CN110039064A - 一种利用高炉瓦斯灰冶炼炉渣制备还原性铁粉的方法 - Google Patents

一种利用高炉瓦斯灰冶炼炉渣制备还原性铁粉的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种利用高炉瓦斯灰冶炼炉渣制备还原性铁粉的方法，所述方法为：对高炉瓦斯灰冶炼炉渣依次进行破碎和球磨；球磨后得到的物料加水调浆后加入螺旋分选机中进行分选，得到铁精矿和尾矿；尾矿从螺旋分选机底部螺旋的外边缘切线流出，直接进入摇床分选机中进行分选，得到铁精矿和尾矿；将不同分选阶段得到的铁精矿混合后进行还原焙烧，得到还原性铁粉。本发明首先通过对高炉瓦斯灰冶炼炉渣进行破碎和球磨得到小颗粒，实现了铁碳的充分分离，然后利用螺旋分选机与摇床的协同增效作用进行分选回收，最终得到了品位在98％以上的还原性铁粉产品，实现了对高炉瓦斯灰冶炼炉渣中铁元素的高效回收，具有良好的经济效益和应用前景。

Description

一种利用高炉瓦斯灰冶炼炉渣制备还原性铁粉的方法
技术领域
本发明涉及固体废弃物回收以及矿物加工领域，具体涉及一种利用高炉瓦斯灰冶炼炉渣制备还原性铁粉的方法。
背景技术
随着经济的迅速崛起，国家支柱产业蓬勃发展，我国的钢铁行业迎来了发展的高潮期。粗钢产量从1949年仅有16万吨，1996年首次达到1亿吨，而2018年迅速提升到9.28亿吨。这意味着平均一天的粗钢产量就达到了258万吨，是开国之初全年产量的16倍之多。钢铁的冶炼过程中会产生部分高炉瓦斯灰，质量约为钢铁产量的1/50。1949年，我国高炉瓦斯灰的产量不到5000吨，可以忽略不计；1996年，高炉瓦斯灰的产量约为200万吨，低于环境容纳能力，可以接受；而进入2018年后，年产量高达2000万吨的高炉瓦斯灰已经成为了不容忽视的环境问题。
高炉瓦斯灰是钢铁冶炼过程中随高炉煤气溢出后被干式除尘设备收集得到的富含金属元素的灰尘微粒。高炉瓦斯灰中主要含有金属锌(5-15％)、铁(15-40％)和非金属碳(25-50％)等元素。也就是说，高炉瓦斯灰中的金属含量比常规的自然矿产中金属含量要多，解离程度要高，具有较高的理论回收价值。另一方面，钢铁冶炼过程中，煤炭和金属矿石中的有毒重金属元素会高温挥发，进入烟气系统，最终聚集在高炉瓦斯灰中。所以随意堆放高炉瓦斯灰，可能引起土壤和地下水的重金属污染，威胁当地动植物的生命安全。因此，回收高炉瓦斯灰不仅能获得不菲的经济效益，还同时具有环境保护和资源回收意义。
目前，火法熔炼回收高炉瓦斯灰的研究和实际运用较为广泛。例如CN 107760875A公开了一种高炉瓦斯灰生产金属化炉料的生产线及工艺，利用金属锌等元素低沸点的特性，通过高温还原挥发，将金属锌先还原为金属锌蒸气从固体炉料中脱离，然后与空气氧化为氧化锌颗粒，通过布袋除尘器收集。CN 105543490 A公开了一种微波焙烧预处理-氨法浸出高炉瓦斯灰制备ZnO的方法，该专利借助微波辅助，以低温还原焙烧高炉瓦斯灰，还原部分的金属元素，然后通过氨浸法，选择性浸出制得ZnO。CN 108559852 A公开了一种高炉瓦斯灰综合利用工艺，通过强弱磁选的搭配对入料进行预先磁选分离，然后借助流化床焙烧技术去除碳残留，最终获得氧化锌。
上述专利均不同程度借助高温还原焙烧作用实现高炉瓦斯灰资源化回收，但主要回收产品是价值较高的氧化锌。氧化锌是针对焙烧烟气回收的产品，而高炉瓦斯灰冶炼炉渣中还含有超过30％的金属铁，现有技术均只采取较为简单工艺的处理，难以实现对铁的高效回收。实际生产证明，若只是从中回收金属铁，企业获得的利润只能用于支付消耗的电费。因此，有必要针对高炉瓦斯灰冶炼炉渣资源化难度大的特点，开发出一种高效回收的工艺路线。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种利用高炉瓦斯灰冶炼炉渣制备还原性铁粉的方法，通过对工艺的调控，实现了对高炉瓦斯灰冶炼炉渣中铁元素的高效回收，得到了品位在98％以上的还原性铁粉产品。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种利用高炉瓦斯灰冶炼炉渣制备还原性铁粉的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)对高炉瓦斯灰冶炼炉渣依次进行破碎和球磨；
(2)将步骤(1)球磨后得到的物料加水调浆；然后加入螺旋分选机中进行分选，得到铁精矿和尾矿；
(3)步骤(2)得到的尾矿从螺旋分选机底部螺旋的外边缘切线流出，直接进入摇床分选机中进行分选，得到铁精矿和尾矿；
(4)将步骤(2)和步骤(3)得到的铁精矿混合后进行还原焙烧，得到还原性铁粉。
高炉瓦斯灰冶炼炉渣主要含有金属铁(30-40％)，非金属炭(40-50％)和其他有色金属或重金属成分，粒度范围主要为1-100毫米。本发明首先通过破碎和球磨，将炉渣的粒度降至0.074mm以下，实现铁与碳渣的充分解离。实际操作过程中，由于粒度较小(＜0.074mm)，高炉瓦斯灰炉渣磨矿产物在常规的水介质重力分选过程中难以严格根据密度差异实现有效分离。本发明借助螺旋和摇床的双重重力分选作用及其协同增效机理，实现铁和碳渣的有效分离。其中，磨矿产物进入混料桶调浆后从切向给入螺旋分选机，随着水流螺旋着向下流出，切向速度不断增加；当达到底部时，尾矿矿浆流切向流出，直接流入摇床分选机进入第二段重力选矿。起到关键作用的是：矿浆从混料桶进入螺旋分选机时是紊流，颗粒受水流扰动，重选效果差，而经过8-10层螺旋分选进入摇床分选机时，水流流态变成了类似于层流的稳态，所以第二阶段的重选分离效果实现大幅提升。因此，借助螺旋分选机与摇床的有机配合可以实现重选协同增效的目的。
单独进行螺旋分选后得到的尾矿预先堆积需要设立比较大的储仓，增大投资成本，而且磨细的物料在堆积过程容易发生氧化，在同样的还原条件下，得到的还原铁粉中的铁品位降低。因此，上述螺旋分选与摇床分选不仅存在协同增效提高小颗粒(＜0.074mm)炉渣中铁碳分离效果的作用，二者配合还能够降低生产的投入，进一步提高还原铁粉的品位。
因此，本发明通过对破碎、球磨得到小颗粒，然后充分利用螺旋分选机与摇床的协同增效作用实现了对高炉瓦斯灰冶炼炉渣中铁元素的高效回收，最终得到了品位在98％以上的还原性铁粉产品，具有良好的经济效益。
根据本发明，步骤(1)所述破碎在颚式破碎机中进行。
根据本发明，步骤(1)所述破碎后利用条缝筛检查筛分，筛上物料返回前一步骤继续破碎。
根据本发明，步骤(1)所述球磨后物料的粒度为0.074mm以下，粒度过大，铁与碳渣难以充分解离，降低了所得铁精矿的品位。
根据本发明，步骤(1)所述球磨为二段球磨。
本发明采用由颚式破碎机和二段磨矿机组成的梯度破碎体系，将高炉瓦斯灰冶炼炉渣的粒度控制在0.074mm以下。
根据本发明，步骤(2)所述螺旋分离过程中任选地添加分散剂，所述分散剂为马来酸酐，分散剂的加入，有助于提高分选效果。
根据本发明，步骤(4)所述还原焙烧的温度为1200-1400℃，例如可以是1200℃、1230℃、1250℃、1280℃、1300℃、1330℃、1350℃、1380℃或1400℃等，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
根据本发明，步骤(4)所述还原焙烧的时间为30-60min，例如可以是30min、35min、40min、45min、50min、55min或60min等，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
根据本发明，步骤(4)所述还原焙烧在氢气气氛中进行。
根据本发明，步骤(4)所述还原焙烧前，对得到的混合铁精矿进行脱水。
本发明可以对步骤(3)所得尾矿进行脱水，然后进一步利用。
作为优选的技术方案，本发明所述利用高炉瓦斯灰冶炼炉渣制备还原性铁粉的方法包括以下步骤：
(1)利用颚式破碎机中对高炉瓦斯灰冶炼炉渣进行破碎，破碎后用条缝筛检查筛分，筛上物料返回破碎机；然后对破碎后的物料进行二段球磨，至粒度为0.074mm以下；
(2)将步骤(1)球磨后得到的物料加水调浆，然后将浆料打入螺旋分选机中进行能螺旋分离，得到铁精矿和尾矿；所述螺旋分离过程中任选地加入马来酸酐；
(3)步骤(2)所得尾矿从螺旋分选机底部螺旋的外边缘切线流出，直接进入摇床分选机中进行摇床分选，得到铁精矿和尾矿；
(4)将步骤(2)和步骤(3)得到的铁精矿混合后脱水，然后在氢气气氛下升温至1200-1400℃还原焙烧30-60min，得到还原性铁粉。
与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明首先通过对高炉瓦斯灰冶炼炉渣进行破碎和球磨得到粒度在0.074mm小颗粒，实现了铁碳的充分分离，然后利用螺旋分选机与摇床的协同增效作用进行分选回收，最终得到了品位在98％以上的还原性铁粉产品，实现了对高炉瓦斯灰冶炼炉渣中铁元素的高效回收，应用前景良好。
附图说明
图1是本发明一种具体实施方式提供的工艺流程图。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
本发明具体实施方式中选用的高炉瓦斯灰冶炼炉渣原料的组分为：锌3.43wt％，铁29.23wt％，碳41.23wt％，氯5.66wt％，水0.98wt％，其他元素19.47wt％。
以下为本发明典型但非限定性的具体实施例：
实施例1
本实施例提供了一种高炉瓦斯灰冶炼炉渣制还原性铁粉的方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：
(1)将高炉瓦斯灰冶炼炉渣通过人工皮带送入颚式破碎机，破碎机出口设条缝筛进行检查性筛分，筛上粒度大于8毫米的大颗粒落回存料厂，由工人重新铲上给料皮带进行破碎；条缝筛筛下物料自落入刮板机Ⅰ，然后进入一段球磨；一段球磨磨矿产物自落入刮板机Ⅱ，然后送入二段球磨，得到粒度＜0.074mm的颗粒；
(2)将二段球磨磨矿产物由刮板机Ⅲ送入混料桶，并加水调浆，制得浓度为40g/L的矿浆，用渣浆泵打入螺旋给料机；
(3)物料进入8层螺旋分选机，每层水流高度约1厘米，螺旋圈直径为1.2米，物料停留时间约45秒，分选得到铁精矿产品落入刮板机Ⅲ送入加压过滤机Ⅰ脱水；
(4)将螺旋分选所得尾矿从螺旋分选机底部螺旋的外边缘切线流出进入摇床分选机，摇床分选完成后得到铁精矿产品落入刮板机Ⅳ送入加压过滤机脱水，尾矿用脱水刮板机Ⅴ送入压滤机进一步脱水后销售，用于制砖；
(5)将螺旋分选机和摇床分选机得到的铁精矿产品送入钢带式还原炉通入氢气，在1300℃下还原焙烧45min，冷淬后得到还原性铁粉。
经过检测，所得还原性铁粉的组成为：铁98.49wt％，碳0.97wt％，其他元素0.54wt％。
实施例2
本实施例提供了一种高炉瓦斯灰冶炼炉渣制还原性铁粉的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将高炉瓦斯灰冶炼炉渣通过人工皮带送入颚式破碎机，破碎机出口设条缝筛进行检查性筛分，筛上粒度大于8毫米的大颗粒落回存料厂，由工人重新铲上给料皮带进行破碎；条缝筛筛下物料自落入刮板机Ⅰ，然后进入一段球磨；一段球磨磨矿产物自落入刮板机Ⅱ，然后送入二段球磨，得到粒度＜0.074mm的颗粒；
(2)将二段球磨磨矿产物由刮板机Ⅲ送入混料桶，并加水调浆，制得浓度为45g/L的矿浆，用渣浆泵打入螺旋给料机；
(3)物料进入9层螺旋分选机，每层水流高度约1厘米，螺旋圈直径为1.2米，物料停留时间约50秒，分选得到铁精矿产品落入刮板机Ⅲ送入加压过滤机Ⅰ脱水；
(4)将螺旋分选所得尾矿从螺旋分选机底部螺旋的外边缘切线流出进入摇床分选机，摇床分选完成后得到铁精矿产品落入刮板机Ⅳ送入加压过滤机脱水，尾矿用脱水刮板机Ⅴ送入压滤机进一步脱水后销售，用于制砖；
(5)将螺旋分选机和摇床分选机得到的铁精矿产品送入钢带式还原炉通入氢气，在1400℃下还原焙烧30min，冷淬后得到还原性铁粉。
经过检测，所得还原性铁粉的组成为：铁98.27wt％，碳1.01wt％，其他元素0.72wt％。
实施例3
本实施例提供了一种高炉瓦斯灰冶炼炉渣制还原性铁粉的方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：
(1)将高炉瓦斯灰冶炼炉渣通过人工皮带送入颚式破碎机，破碎机出口设条缝筛进行检查性筛分，筛上粒度大于8毫米的大颗粒落回存料厂，由工人重新铲上给料皮带进行破碎；条缝筛筛下物料自落入刮板机Ⅰ，然后进入一段球磨；一段球磨磨矿产物自落入刮板机Ⅱ，然后送入二段球磨，得到粒度＜0.074mm的颗粒；
(2)将二段球磨磨矿产物由刮板机Ⅲ送入混料桶，并加水调浆，制得浓度为30g/L矿浆，用渣浆泵打入螺旋给料机；
(3)物料进入10层螺旋分选机，加入适量分散剂马来酸酐，每层水流高度约1厘米，螺旋圈直径为1.2米，物料停留时间约60秒，分选得到铁精矿产品落入刮板机Ⅲ送入加压过滤机Ⅰ脱水；
(4)将螺旋分选所得尾矿从螺旋分选机底部螺旋的外边缘切线流出进入摇床分选机，摇床分选完成后得到铁精矿产品落入刮板机Ⅳ送入加压过滤机脱水，尾矿用脱水刮板机Ⅴ送入压滤机进一步脱水后销售，用于制砖；
(5)将螺旋分选机和摇床分选机得到的铁精矿产品送入钢带式还原炉通入氢气，在1200℃下还原焙烧60min，冷淬后得到还原性铁粉。
经过检测，所得还原性铁粉的组成为：铁98.63wt％，碳0.89wt％，其他元素0.48wt％。
对比例1
与实施例1相比，本对比例除了将步骤(1)中球磨后得到的颗粒的粒度控制在0.18mm以下外，其他步骤和条件与实施例1完全相同。
经过检测，所得还原性铁粉的组成为：铁96.48wt％，碳1.92wt％，其他元素0.60wt％。
对比例2
与实施例1相比，本对比例除了利用常规的水介质重力分选方法对步骤(1)得到的粒度＜0.074mm的二段球磨磨矿产物进行分选外，其他步骤和条件与实施例1完全相同。
经过检测，所得还原性铁粉的组成为：铁94.20wt％，碳4.96wt％，其他元素0.84wt％。
对比例3
与实施例1相比，本对比例将步骤(3)螺旋分选后得到的尾矿预先堆积，然后待螺旋分选结束后，将堆积的尾矿加水调浆后通入摇床分选机中进行分选。除此之外，其他步骤和条件与实施例1完全相同。
经过检测，本对比例所得还原性铁粉的组成为：铁94.77wt％，碳3.57wt％，其他元素1.66wt％。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种利用高炉瓦斯灰冶炼炉渣制备还原性铁粉的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)对高炉瓦斯灰冶炼炉渣依次进行破碎和球磨；
(2)将步骤(1)球磨后得到的物料加水调浆；然后加入螺旋分选机中进行分选，得到铁精矿和尾矿；
(3)步骤(2)得到的尾矿从螺旋分选机底部螺旋的外边缘切线流出，直接进入摇床分选机中进行分选，得到铁精矿和尾矿；
(4)将步骤(2)和步骤(3)得到的铁精矿混合后进行还原焙烧，得到还原性铁粉。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述破碎在颚式破碎机中进行。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述破碎后利用条缝筛检查筛分，筛上物料返回前一步骤继续破碎。
4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述球磨后物料的粒度为0.074mm以下。
5.如权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述球磨为二段球磨。
6.如权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述螺旋分离过程中任选地添加分散剂；
优选地，所述分散剂为马来酸酐。
7.如权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，步骤(4)所述还原焙烧前，对得到的混合铁精矿进行脱水。
8.如权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，步骤(4)所述还原焙烧的温度为1200-1400℃；
优选地，步骤(4)所述还原焙烧的时间为30-60min。
9.如权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于，步骤(4)所述还原焙烧在氢气气氛中进行。
10.如权利要求1-9任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)利用颚式破碎机中对高炉瓦斯灰冶炼炉渣进行破碎，破碎后用条缝筛检查筛分，筛上物料返回破碎机；然后对破碎后的物料进行二段球磨，至粒度为0.074mm以下；
(2)将步骤(1)球磨后得到的物料加水调浆，然后将浆料打入螺旋分选机中进行能螺旋分离，得到铁精矿和尾矿；所述螺旋分离过程中任选地加入马来酸酐；
(3)步骤(2)所得尾矿从螺旋分选机底部螺旋的外边缘切线流出，直接进入摇床分选机中进行摇床分选，得到铁精矿和尾矿；
(4)将步骤(2)和步骤(3)得到的铁精矿混合后脱水，然后在氢气气氛下升温至1200-1400℃还原焙烧30-60min，得到还原性铁粉。
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