粉煤灰综合利用磁选除铁工艺技术研究

吴永峰

(神华准能资源综合开发有限公司,内蒙古 鄂尔多斯 010300)

粉煤灰作为燃煤电厂的固体废弃产物，不仅占用大量的土地用于填埋，而且影响生态环境。随着现代资源循环经济技术的发展，越来越多的科研力量正在投入到粉煤灰中各族有价元素的提取研究，其中尤以粉煤灰提取氧化铝工艺技术的发展最为迅速。高铝粉煤灰已经作为一种潜在的氧化铝矿产资源,受到人们越来越多的关注。

在粉煤灰提取氧化铝工艺技术研究的过程中，Fe2O3及FeO等铁的氧化物是影响氧化铝产品质量最主要的杂质成分。由于粉煤灰的形成条件不同，导致其化学成分、矿物成分及结构都有所不同，使得粉煤灰中铁的存在形式[1-2]也有所不同。研究表明，粉煤灰中的铁既有铁的氧化物独立矿物存在，如赤铁矿、磁铁矿等，也有以类质同像形式存在的其它复杂矿物，如尖晶石铁酸盐等。铁赋存状态的不同会具有不同的磁性，导致其在不同磁选方法下铁分离过程中的行为不同。

因此，本论文结合循环流化床粉煤灰与煤粉炉粉煤灰的物性特点[3]，开展了两种灰在不同干法磁选条件下的磁选实验研究，对磁选前后的粉煤灰、磁选富集灰进行了相应的X射线物相分析和化学成分分析。

1 实验部分

1.1 实验样品

本次干法磁选实验以循环流化床粉煤灰、煤粉炉粉煤灰为原料。其中，1号灰为流化床粉煤灰，其粒径较小，平均粒径约为10μm，主要晶相物质为石膏、氧化铁、石英以及少量的氧化钙等，具有较好的硅铝活性；2号灰是煤粉炉粉煤灰，其粒径较大，平均粒径约为20μm，主要晶相物质为莫来石、氧化铁、石英等，硅铝活性较差。

1.2 实验药品及仪器

盐酸、醋酸锌、EDTA、氟化钾、抗坏血酸等化学药剂；干式振动磁选机、电子天平、鼓风干燥箱、X射线衍射仪等仪器。

图1 粉煤灰样品的X射线衍射图

1.3 实验步骤

（1）称取一定量的粉煤灰，在120℃下烘干2号，备用。

（2）分别设计了四组不同电流和电压（0.2A/6.25V，0.3A/10.0V，0.4A/12.5V，0.5A/15.0V）的工艺条件，对1号和2号灰进行干法磁选试验[4]。

（3）收集不同工艺条件下的磁选后的磁选灰、磁选富集灰样品，并分别进行称重、化学成分分析、XRD物相分析。

2 实验结果与分析

2.1 磁选后磁选灰与磁选富集灰的质量关系

从表1粉煤灰磁选后磁选灰与磁选富集灰物料量表可以看出，随着电流和电压的增大，即磁场强度的增大，粉煤灰磁选出的磁选富集灰量相应增加。与2号灰相比，1号灰粒度较小，在磁选过程中，随着磁场前强度的增大，其磁选富集灰产生量增幅也较大。在电流0.5A，电压15.0V的条件下，1号灰的磁选富集灰物料量达到了47.02%。

表1 粉煤灰磁选后磁选灰与磁选富集灰物料量

2.2 磁选后的粉煤灰化学成分分析结果

表2与表3为1、2号磁选粉煤灰化学成分分析结果。从该分析结果可以看出，随着磁场强度的增加，磁选后粉煤灰中的氧化铁含量都有一定程度的降低。其中，2号灰中氧化铁的减少较为明显，氧化铁含量从1.42%降到了0.73%,氧化亚铁从0.43%降到了0.21%。而1号灰中氧化铁含量出现了先减少后增加的趋势，这与其磁选富集灰量的变化相符，即氧化铁含量的回升说明了磁选富集灰中非磁性物含量相对量的增多。

表2 1号磁选粉煤灰的化学成分（wt%）

表3 2号磁选粉煤灰的化学成分（wt%）

2.3 磁选后磁性物料样品结果分析

由于粉煤灰中氧化铁的含量较小且存在状态的多样化，磁选前后灰中铁的变化不易观察。为此本实验对磁选后的磁性物料样品进行了相应的富集样中铁含量测试和XRD分析，用于分析磁选富集效果及粉煤灰中铁的赋存状态。

从表4不同磁场强度下1、2号灰磁性物料样品中的铁氧化物含量测试结果可知，在不同的磁选工艺条件下对CFB灰和OF灰进行磁选都可以起到对铁氧化物的富集作用。但随着电流、电压的增大即磁场强度的增大，磁选后磁性物料量也不断增大，1号灰磁选富集灰中的氧化铁含量由刚开始的27.60%降至2.99%，2号灰磁选富集灰中的氧化铁含量由刚开始的34.22%降至11.75%，即铁氧化物富集程度降低。这主要是由于磁场强度的增大，使得很多非磁性物料与磁性物料夹杂被磁选出降低了真正磁性物料中铁的富集。

表4 磁性物料样品中的铁氧化物测试结果

图2和图3分别为1号（CFB）灰和2号（OF）灰以及不同条件下的磁选富集灰样品的X射线衍射分析图。

图2 1号灰磁选富集灰样XRD图

从磁选富集灰样品的X射线衍射分析图可以看出，1号灰的磁选富集灰样品中出现的主要矿物为赤铁矿、锐钛矿和部分石英和石膏。2号灰的磁选富集灰样中出现的主要矿物为莫来石，赤铁矿，同时还出现了磁铁矿的衍射峰，且在0.2A和0.3A的磁选条件下比较明显。

说明2号（OF）灰中铁除了以赤铁矿形式存在外，还以磁铁矿的形式存在；而1号灰中铁主要以赤铁矿的形式存在。

图3 2号灰磁选富集灰样XRD图

3 结论

（1）随着电流和电压的增大，即磁场强度的增大，粉煤灰磁选出的磁性物料量相应增加。

（2）循环流化床粉煤灰的干法磁选效果不理想，主要是由于循环流化床粉煤灰的颗粒太细，团聚比较严重；同时，其含有的铁氧化物主要为弱磁性的Fe2O3，靠磁性难以将磁性矿物和非磁性矿物很好地完全分离。

（3）煤粉炉粉煤灰的干法磁选效果显著，且损失量较小，主要铁氧化物为赤铁矿和磁铁矿。