、闪石类、长石类、珍珠石、云母类、地开石及白云石等。

含铁尘泥是钢铁工业种类最多、成分最杂的废弃物，是钢铁企业在原料准备、烧结、制备球团、炼铁、炼钢和轧钢等工艺过程中，所排烟尘进行干法除尘、湿法除尘和废水处理后的固态废物，其总铁含量一般在20%～70%，可用作炼铁原料，主要包括烧结尘泥、球团尘泥、高炉尘泥、炼钢尘泥、轧钢污泥、原料场集尘、出铁场集尘等。含铁尘泥主要物相为磁性铁物质（Fe3O4，FeO，Fe），其次为赤铁矿和脉石矿物（长石、石英、白云矿、炭黑等）。组成含铁尘泥的矿物粒度细，铁矿物与脉石矿物之间互相嵌布、粘连。其中转炉尘泥氧化亚铁成分很高，磁性铁含量高，非磁性铁很少，硫化铁和硅酸铁含量极少。含铁尘泥主要成分是铁和铁的氧化物，其次是硅、铝、钙、镁的氧化物，冶炼碳钢和低合金钢产生的电炉尘泥含较多锌和铅（其中锌也可能来源于炼钢过程中加入的镀锌废钢）。

氧化皮是钢材在轧制过程剥落下来的固体物质，是钢铁企业各种含铁废渣中铁含量最高的废渣，其全铁含量多在70%以上，具有片状分层的结构，主要是氧化亚铁相以及四氧化三铁和三氧化二铁，几乎不含单质铁，杂质含量很低。

直接还原铁是铁氧化物在不熔化、不造渣的固态还原工艺中的产物，主要为金属铁，如果还原不彻底，也可能会同时存在氧化亚铁、四氧化三铁、三氧化二铁等氧化物。在低温直接还原过程中，脉石以及造渣成分如石英和石灰石等基本不发生变化。直接还原不造渣、不产出铁，是对铁矿的深加工，金属化率高的直接还原铁可以直接用作电炉炼钢原料，金属化率低的可以继续作为铁矿进行冶炼。

3 结论

样品中主要有价矿物为赤铁矿和磁铁矿。脉石杂质含量高，从外观看，矿石开采后经过破碎筛分，在运输或堆放过程中混入少量煤块和直接还原铁余料。

样品主题为天然铁矿石，夹杂的少量煤块和直接还原铁余料也不属于固体废物，根据《固体废物鉴别导则》（试行），样品没有丧失原有利用价值，其特性不符合固体废物定义，鉴定其不是固体废物。

[1] 固体废物鉴别导则（试行）[J].中国环保产业，2006(4):7-8.

[2]张力军.固体废物属性鉴别案例手册[M].北京：中国环境科学出版社，2010.

[3] 薛庆波，江祖新，张莉.鉴别固体废物时应注意的事项[J].中国检验检疫，2009(2):27-28.

[4] 王英华.X光衍射技术基础[M].北京：原子能出版社，1993.

[5]周炳炎，孟凡生，王琪.进口固体废物鉴别研究——以进口含锌货物为例[J].中国资源综合利用，2006，24(3)：28-41.

Identification of an iron-containing material

GUAN Song1，HU Shoupeng2，GUO Bing1，DING Shibing1
（1.Chemical&Mineral Inspection Center of Shandong Entry－exit Inspection and Quarantine Bureau，Qingdao 266500,China；2.Huangdao Entry－exit Inspection and Quarantine Bureau，Rizhao 276800,China）

The sample of iron-containing material was identified:using the methods of chemical analysis,X-ray fluorescence and X-ray diffraction spectrometry analysis,and according to the physico-chemical properties of the sample.

iron-containing material;solid waste;identification

X705

A

1674-0912（2014）10-0033-03

2014－06－05）

管嵩（1981-），男，理学学士，工程师，研究方向：矿产品分析。