現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生了大量塵泥，對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)及周邊環(huán)境有較大危害，必須進(jìn)行無(wú)害處理。這些塵泥中，有價(jià)元素Fe和有害雜質(zhì)S，P，K等往往并存，故一般統(tǒng)稱為含鐵塵泥，它包括高爐瓦斯灰（泥）、轉(zhuǎn)爐紅塵、電（轉(zhuǎn)）爐除塵灰、冷（熱）軋污泥、軋鋼氧化鐵鱗、燒結(jié)塵泥、出鐵場(chǎng)集塵、含油鐵屑等等。隨著國(guó)家對(duì)資源和環(huán)境問(wèn)題的日益重視，開(kāi)展含鐵塵泥無(wú)公害綜合利用的研究，將產(chǎn)生很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
作為含鐵塵泥的主要品種，高爐瓦斯灰（泥）來(lái)自煉鐵過(guò)程中隨高爐煤氣一起排出的煙塵。它與天然礦石的性質(zhì)有著明顯的差別，細(xì)粒礦物在高溫作用下熔融在一起，極易包裹脈石礦物，其成分更為復(fù)雜，有價(jià)元素的回收率較低，目前，國(guó)內(nèi)外處理高爐瓦斯灰的方法大致有3種：①直接外排堆存，易造成環(huán)境污染，大型鋼鐵企業(yè)已基本淘汰該方法；②直接利用，返回?zé)Y(jié)或球團(tuán)配料，被國(guó)內(nèi)許多鋼鐵企業(yè)采用，但瓦斯灰有害雜質(zhì)如K，Na，Zn，S，P等一般較高，配人燒結(jié)或球團(tuán)礦，降低高爐利用系數(shù)，從而影響煉鐵的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)；③綜合回收，提取有價(jià)元素。目前，從瓦斯灰提取鐵及碳等有價(jià)元素是重要的發(fā)展方向。
在自然界，存在一大類(lèi)弱磁性礦物，如赤鐵礦、褐鐵礦、鈦鐵礦，難以通過(guò)普通磁選分離，對(duì)這類(lèi)礦物，一般采用強(qiáng)磁選、浮選、磁化焙燒－弱磁選等工藝技術(shù)提取鐵精礦。瓦斯灰中含有相當(dāng)?shù)娜醮判猿噼F礦和焦炭，因此可以直接進(jìn)行磁化焙燒，回收鐵精礦，這方面有關(guān)的報(bào)道還很少。本試驗(yàn)研究分析了包鋼瓦斯灰的工藝礦物學(xué)特征，據(jù)此開(kāi)展了多種磁選工藝回收鐵的試驗(yàn)研究，摸索了相應(yīng)的工藝參數(shù)，對(duì)工藝流程進(jìn)行了比較。
一、瓦斯灰工藝礦物學(xué)特性
（一）瓦斯灰化學(xué)組成和鐵物相分析
瓦斯灰原料取自包鋼煉鐵廠，瓦斯灰多元素化學(xué)分析結(jié)果見(jiàn)表1，XRD衍射分析結(jié)果見(jiàn)圖1。
表1 瓦斯灰多元素化學(xué)分析結(jié)果 %
圖1 瓦斯灰的XRD衍射圖
▲－Fe2O3；●－Fe3O4；■－C
從表1可見(jiàn)，TFe 31. 00%，含碳33. 60%，SiO2 .87%，CaO 4.35%，有害元素S，Zn，Pb等含量也較高。從圖1可見(jiàn)，主要物相為赤鐵礦、磁鐵礦和C。
（二）瓦斯灰粒度篩析
瓦斯灰外形呈灰黑色粉未狀，粒度大小不均，大顆粒成蜂窩狀，塊狀，片狀等，表面有空隙。瓦斯灰鐵礦物粒度篩析結(jié)果見(jiàn)表2。
表2 瓦斯灰粒度篩析結(jié)果
從表2可見(jiàn)，大部分鐵分布在-50 +200目和-325目，分布率占總量的86. 86%。其中- 50+200日中金屬鐵分布率達(dá)到52. 18%，另外- 325目中金屬鐵分布率達(dá)到了34. 68%，因此這兩個(gè)粒級(jí)中的鐵礦物是重要回收對(duì)象。
二、選礦試驗(yàn)方案
（一）試驗(yàn)設(shè)備
試驗(yàn)設(shè)備采用的有φXPZ - 175型圓盤(pán)破碎機(jī)，烏魯木齊市金祥瑞礦山設(shè)備有限公司；QM-SB行星式球磨機(jī)，南京大學(xué)儀器廠；φXCGS - 50型磁選管，唐山宏達(dá)礦山機(jī)械設(shè)備研究所；高梯度磁選機(jī)；XTLZ型多用真空過(guò)濾機(jī)，四川省地礦局102廠；KTF -1700型真空管式電阻爐，宜興前錦爐業(yè)設(shè)備有限公司；DY - 20型臺(tái)式電動(dòng)壓片機(jī)，天津市科器高新技術(shù)公司。
（二）試驗(yàn)流程
弱磁選－強(qiáng)磁選和磁化焙燒－弱磁選試驗(yàn)流程見(jiàn)圖2和圖3。
圖2 磨礦－弱磁選－強(qiáng)磁選試驗(yàn)流程
圖3 磁化焙燒－弱磁選試驗(yàn)流程
三、試驗(yàn)結(jié)果及分析
（一）弱磁選－高梯度強(qiáng)磁選試驗(yàn)
1、磁感應(yīng)強(qiáng)度對(duì)弱磁選的影響
磁選管磁感應(yīng)強(qiáng)度對(duì)弱磁選的影響見(jiàn)圖4。
圖4 磁感應(yīng)強(qiáng)度對(duì)弱磁選的影響
●－品位；▲-回收率
從圖4可見(jiàn)，隨著磁感應(yīng)強(qiáng)度升高，鐵精礦的品位略有降低，而回收率迅速提高。在磁感應(yīng)強(qiáng)度0.10T和0.12T時(shí)，鐵精礦品位沒(méi)有變化，都是58. 70%，而回收率由50.47%提高到了56.12%；當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到0. 14 T時(shí)，鐵精礦的品位降低了0.8個(gè)百分點(diǎn)，回收率達(dá)到了58.10%。通過(guò)弱磁選主要是回收大顆粒磁性礦物，-325目的微細(xì)粒磁性礦物及弱磁性鐵礦物并沒(méi)有有效地回收。因此回收率不夠高，說(shuō)明相當(dāng)多的弱磁性和微細(xì)粒磁性礦物進(jìn)入尾礦，所以必須對(duì)弱磁選的尾礦進(jìn)行高梯度強(qiáng)磁選。
2、磁感應(yīng)強(qiáng)度對(duì)強(qiáng)磁選的影響
試驗(yàn)條件：礦漿流速4.2cm/s，礦漿濃度10%，磁介質(zhì)填充率8%。磁感應(yīng)強(qiáng)度對(duì)強(qiáng)磁選影響的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5。
圖5 磁感應(yīng)強(qiáng)度對(duì)強(qiáng)磁選的影響
●－品位；▲－回收率
從圖5可見(jiàn)，隨著磁感應(yīng)強(qiáng)度的增大，鐵精礦的回收率升高，品位則下降。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度由0.4T上升到0.5 T時(shí)，回收率提高5個(gè)百分點(diǎn)，達(dá)到了29%以上，而品位為44. 47%，下降不大。繼續(xù)升高磁感應(yīng)強(qiáng)度，回收率提高并不明顯，但品位急劇下降。因?yàn)?，磁感?yīng)強(qiáng)度比較強(qiáng)時(shí)，磁性吸附力也較大，導(dǎo)致許多弱磁性連生礦物及脈石等進(jìn)入強(qiáng)磁選精礦。
3、礦漿濃度對(duì)強(qiáng)磁選的影響
礦漿濃度對(duì)強(qiáng)磁選精礦影響的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖6。試驗(yàn)條件：瓦斯灰- 200目占70%，礦漿流速4.2 cm/s，磁介質(zhì)填充率8%，強(qiáng)磁選磁感應(yīng)強(qiáng)度0.5T。
圖6 礦漿濃度對(duì)強(qiáng)磁選的影響
●－品位；▲－回收率
從圖6可見(jiàn)，當(dāng)?shù)V漿濃度由10%變化到15%時(shí)，鐵精礦的品位沒(méi)有多大變化，而回收率卻有了較大的提高，從76.79%提高到了82.83%：當(dāng)?shù)V漿濃度達(dá)到20%時(shí)，精礦回收率雖然達(dá)到了90%以上，但品位下降到47. 53%。這是因?yàn)?，入料礦漿濃度高使分選礦物的粘度增大，機(jī)械夾雜現(xiàn)象嚴(yán)重，易造成脈石礦物夾于磁性產(chǎn)品中，也就降低了磁選機(jī)凈化的效果，使精礦品位降低；而礦漿濃度過(guò)小又會(huì)造成水資源的浪費(fèi)，生產(chǎn)設(shè)備處理能力相對(duì)降低。
4、礦漿流速對(duì)強(qiáng)磁選的影響
試驗(yàn)條件：礦漿粒度-200目占70%，礦漿濃度15%，磁介質(zhì)填充率8%，強(qiáng)磁選磁感應(yīng)強(qiáng)度0.5T。礦漿流速對(duì)強(qiáng)磁選精礦影響的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖7。
圖7 礦漿流速對(duì)強(qiáng)磁選的影響
●－品位；▲－回收率
從圖7可見(jiàn)，隨著礦漿流速的增大，品位逐漸提高，回收率隨之下降。當(dāng)體積流速為4.2cm/s時(shí)，品位上升到52. 87%，原因是體積流速越大，礦料混合液在磁選機(jī)內(nèi)的滯留時(shí)問(wèn)短，一些弱磁性的物質(zhì)被沖刷出去，因而回收率低，品位升高。
通過(guò)以上試驗(yàn)，得出最佳工藝條件是弱磁選磁感應(yīng)強(qiáng)度0.12T，強(qiáng)磁選磁感應(yīng)強(qiáng)度0.5T，礦漿流速4.2 cm/s，礦漿濃度15%，磨礦細(xì)度-200目占70%。磁選指標(biāo)如表3所示。
表3 弱磁選－強(qiáng)磁磁選試驗(yàn)結(jié)果 %
從表3可見(jiàn)，鐵的回收率達(dá)到79.48%，品位提高到了55. 42%，可在高爐煉鐵中做配料使用。另外經(jīng)檢測(cè)尾礦中碳、鋅、鎂元素元素含量相對(duì)提高，為回收這些物質(zhì)奠定了基礎(chǔ)。由于高梯度磁選機(jī)磁選過(guò)程中，很容易出現(xiàn)機(jī)械夾雜和磁團(tuán)聚現(xiàn)象，使一些雜質(zhì)也進(jìn)入精礦里面，影響了精礦品位。因此經(jīng)過(guò)磨礦、弱磁選－強(qiáng)磁選工藝所得到的精礦必須通過(guò)其他選礦方法如重選、浮選等處理才有可能獲得合格的鐵精礦。
（二）磁化焙燒－弱磁選試驗(yàn)
1、焙燒溫度對(duì)磁化焙燒還原度的影響
瓦斯灰中含有相當(dāng)?shù)某噼F礦，為此研究了焙燒溫度對(duì)瓦斯灰還原度的影響。在瓦斯灰粒度-200目占40%、還原劑為瓦斯灰本身帶有含碳物質(zhì)的條件下，其試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖8。
圖8 焙燒溫度對(duì)還原度的影響
根據(jù)定義，還原度=FeO含量/TFe含量×100%，在理想焙燒情況下，F(xiàn)e2O3全部還原成Fe3O4時(shí)理論上焙燒礦的還原度為42.8%。從圖8可看出，當(dāng)溫度在700～850℃之間時(shí)，隨著磁化焙燒溫度的升高，鐵礦物的還原度也隨著提高。焙燒溫度在700～750℃，瓦斯灰的鐵礦物還原度提高得不多，還原度分別為39.1%和40.2%。還原度在800℃時(shí)接近42. 8%。當(dāng)溫度達(dá)到850℃時(shí)，出現(xiàn)了過(guò)還原現(xiàn)象，該試驗(yàn)800℃是該磁化焙燒反應(yīng)的最佳溫度。
2、焙燒溫度對(duì)弱磁選的影響
試驗(yàn)條件：焙燒時(shí)間60 min，礦樣粒度- 200目占70%，磁選管磁感應(yīng)強(qiáng)度0.12 T，瓦斯灰粒度- 200目占40%。圖9給出了不同焙燒溫度獲得的磁化焙燒礦的磁選結(jié)果。
圖9 焙燒溫度對(duì)磁選效果的影響
●－品位；▲－回收率
從圖9可看出，隨著焙燒溫度的升高，鐵精礦品位逐漸升高，而回收率下降。700，750℃時(shí)鐵精礦的品位分別為58. 20%，58. 80%，變化并不大，回收率由700℃的78. 80%下降到了750℃時(shí)的73. 53%；當(dāng)溫度到達(dá)800，850℃，鐵精礦的品位分別提高到了60. 80%，61. 90%，800℃時(shí)鐵精礦的回收率仍在70%以上，而850℃的回收率僅為40.09%；這主要因?yàn)樵诟邷?，還原劑過(guò)多的條件下，產(chǎn)生了過(guò)還原現(xiàn)象，生成了弱磁性富氏體或弱磁性的硅酸鐵。
3、焙燒時(shí)間對(duì)弱磁選的影響
試驗(yàn)條件：焙燒溫度800℃，礦樣粒度- 200目占70%，磁感應(yīng)強(qiáng)度0.12 T，瓦斯灰粒度- 200目占40%。圖10給出了不同焙燒時(shí)間獲得的磁化焙燒礦的磁選結(jié)果。
圖10 焙燒時(shí)間對(duì)磁選效果的影響
●－品位；▲－回收率
從圖9可見(jiàn)，隨著磁化焙燒時(shí)間的增加，所得鐵精礦的品位并沒(méi)有多大變化，都保持在60. 70%以上，而鐵回收率在焙燒30 min到60 min時(shí)，有明顯的增加，從焙燒30 min時(shí)的64. 22010迅速提高到了60 min時(shí)的70. 61%。當(dāng)焙燒時(shí)間提高到90 min時(shí)，精礦的回收率為71. 99%，僅提高了1.31個(gè)百分點(diǎn)。這說(shuō)明在焙燒30 min時(shí)，瓦斯灰中的弱磁性鐵礦物還沒(méi)有充分還原成強(qiáng)磁性的礦物，焙燒時(shí)間增加到60 min以后，弱磁性礦物基本都被還原成強(qiáng)磁性鐵礦物。
4、磨礦細(xì)度對(duì)弱磁選的影響
試驗(yàn)條件為焙燒溫度800℃，焙燒時(shí)間60 min，磁感應(yīng)強(qiáng)度0.12 T。磨礦細(xì)度對(duì)弱磁選效果的影響見(jiàn)圖11。
圖11 磨礦細(xì)度對(duì)磁選效果的影響
●－品位；▲－回收率
從圖11可看出，隨著磨礦細(xì)度變細(xì)，鐵精礦品位略有提高，而回收率迅速下降。- 200目占50%，70%，90%的焙燒礦，其磁選鐵精礦品位分別為59. 90%，60.80%，61.10%，回收率分別為75.72%，70. 61%，62. 23%。因?yàn)?，隨著礦樣磨得越細(xì)，磁性礦物粒度減小，所受磁力會(huì)下降。此外，礦樣磨細(xì)后，礦漿容易因團(tuán)聚而夾雜，這些都影響鐵回收率。較好的磨礦細(xì)度為- 200目占700/0。
通過(guò)上述試驗(yàn)，確定了瓦斯灰磁化焙燒－弱磁選的最優(yōu)工藝條件：焙燒溫度800℃，焙燒時(shí)間60mm，礦樣磨礦細(xì)度- 200目占70%，還原劑瓦斯灰粒度- 200目占40%，弱磁選磁感應(yīng)強(qiáng)度0.12 T。在此條件下，可獲得品位大于60. 70%，回收率大于70%的鐵精礦，其中硫、磷含量分別只有0.17%，0. 021%，基本達(dá)到高爐煉鐵水平的要求。
四、結(jié)論
（一）通過(guò)對(duì)包鋼瓦斯灰中化學(xué)成分、主要礦物組成、鐵礦物的嵌布粒度等工藝礦物學(xué)研究，確定瓦斯灰中鐵礦物以赤鐵礦和磁鐵礦為主，大部分鐵礦物都在在- 50 +200目和- 325目中，全鐵分布率占總量的86. 86%，其中- 325目中鐵的金屬分布率達(dá)到了34. 68%。由于包鋼瓦斯灰受到白云鄂博礦石的影響，使回收有價(jià)元素更加困難。
（二）弱磁選－強(qiáng)磁選工藝試驗(yàn)表明，磁感應(yīng)強(qiáng)度、礦漿濃度、礦漿流速等對(duì)試驗(yàn)都有影響，在弱磁選0.12 T，強(qiáng)磁選0.5 T，磨礦細(xì)度- 200目占70%，礦漿濃度15%，礦漿流速4.2 cm/s，磁介質(zhì)填充率為8%的條件下，獲得了品位55. 42%，回收率79.48%的混合鐵精礦。
（三）磁化焙燒－弱磁選工藝試驗(yàn)表明，焙燒溫度、焙燒時(shí)間、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磨礦細(xì)度等對(duì)試驗(yàn)都有影響，在焙燒溫度800℃，焙燒時(shí)間60 min，磨礦細(xì)度- 200目占70%，還原劑瓦斯灰粒度- 200目占40%，弱磁選磁感應(yīng)強(qiáng)度0.12 T的條件下，獲得了品位60. 70%，回收率70%以上的鐵精礦。
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