干磨轉爐鋼渣風力磁選試驗

錢 強

(攀枝花鋼城集團有限公司，四川 攀枝花 617022)

1 引言

鋼渣作為煉鋼冶煉最終產生的廢渣，一直備受關注和重視，但由于其中含有較高的鐵元素，導致其密度大、容重高，無法在建筑行業中得到推廣和利用[1]。同時，寶貴的鐵資源沒有很好地加以回收，形成了一定的浪費。有必要通過一定的技術手段，實現鐵的分離和回收，并滿足含鐵料用于高爐冶煉所需粉鐵品位要求，而尾渣能更好用于建筑中去[2]。曾有人通過將弱磁性的氧化鐵在高溫條件下氧化為具有磁性的四氧化三鐵，即在穩定的液態鋼渣狀態下，向其中吹入高爐煤氣或是焦爐煤氣，在高溫時適當增加煤氣中二氧化碳的含量，降低氧氣含量以抑制氧化速度，即可完成FeO向Fe3O4的氧化，同時阻止Fe3O4向Fe2O3的進一步氧化，從而避免Fe3O4的再氧化。該方法生產工藝條件較為苛刻，經濟性也待考證。

目前，選礦工藝是較為可行的方法，選擇合適的設備以實現鐵的分離和高效回收。將鋼渣粉磨以實現其解離，再通過風力干式磁選，分別接取給礦、精礦、尾礦，化驗分析其全鐵品位，以獲得最佳的工藝及設備參數，為實際生產提供最佳的技術支持[3-5]。

2 鋼渣性質

鋼渣為煉鋼過程中采用高鎂石灰、活性石灰等輔料進行脫雜以及吹氧工序產生的廢渣，因此其中含有較高的氧化鐵，一般為20%-40%，而FeO含量要多于Fe2O3，前者一般在15%-25%，而后者為5%-15%，兩者均顯示弱磁性。

本次試驗采用了含有部分單質鐵鋼渣以及不含單質鐵鋼渣兩種試驗料，不含單質鐵鋼渣化學成分見表1。同時，不含單質鐵鋼渣取樣兩次，三個樣品的原料粒度均為0-10 mm，試驗之前先進行自然晾干，使水分在3%以下。通過實驗室小型干式磨機進行粉磨，粉磨時間均控制在15-20 min，再將原礦樣進行粒度分析，其結果見表2。最后作為風力干式磁選的原料。

表1 不含單質鐵鋼渣化學成分(質量分數，%)

表2 原礦粉磨后粒度范圍結果

由表2可見，不含單質鐵的鋼渣TFe含量約為20%，而含有單質鐵的鋼渣單質鐵MFe含量約為15%。經過實驗室干式球磨后了解其粒度分配發現，占比達55%左右為-160目的粒度。

含單質鐵鋼渣XRD分析主要礦物相為金屬鐵、鐵鎂相固溶體(RO)、磁鐵礦(Fe3O4)、硅酸三鈣(Ca3SiO5)和硅酸二鈣(Ca2SiO4)，可回收的磁性鐵礦物為金屬鐵、磁鐵礦，難磨物相為金屬鐵和鐵鎂相固溶體(RO相)。其中，金屬鐵有呈圓狀、次圓狀嵌布在其它物相中(反射偏光，40×)，還有呈細脈狀嵌布的金屬鐵(反射偏光，200×)以及金屬鐵中含有硅酸三鈣包體(反射偏光，40×)，見圖1。

圖1 含單質鐵鋼渣物相中的金屬鐵Fig.1 Metal iron in the phase of the iron slag of a single iron

而其他含有鐵元素的物相分別為呈無定形延伸嵌布的鐵酸二鈣C2F(反射偏光，200×)、呈圓狀、次圓狀嵌布的鐵鎂相固溶體RO(反射偏光，200×)、呈無定形延伸嵌布的鐵鎂相固溶體RO(反射偏光，200×)，見圖2。

由圖1和圖2可見，采用常規的磁選工藝無法進行回收，導致鋼渣經過簡單的初選后尾渣中仍然有較高的鐵資源。同時，由于大量渣包鐵和鐵包渣的存在，不利于破碎解離，無法實現單質鐵的分離和回收[6]。

3 鐵資源回收方法

3.1 試驗設備

試驗設備選用某公司FX0665、FX1010粉礦干式風選機，主要用于磁鐵礦磨前預選或粉狀磁鐵礦生產合格精礦。

圖2 其他鐵元素物相圖 Fig.2 Phase diagram of other iron elements

FX粉礦風力干式磁選機主要由傳動裝置、磁力分選滾筒、鼓風裝置、引風除塵裝置、沉降收集裝置等部分組成，磁力分選滾筒的磁感應強度為3500 Gs，充分利用風力、重力、磁力、旋轉離心力等作用，可實現0-5 mm粒級磁鐵礦的干式預選或細微粉狀磁鐵礦大幅度地提高品位目標，主要效果體現：

(1)可以將0-5 mm粒級的磁鐵礦的入選品位從10%左右提高到40%以上，做為磨前預先拋廢，可以大大提高入磨品位，提高磨機效率。

(2)可以將-74 um、-45 um細粒級磁鐵礦入選品位從10%左右提高到60%以上，可以用干選的方法直接生產合格精礦成品。

3.2 試驗方法

對原礦進行風力干式磁選，設備采用FX0665，線速度3 m/s、6 m/s、8 m/s；分別接取給礦、精礦、尾礦，化驗分析全鐵品位；另外將線速度3 m/s、6 m/s、8 m/s的尾礦混勻取樣后用線速度6 m/s進行試驗，并接取給礦、精礦、尾礦，化驗分析全鐵品位。

4 試驗結果及分析

4.1 含有單質鐵鋼渣

將原礦樣進行混勻縮分，分成三份，每份6 kg，設備采用FX0665，分別接取精礦、尾礦，混勻、縮分，制樣化驗，試驗數據見表3。

由表3可知，含單質鐵鋼渣礦樣經風力干式磁選，設備采用FX0665，滾筒轉速3 m/s， TFe品位由34.37%提高至54.59%，產率37.33%，TFe回收率為59.29%。滾筒轉速越高，精礦品位越高，TFe達到了近80%，但產率較低。為了盡可能地回收鐵資源，同時滿足高爐用鐵精礦的需要，選擇3 m/s條件最為適宜。

表3 含單質鐵鋼渣礦樣風力干式磁選試驗數據

同時，獲得的除塵料TFe仍然較高，依次為33.56%-60.12%，如果能將其進行回收，將會盡可能地減少鐵資源的浪費。

將線速度3 m/s、6 m/s、8 m/s的尾礦混勻取樣后用線速度6 m/s進行試驗并分別接取精礦、尾礦，制樣化驗。試驗數據見表4。

表4 含單質鐵鋼渣尾礦混合礦樣風力干式磁選試驗數據

由表4可知，含單質鐵鋼渣尾礦混合礦樣經風力干式磁選，設備采用FX0665，滾筒轉速6 m/s，TFe品位由20.41%提高至45.78%，較為接近粉鐵品位要求，產率3.68%，TFe回收率為8.25%。同時，除塵料中的TFe在10%以下，達到了理想的效果。

4.2 不含單質鐵鋼渣

為了了解不含單質鐵鋼渣中鐵資源回收的可行性，先期粉磨了21.45 kg鋼渣粉，即表2中的不含單質鐵鋼渣1(0-10 mm，MFe<1%)15分鐘，在3 m/s條件下進行了風選試驗，分別少量取樣精礦和尾礦樣品化驗，分析結果見表5。再將剩下的精礦及尾渣全部混合通過6 m/s條件下的風選試驗，獲得精礦和尾渣，分別取樣化驗結果為：混合樣原料TFe：20.35%、精礦TFe：47.94%、尾礦TFe：20.66%。可見，3 m/s風選后的混合樣中仍然可以回收品位較高的精礦。因此可以嘗試不含單質鐵鋼渣在6 m/s條件下的風選試驗。

為此，又稱取了17.8 kg不含單質鐵的鋼渣粉(表2中不含單質鐵鋼渣2)，將其粉磨15分鐘，粒度分布見表2，設備采用FX0665，在6 m/s的條件下開展試驗，分別接取精礦、尾礦，混勻、縮分，制樣化驗，試驗數據見表5。

表5 不含單質鐵鋼渣礦樣風力干式磁選試驗數據

由表5可知，不含單質鐵鋼渣1礦樣經風力干式磁選，設備采用FX0665，滾筒轉速3 m/s時，TFe品位由19.80%提高至30.68%，產率18.83%，TFe回收率為29.18%；滾筒轉速6 m/s時，不含單質鐵鋼渣2TFe品位由17.88%提高至61.41%，產率6.46%，TFe回收率為22.19%。兩者產生的除塵料TFe均在10%左右，實現了鐵資源的高效回收。而除塵料用于水泥及混凝土混合材時，避免了因TFe含量高粉磨時易磨性差、混凝土攪拌時易產生層析的問題。

5 結論

(1)鋼渣中FeO含量要多于Fe2O3，兩者均顯示弱磁性。經過干式粉磨15 min后-160目的粒度占比達55%。

(2)含單質鐵鋼渣礦樣(TFe34.37%)經風力干式磁選，滾筒轉速3 m/s時，TFe品位由34.37%提高至54.59%，產率37.33%，TFe回收率為59.29%，各項指標最為經濟。

(3)含單質鐵鋼渣尾礦混合礦樣(TFe20.41%)經風力干式磁選，滾筒轉速6 m/s時，TFe品位由20.41%提高至45.78%，產率3.68%，TFe回收率為8.25%。

(4)不含單質鐵鋼渣礦樣經風力干式磁選，滾筒轉速6 m/s時，TFe品位由17.88%提高至61.41%，產率6.46%，TFe回收率為22.19%。

(5)不含單質鐵鋼渣經風選后產生的除塵料TFe在10%左右，用于水泥及混凝土混合材時，可避免粉磨時易磨性差、混凝土攪拌時易產生層析的問題。