（材料加工工程专业论文）从含铁尘泥回收铁的试验研究.pdf

内蒙古科技大学硕士学位论文 论文题目一 协含铁尘泥回收铁的试验研究 l i i ii i ir lrl rll llr lll li y 17 8 9 6 2 2 作者： 龚俊 指导教师：堡塑茎穆撂 协助指导教师： 单位：! 塑翌窒堕 论文提交日期：2 0 1 0 年0 6 月0 8 日 学位授予单位：内蒙古科技大学 单位： 单位： 独创性说明 本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得 内蒙古科技大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中做了明确的说明并 表示了谢意。 签名：熏袤、日期：沪p 参富 关于论文使用授权的说明 本人完全了解内蒙古科技大学有关保留、使用学位论文的规定， 即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可 以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保 存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵循此规定) 日期：扣l o 6 8 ， 从含铁尘泥回收铁的试验研究 1 一 _l 一t e x o e r i m e n t a ls t u d i e s0 nl r o nr e c o v e n ro tl r o n c 0 n t a l n l n g d u s ts l i m e 研究生姓名：龚俊 指导教师姓名：张邦文 内蒙古科技大学材料与冶金学院 包头0 1 4 0 1 0 ，中国 c a n d i d a t e ： g o n gj a n s u p e r v i s o r ：z h a n gb a n g w e n s c h o o lo f m a t e r i a la n dm e t a l l u r g y i n n e rm o n g o l i au n i v e r s i t yo fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y b a o t o u0 1 4 0 1 0 ，p r c h 烈a 内蒙古科技大学硕士学位论文 摘要 目前，我国钢铁工业所需的铁矿石自给率仅4 6 左右，国内铁矿石资源严重短 缺，必须扩大开发利用二次铁矿资源。2 0 0 9 年我国钢产量为5 6 5 亿吨，含铁尘泥占钢 产量的8 1 2 ，这一丰富的铁资源利用不当，是对铁资源的巨大浪费。高炉瓦斯 灰、瓦斯泥和转炉红尘是冶金企业排放的大宗含铁尘泥，目前主要通过返回烧结的 办法循环利用。这些尘泥极其细小，携带的部分有害杂质未充分去除，因此，对烧 结工艺乃至高炉炼铁均有负面影响，有必要寻求利用含铁尘泥的新方法、新工艺。 本文以包钢高炉瓦斯灰、瓦斯泥和转炉红尘为对象，在分析三种原料成分特征 的基础上，提出了弱磁选、高梯度强磁选以及焙烧磁选等工艺回收铁精矿，进行 了工艺矿物学和试验条件研究，对三种工艺进行了对比。 工艺矿物学研究表明，高炉瓦斯灰t f e 3 1 ，c 3 3 6 5 ；瓦斯泥t f e 4 2 4 ， c 1 6 1 5 ；转炉红尘t f e 5 4 8 ，三种含铁尘泥铁氧化物以f e 2 0 3 为主。 各种磁选工艺获得的最佳指标如下：( 1 ) 弱磁选：瓦斯灰铁精矿品位5 5 、回 收率6 0 ；瓦斯泥铁精矿品位6 1 、回收率31 ；转炉红尘铁精矿品位6 1 、回收 率1 6 。( 2 ) 高梯度强磁选：瓦斯灰铁精矿品位5 3 、回收率7 5 ；瓦斯泥铁精矿 品位5 1 、回收率4 2 ；转炉红尘铁精矿品位5 7 、回收率7 2 。 ( 3 ) 磁化焙烧一 弱磁选：瓦斯灰和转炉红尘按碳过量6 配成混合料，经焙烧铁精矿品位6 1 ，回收 率8 6 ；瓦斯泥焙烧后铁精矿品位6 1 、回收率8 9 。因此，从技术上看，磁化焙 烧一弱磁选工艺优于弱磁选、高梯度强磁选工艺。 关键词：含铁尘泥；磁化焙烧；磁选；铁精矿；铁品位；回收率 内蒙古科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t a tp r e s e n t , s e l f - s u f f i c i e n c yr a t eo fk o no r er e q u i r e db yc h i n a ss t e e li n d u s t r yi sa b o u t4 6 i no r d e rt or e s o l v eas e r i o u ss h o r t a g eo fd o m e s t i ci r o no r er e s o u r c e s ，i ti sn e c e s s a r yt oe x p l o i t a n du t i l i z es e c o n d a r yi r o no r er e s o u r c e s i n2 0 0 9 ，s t e e lp r o d u c t i o ni nc h i n ar e a c h e da b o u t 0 5 6 5b i l l i o nt o n s ，t h r o u g h8 t o1 2 o f w h i c hi si r o n - b e a r i n gd u s t s d u s t s ) i ti sa h u g e w a s t ea b o u ti r o nr e s o u r c e si f t h e s ed u s t sc a n tb eu t i l i z e dp r o p e r l y m o s to f t h ei bd u s t s ，s u c h a sb l a s tf u r n a c ed u s t , b l a s tf u r n a g es l u d g ea n dc o n v e r t e rd u s t , a 糟c u r r e n t l yu t i l i z e di n m e t a l l u r g ye n t e r p r i s e st h r o u g hr e t u mt os i n t e r i n g b e c a u s et h e s e d u s t sa r ee x t r e m e l ys m a l li n s i z ea n dc o n t a i n sh a r m f u li m p u r t i e s ，t h e yh a v ean e g a t i v ei m p a c to ns i n t e r i n ga n db l a s t f u r n a c ep r o c e s s i ti sn e c e s s a r yt od e v e l o pa n e wm e t h o do rr o u t i n et oe x p l o i tt h ei bd u s t s i nt h i sa r t i c l e ，t h r e et y p e so fs e p a r a t i o np r o c e s s e sh a v eb e e np r o p o s e da n dc o m p a r e dt o r e c o v e ri r o nc o n c e n t r a t ef r o mt h ei bd u s t sa sf o l l o w s ：l o wi n t e n s i t ym a g n e t i cs e p a r a t i o n ， l l i g hg r a d i e n ti n t e n s i t ym a g n e t i cs e p a r a t i o na n dm a g n e t i z a t i o nr o a s t i n g - m a g n e t i cs e p a r a t i o n s t u d i e so np r o c e s sm i n e r a l o g ys h o w e d , t f ew a s31 a n dcc o n t e n tw a s3 3 6 5 i nb l a s t f i l m a c ed u s t ；t f ew a s4 2 4 a n dcc o n t e n tw a s1 6 1 5 i nb l a s tf u l l l a c es l u d g e ；t f ew a s 5 4 8 i nc o n v e r t e rd u s t ；a n di r o no x i d e sw a sm a i n l y f e 2 0 3i na l lt h r e ed u s t s u s i n gl o wi n t e n s i t ym a g n e t i cs e p a r a t i o n , w eg o tt h eb e s tm a g n e t i ci n d i c a t o r ：i r o n c o n c e n t r a t eg r a d eo fb l a s tf u r n a c ed u s tw a s5 5 a n di r o nr e c o v e r yr a t ew a s6 0 ；i r o n c o n c e n t r a t eg r a d eo fb l a s tf u r n a c es l u d g ew a s6 1 a n di r o nr e c o v e r yr a t ew a s3l ；i r o n c o n c e n t r a t eg r a d eo fc o n v e a e rd u s tw a s6 1 a n di r o nr e c o v e r yr a t ew a s1 6 m o r e o v e r , u s i n gh i g hg r a d i e n ti n t e n s i t ym a g n e t i cs e p a r a t i o ，w eg o tt h eb e s tm a g n e t i ci n d i c a t o r ：i r o n c o n c e n t r a t eg r a d eo fb l a s tf u h l a c ed u s tw a s5 3 a n di r o nr e c o v e r yr a t ew a s7 5 ；i r o n c o n c e n t r a t eg r a d eo fb l a s tf u r n a c es l u d g ew a s51 a n di r o nr e c o v e r yr a t ew a s4 2 ；i r o n c o n c e n l a a t eg r a d eo fc o n v e a e rd u s tw a s5 7 a n di r o nr e c o v e r yr a t ew a s7 2 l a s t l y , u s i n g m a g n e t i z a t i o nr o a s t i n g - l o wi n t e n s i t ym a g n e t i cs e p a r a t i o n , w eg o tt h eb e s tm a g n e t i ci n d i c a t o r ： m i x t u r ei r o nc o n c e n t r a t eg r a d eo f b l a s tf i l m a c ed u s ta n dc o n v e r t e rd u s tw h i c hm a s sr a t i ow a s 6 i r o nc o n c e n t r a t eg r a d ew a s6 1 a n di r o nr e c o v e r yr a t ew a s8 6 ；i r o nc o n c e n t r a t eg r a d e o f b l a s tf u r n a c es l u d g ew a s6 1 a n di r o nr e c o v e r yr a t ew a s8 9 k e yw o r d s ：i r o n - c o n t a i n i n gd u s t ；m a g n e t i z a t i o nm a s t i n g ；m a g n e t i cs e p a r a t i o n ；i r o n c o n c e n t r a t e ；g r a d e ；r e c o v e r y 内蒙古科技大学硕士学位论文 目录 摘要 a b s t r a c t 引 言1 l 文献综述2 1 1 我国铁矿资源状况一2 1 2 含铁尘泥的基本特征及利用状况一4 1 2 1 含铁尘泥的基本特征4 1 2 2 含铁尘泥的利用状况5 1 3 磁选技术的研究现状7 1 。3 1 磁选原理7 1 3 2 弱磁选8 1 3 3 高梯度磁选8 1 3 4 磁化焙烧一弱磁逛1l 1 4 课题的提出及研究内容1 2 1 4 1 选题目的1 2 1 4 2 选题意义1 3 1 4 3 研究内容1 3 2 原料工艺矿物学研究1 5 2 1 原料特征1 5 2 2 原料的粒度分析1 5 2 3 原料化学成分组成1 6 2 4 原料铁物相分析1 6 3 弱磁选试验研究1 9 3 1 弱磁选试验流程1 9 3 2 瓦斯灰弱磁选结果及分析1 9 3 3 瓦斯泥弱磁选结果及分析2 1 3 4 转炉红尘弱磁选结果及分析2 2 3 5 小结2 3 4 高梯度强磁选研究2 4 4 1 高梯度磁选机工作原理。2 4 4 2 实验设备及操作步骤2 4 4 3 高梯度磁选试验流程2 5 4 4 瓦斯灰高梯度磁选结果及分析2 6 内蒙古科技大学硕士学位论文 4 4 1 磁场强度对磁选指标的影响2 6 4 4 2 磨矿粒度对磁选指标的影响一2 7 4 4 3 矿浆流速对磁选指标的影响2 7 4 4 4 矿浆浓度对磁选指标的影响2 8 4 5 瓦斯泥高梯度磁选结果及分析2 9 4 5 1 磁场强度对磁选指标的影响一2 9 4 5 2 磨矿粒度对磁选指标的影响一3 0 4 6 转炉红尘高梯度磁选结果及分析3 1 4 6 1 磁场强度对磁选指标的影响一3l 4 6 2 磨矿粒度对磁选指标的影响3 2 4 7 小结3 3 5 磁化焙烧一弱磁试验3 4 5 1 磁化焙烧一弱磁试验流程j 3 4 5 2 混合料磁化焙烧一弱磁选实验结果及分析3 5 5 2 1 焙烧温度对还原度的影响一3 5 5 2 2 焙烧温度对磁选指标的影响3 6 5 2 - 3 焙烧时间对磁选指标的影响一3 7 5 2 4 焙烧气氛对磁选指标的影响3 8 5 2 5 激磁电流强度对磁选指标的影响3 9 5 2 6 磨矿粒度对磁选指标的影响4 0 5 3 瓦斯泥磁化焙烧一弱磁选试验结果及分析4 1 5 3 1 焙烧温度对还原度的影响一4 1 5 3 2 焙烧温度对磁选指标的影响4 2 5 3 3 焙烧时间对磁选指标的影响一4 3 5 3 4 磨矿粒度对磁选指标的影响一4 4 5 3 5 激磁电流强度对磁选指标的影响4 5 5 4 小结4 6 结论一4 7 参考文献4 8 附录a 焙烧后铁精矿的x r d 衍射分析及元素分析5 2 在学研究成果一5 5 致 谢一5 6 内蒙古科技大学硕士学位论文 引言 随着我国经济的迅猛发展，我国对铁矿石的需求量与日俱增。2 0 0 7 年，铁矿石进口 量已经高达3 8 4 亿吨，2 0 0 9 年进口6 3 亿吨，同比增长4 1 6 。自2 0 0 3 年以来，我国 已经取代日本成为世界第一大铁矿石进口国，对进口矿的依赖程度已超过6 0 。这在一 定程度上也引发了世界范围内的铁矿石价格暴涨，造成了国家外汇的大量的流失。在这 种情况下，利用好国内的现有资源，对有效抑制铁矿石价格的上涨，推进我国国民经济 持续、健康、协调发展具有十分重要的作用【m 。 钢铁行业产生的二次资源对国家资源综合利用方面起着重要的作用，而含铁尘泥就 是其中的一种。主要来自于冶炼、轧制等各工序的除尘和废水处理工艺，一般含铁 3 0 旷7 0 ，占钢产量的8 - 1 2 ，种类包括高炉瓦斯灰( 泥) 、转炉红尘、电( 转) 炉除尘 灰、冷( 热) 轧污泥、轧钢氧化铁鳞、烧结尘泥、出铁场集尘、含油铁屑等等。随着钢铁 工业的迅猛发展，高炉不断趋向大型化，含铁尘泥的产量与日俱增【5 1 。冶金含铁尘泥的 再资源化已逐渐纳入全国钢铁企业的行业规划中。 细磨一弱磁选工艺，主要用于磁铁矿分选，是目前选矿工艺中最基础的工艺，对磁 铁矿处理可以获得较高的技术和经济指标；细磨一强磁选工艺，主要用于弱磁性铁矿 石，如赤铁矿、镜铁矿等，随着高梯度强磁选机的成功研制和进一步的改进，强磁选应 用越越广泛；磁化焙烧一弱磁选工艺，主要用于弱磁性矿石，如难选的赤铁矿、褐铁 矿、菱铁矿等。 磁化焙烧是是目前处理弱磁性矿物的重要手段。李超用磁化焙烧处理铁矿尾矿经磁 选得到铁品位6 1 3 0 回收率8 8 2 0 的铁精矿；周建军用磁化焙烧弱磁选处理云南某地 区的鲕状赤褐铁矿磁，矿中铁品位提高至6 0 1 8 ，回收率达8 5 9 1 ；白丽梅针对张家口 难选鲕状赤铁矿通过磁化焙烧弱磁获得品位6 3 0 6 、回收率8 6 。0 5 的铁精矿 6 - 9 1 。 磁化焙烧一弱磁选工艺运用于尾矿和难选赤铁矿已取得了很好的效果，但还很少应 用于含铁尘泥。介于目前含铁尘泥除直接倾倒野外或填埋处理，其余的是直接配入或造 成小球配入烧结料和球团料中，但含铁尘泥中的高炉瓦斯灰( 泥) 、转炉红尘粒度比铁 精矿粉细，配入烧结料中将大大影响烧结料层的透气性，降低烧结过程的效率；含铁尘 泥中的k 、n a 、s 、p 等有害元素也在炉内循环累积，造成箅条堵塞，高炉结瘤。影响其 产品的经济技术指标和造成高炉炉衬损坏。 本研究针对目前国内对瓦斯灰( 泥) 、转炉红尘的处理缺陷，对三种含铁尘泥进行 了矿物学研究，采用了细磨一弱磁选工艺、细磨一高梯度强磁选工艺、磁化焙烧一弱磁 选工艺，其目的是降低有害元素的的含量，提高含铁尘泥的有效利用，缓解我国铁矿石 进口被动处境。 内蒙古科技大学硕士学位论文 1 文献综述 1 1 我国铁矿资源状况 铁矿石是钢铁工业的主要原料，我国是世界第一大铁矿石生产国，约占世界铁矿石 产量的2 0 。我国铁矿石资源多而不富，多数是中小矿床，铁矿成因多，造成矿石类型 复杂、多成分共伴生矿所占比例大。截至2 0 0 2 年底，我国铁矿基础储量2 1 3 5 7 亿吨， 资源量达3 6 5 1 5 亿吨，居世界第3 位；但我国铁矿石资源以贫矿为主，在已探明的铁 矿石储量中，贫矿达到9 8 ，平均含铁量仅3 3 【l o 】。我国的铁矿石多为地下矿，开采 难度大，成本高。2 0 0 4 年，我国铁矿石产量3 1 0 亿吨，原矿石平均品位3 1 ，约可支 撑生产9 5 0 0 万吨生铁，而2 0 0 4 年我国生铁产量2 5 2 亿吨，另外的1 5 7 亿吨生铁需要 进口2 4 0 亿吨铁矿石支撑，当年我国实际进口铁矿石2 0 8 亿吨。2 0 0 4 年我国铁矿石表 观消费量己经攀升至5 1 8 亿吨。目前，世界铁矿年产量在8 5 - - 0 0 亿吨，铁矿贸易量在 4 h 5 亿吨。世界铁矿石贸易中，巴西和澳大利亚是两个最大输出国，出口量占世界 出口量一半以上，而铁矿石的主要采购国是中国、日本、韩国和德国，占世界进口量的 一半以上【l l j 。随着我国钢铁工业的迅猛发展，我国己经成为世界铁矿石的主要采购国。 近年来，钢铁产量大幅度增长，刺激多种类型的投资投向国内铁矿采选业。2 0 0 6 年国内铁矿石采选业完成固定投资资产5 0 亿元，2 0 0 7 年又猛增到1 3 3 亿元，2 0 0 8 年进 一步增至2 5 0 亿元左右。在投资的拉动下，国内仅新建矿山部分，铁矿石生产能力就达 9 0 0 0 万吨，2 0 0 8 年矿石产量达到5 4 亿吨【1 2 1 。虽然铁矿石产量在逐渐增长，但增长速 率低于钢铁产量的增长速率，并且表现出缓慢下降的发展态势，铁矿石进口量逐年增 加，我国对进口铁矿石的需求实际已接近总需求量的一半 1 3 , 1 4 1 。目前，国内矿石自给率 较低的主要原因是我国9 0 以上的铁矿石为贫矿杂矿，开采建设投入量大，生产成本很 高，而原有矿山逐渐老化，继续提高产量己经十分困难。因此各大钢铁企业都在设法提 高铁矿资源的利用率，降低生产成本。开发新的选矿技术与工艺，提高铁矿资源的综合 利用价值，解决低品位铁矿石资源的利用难题，降低钢铁企业的生产成本，己经成为一 项迫在眉睫的任务。 我国铁矿石主要分布在辽宁、河北、四川、安徽、内蒙古、湖北、云南、山东、河 南和北京等省市区，按产地集中程度可分为十大铁矿成矿区， ( 1 ) 鞍山一本溪成矿 区； ( 2 ) 冀东一北京密云成矿区； ( 3 ) 攀枝花一西昌成矿区；( 4 ) 五台一吕梁成矿 区； ( 5 ) 宁芜一庐橄成矿区；( 6 ) 包头一白云鄂博成矿区； ( 7 ) 鲁中成矿区； ( 8 ) 邯郸一邢台成矿区； ( 9 ) 鄂东成矿区；( 1 0 ) 海南成矿区。如前所述的l o 个地区就占 全国铁矿石储量的7 0 以上。 内蒙古科技大学硕士学位论文 我国铁矿资源有分布广泛，储量较集中( 主要分布在辽宁、河北和四川省) ，矿床 类型齐全，贫矿多富矿少，伴生矿多，矿石类型复杂，伴( 共) 生组分多等特点 1 5 - - 2 0 。 ( 1 ) 分布很广泛，但又相对较为集中 至今己查明的铁矿资源分布遍及全国2 9 个省、市、自治区7 0 0 个县( 旗) ，但又 成群、成带分布，相对集中的特点。按矿区储量规模，储量超过1 0 亿吨的超大型铁矿 区仅l o 处，分别为辽宁的齐大山、胡家庙子、东鞍山、西鞍山、南芬，河北的司家 营、内蒙古的白云鄂博，四川的攀枝花、红格和云南的惠民铁矿，储量占全国总量的 2 6 r 大型矿区( 储量1 1 0 亿吨) 有9 0 处，储量占全国储量的4 2 ；中型矿区( 储量 0 1 - 1 亿吨) 4 7 0 处，储量占全国储量的2 7 3 ；小型矿区( 储量小于1 0 0 0 万吨) 1 2 6 3 处，储量仅占4 6 。但以矿床规模来说，与铁矿资源丰富的巴西、澳大利亚、俄罗斯 等国家相比，超大型矿床少，中、小型矿床多。 ( 2 ) 矿床类型齐全 经地质勘查和矿床研究表明，我国铁矿床类型齐全，由于地质条件的多样性和复杂 性，形成了不同时代、不同类型的铁矿区。世界各地己发现的铁矿成因类型在我国均有 发现，沉积变质型铁矿又称受变质沉积型铁矿，该类铁矿主要产于前寒武纪古老的区域 变质岩系中，是我国十分重要的铁矿类型，占总储量的5 7 8 ，居各类型铁矿床之首； 其次是接触交代一热液型铁矿，主要赋存于中酸性一中基性侵入岩系与碳酸盐类岩石的 接触带或其附近；岩浆晚期型铁矿，这是一类与基性、基性一超基性岩浆作用有关的矿 床；沉积型铁矿，这是在出露地表的含铁岩石、矿物或铁矿体，在风化作用下，被破 碎、分解，搬运到低洼盆地中沉积下来而形成的；火山岩型铁矿，这类矿床是指与火山 岩、次火山岩有成因联系的铁矿床。 ( 3 ) 贫矿多富矿少矿石类型复杂 我国已探明的铁矿石储量近6 0 0 多亿吨，而贫铁矿石储量4 5 0 多亿吨，占全国储量 的9 7 ；且已探明的难选铁矿石占总储量约l 4 。并且铁矿资源贫矿多富矿少，全国铁 矿石平均品位低于世晁水平1 1 个百分点。而含铁平均品位在5 5 左右能直接入炉的富 铁矿储量只有l1 7 4 亿吨，占全国储量的2 5 ，而形成一定开采规模，且能单独开采的 富铁矿就更少了。 我国铁矿石自然类型复杂，主要是因为我国地处西伯利亚、太平洋和印度板块的接 合区，板块间岩浆活动频繁，成矿环境复杂，导致我国铁矿石类型多样化。其主要类型 有磁铁矿石、钒钛磁铁矿石、赤铁矿石、褐铁矿石、菱铁矿石、镜铁矿石及混合矿石。 在铁矿石保有储量中，目前开采的主要矿石类型是磁铁矿石和钒钛磁铁矿石，占储量的 7 0 。而赤铁矿石、菱铁矿石、褐铁矿石、镜铁矿石等类型矿石，因选别成本高，多数 尚未利用。 内蒙古科技大学硕士学位论文 ( 4 ) 多金属共( 伴) 生铁矿石比例高 多金属共( 伴) 生铁矿石是指铁矿石中共生和伴生的有益元素较多、成分复杂的铁 矿。据统计，这种铁矿储量约占全国总量的1 3 。涉及一批大超大型矿床，如白云鄂 博铁铌稀土矿床、四川攀枝花钒钛磁铁矿床、四川红格钒钛磁铁矿床、云南大红山铁铜 矿床、广东大顶铁矿床等等。伴( 共) 生有益组分有：钒、钛、铜、铅、锌、锡、钨、 铝、钾、镍、锑、金、银、硅、硼、硫、铬、稀土、铌、氟、磷、石灰石等2 0 多种。 这是我国铁矿资源的主要特征，因此矿石的高效利用是一个必须解决的问题。综合 开发利用较好的矿山有大冶铁矿、白云鄂博铁矿、马鞍山南山铁矿和攀枝花铁矿等，矿 山开采不但提供了高品位铁精矿，同时获得了大量其他矿产品，大大提高了企业的经济 效益。例如：大冶铁矿在原有回收铁、铜基础上，增加回收钻、硫、金、银等元素，提 高了企业经济效益。攀枝花钒钛磁铁矿中伴生的钒、钛资源储量居世界首位，已形成一 个重要的钒、钛资源基地，在选铁尾矿中采用重 孚一电选流程获取钛精矿成功；采用 直接还原法分离了铁、钒、钛，明显提高了企业效益。 ( 5 ) 矿物嵌布粒度细 我国铁矿石资源大多属于嵌布粒度细的矿石，矿石加工过程中很难充分单体解离。 要达到铁矿物基本单体解离的选别要求，多数要磨细到- 2 0 0 目占7 0 以上，有的则要磨 到2 5 0 - - 3 2 5 目甚至- 4 0 0 目，铁矿物才能单体解离，即使是嵌布粒度较粗的四川攀枝花铁 矿，在- 2 0 0 目占4 5 , - - 4 9 的粒度入选，才获得品位仅为5 2 的铁精矿。还有占一定储 量比例的鲕状铁矿石，铁矿物的嵌布粒度为几微米、几十微米，要获得高品位的铁精 矿，在现代磨、选技术条件下，不太可能。众所周知，磨矿粒度越细，选别难度越大， 金属流失越多，生产成本也越高。这些铁矿石难磨难分选，需要进一步研究科学合理的 分选技术和方法。 1 2 含铁尘泥的基本特征及利用状况 1 2 1 含铁尘泥的基本特征 冶金含铁尘泥主要是在钢铁冶炼、轧制过程中，产生的一种含铁较高的固体物质。 按照钢铁的生产工艺，含铁尘泥主要产生于炼铁、炼钢和轧钢等工艺。冶金含铁尘泥主 要包括高炉瓦斯泥( 灰) 、平炉灰、转炉尘泥、电炉粉尘、轧钢铁鳞等 2 7 , 2 8 。其特征如 下： ( 1 ) 高炉瓦斯泥 高炉瓦斯泥是炼铁厂高炉煤气洗涤污水排放于沉淀池中经沉淀处理而得到的固体废 料。主要由铁的氧化物、c a o 、m g o 、s i 0 2 、a 1 2 0 3 、z n 、p b 等组成，呈黑色泥浆状， 粒度较细且表面粗糙，有孔隙，质量轻，晶相独特，分离较困难。高炉瓦斯泥是高温产 内蒙古科技大学硕士学位论文 物，矿物表面性质与天然矿物存在差异，细粒矿物在高温作用下熔融在一起，极易包裹 脉石矿物，选矿难度大，有价元素的回收率较低。主要组分是铁、碳，并含有少量硅、 铝、钙、镁等元素，也有部分高炉粉尘中含有铅、锌、砷等有害元素。 ( 2 ) 高炉瓦斯灰 高炉瓦斯灰主要来自高炉炼铁过程中随高炉煤气一起排出的烟尘，经收集之后统称 为高炉瓦斯灰，又称布袋灰，呈灰色粉未状，粒度较高炉瓦斯泥粗。由于高炉炼铁过程 中使用的铁矿石、焦炭、石灰石、白云石以及萤石等原料经过高炉内部炉膛中不同温度 区域十分复杂的氧化还原等物理化学变化，其排放出来的烟尘中含有多种元素的自由 态和结合态的复合物。其主要成分是氧化铁和炭，也含有少量锌、铅等有回收价值的有 色金属。 ( 3 ) 转炉红尘 转炉红尘是炼钢过程中产生的烟尘经湿法除尘、除尘污水固液分离得到的暗红色污 泥。吨钢污泥的产生量干重达2 0k g ，具有含铁高、含水高、其氧化亚铁成分很高、颗 粒细的特点。转炉红尘是转炉炼钢过程中产生的除尘灰，其含铁品位高，s i 0 2 和有害元 素含量低，是一种利用价值很高的含铁废料。 ( 4 ) 平炉尘 平炉尘为平炉吹氧炼钢生产过程中烟气净化电除尘收集下来的粉未，呈棕红色或黄 棕色粉未状，其主要成分是f e 2 0 3 ，含量在9 0 以上，具有粘度大、粒度细、极干燥、 含铁量高、杂质少等特点。 ( 5 ) 电炉粉尘 电炉粉尘是电炉炼钢时，电炉烟尘经捕集器、烟道，最后经袋式除尘器处理收集 的。粒度很细，除含f e # l - ，还含有z n 、p b 、c r 等金属，具体化学成分及含量与冶炼钢种 有关，通常冶炼碳钢和低合金钢含较多的z n 和p b ，冶炼不锈钢和特种钢的粉尘含c r 、 n i 、m o 等。 ( 6 ) 轧钢铁鳞 轧钢铁鳞是在钢材轧制过程剥落下来的氧化铁皮以及钢材在酸洗过程中被溶解而成 的渣泥的总称，总铁含量在7 0 以上。 1 2 2 含铁尘泥的利用状况 鉴于含铁尘泥的来源、收集工艺不同，其化学成分差异很大。鉴于尘泥产量大、含 铁量高，t f e 占3 ”0 ，颗粒细，湿式收尘的尘泥含水率较高，达2 0 一5 0 ；在钢铁 生产中，含铁尘泥产量大，国内冶金企业平均发生量1 0 0 k g t 钢左右。因此，含铁尘泥 内蒙古科技大学硕士学位论文 应做为一种资源加以利用。目前，最普遍的利用途径是返回钢铁生产工艺。根据返回工 艺的位置，可将含铁尘泥的利用途径分为烧结法、炼铁法和炼钢法圆。 ( 1 ) 烧结法 目前大多数钢铁企业将含铁尘泥做为原料的一部分配入烧结混合料中进行回收。这 种方法国内的许多企业都在运用，这种利用方式在一定程度上实现了铁资源的回收利 用，有投入少，见效快的优点。烧结法要求含铁尘泥成分稳定而且均匀、松散，水分含 量低于1 0 ，粒度小于l o m m ，由于尘泥的种类多，难于分别单独进行配料计算，而且 含铁尘泥中成分波动大、颗粒差别也较大，混合后的尘泥很难达到烧结原料的质量标 准，以及尘泥中有害元素( 如硫、磷、锌、铅、钾、钠等) 未能去除，会恶化烧结料层 的透气性，降低烧结机台时产量。因些，这种方法只能属粗放型利用，直接配入烧结的 方式不能彻底解决含铁尘泥高效资源化回收利用问题。为解决好这些问题宝钢、济钢等 钢铁企业进行了研发，采取了某些改进措施，都取得了较好效果。 ( 2 ) 炼铁法 将含铁尘泥造块生产金属化球团，返回高炉是国外处理含铁尘泥较普遍的一种方 法。炼铁原料必须以块状进入高炉，且有一定的机械强度，金属化率高。金属化球团是 将灰泥按产生量配料、均匀混合、再加水湿润、添加粘结剂在圆盘造球机上加水造球， 生球经7 0 0 。c - 7 5 0 低温焙烧或在2 5 0 。c 以下干燥后，在回转窑内利用尘泥内的碳及外加 部分还原剂( 无烟煤或碎焦) ，在固态下还原，经冷却和分离获得金属化球团。炼铁法 不仅有利于环境保护，而且还提供了优质廉价的冶金原料。这种方法的优点是尘泥能全 面利用，同时可除尘泥中p b 、z n 、s 等有害杂质，+ 氧化锌去除率9 0 以上，获得的球团 还原后含铁超过7 5 ，球团金属化率大于9 0 ，其高温软化性能能够接近普通烧结矿， 满足炼铁工艺入炉的原料要求。但是，含铁尘泥生产金属化球团需建设链蓖机、回转窑 等大型复杂设备，因而成本高，占地面积大。目前国内应用较少。 ( 3 ) 炼钢法 将含铁尘泥造块返回炼钢工艺，用做炼钢的冷却剂是含铁尘泥利用的又一回收途 径，国内许多企业已使用这种方法。由于尘泥块中含有一定的c a o 、f e o ，再配加少量 的萤石、粘结剂等辅料，经造块冷固结用于炼钢工艺种可起到一定的造渣和助熔作用。 用于炼钢的尘泥一般是含铁较高的转炉红尘和轧钢铁皮，炼钢工艺的特点对尘泥块的强 度要求相对较低，因此，用于炼钢的尘泥造块多选用加水泥或二氧化硅和氧化钙的冷固 结、加黏结剂( z k 泥、沥青、复制酸钠等) 压团或热压团等方法。我国的鞍钢、武钢、 昆钢、涟钢等也进行了该工艺的工业化生产，并用于炼钢生产，冶炼效果好，对钢质量 无不良影响。将含铁尘泥造块炼钢是一种工艺简单、投资少、见效快、经济效益较好的 含铁尘泥回收方法。 内蒙古科技大学硕士学位论文 1 3 磁选技术的研飙状 磁铁矿石属于高中温热液接触交代矿床的矿石，其中主要铁矿物为磁铁矿，还含有 少量的黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿等硫化物，并连生有钴镍钒等有色金属。根据磁铁矿 石的物理性质，这种矿石最有效的选矿方法是以磁选法回收磁性矿物，以浮选法回收伴 生的硫化矿物。 赤铁矿石的矿物组成简单，主要是赤铁矿和石英。目前仍在探索诸如絮凝、高梯度 磁选、金属化和直接还原等处理微细粒嵌布的赤铁矿石。 1 3 1 磁选原理 磁选是基于矿物间磁性差异及其在磁场中所受磁力的大小，在不均匀磁场中 实现矿物之间分离的一种选矿方法。磁性颗粒在磁选机中成功分选的必要条件是： 当作用在强磁性颗粒上的磁力乃必须大于与磁力相反方向机械力的合力。，同时，应 满足作用在较弱磁性颗粒上的磁力足必须小于与磁力反向的机械力的合力：。即： 互 l ；疋 2 ( 式1 i ) 式中：f 一作用在强磁性颗粒上的磁力； 晶一所有与磁力方向相反的机械力的合力； 只一作用在弱磁性颗粒上的磁力； 昂，一与磁力反向的机械力的合力； 磁选的实质是利用磁力和机械力对不同磁性颗粒的不同作用而实现的。磁性颗粒进 入磁场后，其所受的磁力如公式1 2 所示： f = , u o i 4 2 8 时，说明焙烧矿已发生过还原，有一部分磁选矿已变成f e o ；当r 4 2 8 时， 说明焙烧矿还原不足。从图5 2 可以看出，当温度在6 5 0 8 0 0 之间时，随着磁化焙 烧温度的升高，铁矿物的还原度也随着提高，还原度在7 5 0 时接近4 2 8 ，7 5 0 认为 是该焙烧反应的最佳温度。 5 2 2 焙烧温度对磁选指标的影响 影响磁化焙烧矿质量和成本的主要因素是焙烧温度和时间。焙烧温度过低和过高都 影响选别指标。虽f e 2 0 ，的理论还原温度为5 7 0 c ，但在工业上的堆积态焙烧中，由于传 热传质速度慢，往往需要较长的焙烧时间，影响生产能力。为加快动力学反应速度，工 业生产上，一般需要的焙烧温度为6 5 0 8 5 0 。 本试验采用物料粒度2 0 0 目占7 0 、焦炭过量6 ，在6 5 0 。c 、7 0 0 、7 5 0 、8 0 0 温度下进行还原焙烧，还原时间为6 0 m i n ，经还原焙烧后，将焙烧矿磨至- - 2 0 0 目占 7 0 ，在x c g s 磁选管中1 a 的激磁电流下磁选得到的焙烧温度试验结果如图5 3 所示。 6 2 6 1 漕 鑫6 0 畦 5 9 图5 3 焙烧温度与磁选指标的关系 c o 在l f e 2 0 3 表面及内部快速化学反应使其转化为f e 3 0 4 ，其转化所需的温度较理论值 5 7 0 高一些，这是因为在较高温条件下c o 的反应活化能才能更高，以保证c o 在赤铁 矿表面及内部的反应快速完成【降饲。由图可以看出：随着焙烧温度的增大，磁选指标选 增大然后减小。温度过高时，将生成弱磁性的浮氏体( f e 3 0 4 f e o 固熔体) 和含铁硅酸 盐，发生过还原，矿物的磁性减弱，磁选过程中增加选别铁损失，直接导致精矿品位和 回收率降低；温度过低时，还原反应速度慢，不仅影响生产能力，而且一部分弱磁性矿 物将不能充分地还原成磁铁矿，从而大幅降低了回收率，磁化焙烧效果难以达到理想最 佳状态。因此，从精矿的品位和回收率综合考虑，适宜的磁化焙烧温度为7 5 0 。c 。 5 2 3 焙烧时间对磁选指标的影响 虽然确定了最佳的焙烧温度，但焙烧时间对铁矿石焙烧效果的影响仍然不容忽视。 当铁矿石处于某一确定的温度进行磁化焙烧时，必然存在一个与之相应的最佳焙烧时 间。这一最佳焙烧时间，可能是几秒钟，也可能是几分钟，甚至是几小时，但其根本上 是由焙烧温度、还原气氛、矿石性质( 粒度大小、矿物组成等) 、传热传质速率等因素所 决定的。因此必须有充足合理的反应时间。 本试验采用焦炭过量6 的混合料，在7 5 0 。c 下焙烧4 0 m i n 、6 0 r a i n 、8 0 m i n 、1 0 0 r a i n 后，将焙烧矿磨至- 2 0 0 目占7 0 ，在x c g s 磁选管中l a 的激磁电流下磁选，得到的焙烧 温度试验结果如图5 4 所示。 内蒙古科技大学硕士学位论文 、o 分 趟 皓 焙烧时间r a i n 图5 4 焙烧时间与磁选指标的关系 从图5 4 中可见：随着还原焙烧时间的增加，磁选指标先增大后又减小。磁选精矿 品位在焙烧6 0 r a i n 后达到6 0 4 ，铁回收率在8 9 。随着磁化焙烧时间的延长，碳在高温 下不断的被气化，有利于氧化铁还原生成四氧化三铁。但是磁化焙烧时间过长，还原生 成的四氧化三铁部分会出现过还原生成弱磁性的浮氏体，使得精矿的品位、产率和回收 率在6 0 m i n 以后出现下降的趋势。从试验成本和选别指标考虑，6 0 m i n 为最佳焙烧时间。 5 2 4 焙烧气氛对磁选指标的影响 高炉瓦斯灰与转炉红尘的磁化焙烧是在还原气氛中进行，而反应中的还原剂是由高 炉瓦斯灰中的炭来提供，将高炉瓦斯灰与转炉红尘按磁化焙烧反应中所需c 摩尔数过量 3 、6 、9 、1 2 四种比例配料，再将混合料细磨至2 0 0 目占7 0 ，在7 5 0 c 的还原 温度下焙烧6 0 m i n ，再将焙烧矿磨至2 0 0 目占7 0 ，在1 0 a 的激磁电流下弱选，得到 还原气氛与铁精矿品位、回收率关系曲线如图5 5 。 内蒙古科技大学硕士学位论文 还原剂用量畅 图5 5 还原气氛与磁选指标的关系 由图5 5 可以看出：品位、回收率曲线随着还原剂用量的增大，先增后减，在还原 剂不足6 时，还原剂用量太