（矿物加工工程专业论文）转炉尘泥分选利用及吸附铜离子的研究.pdf

武汉理i ：人学硕士学位论文 摘要 转炉尘泥是转炉炼钢过程中产生的一种副产品，全国年发生量在7 0 0 万t a 一- 9 5 0 万t a 。由于尘泥中含铁高，目前我国绝大多数转炉尘泥作为原料配入烧结 料，或采用炼铁法、炼钢法返回钢铁生产工艺循环利用，利用率虽然较高，但 是均存在一些不足，例如降低烧结质量、有色金属累积减少炼钢设备寿命等等。 故探求一种综合利用转炉尘泥，使之利用效率与综合经济效益均提高，并且产 生尽量少甚至零废弃物的方法是非常必要的。 本文以湖北某钢铁公司炼钢厂转炉尘泥为原料，对其进行了基本物理性质 的测试分析，探索了不同手段分选转炉尘泥，并尝试将不同阶段产品采用不同 的手段加以利用，以期提高转炉尘泥的综合回收利用价值。 通过对该转炉尘泥样品的形貌观察和测定以及基本物理性质试验研究，观 察测试发现，本转炉尘泥样品具有颗粒细，结合紧密，比表面积大的特点。试 验测得全铁含量为4 5 6 0 ，m f e 含量为2 3 0 2 、f e o 含量为5 7 1 0 ，其堆密 度为0 8 2 8g m l ，真比重为3 6 2g c m 3 ，粒度分布为：+ 0 0 7 4m i l l 占3 8 9 0 、一0 0 7 4 m m + 0 0 4 4m m 占1 0 5 9 、一0 0 4 4m l 1 占5 0 5l 。 利用矿物加工工艺( 主要是磁选) 将不同种物质进行分离提纯，探索了磁选管 弱磁选、湿式强磁选及高梯度磁选的选别效果，以及搅拌、退磁等不同工艺条 件对不同磁选的选别效果影响。磁性产品最终含铁( t f e ) 达到了7 8 3 3 ，利用此 磁性产品制备氧化铁红，得到了纯度达到9 2 9 4 的氧化铁红产品，达到了 g b l 8 6 3 - 8 0 中规定的h 1 0 2 一级品纯度要求。吸油量1 9 1 3g 1 0 0g 达到了 g b l 8 9 3 - 8 9 标准。 利用磁性分选后的转炉尘泥磁选尾矿去除铜离子的适宜条件为：在温度为 2 5 的条件下，尘泥磁尾投加量为8 l ，铜离子初始浓度为2 0m g l ，反应时 间为5 0m i n ，c 1 1 2 + 去除率为9 7 8 6 。吸附行为的影响因素主次顺序为：尘泥磁 尾投加量 铜离子溶液初始浓度 反应时间。 转炉尘泥磁选尾矿吸附c 1 1 2 + 的吸附动力学行为符合l a n g m u i r 速率方程，表 观吸附速率常数k = 0 0 0 9 5 ；吸附作用机理主要为表面吸附，伴随有少量置换反 应发生，可能存在絮凝吸附。 关键词：转炉尘泥，磁选，氧化铁红，吸附，铜离子 武汉理f ：大学硕十学位论文 a b s t r a c t c o n v e r t e rs l u d g ea n dd u s ti so n eo ft h ea u x i l i a r yp r o d u c t so fs t e e l m a k i n gw i t h t h ec o n v e r t e r t h e r ea r e7 , 0 0 0 ，0 0 0 - - 9 ，5 0 0 ，0 0 0t o n sb ep r o d u c e di nc h i n ae v e r yy e a r t h e s ey e a r s ，m o s to ft h ec o n v e r t e rs l u d g ea n dd u s ta r ep u ti n t ot h er a wm a t e r i a l s s i n t e r e da sm a t e r i a l sb e c a u s eo ft h eh i g hf ec o n t e n t a n do t h e r sa r er e u s e dt ot h e s t e e l m a k i n gf l o wb yd i r e c ti r o np r o c e s so rs t e e l m a k i n gp r o c e s s i nt h e s ew a y s ，t h eu s e r a t i oi sh i g h ，b u tm a n yp r o b l e m sa r ee x i s t e d f o re x a m p l e s ，i tr e d u c e st h ev e n t i n g q u a l i t yo fm i x e db u r d e nm o r ea n dm o r en o n f e r r o u sm e t a l sh a r mf o rl i f eo ft h e e x p e r i m e n t sa n de t c c o n s e q u e n t l y , i ti sv e r yi m p o r t a n tt oe x p l o r eaw a yo fu t i l i z i n g c o n v e r t e rs l u d g ea n dd u s t ，i nw h i c ht h eu s er a t i oa n de c o n o m i ce f f e c t i v e n e s sa r eb o t h i m p r o v e d b e s i d e sm u c hl e s sg a r b a g ei sp r o d u c e d t h ec o n v e r t e rs l u d g ea n dd u s tu s e di nt h ei n v e s t i g a t i o ni st a k e nf r o mas t e e la n d i r o nw o r k si nh u b e ip r o v i n c e t h e ya r ea n a l y z e db a s i cp h y s i c a lp r o p e r t i e si nl a b e n v i r o n m e n t e x p l o r e dd i f f e r e n tw a y st os e p a r a t et h ec o n v e r t e rs l u d g ea n dd u s t s u s e f u lc o m p o s i t i o n sa n dr e c y c l et h e mb yd i f f e r e n tm e t h o d sf o ri m p r o v i n gt h ew o r t h o fr e c o v e r ya n du t i l i z a t i o no ft h ec o n v e r ts l u d g ea n dd u s t t h r o u g ht h er e s e a r c ho ft h es u r f a c eo b s e r v a t i o na n dt h eb a s i cp h y s i c a lp r o p e r t y o fc o n v e r t e rs l u d g ea n dd u s ts a m p l e ，i th a sm a n yc h a r a c t e r i s t i c s s u c ha sf i n e g r a n u l a r i t y , t i g h tc o m b i n a t i o n ，b i gr a t i os u r f a c ea r e a t h er e s u l t so fe x p e r i m e n t sa r e t h a tt h ec o n t e n to ft f ei s4 5 6 0 ，t h ec o n t e n to fm f ei s2 3 0 2 ，t h ec o n t e n to ff e o i s5 7 10 ，t h es t a c kd e n s i t yi s0 8 2 8e m ea n dt h ep u r ep r o p o r t i o ni s3 6 2g c m t h e d i s t r i b u t i o no fg r a n u l a r i t yo fs a m p l ec a nb ei l l u s t r a t e da sf o l l o w s ，+ 0 0 7 4i t l n la c c o u n t s f i ) r 3 8 9 0 ，一0 0 7 4m m + 0 0 4 4l n n la c c o u n t sf o r 10 5 9 ，一0 0 4 4m ma c c o u n t sf o r 5 0 5 1 f i r s t l yt h ed u s t sa r es e p a r a t e db yc o n c e n t r a t i o nt e c h n o l o g y ( m o s t l ym a g n e t i c s e p a r a t i o n ) i nt h i se x p e r i m e n t a l lo ft h es e p a r a t er e s u l t so fl a b o r a t o r ym a g n e t i ct u b e ， w h i m sa n dh i g hi n t e n s i t ym a g n e t i cs e p a r a t i o na r eg o t t h ee x p e r i m e n te f f e c to f w h i pa n dd e m a g n e t i z a t i o nt om a g n e t i cs e p a r a t i o ni sb a l a n c e d t h ef ef i n a lc o n t e n to f t h ec o n c e n t r a t er e a c h e st o7 8 3 3 t h e nt h ec o n c e n t r a t ei su s e dt om a k i n gt h ei r o n o x i d er e d s t h et a r g e t so ft h ei r o no x i d er e d sa r et e s t e dc a r e f u l l y t h ed e g r e eo f p u r i t y i i 武汉理r 大学硕士学位论文 g e t st o9 2 9 4 i tr e a c h e st h eh10 2r e q u i r e m e n ta b o u tt h ep u r i t ys t a i rp r o d u c ti nt h e s t a n d a r do f g b l 8 6 3 8 0 t h eo i la b s o r p t i o nv a l u ec a nr e a c ht o1 9 1 3g 1 0 0ga n da l s o r e a c h e st h es t a n d a r do fg bl8 9 3 8 9 t h es u i t a b l ec o n d i t i o n so fr e m o v a lo fc 一十i nw a t e ru s i n gt h et a i l i n g so f m a g n e t i cs e p a r a t i o no fc o n v e r t e rs l u d g ea n dd u s ta r e ：a tat e m p e r a t u r eo f2 5 ( n o r m a lt e m p e r a t u r e ) c o n d i t i o n s ，t h ea d s o r p t i o nm a t e r i a lu s a g ei s8g l ，c o n c e n t r a t i o n o fc u 2 + i s2 0m g l ，a n dt h er e a c t i o nt i m ei s5 0m i n ，r e m o v a lr a t eo fc u 2 + i s9 7 8 6 t h ei m p o r t a t i o no fc o n d i t i o n si nt h eo r d e r ：t h eu s a g eo ft h ec o n v e r t e rs l u d g ea n d d u s t t h ec o n c e n t r a t i o no fc u 2 + r e a c t i o nt i m e t h et a i l i n g so fm a g n e t i cs e p a r a t i o no fc o n v e r t e rs l u d g ea n dd u s tr e a c tc o n s i s t e n t 谢t hl a n g m u i ri s o t h e r m k = 0 0 0 9 5 t h em e c h a n i s mo ft h ea d s o r p t i o ni s m a i n l y a b o u ts u r f a c ea d s o r p t i o na n dc o m p l i e sw i t hs o m e w h a to fr e p l a c e m e n tr e a c t i o na sw e l l i tm a ye x s i t sf l o c c u l a t i o na d s o r p t i o n k e y w o r d s ：c o n v e r t e rs l u d g ea n dd u s t ，m a g n e t i cs e p a r a t i o n ，i r o no x i d er e d ，a d s o r p t i o n ， c o p p e ri o n i i i 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。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过的研究成果，也不包含为获得 武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示了谢意。 溯o 5 牛 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的 全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有 关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息 服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究等c ：栩糊远矽p 驯护曩叶 武汉理下人学硕士学位论文 1 1 转炉尘泥概述 第l 章绪论 转炉炼钢是目前各国广泛采用的炼钢方法，尤其在我国，转炉炼钢产量占 全部钢产量的8 0 以上，转炉在吹氧冶炼过程中，钢液翻腾及熔体表面气流爆 裂溅起大量细微金属液滴，使一定量的铁和铁的氧化物蒸发并随炉气逸出，同 时加料过程中散料的细微颗粒也被炉气带入烟道。大量的烟气流经文氏管时， 高速的烟气冲击喷入的水柱，使水二次雾化成小于烟尘粒径1 0 0 倍的水滴，水 滴捕集和润湿烟尘，互相碰撞凝聚成较大的含尘水滴，使含尘烟气得到净化。 但伴随大量含尘有害物质进入水体，浓缩后形成转炉尘泥。一般流程见图1 1 。 图1 1 转炉尘泥发生流程 转炉尘泥的发生量( 干重量) 约为钢产量的2 ，目前我国转炉污泥的产生量 为每吨钢1 5k g 2 0k g ，全国转炉污泥发生量为7 0 0 万t a , - 一9 5 0 万妇。转炉尘 泥具有含铁高、含钙高、含水高( 可达2 0 5 0 ) 、粒度细、粘度大、活性高、 杂物多( 含有m g 、s i 、a i 、p 、m n 、c 、s 等) 等性质，并且经烟气净化后产生的 泥浆具有高硬度、高浊度、高p h 的特点【1 瑚。 武汉理1 _ 火学硕十学位论文 在钢铁生产中，转炉尘泥因发生量大、含铁较高，且具有一定的活性，故 是一种良好的二次资源，最简单的利用途径是返回钢铁生产工艺使用。目前我 国绝大多数转炉尘泥作为原料直接配人或造成小球配人烧结料，抑或采用炼铁 法、炼钢法，返回钢铁生产工艺达到循环利用。同时也存在不少问题，如：配 料困难和无法脱除有色金属等；造块返回炼铁工艺，存在造块工艺复杂、建厂 投资大；返回炼钢工艺则要求全铁含量较高；而部分含铁低的尘泥则无法利用 【4 ，5 】 o 近年来出现了许多转炉尘泥的高附加值利用研究，如制取粉末冶金制品、 生产氧化铁红等，均取得了一定的成功【6 ，7 1 。为了提高尘泥的利用率、经济价值 且尽量减少废弃物的产生，探究一种综合利用转炉尘泥的方法非常必要。 1 2 转炉尘泥组分及性质 转炉尘泥含有f e 、c a 、m g 、a i 、s i 、s 、p 、c 、p b 、z n 等多种元素，根据 地区和生产工艺的不一样，元素含量和物化性质也有一定的差别，但是都具有， 含铁高、含钙高、粒度细，粘度高，杂质多、孔隙大的基本特点2 1 。见表1 1 。 表1 1 我国部分钢厂转炉污泥化学多元素分析结果 从化学元素分析结果可以明显的看出，转炉尘泥中的铁主要以二价铁的形 式存在，由于较高的铁含量( 4 2 7 1 - 5 5 9 9 ) 和可观的钙含量( 4 6 3 - - - 1 9 9 2 ) ， 所以转炉尘泥回收起来是一种很好的冶炼工业原材料。可以注意到，其中a 1 2 0 3 的含量远远低于铁矿石中的a 1 2 0 3 的含量，这也是转炉尘泥适合回收的另一个优 点。 2 武汉理+ l j 入学硕+ 学位论文 转炉尘泥中的t f e ，c a o 及酸不溶物都均匀的分布在所有的粒度级别上，因 此，运用简单的选别技术来分选t f e 或者c a o 是很难达到的。粒级以及元素的 分布见表1 2 。 表1 2 某转炉尘泥样品粒级及元素分布 转炉尘泥样品x 射线衍射分析图谱见图1 2 。x 射线衍射分析是用来区分样 品中不同的矿物晶相的。 图l - 2 转炉尘泥x 射线衍射分析 c 方解石；m 一磁选精矿；q 一石英；h 一赤铁矿；f e _ 金属铁；w 一方铁矿 3 武汉理j 。人学硕+ 学化论文 f 图由二种样品：( 1 ) 块样，( 2 ) 9 5 0 f 煅烧过的块样，( 3 ) 磁选精矿的波峰 柬分析分别包含有：赤铁矿、石英、方铁矿、方解石和金属铁。以上这些分 析也得到了扫描电镜图片的支持。扫描电镜图片见图卜3 。 图i 3 转炉尘泥扫描电镜图片 ( a ) 不规则片状方解石：( b ) 被多孔玻璃化薄层包裹的金属颗粒：( c ) 次等磁铁矿 颗粒；( d ) 铁单质骨品；( e ) 金属铁单质颗粒；( f ) 方解石破碎片断。 武汉理t 人学硕十学位论文 由图1 - 3 可见，大部分铁元素富集的状态都以球形存在。方解石以不规则 形状存在，并在边缘呈现出菱形的裂纹。单质金属铁多被玻璃化薄层所包围。 次等磁选矿常凝结呈球状。方铁矿基础上的铁单质骨晶生长偶尔可以被观察到。 方解石有时包裹着金属铁单质颗粒，但更多的是以破碎的片断存在。 但是不同钢铁厂由于原料、工艺、设备不尽相同，其转炉尘泥的化学成分 组成、性质相差很大，即使同一个钢铁厂当操作因素发生变化时，转炉尘泥的 化学成分组成也不同。 1 3 转炉尘泥回收利用方法及现状 1 3 1 转炉尘泥返回炼钢方法 转炉污泥量发生量大，含铁高，有害杂质少，并含有相当数量的氧化钙等 碱性氧化物，如将其废弃，不仅占用大片土地，污染环境，而且浪费了宝贵的 二次资源【1 3 】。相关的回收利用研究工作一直被人们所重视。国外早在5 0 年代就 开始了对冶金厂含铁尘泥利用的研究，7 0 年代取得了较大进展【1 4 】。从上世纪7 0 年代起，冶金行业的科研及工程技术人员一直致力于转炉炼钢污泥的处理和利 用工作【1 5 l ，其中最早的技术就有直接回收用作烧结原料配料，也是我国转炉尘 泥目前最主要的利用技术，占利用率5 0 以上。目前我国主要利用途径有：一 是用作烧结原料提高烧结矿产量的大循环道路；二是配料加工成球返回转炉作 炼钢助熔剂和造渣剂的小循环道路【l6 1 。选择何种利用途径要根据原料的物理化 学性质，产品用途，生产规模，投资能力以及技术掌握程度等综合考虑。具体 方法有l i t , 1 8 】： 1 3 1 1 直接烧结法 在有烧结厂的企业中，将转炉尘泥作为原料，把干、湿尘泥直接与烧结原料 混合进入烧结，是最简单的一种方法。这种方法国内外的许多企业都在使用，其 优点是：投入少、见效快。烧结工艺配加转炉尘泥，要求尘泥的化学成份稳定， 混合均匀松散，水分l o ，粒度 3 8g m ) 在p h - 2 的时候， 锌去除率达到了大约8 1 ，而相应量的铁损失率只有1 8 。转炉尘泥吸附锌后 的颗粒代表组成见图1 3 。酸滤后，转炉尘泥总体去除锌和铁的效果见表i - 3 。 韩国延世大学j o os u n ga h n 等卿曾研究利用氧气顶吹转炉尘泥去除砷，将 砷由2 5m e e t 降低到了不到0 5m g l ，效果非常好。 f e o h霜 副 图1 3 球形转炉尘泥颗粒吸附锌后的代表性组分 表i - 3 酸滤后锌和铁的总体去除效果 兰尧中等i 删研究了转炉污泥作为一种吸附剂对废水中磷吸附的一般规律 武汉理下大学硕十学位论文 实验结果表明，转炉污泥的投加量、溶液p h 值、接触时间是影响污泥对磷吸附 的主要因素；当投加量为2 0m g 1 0 0m l 、接触时间4h 、溶液p h 值为4 时，废 水中8 8 的磷被除去；转炉污泥对废水中磷的吸附符合f r e u n d l i c h 模型。转炉污 泥是一种比较有效的废水吸附剂。 1 4 各种矿物材料及固体废弃物吸附重金属离子研究现状 由于地球环境日益恶化，人们对于环境问题的重视度逐渐提高，其中重金 属离子对水环境的危害更是和动植物的生存，甚至人类的身体健康息息相关。 所以，各种矿物材料和固体废弃物吸附重金属离子的研究从来就没有间断过， 这些也为本文研究转炉尘泥对铜离子的吸附行为提供了很多的借鉴之处【6 1 1 。经 过查阅文献归类，大致有以下几种材料被广泛应用于重金属离子的去除研究领 域。 1 4 1 矿物材料吸附重金属离子的研究现状 安莹等【6 2 l 研究发现，泥炭在重金属离子浓度为3 0m g l ，吸附时间3 0m i n ， p h 值为5 和8 的条件下，分别投加7 l 和5 l 泥炭，除铜率和除铅率分别可 达9 8 8 和9 9 9 。郝艳玲等【6 3 1 进行了风化煤对重金属离子的吸附研究，研究表 明，该吸附行为具有p s e u d o s e c o n d o r d e r - l a g e r g r e n 模型特征，吸附平衡基本符 合l a n g m u i r 模型，在p h 5 时，对p b 2 + 、c u 2 + 、z n 2 + 的去除率均可以接近9 0 。 樊海明等噼l 总结出凹凸棒石对废水中重金属离子的吸附主要由p h 值、吸附时 问、金属离子初始浓度、凹凸棒石投加量、改性方法以及共存离子竞争吸附等 因素影响。肖萍【6 5 1 等采用平衡振荡法探讨了针铁矿对重金属铅镉的环境吸附行 为。结果表明针铁矿在一定p h 时，对p b 2 + 和c d 2 + 的吸附率随着初始浓度的增加 而上升；初始浓度一定时，随p h 升高，吸附率升高，而解吸量则随之降低；在 高p h 条件下，针铁矿对p b 2 + 和c d 2 + 的结合牢固，且与p b 2 + 的稳定度大于c d 2 + 。 侯晓龙脚】等对赭石进行了重金属离子吸附正交试验研究，结果表明，在p h 值、 赭石投加量和振荡时间一定的条件下，赭石对6 种重金属离子( p b 、c d 、m n 、 z n 、c r 和n i ) 均有较好的吸附效果，除对n i 的吸附率达8 9 6 3 ，对其它5 种金 属离子的最大吸附率都可达1 0 0 。徐应明【67 】等研究发现，海泡石和酸性海泡石 对c u 2 + 、p b 2 + 、c d 2 + 等重金属离子具有较好的吸附作用。a n o o p 6 8 】等将膨润土制 成表面积达2 0 0m 2 g 的球状珠粒，在p h 值为4 5 6 9 时，对水溶液中的c d 2 + 1 2 武汉理i ：人学硕： ：学位论文 和c u 2 + 进行吸附，吸附量分别为2 3 8 1m g g 和1 3 1 5m g g 。n a s s e m 6 9 1 等用提纯 后的膨润土处理p b 2 + ，去除率可达9 8 。张淑琴等【7 0 】分析研究p h 值4 8 的1 0 0m l 重金属离子溶液，投加0 2g 活性炭，对p b 2 + 、c d 2 + 、c u 2 + 的最大吸附容量分别 可达到5 2 5 4m g g 、3 5 6 5m g g 、5 7 0 5m g g 。刘秀珍等【7 l 】研究发现沸石对c d 2 + 的吸附，随离子浓度增大而增大，但吸附率会降低。王桂仙等【_ 7 2 】研究了离子形 态、重金属离子初始浓度、竹炭量、温度对吸附的影响，以及竹炭的粒径及性 质对吸附行为的影响，为竹炭在重金属废水处理中的应用提供了科学依据。王 祝来f 7 3 】研究了不同条件下竹炭吸附n i 2 + 的正交实验，得出了实验影响因素主次 顺序为：初浓度 炭量 温度 p h 。 1 4 2 固体废弃物吸附重金属离子的研究现状 c t n h a n 7 4 】等研究了粉煤灰作为垃圾填埋场的防渗材料，对垃圾渗滤液中的 重金属有很好的吸附作用。v i n o d k g u p t a 7 5 】等研究了用甘蔗渣粉煤灰去除废水中 的铜和锌，去除率分别达9 0 和9 5 。陈国荣【_ 7 6 】研究c m b 改性大洋富钴结壳 尾矿后对、z n ? 等重金属离子的静态吸附行为，具有良好吸附效果。王春峰【7 7 】 等研究了粉煤灰合成n a a 型沸石对c u 2 + 、c r 4 + 和z n 2 + 离子的静态吸附行为，结 果表明，对三种重金属离子的吸附行为均符合l a n g m u i r 等温吸附方程，静态饱 和吸附量分别为8 2 3 0m g g ，6 5 9 6m g g ，4 7 7 8m g g 。王艳秋【7 8 】等以氧化铝生 产工艺产生的固废物赤泥为原料，采用生石灰熟化后煅烧造粒，制备成赤 泥颗粒吸附材料，用于去除水体中的c u 2 + 、p b 2 + 、c d 2 + 等重金属离子，具有较好 的吸附性能。李军强【7 9 】研究了活性污泥吸附c u 2 + 、c ，的影响因素：c ，吸附的 最佳p h 值为1 2 ，c u 2 + 吸附的最佳p h 值为6 7 。程永清等【8 0 】研究了城市污水 处理厂产生的活性污泥对c ，、h 9 2 + 、c d 2 + 的吸附特征，发现活性污泥对这3 种 重金属离子有较强的吸附作用，p h 值和反应时间对效果的影响比较严重。宋凯 等【8 1 】以粉煤灰在水热条件下合成p 型沸石，并研究了其对p b 2 + 的吸附能力，得 到了较好的去除率。n o r t i z 等【8 2 1 利用炼钢转炉钢渣作为处理废水中n i 2 + 的吸附 材料，得到了较好的吸附效果，并且探讨了影响吸附行为的主要因素。 1 5 转炉尘泥利用存在的问题 ( 1 ) 传统的转炉尘泥回收后主要运用于制造球团，此类方法虽然使炼钢二次 资源转炉尘泥得n - f 利用，但是，难以去除尘泥中有害杂质( k 、n a 、p b 、s 、 1 3 武汉理丁人学硕十学位论文 z n 等1 ，容易造成高炉内有害杂质的恶性循环，降低烧结矿的质量，而且对生产 设备使用寿命具有一定影响。 ( 2 ) 转炉尘泥的元素组成根据地区矿种的不同而具有一定差别，有些地区的 转炉尘泥含有大量的有用元素，比如c a ，s i ，m g 等元素虽然可用作硅酸盐类建 筑原料，但是现有的回收方法不能有效利用里面的有用成分，在某种程度上也 是一种资源浪费。 ( 3 ) 转炉尘泥用作废水吸附剂是新兴的一种有效利用途径之一，使用效果 好，如果能替代现有吸附剂，则具有良好的环境和经济价值。但是吸附后的转 炉尘泥处理回收技术亟待解决。如无法解离回收再利用，直接填埋，会造成严 重的二次污染。 1 6 课题研究目的、意义和内容 1 6 1 目的和意义 转炉尘泥的年产生量巨大，国内钢铁企业及许多科研院所都不同程度的对 转炉污泥再利用进行了研究，但目前我国对转炉污泥的利用率仍相对比较低， 产出量远远大于回收量，利用途径过于单一。在运输和回收利用过程中，造成 了严重的噪声、空气、水环境等污染，对人们的健康以及生态环境构成了严重 威胁。加大转炉尘泥综合利用回收力度，已成为了各钢铁企业的重要研究课题。 通过对某钢铁公司转炉尘泥原料为研究试样，进行分析以及探索性实验， 寻求一种合理有效的选别工艺，将转炉尘泥中铁精矿提取出来，并利用此铁精 矿制备出高纯氧化铁红，其余低全铁含量的弱磁选尾矿产品用于铜离子吸附研 究，以提高转炉尘泥的综合回收利用能力。 1 6 2 实验内容及方案设计 ( 1 ) 研究了解此转炉尘泥的原料特性。筛分分析转炉尘泥原料的粒度组成； 测定原矿的真密度与推密度；送化学检验中心化验转炉尘泥原料的全铁含量以 及化学成分组成；通过显微镜观测其微观形貌特性，测量其比表面积。 ( 2 ) 对原矿以及磨矿产品进行磁性分析，确定适宜的磁选场强；分析磨矿时 间对磁选的影响，确定最佳的磨矿细度；根据最佳条件下的选别效果再确定其 它的选矿工艺，最终将转炉尘泥分选成几种不同的产物。 1 4 武汉理下人学硕十学位论文 ( 3 ) 利用转炉尘泥分选精矿进行具有高附加值的高纯氧化铁红制备，探索酸 浸的加酸量对氧化铁红产品性能的影响，确定比较合适的盐酸量，制备出符合 要求的氧化铁红并分析其参数。 ( 4 ) 利用分选尾矿进行铜离子吸附研究，根据对转炉尘泥投加量、铜离子溶 液初始浓度以及搅拌反应时间等反应影响因素的实验研究，确定最佳的吸附反 应条件。 实验设计流程如图l 一4 所示。 图1 4 实验流程设计 1 5 武汉理t 人学硕士学位论文 第2 章实验设备、材料及实验方法 2 1 实验仪器和设备 本实验所用主要仪器、设备如表2 1 所示。 表2 1 实验所用设备、仪器一览表 图2 1 、2 2 、2 - 3 分别为x c g s 7 3 型磁选管、x c s q 5 0 x 7 0 湿式强磁选机以 及s l o n 1 0 0 ( 1 8 7 t ) 周期式脉动高梯度磁选机的磁场强度与电流对应关系。 1 6 武汉理i ：人学硕七学位论文 2 0 0 墨1 5 0 螂 嘿 耋瑚 0 oo 5 o 电流a 8 1 52 2 5 图2 1x c g s 7 3 型磁选管磁场强度与电流对应关系 o2468 电流a 图2 2x c s q 5 0 x 7 0 湿式强磁选机磁场强度与电流对应关系 1 7 姗 鲫 枷 姗 m萋巡黑赛挺 武汉理j ：大学硕十学位论文 oo 20 40 60 811 21 41 61 82 电流k a 图2 3s l o n 1 0 0 ( 1 8 7 t ) 周期式脉动高梯度磁选机磁场强度与电流对应关系 2 2 实验材料 2 2 1 主要试剂 实验过程中所用试剂如下表2 2 所示。 表2 - 2 实验原料和试剂一览表 1 8 伽 枷 抛 咖 湖 鲫 枷 姗 。 耋越疆零耀 武汉理1 ：人学硕十学位论文 2 2 2 转炉尘泥 本实验所用转炉尘泥原矿取自湖北某钢铁公司炼钢厂，原料呈棕黑色，含 水量较高，结块现象比较严重，多为块状。故经人工初步破碎后缩分，取适当 重量样品烘干，然后人工碾碎成细小颗粒，备用。由武汉理工大学材料测试与 研究中心x 射线荧光光谱仪定量分析其化学组成成分见表2 3 所示。 表2 3 原矿多元素化学分析结果 有分析结果可见，该转炉尘泥样品全铁含量为4 5 6 0 ，m f e 含量为2 3 0 2 ， 亚铁含量高达5 7 1 0 ，可知铁元素主要以亚铁形式存在，而三价铁含量只有 1 7 4 ， c a o 和m g o 含量分别为1 4 4 6 和6 3 4 。 2 3 实验方法 2 3 1 铜离子溶液及测定浓度所需试剂配制方法 2 3 1 1 模拟废水溶液 铜标准储备溶液：准确称取氯化铜( c u c l 2 2 h 2 0 ) 分析纯样品1 3 4 1 3g ，加入 去离子水，搅拌，定容至5 0 0m l ，配制成1 0 0 0m g l 铜标准储备溶液，备用。 2 3 1 2 缓冲溶液 p h = 5 的缓冲溶液：确称取无水醋酸钠( c h 3 c o o n a ) 3 2 8g ，置于5 0 0m l 烧 杯中，准确量取冰醋酸( c h 3 c o o h ) 1 2 6m l ，与无水醋酸钠混合，加入2 0 0m l 去离子水，搅拌，稀释，定容至1 0 0 0m l ，备用。 2 3 1 3 显色剂 显色剂0 1m o l l 的e d t a 准确称取乙二胺四乙酸钠( e d t a ) 3 7 2g 置于加 入2 0 0m l 去离子水的烧杯中，加热、搅拌溶解，冷却至室温，稀释定容至1 0 0 0 m l ，备用。 1 9 武汉理_ 1 ：人学硕十学位论文 2 3 2 铜离子浓度的测定方法 分别取1 0 0 0m g l 铜标准储备溶液0 0 0m l 、0 1 0m l 、0 5 0 m l 、1 0 0m l 、 2 5 0m l 、4 0 0m l 于1 0 0m l 容量瓶中，加入2 0m l 的p h = 5 的缓冲溶液，2 0m l 0 1 m o l l 的e d t a ，加去离子水定容至1 0 0m l ，配制成浓度分别为0m g l ，1m g l ， 5m g l ，1 0m g l ，2 5 m g l ，4 0m g l 的铜离子溶液，摇匀。然后以离子浓度0m g l 溶液为空白样，用分光光度计分别测定吸光度，结果见表2 4 。根据结果以c u 2 + 浓度为横坐标，吸光度为纵坐标绘制相应的标准曲线。见图2 4 表2 4 铜离子浓度及对应吸光度 1 8 1 5 1 2 趟 米0 9 登 o 6 0 3 0 o o51 01 52 02 53 03 54 0 铜离子浓度m g l 标准曲线方程如式： 图2 4 铜离子浓度标准曲线 y = 甜+ b 口= 0 0 4 5 5 ；6 = 0 0 0 3 5 ；萨= o 9 9 9 3 式中：y - 吸光度； 弦铜离子浓度( r a g l 。) 。 2 0 ( 2 - 4 ) 武汉理t 人学硕士学位论文 2 3 3 扫描电子显微镜分析( s e m ) 扫描电子显微镜是聚焦电子束在试样逐点扫描成像的，其中二次电子是最 主要的成像信号。利用电子枪射出的高能电子束，在试样表面作行帧扫描，激 发出各种物理信号，这些信号的强度取决于试样表面的形貌、成分和晶体取向 等特征，信号经放大后由显示器给出反映试样表面特征的扫描电子图像。扫描 电子显微镜分析方法既可以获得清晰直观的形貌图像，又具有分辨率高、观察 景深长等优点，其基本结构可分为电子光学系统、扫描系统、信号检测放大系 统。当装备有能谱仪或波谱仪时可进行表面成分的定量或半定量分析，是目前 材料结构研究的最直接的手段之一。 本研究工作中转炉尘泥样品形貌s e m 分析由武汉理工大学材料研究与测试 中心完成，采用日本电子株式会社j s m 5 6 1 0 l v 型扫描电子显微镜，测试条件： 工作电压2 0k v ，放大倍数分为5 0 0 、1 0 0 0 、2 0 0 0 、5 0 0 0 、1 0 0 0 0 x 、2 0 0 0 0 共6 级。 2 l 武汉理f ：人学硕十学位论文 第3 章转炉尘泥矿物性质实验研究 3 1 转炉尘泥基本物理性质测定 转炉尘泥物性分析包括尘泥堆密度、真比重及粒度组成分析，分别用量筒 法、煮沸法及水筛法【8 ”。 3 1 1 堆密度测量实验步骤及结果 本实验对转炉尘泥的堆密度进行了测量，步骤如下： ( 1 ) 将松散物料置于量筒中，计其体积v 。 ( 2 ) 把量筒中物料倒出来，称其重量记为m 。 ( 3 ) 物料的堆密度p 即为m v 。 ( 4 ) 重复步骤( 1 ) 和( 2 ) 共3 次，分别求出其堆密度，然后取平均值。 实验结果见表3 1 。 表3 1 堆密度测量实验结果 所以，取三次结果平均值，本转炉尘泥样品堆密度为： p 2 3 1 2 真比重测量( 煮沸法) = 0 8 2 8 ( g m l ) 在选矿工艺中，真比重是一个非常重要的参数，重选以及矿浆流程计算中 都要用到矿物真比重这一参数，故本实验对其进行了测量。 武汉理丁大学硕十学何论文 ( 1 ) 将比重瓶洗净后置于烘箱干燥，充分干燥后称其重量，记为a 。 ( 2 ) 比重瓶中加满水，并把瓶盖盖上，要保证瓶盖上的导气孔内无气泡，然 后用滤纸将瓶外的多余水分擦干，称其重量，记为b 。 ( 3 ) 再将瓶中水倒掉后置于烘箱烘干，然后往瓶中加入一定量的干燥矿物， 盖盖称重，记为c 。 ( 4 ) 往盛有干矿的瓶中加入一定量水，水面高于矿物表面1 0m r f l 左右为宜， 在水浴中煮沸一到两个小时。煮沸过程中要保证矿物始终没于水中。 ( 5 ) 矿物中无气泡冒出后，从水浴中取出冷却，然后加满水，封盖后擦拭干 外壁水滴，称重记为d 。矿物真比重计算公式即为： 办= _ 一铱 ( 3 - 1 ) u u 十c a 其中呶为水的密度，一般取lg e m 3 。真比重测量实验结果见表3 2 。 表3 - 2 真比重测量实验结果g 根据公式3 一l ，可得3 次实验真比重分别为3 6 2g e m 3 、3 6 8g e m 3 和3 5 7 g e m 3 ，取平均值得到其真密度值为3 6 2g e m 3 。 3 1 3 粒度分析( 水筛法) 粒度分析是矿物材料非常重要的一项物理性质，本实验采用水筛法，人工 测定转炉尘泥粒度分布规律。步骤如下： ( 1 ) 将经过人工破碎，缩分并烘干后的样品准确称取重量汜为a ； ( 2 ) 取清水一盆，将指定筛网规格的筛子置于其中，一手捏住筛子一边，使 其筛网没于水面以下； ( 3 ) 将样品倒置筛网之上，用双手控制筛子，使矿物全部没于水面以下，但 又不至于水盖过筛壁，反复摇动筛子： 2 3 武汉理+ 1 ：大学硕士学位论文 ( 4 ) 若筛上剩余矿物过多，而水过分浑浊，则需另取清水一瓮，将筛上物置 于清水中，继续筛选，重复该操作直至筛上矿物的量基本不变，水不再浑浊为 止： ( 5 ) 分别将和筛上矿物，过滤烘干，称取重量分别记为b 和c 。 筛下矿物粒度分布率为q ：b x1 0 0 ( 3 2 ) a 筛上矿物粒度分布率为国2 = 二1 0 0 ( 3 3 ) a 采用0 0 7 4m m ( 2 0 0 目) 、0 0 4 4m m ( 3 2 5 目) 筛子对原矿进行了粒度分布分析， 结果如表3 3 所示。 表3 - 3 原矿粒度分布 由粒度分布结果来看，该转炉尘泥样品以细粒度( 一0 0 4 4m m ) 颗粒居多 ( 5 0 5 1 ) ，其次是粗粒度( + 0 0 7 4m m ) 颗粒( 3 8 9 0 ) ，磁团聚现象严重。 3 2 形貌观察与测试 3 2 1 显微镜观察 利用l e i c a 体视显微镜对转炉尘泥原矿进行了初步的形貌观察。转炉尘泥原 矿放大8 0 倍观察结果见图3 1 ，转炉尘泥原矿+ 0 0 4 4r a i n 颗粒放大1 6 0 倍观察结 果见图3 - 2 。 从图3 1 可以清楚看见浅色的非金属矿物颗粒，即脉石矿物，深色部分是金 属颗粒，而且有许多的微小颗粒分布于其表面。从图3 2 的转炉尘泥+ 0 0 4 4m m 颗粒可以看到有些颗粒中间是非金属矿，周围被金属微小颗粒包覆，金属颗粒 和非金属颗粒结合紧密。 2 4 武汉理l 人学硕十学位论文 图3 - 1 转炉尘泥原矿( 8 0 1 图3 - 2 转炉尘泥原矿十o0 4 4t 衄颗粒( 1 6 0 ) 3 22 扫描电子显微镜分析( s e m ) 形貌观测 为了更直观的了解该转炉尘泥样品的形貌特点以及物质结合形态，进一步 对其进行了扫描电子显微镜分析( s 8 m ) 形貌分析，本研究工作中转炉尘泥样品形 貌s e m 分析由武汉理工大学材料研究与测试中心完成，采用日本电子株式会社 武汉理1 人学硕十学位论文 j s m 一5 6 1 0 l v 型扫描电子显微镜，测试条件：工作电压2 0 k v ，放大倍数分为5 0 0 x 、1 0 0 0 x 、2 0 0 0 x 、5 0 0 0 、1 0 0 0 0 x 、2 0 0 0 0 5 ( 共6 缴。转炉尘泥原矿s e m 彤貌图像见图3 3 。 由图3 3 中