鋅揮發(fā)窯渣提取優(yōu)質(zhì)還原鐵粉和碳粉的工藝研究

李永華，曹明鋒，曹樹華，歐陽廣，林琳，李春林

（鑫聯(lián)環(huán)保科技股份有限公司，云南個舊651000）

鋅揮發(fā)窯渣是含鋅廢料經(jīng)威爾茲回轉(zhuǎn)窯在高溫下回收鉛、鋅等金屬后殘余物[1]；早期鋅窯渣主要用于鋪設(shè)路面、作水泥填料，大部分未得到合理使用，被堆積在全國各個冶煉鋅廠，既占用大片土地資源，又容易造成環(huán)境污染，浪費社會資源[2-4]。窯渣是一種價值較高的二次資源，但其對其有價金屬的綜合回收利用是一個世界性技術(shù)難題。由于揮發(fā)窯焙燒過程的特殊性，部分焦炭未能完全燃燒，殘存于窯渣中，且鐵、金銀等難揮發(fā)的金屬礦物也富集于窯渣中。由于窯渣經(jīng)過高溫焙燒，在焙燒過程中形成了半熔化狀態(tài)，許多有價元素以金屬或合金態(tài)存在，或者形成各種化合物。本文針對某回轉(zhuǎn)窯企業(yè)提供的鋅窯渣進行了鐵綜合回收利用的研究，從工藝礦物學(xué)研究人手，系統(tǒng)地進行了選礦工藝試驗研究和分析，探尋最佳處理工藝參數(shù)，提出了解決該類鋅窯渣回收還原鐵的工藝流程，為綜合利用二次礦產(chǎn)資源、改善環(huán)境、提高企業(yè)生產(chǎn)效益和創(chuàng)造社會效益提供參考依據(jù)。

1 鋅揮發(fā)窯渣性質(zhì)

鋅揮發(fā)窯渣取自浙江某企業(yè)，冷卻方式為水冷，為水淬渣，顏色為灰褐色。首先把窯渣粉碎到了2mm以下，混勻后進行各項分析。窯渣多元素分析如下：

從表1可以明顯看出，窯渣中主要的有用元素為C和Fe，其中殘?zhí)己?1.64%，TFe品位32.73%，金屬鐵高達品位25.11%，窯渣的金屬化率76.72%。為了查明窯渣的主要含鐵物相，對原料進行了X射線衍射分析（XRD），分析結(jié)果見圖1。

從圖1窯渣XRD分析結(jié)果可以看出，窯渣中的鐵主要為金屬鐵，因為還原氣氛不足，窯渣中還存在大量的Fe3O4和FeO。氧化鐵中可能有部分Fe元素被Mn、Mg替代，為了查明窯渣中金屬鐵的粒度分布、以及與其他礦物之間的共生關(guān)系，對窯渣進行了掃描電鏡和能譜分析（SEM-EDS），不同成分的SEM-EDS分析見圖2。

從圖2窯渣掃描電鏡結(jié)果可以明顯看出，窯渣中的金屬鐵（白色）顆粒不均勻，大部分50～100μm顆粒。從三個點的能譜分析可以看出，雜質(zhì)（灰色）與金屬鐵（白色）分別單獨富集，金屬鐵（白色）能譜表明其幾乎沒有其他雜質(zhì)，這說明鐵粉理論上是可以提純的。此外，還有少量顆粒還原度較低，鐵元素以氧化物和金屬鐵兩種物相存在，但是金屬鐵相對顆粒較大，相對容易回收。總之，SEM分析可以推測，窯渣經(jīng)過分選可以得到部分還原鐵粉。

表1 回轉(zhuǎn)窯渣化學(xué)組成

圖1 窯渣中主要含鐵礦物分析

圖2 窯渣中主要物相SEM-EDS分析圖

2 結(jié)果與討論

2.1 試驗方法

取1kg窯渣，磨礦濃度75%，濕磨一定時間，然后再進行磁選，磁選尾礦浮選回收碳，得到炭精粉；一段磁選精礦進行二次磨礦，提高金屬鐵品位，得到合格的還原鐵粉，詳細流程見圖3。

本文重點研究了一段磨礦細度、一段磁場強度、二段磨礦細度、二段磁場強度，碳浮選捕收劑、起泡劑等因素的影響規(guī)律。

圖3 工藝流程圖

2.2 金屬鐵回收磁選條件試驗研究

磁選是回收金屬鐵最重要的選礦方式之一，為了考察磁選條件對金屬鐵選礦指標(biāo)的影響規(guī)律，進行了磨礦細度試驗，磁場強度試驗。

2.2.1 一段磨礦細度對金屬鐵回收的影響研究

在磁場強度1800 Gs的條件下，進行了一段磨礦細度試驗，結(jié)果見圖3。

圖4窯渣不同磨礦細度磁選結(jié)果表明，隨著磨礦細度的增加，金屬鐵和TFe的品位逐漸增加，相應(yīng)的回收率逐漸降低；磁選精礦中碳的品位及損失率逐漸降低，當(dāng)磨礦細度為-200目含量占61.76%時，金屬鐵品位61.76%，TFe品位74.16%，金屬鐵回收率95.99%，TFe回收率88.43%，磁選精礦碳損失率7.28%。綜合考慮碳和金屬鐵的回收，確定最佳的一段磨礦細度為-200目61.76%。

2.2.2 粗選磁場強度對金屬鐵回收的影響研究

為了查明粗選磁場強度對粗精礦指標(biāo)的影響，在一段磨礦細度為-200目61.76%的條件下，進行了一段磁場強度試驗，結(jié)果見圖5。

由圖5看出，隨著磁場強度的增大，金屬鐵和TFe的回收率逐漸提高，品位逐漸降低，當(dāng)磁場強度達到180mT時，金屬鐵品位61.76%，TFe品位74.16%，繼續(xù)增加磁場強度，金屬鐵回收率提高不大，而金屬鐵回收率繼續(xù)下降，故粗選磁選磁場強度定為180mT。

圖4 一段窯渣磨礦細度對磁選的影響

圖5 磁場強度對磁選影響試驗結(jié)果

圖6 二段磨礦細度對磁選的影響

圖7 二段磁場強度對磁選的影響試驗結(jié)果

2.2.3 二段磨礦細度對金屬鐵回收的影響研究

為了考察二段磨礦細度的影響，在磁場強度150mT的條件下，進行了不同磨礦細度試驗，結(jié)果見圖6。

由圖6可看出，隨著磨礦細度的增加，金屬鐵和TFe的回收率逐漸降低，精礦品位逐漸提高，金屬鐵與TFe品位之間的差距越來越小，這說明細磨過程中，金屬鐵與氧化鐵充分解離，經(jīng)過磁選實現(xiàn)了分離。在二段磨礦細度-200目70.24%時，單質(zhì)鐵含量88.58%，TFe含量90.92%，金屬鐵回收率95.16%，TFe回收率84.89%。再增加磨礦細度，精礦品位提高不明顯，回收率下降較大，故二段磨礦細度選擇為-200目70.24%。

2.2.4 二段磁選磁場強度試驗影響研究

二段磨礦細度-200目70.24%時，開展了二段磁場強度對精礦指標(biāo)的影響規(guī)律研究，結(jié)果見圖7。

圖7看出，隨著磁場強度的增大，金屬鐵和TFe的回收率逐漸提高，品位逐漸降低，但是變化幅度不大，這說明二段磁場強度對產(chǎn)品指標(biāo)影響不大。當(dāng)磁場強度達到120mT時，金屬鐵品位88.96%，TFe品位91.22%，金屬鐵的作業(yè)回收率達到95.11%以上。綜上所述，最佳的二段磁選為120mT。

2.3 殘?zhí)蓟厥崭∵x條件試驗研究

碳具有天然的疏水性，浮選是回收碳的最佳方式，最常用的碳捕收劑為煤油，起泡劑為2#油，因此，研究了煤油和2#對碳精礦指標(biāo)的影響規(guī)律。

2.3.1 捕收劑對碳回收的影響研究

首先在2#用量500g/t的條件下，進行了煤油用量試驗，結(jié)果見圖8。

從圖8煤油用量對碳回收的影響規(guī)律表明，在煤油用量500g/t時，浮選泡沫很少，幾乎無法形成泡沫層，當(dāng)煤油用量增加到1000g/t時，浮選泡沫得到明顯改善。隨著煤油用量的增加，精礦產(chǎn)率逐漸增加，精礦碳含量逐漸降低，當(dāng)煤油用量增加到1500g/t時，精礦碳含量可達73.35%，回收率85.55%，繼續(xù)增加煤油用量碳回收率增加不明顯。因此，考慮到藥劑成本，最佳的煤油用量為1500g/t。

2.3.2 起泡劑對碳回收的影響

為了考察起泡劑2#對碳回收的影響規(guī)律，在捕收劑煤油用量1500g/t的條件下進行起泡劑用量試驗，結(jié)果見圖9。

從圖9 2#油用量對碳回收的影響規(guī)律表明，隨著2#油用量從200g/t增加到600g/t，碳精礦回收率從74.09%增加到88.11%，精礦碳品位從77.18%下降到67.56%。當(dāng)2#油用量超過500g/t時，碳回收率下降幅度增加，綜合考慮藥劑成本和碳的回收率及品位，最佳的2#油用量為500g/t。

2.4 全流程閉路試驗結(jié)果

根據(jù)不同條件對金屬鐵回收與碳回收的影響規(guī)律，設(shè)計了窯渣回收金屬鐵和碳粉工藝流程，詳見圖10，全流程試驗結(jié)果見表2。

從窯渣選鐵全流程試驗結(jié)果表明，在最佳條件下，可以得到金屬鐵品位89.23%的還原鐵粉和碳含量82.31%的碳粉，金屬鐵回收率高達90.72%，碳回收率高達84.29%。窯渣磁浮聯(lián)合選礦工藝完成了窯渣中金屬鐵和碳的高效分離富集，實現(xiàn)了金屬鐵與碳的資源化利用，對于類似窯渣的綜合利用具有一定的指導(dǎo)意義。

3 結(jié)論

（1）采用選礦的方式處理鋅揮發(fā)窯渣，回收其中的金屬鐵和碳技術(shù)上是可行的，可以得到合格的還原鐵粉和碳粉，對鋅揮發(fā)窯渣中的金屬鐵和碳的綜合利用具有指導(dǎo)意義。

（2）通過磁選回收金屬鐵粉可以得到金屬鐵含量89.23%的還原鐵粉，金屬鐵回收率可以達到90%以上，是優(yōu)質(zhì)的化工還原劑和煉鋼的原料。

圖8 煤油對浮選的影響試驗結(jié)果

圖9 2#油對浮選的影響試驗結(jié)果

圖10 窯渣提取還原鐵粉和碳粉工藝流程圖

表2 全閉路試驗結(jié)果

（3）通過浮選回收碳粉可以得到碳含量82.34%的碳粉，碳回收率高達84.29%，是優(yōu)質(zhì)的還原劑和燃料。