CN107309082B

CN107309082B - 超导高梯度磁分离转炉除尘灰制备高纯铁氧化物的方法

Info

Publication number: CN107309082B
Application number: CN201710592270.XA
Authority: CN
Inventors: 李素芹; 郭子杰; 杨昌桥; 孔加伟; 韩帅帅; 鲍善词
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2017-07-19
Filing date: 2017-07-19
Publication date: 2021-01-12
Anticipated expiration: 2037-07-19
Also published as: CN107309082A

Abstract

本发明提供一种超导高梯度磁分离技术转炉除尘灰制备高纯铁氧化物方法，所述方法利用HGMS技术对转炉除尘灰进行分选提取铁氧化物，铁氧化物再通过焙烧制备高纯度氧化铁红，实现转炉除尘灰钢厂外部循环利用，而且氧化铁红附加值高，实现废弃物大规模、高附加值资源化利用，可将铁元素富集到65%以上，折算成Fe₂O₃为93%以上，铁元素回收率达到95%以上；本发明具有超强分离提取能力和超低能量消耗（能耗是常规磁分离方法的1/10‑1/4），效果好，节能显著；特别适用于转炉除尘灰等含铁固体粉末中铁元素的富集、分离与提取。

Description

超导高梯度磁分离转炉除尘灰制备高纯铁氧化物的方法

技术领域

本发明属于资源、节能环保领领域，具体涉及一种超导高梯度磁分离技术转炉除尘灰制备高纯铁氧化物方法。

背景技术

目前，转炉除尘灰处理技术主要有返回烧结、球团作炼铁原料，压制成块返回转炉作冷却剂等钢厂内部循环。除尘灰中的K、Na、Zn等元素会对高炉冶炼产生不利影响，P、S等元素会对钢材质量产生不利影响。除尘灰在钢厂内部循环使用不仅不利于钢铁生产，而且附加值低。

磁分离技术是一种将物质放进磁场进行处理的技术，以磁体发展为契机，共经历了四个阶段，即弱磁选、强磁选、常规高梯度磁选和超导磁选阶段。磁分离技术的最早应用在选矿领域，1792年英国首次发明了用来精选铁矿的磁分离技术专利，1845年美国发明了工业磁选机，到了二十世纪20年代，各种类型的磁选机相继问世，磁分离技术在选矿领域得到不断的发展完善。高梯度磁分离技术兴起于20世纪60年代末、70年代初，它利用有效的电和永磁体产生较强的背景磁场，同时通过聚磁介质产生较高的磁场梯度，对磁性颗粒的捕集能力大大增强，从而能够使分离物料。1969年，美国Huber粘土公司正式投入运行第一台高梯度磁分离装置工业样机，1972年，太平洋电机公司制成第一台PEM84周期式高梯度磁选机，1975年，萨拉磁力公司制造了第一台周期式高梯度磁滤机SALA 214-14-5用于处理钢厂废水。

弱磁性颗粒只有在高梯度强磁场中才能受到有效磁力，而提高磁场强度一般需要通过改进磁体结构或者更新磁体材料的方法实现。目前国内研制的高梯度磁选机均采用电力激磁，存在结构复杂、耗电大、和维修不方便等缺点。随着高性能Nd-Fe-B材料的问世，出现了各种性能优良的永磁强磁选机。

超导技术是近年来科学技术的一项重大突破，为超导高梯度磁分离技术提供了可能。超导磁体应用于磁分离技术捷克VUCHPT的介质型往复式高梯度磁选机最大磁场强度可达到5.0 T。常规磁分离技术按照磁场来源分为永磁技术和电磁技术两种：永磁体产生的最大磁场较小，加铁芯的常规电磁体产生的最大磁场受到饱和磁化强度限制，很难超过；而不用铁芯的常规电磁体要获得大磁场需要非常大的电能励磁，同时使用大量的冷却水来防止绕组熔化，运行成本极高。而超导磁分离技术是使用超导磁体作为磁分离磁场来源，无论超导磁体是使用超导块材还是超导线材，本身几乎不消耗电能，只需很小的维持低温条件的电能就能获得强磁场，不需铁芯，也没有水冷问题，有很大的发展前途。超导高梯度磁分离技术是由常规强磁技术发展而来，利用超导线圈代替常规铜线圈，其具有环境友好性及节能降耗等巨大优势，超导高梯度磁分离技术具有巨大的发展和工业大规模应用潜力。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种超导高梯度磁分离技术转炉除尘灰制备高纯铁氧化物方法，所述方法利用超导高梯度磁分离技术对转炉除尘灰进行铁氧化物的分选与提取，然后将该铁氧化物进行焙烧来制备高纯度氧化铁红，从而实现含铁转炉除尘灰等固体含铁粉剂的高附加值回用；

进一步地，所述方法包括：

S1：对铁含量30-60%的炼钢进行转炉除尘灰；

S2：利用超导高梯度磁分离技术进行铁氧化物提取处理；

进一步地，所述S2中超导高梯度磁分离具体为在磁场强度1.2-3.0T，磁选介质体积填充率为5-50%，矿粉粒度为100目以下，矿浆浓度为10-100g/L，矿浆分散剂占比为0.1-3%，矿浆流速为100-1000mL/min，矿浆搅拌速率为1-60r/min条件下，进行超导磁选，产品铁含量为60%以上；

进一步地，所述S2中铁氧化物提取处理具体为将分选的铁氧化物在200℃以上焙烧30分钟以上改性后即得到高纯度氧化铁红, 其中α-Fe₂O₃含量在90%以上；

进一步地，所述S2中铁氧化物提取处理为“两步法”制备氧化铁红，第一步，将除尘灰经过超导高梯度磁场磁选分选铁氧化物；第二步，将分选出的铁氧化物进行焙烧改性处理，将氧化铁转变成α-Fe₂O₃；两步法可更换顺序进行；

进一步地，所述方法适用于所有含铁固体粉末中铁氧化物的分离与提取，并且制备α-Fe₂O₃产品；

本发明的有益效果如下：

1）可将铁元素富集到65%以上，折算成Fe₂O₃为93%以上，铁元素回收率达到95%以上；

2）具有超强分离提取能力和超低能量消耗（能耗是常规磁分离方法的1/10-1/4），效果好，节能显著；

3）特别适用于转炉除尘灰等含铁固体粉末中铁元素的富集、分离与提取；

4）本发明可实现含铁固体废弃物的高附加值资源化利用,且能够实现大规模工业化生产。

附图说明

图1为本发明在矿粉粒度-200目、矿浆浓度15g/L、磁介质体积填充率8%、流速500mL/min、不加分散剂下，磁选产品铁含量随磁场强度变化；

图2为本发明在矿粉粒度-200目、矿浆浓度15g/L、磁介质体积填充率8%、磁场1.8T、流速500mL/min下，磁选产品铁含量随分散剂用量变化；

图3为本发明在矿粉粒度-200目、矿浆浓度15g/L、磁介质体积填充率8%、磁场1.8T、分散剂30mg/L下，磁选产品铁含量随矿浆流速变化。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。下面为本发明的举出最佳实施例：

实施例1

在矿粉粒度-200目、矿浆浓度15g/L、磁介质体积填充率8%、流速500mL/min、不加分散剂条件下，研究不同磁场强度下的磁选产品铁含量。

研究表明，在一定范围内，随着磁场强度的增加，磁选产品铁含量也增加的。当磁场强度为1.8T时，磁选产品铁含量达到最大值64.5%，磁场强度继续增加，磁选产品铁含量反而下降，如图1所示。

实施例2

在矿粉粒度-200目、矿浆浓度15g/L、磁介质体积填充率8%、磁场强度1.8T、流速500mL/min条件下，研究不同分散剂六偏磷酸钠加入量下的磁选产品铁含量。

研究表明，在一定范围内，随着分散剂用量的增加，磁选产品铁含量也增加的。当实验用分散剂浓度为30mg/L时，磁选产品铁含量达到最大值65.9%，分散剂浓度继续增加，磁选产品铁含量反而下降，如图2所示。

实施例3

在矿粉粒度-200目、矿浆浓度15g/L、钢毛体积填充率8%、磁场强度1.8T、分散剂用量30mg/L条件下，研究不同矿浆流速下的磁选产品铁含量，如图3所示。

研究表明，随着矿浆流速的增加，磁选产品铁含量一直下降。

本发明针对铁含量30-60%的炼钢转炉除尘灰，利用超导高梯度磁分离（SHGMS）技术进行铁氧化物提取处理，特别是弱磁铁氧化物的提取。本发明为工艺创新，在磁场强度1.2-3.0T，磁选介质体积填充率为8-30%，矿粉粒度为-100目（可不用细磨），矿浆浓度为10-100g/L，矿浆分散剂（六偏磷酸钠等）占比为0.1-3%，矿浆流速为100-1000mL/min，矿浆搅拌速率为1-60r/min条件下，可将铁元素富集到65%以上，折算成Fe₂O₃为93%以上，铁元素回收率达到95%以上。

以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种超导高梯度磁分离转炉除尘灰制备高纯铁氧化物方法，其特征在于，所述方法利用超导高梯度磁分离技术对转炉除尘灰进行铁氧化物的分选与提取，然后将该铁氧化物进行焙烧来制备高纯度氧化铁红，从而实现含铁转炉除尘灰等固体含铁粉剂的高附加值回用；

所述方法包括：

S1：对铁含量30-60％的炼钢进行转炉除尘灰；

S2：利用超导高梯度磁分离技术进行铁氧化物提取处理；

所述S2中超导高梯度磁分离具体为在磁场强度1.2-1.8T，磁选介质体积填充率为5-50％，矿粉粒度为100目以下，矿浆浓度为10-100g/L，矿浆分散剂占比为0.1-3％，矿浆流速为100-1000mL/min，矿浆搅拌速率为1-60r/min条件下，进行超导磁选，产品铁含量为60％以上；

所述方法适用于铁含量30-60％的炼钢固体粉末中铁氧化物的分离与提取，并且制备α-Fe₂O₃产品；

所述方法的能耗是常规磁分离方法的1/10-1/4；

所述S2中铁氧化物提取处理具体为将分选的铁氧化物在200℃以上焙烧30分钟以上改性后即得到高纯度氧化铁红,其中α-Fe₂O₃含量在90％以上。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S2中铁氧化物提取处理为“两步法”制备氧化铁红，第一步，将除尘灰经过超导高梯度磁场磁选分选铁氧化物；第二步，将分选出的铁氧化物进行焙烧改性处理，将氧化铁转变成α-Fe₂O₃；第一步和第二步可更换顺序进行。