冶金含鐵塵泥還原提鐵試驗分析

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摘要：冶金含鐵塵泥是鋼鐵冶煉過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物，其具有種類多、成分復雜的特點，為了對其進行高附加值的利用，現(xiàn)打破傳統(tǒng)利用模式，針對瓦斯灰、煉鋼污泥、氧化鐵皮的成分特性，采取按比例混和壓球成型-還原焙燒-磁選提鐵的方式進行深度還原提鐵。通過試驗驗證，該深度處理方式，可以達到瓦斯灰、煉鋼污泥、氧化鐵皮成分互補的作用，取得了較好的還原提鐵效果。

關鍵詞：冶金固體廢棄物；含鐵塵泥；瓦斯泥；煉鋼污泥

引言

鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)過程中，會產(chǎn)生大量的冶金固體廢棄物，這些冶金固體廢棄物種類多，包括煉鐵渣、煉鋼渣、各工序產(chǎn)生的除塵灰及除塵泥、廢舊耐材及其他垃圾等。冶金固體廢棄物的產(chǎn)生總量大，年產(chǎn)生量約占鋼產(chǎn)量的50%左右，部分鋼企固體廢棄物的產(chǎn)生比例更高。雖然冶金固體廢棄物種類多，但根據(jù)金屬含量可劃分為金屬固體廢棄物和非金屬固體廢棄物。當前環(huán)保部門對冶金制造業(yè)提出了新標準和新要求，大力倡導綠色冶金，花園式工廠建設。鋼鐵企業(yè)也自發(fā)的重視環(huán)保，并在環(huán)保方面做足了功夫，通過優(yōu)化生產(chǎn)工藝、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、推行新的冶煉技術(shù)和產(chǎn)品來實現(xiàn)高效冶煉和潔凈冶煉，更加注重資源的循環(huán)利用，在冶金含鐵塵泥再利用方面進行了更多、更深入的研究。如果利用不好這些冶金含鐵塵泥，其會成為環(huán)保壓力，變成企業(yè)的負擔。反之，通過新技術(shù)或新產(chǎn)品的研發(fā)，將冶金含鐵塵泥循環(huán)利用起來，不僅可以變廢為寶，降低部分生產(chǎn)成本，為企業(yè)帶來一定的效益，還能夠滿足環(huán)保要求和行業(yè)需求。冶金含鐵塵泥主要指球團、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、連鑄、熱軋和冷軋等工序產(chǎn)出的除塵灰、除塵泥、氧化鐵皮等物質(zhì)，該類物質(zhì)具有含鐵量較高、產(chǎn)生渠道廣、種類繁多、化學成分復雜的特性，總產(chǎn)生量約占鋼產(chǎn)量的10%。含鐵塵泥的這些特性給資源的循環(huán)利用帶來了一定的難度，但只要處理方法得當，仍是能取得較好的社會效益和經(jīng)濟效益。該文對瓦斯灰、煉鋼污泥、氧化鐵皮的綜合利用進行了試驗性研究，并取得了較好的試驗效果[1]。

1試驗原料

1.1試驗原料

試驗原料為瓦斯灰、煉鋼污泥、氧化鐵皮、黏結(jié)劑等。

1.2試驗原料成分

試驗原料烘干后，化驗其成分，化學成分見表1。其中水分含量分別為瓦斯灰水分12.24%、煉鋼污泥20.63%、氧化鐵皮4.76%。

2試驗方案

上述3種含鐵塵泥的TFe含量較高，其中瓦斯灰及煉鋼污泥中含有一定量的C。試驗目的是充分利用瓦斯灰、煉鋼污泥自身攜帶的C對3種含鐵塵泥進行還原提鐵，通過試驗驗證其可行性。

2.1試驗原料的準備及配比計算

含鐵塵泥含有較高的水分，需要進行晾曬處理，將3種含鐵塵泥晾曬至水分含量符合標準后，再依據(jù)化驗檢測數(shù)據(jù)進行配料。配料的原則是三者混合料中總C量能夠滿足氧化鐵類物質(zhì)的還原反應，并保持一定量的C富余，配料比的計算必須折成干基。經(jīng)計算，物料配比（干基）為瓦斯灰31.21%、煉鋼污泥48.78%、氧化鐵皮20.01%。

2.2試驗所需設備

設備包括JQ350混料機、皮帶機、對輥壓球機、高溫坩堝升降爐、坩堝鉗、耐火罐、破碎機、小型球磨機、磁鐵、電子稱等。

2.3試驗步驟

2.3.1試驗料的成球氧化鐵皮須預先搗打粉碎或碾碎，再將晾曬后的含鐵塵泥按照計算比例加入混料機內(nèi)，攪拌時加入適量的黏結(jié)劑。攪拌過程中，視攪拌情況添加少許水，保證試驗料具有適度的黏性，以便于壓制成球。物料混合均勻后，打開混料機的卸料閘，通過皮帶機將試驗混合料輸送至對輥壓球機中轉(zhuǎn)緩沖料倉，開始壓球，壓制成球待用[2]。

2.3.2成球裝罐將成球裝入耐火罐內(nèi)，擺放整齊，在距離罐口5cm的位置處停止裝球，均勻地覆蓋上阻火粉。覆蓋阻火粉的目的是防止還原后的成球二次氧化，造成試驗數(shù)據(jù)的偏差。

2.3.3成球的還原焙燒將裝滿成球的耐火罐放入坩堝升降爐內(nèi)，按照設定的溫度曲線升溫，升溫至設定的還原焙燒溫度后，持續(xù)保溫至設定的時長[3]?？砂丛囼灧桨冈O定不同的還原焙燒溫度和保溫時長。保溫結(jié)束后（還原焙燒過程結(jié)束）進入冷卻狀態(tài)。成球的還原焙燒采用正交試驗法，主要包括2個階段。第一階段，保持還原焙燒時間不變（預留焙燒時間較充裕，以便于反應溫度對還原焙燒的影響），在不同溫度下對成球進行還原焙燒，通過試驗數(shù)據(jù)，選出較好的還原焙燒溫度。第二階段，還原溫度為第一階段的優(yōu)選溫度，調(diào)整還原焙燒時間，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)確定還原焙燒時長。

2.3.4還原成球的破碎磁選待坩堝升降爐降至常溫后，夾出耐火罐，小心地倒出阻火粉，取出焙燒成球并稱重。稱重后破碎，破碎料倒入小型球磨機研磨，研磨完畢后用磁鐵對研磨料進行磁選，并對磁選出的物料進行稱重。

2.3.5磁選料的TFe測定采用GB/T6730.5標準三氯化鈦-重鉻酸鉀容量法測定含磁選料的TFe含量，記錄不同試驗方案下的試驗數(shù)據(jù)。

3試驗結(jié)果及分析

通過試驗，掌握了第一手試驗數(shù)據(jù)，再系統(tǒng)性地分析化驗數(shù)據(jù)，選出綜合效益最高的還原焙燒參數(shù)，為后期規(guī)?；a(chǎn)提供數(shù)據(jù)指導。第一階段的還原時間選擇4h（有富余），還原溫度自1000℃始，每批次試驗遞增50℃，見表2。第一階段的試驗數(shù)據(jù)表明，在保持還原焙燒時間一定的前提下，隨著還原溫度的遞升，磁選粉選出率減小，選出粉的TFe含量整體上呈上升趨勢，但當溫度超過1200℃后，磁選粉的TFe變化不大。出現(xiàn)這種現(xiàn)象可能與磁選機的磁選效果及化驗滴定誤差有一定關系[4]。但還原溫度在1200℃時，含鐵塵泥的提鐵效果明顯，從能耗方面考慮，還原溫度選擇1200℃較為經(jīng)濟。另外，為便于后期工業(yè)化生產(chǎn)，選擇一個較低的還原溫度，有利于后期還原設備的選型，特別是在耐材方面擴大了選擇空間[5]。在完成第一階段的試驗后，保持還原溫度1200℃的條件下，還原時長每批次試驗遞增0.5h。通過試驗選出含鐵塵泥合適的還原反應時間，見表3。當還原溫度設定為1200℃時，含鐵塵泥成球的還原提鐵效果隨還原時間的延長呈先增后降的趨勢，當還原時間為2.5h時，還原提鐵效果最好。當還原時長達到3.0h時，還原成球有部分二次氧化，導致磁選率下降。雖然2.5h的還原提鐵效果最好，但與2h的相較差距不大。如果在實際的工業(yè)化生產(chǎn)時，選擇2h作為還原時間應該性價比最高[6]。

4結(jié)論

首先，經(jīng)過試驗驗證，瓦斯灰、煉鋼污泥、氧化鐵皮這3種冶金含鐵塵泥是可以通過還原焙燒進行提鐵的，但各種物料的配比要根據(jù)化驗成分實時計算。另外，該實驗方案如果轉(zhuǎn)化為工業(yè)化推廣應用，還原焙燒的窯型選擇尚須進一步考證。其次，瓦斯灰、煉鋼污泥、氧化鐵皮在還原溫度1200℃、還原時間2.5h時，實驗室還原提鐵效果最好。但在工業(yè)化生產(chǎn)中，選擇2h作為還原時間應該性價比最高。因為2h和2.5h的還原提鐵效果相差不大，但在1200℃的高溫下，還原時間保持越長，能耗越高，成本越高。再次，對瓦斯灰、煉鋼污泥、氧化鐵皮的還原提鐵處理，只是冶金含鐵塵泥利用的一種方案，通過這種思維，啟發(fā)科研者找到更加經(jīng)濟、高效的再利用技術(shù)，為冶金塵泥的再利用開啟新篇。最后，冶金固體廢棄物種類繁多、數(shù)量較大，雖然利用的難度大，但是如果處理方法得當，是能實現(xiàn)高附加值利用的，并能獲得高額的回報。今后如何高效地利用這些所謂的“廢棄物”，需要不斷的開拓創(chuàng)新，借助更多的新技術(shù)去實現(xiàn)，從而為企業(yè)及國家做出有利貢獻。

參考文獻

[1]王筱留，鋼鐵冶金學（煉鐵部分）[M].北京：冶金工程出版社，2005.

[2]肖波.煤基直接還原鐵生產(chǎn)技術(shù)[J].冶金能源，1996（3）：15-17.

[3].直接還原新技術(shù)[J].燒結(jié)球團，1999，24（1）：25-27.

[4]韓雪.冶金行業(yè)含鐵固體廢棄物資源化綜合利用研究[J].中國資源綜合利用，2018，36（11）：58-60.

[5]雷鵬飛.冶金含鐵塵泥復合球團直接還原試驗研究[J].甘肅冶金，2017，39（1）：18-22.

[6]張晉霞，牛福生，徐之帥.鋼鐵工業(yè)冶金含鐵塵泥鐵、碳、鋅分選技術(shù)研究[J].礦山機械，2014，42（6）：97-102.

作者：潘曉 單位：濟南鮑德爐料有限公司日照市分公司