冶金含鐵塵泥還原提鐵的試驗研究

（濟南鮑德爐料有限公司日照市分公司，山東 日照 276806）

0 引言

鋼鐵企業在生產過程中，會產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生總量大，年產生量約占鋼產量的50%左右，部分鋼企固體廢棄物的產生比例更高。雖然冶金固體廢棄物種類多，但根據金屬含量可劃分為金屬固體廢棄物和非金屬固體廢棄物。當前環保部門對冶金制造業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。鋼鐵企業也自發的重視環保，并在環保方面做足了功夫，通過優化生產工藝、調整產業結構、推行新的冶煉技術和產品來實現高效冶煉和潔凈冶煉，更加注重資源的循環利用，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，其會成為環保壓力，變成企業的負擔。反之，通過新技術或新產品的研發，將冶金含鐵塵泥循環利用起來，不僅可以變廢為寶，降低部分生產成本，為企業帶來一定的效益，還能夠滿足環保要求和行業需求。

冶金含鐵塵泥主要指球團、燒結、煉鐵、煉鋼、連鑄、熱軋和冷軋等工序產出的除塵灰、除塵泥、氧化鐵皮等物質，該類物質具有含鐵量較高、產生渠道廣、種類繁多、化學成分復雜的特性，總產生量約占鋼產量的10%。含鐵塵泥的這些特性給資源的循環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%。

表1 主要原料化學成分

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，再依據化驗檢測數據進行配料。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，攪拌時加入適量的黏結劑。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，擺放整齊，在距離罐口5 cm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，造成試驗數據的偏差。

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，按照設定的溫度曲線升溫，升溫至設定的還原焙燒溫度后，持續保溫至設定的時長[3]。可按試驗方案設定不同的還原焙燒溫度和保溫時長。保溫結束后（還原焙燒過程結束）進入冷卻狀態。

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，通過試驗數據，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選溫度，調整還原焙燒時間，根據試驗數據確定還原焙燒時長。

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/T 6730.5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據。

3 試驗結果及分析

通過試驗，掌握了第一手試驗數據，再系統性地分析化驗數據，選出綜合效益最高的還原焙燒參數，為后期規模化生產提供數據指導。

第一階段的還原時間選擇4 h（有富余），還原溫度自1 000 ℃始，每批次試驗遞增50 ℃，見表2。

表2 第一階段試驗數據

第一階段的試驗數據表明，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1 200 ℃后，磁選粉的TFe 變化不大。出現這種現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1 200 ℃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1 200 ℃較為經濟。另外，為便于后期工業化生產，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1 200 ℃的條件下，還原時長每批次試驗遞增0.5 h。通過試驗選出含鐵塵泥合適的還原反應時間，見表3。

表3 第二階段試驗數據

當還原溫度設定為1 200 ℃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2.5 h 時，還原提鐵效果最好。當還原時長達到3.0 h 時，還原成球有部分二次氧化，導致磁選率下降。

雖然2.5 h 的還原提鐵效果最好，但與2 h 的相較差距不大。如果在實際的工業化生產時，選擇2 h 作為還原時間應該性價比最高[6]。

4 結論

首先，經過試驗驗證，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化驗成分實時計算。另外，該實驗方案如果轉化為工業化推廣應用，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1 200 ℃、還原時間2.5 h 時，實驗室還原提鐵效果最好。但在工業化生產中，選擇2 h 作為還原時間應該性價比最高。因為2 h 和2.5 h 的還原提鐵效果相差不大，但在1 200 ℃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，啟發科研者找到更加經濟、高效的再利用技術，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”，需要不斷的開拓創新，借助更多的新技術去實現，從而為企業及國家做出有利貢獻。