現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)過程產(chǎn)生了大量塵泥,，對生產(chǎn)現(xiàn)場及周邊環(huán)境有較大危害，必須進(jìn)行無害處理,。這些塵泥中,，有價元素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、出鐵場集塵,、含油鐵屑等等,。隨著國家對資源和環(huán)境問題的日益重視，開展含鐵塵泥無公害綜合利用的研究,，將產(chǎn)生很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益,。

作為含鐵塵泥的主要品種，高爐瓦斯灰（泥）來自煉鐵過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,，有價元素的回收率較低，目前,，國內(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，提取有價元素,。目前,，從瓦斯灰提取鐵及碳等有價元素是重要的發(fā)展方向。

在自然界,，存在一大類弱磁性礦物,，如赤鐵礦、褐鐵礦,、鈦鐵礦,，難以通過普通磁選分離，對這類礦物,，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)果見表1,，XRD衍射分析結(jié)果見圖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,，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，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)果見表2。

表2  瓦斯灰粒度篩析結(jié)果

從表2可見,，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%,，因此這兩個粒級中的鐵礦物是重要回收對象。

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型臺式電動壓片機(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)度對弱磁選的影響

磁選管磁感應(yīng)強(qiáng)度對弱磁選的影響見圖4。

圖4  磁感應(yīng)強(qiáng)度對弱磁選的影響

●－品位,；▲-回收率

從圖4可見,，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,，鐵精礦品位沒有變化，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，鐵精礦的品位降低了0.8個百分點(diǎn),，回收率達(dá)到了58.10%,。通過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有有效地回收,。因此回收率不夠高,，說明相當(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)度對強(qiáng)磁選影響的試驗(yàn)結(jié)果見圖5。

圖5  磁感應(yīng)強(qiáng)度對強(qiáng)磁選的影響

●－品位,；▲－回收率

從圖5可見,，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,，回收率提高5個百分點(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)椋鸥袘?yīng)強(qiáng)度比較強(qiáng)時,，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,、礦漿濃度對強(qiáng)磁選的影響

礦漿濃度對強(qiáng)磁選精礦影響的試驗(yàn)結(jié)果見圖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  礦漿濃度對強(qiáng)磁選的影響

●－品位；▲－回收率

從圖6可見,，當(dāng)?shù)V漿濃度由10%變化到15%時,，鐵精礦的品位沒有多大變化，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,，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,；而礦漿濃度過小又會造成水資源的浪費(fèi),，生產(chǎn)設(shè)備處理能力相對降低。

4,、礦漿流速對強(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,。礦漿流速對強(qiáng)磁選精礦影響的試驗(yàn)結(jié)果見圖7。

圖7  礦漿流速對強(qiáng)磁選的影響

●－品位,；▲－回收率

從圖7可見,，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，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)的滯留時問短，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,，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)檢測尾礦中碳,、鋅、鎂元素元素含量相對提高,，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)過磨礦,、弱磁選－強(qiáng)磁選工藝所得到的精礦必須通過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)果見圖8。

圖8  焙燒溫度對還原度的影響

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,，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℃時接近42. 8%。當(dāng)溫度達(dá)到850℃時,，出現(xiàn)了過還原現(xiàn)象,，該試驗(yàn)800℃是該磁化焙燒反應(yīng)的最佳溫度。

2,、焙燒溫度對弱磁選的影響

試驗(yàn)條件：焙燒時間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?，還原劑過多的條件下，產(chǎn)生了過還原現(xiàn)象,，生成了弱磁性富氏體或弱磁性的硅酸鐵,。

3、焙燒時間對弱磁選的影響

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給出了不同焙燒時間獲得的磁化焙燒礦的磁選結(jié)果,。

圖10  焙燒時間對磁選效果的影響

●－品位；▲－回收率

從圖9可見,，隨著磁化焙燒時間的增加,，所得鐵精礦的品位并沒有多大變化,，都保持在60. 70%以上，而鐵回收率在焙燒30 min到60 min時,，有明顯的增加,，從焙燒30 min時的64. 22010迅速提高到了60 min時的70. 61%。當(dāng)焙燒時間提高到90 min時,，精礦的回收率為71. 99%,，僅提高了1.31個百分點(diǎn)。這說明在焙燒30 min時,，瓦斯灰中的弱磁性鐵礦物還沒有充分還原成強(qiáng)磁性的礦物,，焙燒時間增加到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)度對弱磁選的影響

試驗(yàn)條件為焙燒溫度800℃，焙燒時間60 min,，磁感應(yīng)強(qiáng)度0.12 T,。磨礦細(xì)度對弱磁選效果的影響見圖11。

圖11  磨礦細(xì)度對磁選效果的影響

●－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)椋S著礦樣磨得越細(xì),，磁性礦物粒度減小,，所受磁力會下降。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）通過對包鋼瓦斯灰中化學(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、焙燒時間,、磁感應(yīng)強(qiáng)度,、磨礦細(xì)度等對試驗(yàn)都有影響,，在焙燒溫度800℃，焙燒時間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。