冶金含铁尘泥还原提铁试验分析

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摘要：冶金含铁尘泥是钢铁冶炼过程中产生的副产物，其具有种类多、成分复杂的特点，为了对其进行高附加值的利用，现打破传统利用模式，针对瓦斯灰、炼钢污泥、氧化铁皮的成分特性，采取按比例混和压球成型-还原焙烧-磁选提铁的方式进行深度还原提铁。通过试验验证，该深度处理方式，可以达到瓦斯灰、炼钢污泥、氧化铁皮成分互补的作用，取得了较好的还原提铁效果。

关键词：冶金固体废弃物；含铁尘泥；瓦斯泥；炼钢污泥

引言

钢铁企业在生产过程中，会产生大量的冶金固体废弃物，这些冶金固体废弃物种类多，包括炼铁渣、炼钢渣、各工序产生的除尘灰及除尘泥、废旧耐材及其他垃圾等。冶金固体废弃物的产生总量大，年产生量约占钢产量的50%左右，部分钢企固体废弃物的产生比例更高。虽然冶金固体废弃物种类多，但根据金属含量可划分为金属固体废弃物和非金属固体废弃物。当前环保部门对冶金制造业提出了新标准和新要求，大力倡导绿色冶金，花园式工厂建设。钢铁企业也自发的重视环保，并在环保方面做足了功夫，通过优化生产工艺、调整产业结构、推行新的冶炼技术和产品来实现高效冶炼和洁净冶炼，更加注重资源的循环利用，在冶金含铁尘泥再利用方面进行了更多、更深入的研究。如果利用不好这些冶金含铁尘泥，其会成为环保压力，变成企业的负担。反之，通过新技术或新产品的研发，将冶金含铁尘泥循环利用起来，不仅可以变废为宝，降低部分生产成本，为企业带来一定的效益，还能够满足环保要求和行业需求。冶金含铁尘泥主要指球团、烧结、炼铁、炼钢、连铸、热轧和冷轧等工序产出的除尘灰、除尘泥、氧化铁皮等物质，该类物质具有含铁量较高、产生渠道广、种类繁多、化学成分复杂的特性，总产生量约占钢产量的10%。含铁尘泥的这些特性给资源的循环利用带来了一定的难度，但只要处理方法得当，仍是能取得较好的社会效益和经济效益。该文对瓦斯灰、炼钢污泥、氧化铁皮的综合利用进行了试验性研究，并取得了较好的试验效果[1]。

1试验原料

1.1试验原料

试验原料为瓦斯灰、炼钢污泥、氧化铁皮、黏结剂等。

1.2试验原料成分

试验原料烘干后，化验其成分，化学成分见表1。其中水分含量分别为瓦斯灰水分12.24%、炼钢污泥20.63%、氧化铁皮4.76%。

2试验方案

上述3种含铁尘泥的TFe含量较高，其中瓦斯灰及炼钢污泥中含有一定量的C。试验目的是充分利用瓦斯灰、炼钢污泥自身携带的C对3种含铁尘泥进行还原提铁，通过试验验证其可行性。

2.1试验原料的准备及配比计算

含铁尘泥含有较高的水分，需要进行晾晒处理，将3种含铁尘泥晾晒至水分含量符合标准后，再依据化验检测数据进行配料。配料的原则是三者混合料中总C量能够满足氧化铁类物质的还原反应，并保持一定量的C富余，配料比的计算必须折成干基。经计算，物料配比（干基）为瓦斯灰31.21%、炼钢污泥48.78%、氧化铁皮20.01%。

2.2试验所需设备

设备包括JQ350混料机、皮带机、对辊压球机、高温坩埚升降炉、坩埚钳、耐火罐、破碎机、小型球磨机、磁铁、电子称等。

2.3试验步骤

2.3.1试验料的成球氧化铁皮须预先捣打粉碎或碾碎，再将晾晒后的含铁尘泥按照计算比例加入混料机内，搅拌时加入适量的黏结剂。搅拌过程中，视搅拌情况添加少许水，保证试验料具有适度的黏性，以便于压制成球。物料混合均匀后，打开混料机的卸料闸，通过皮带机将试验混合料输送至对辊压球机中转缓冲料仓，开始压球，压制成球待用[2]。

2.3.2成球装罐将成球装入耐火罐内，摆放整齐，在距离罐口5cm的位置处停止装球，均匀地覆盖上阻火粉。覆盖阻火粉的目的是防止还原后的成球二次氧化，造成试验数据的偏差。

2.3.3成球的还原焙烧将装满成球的耐火罐放入坩埚升降炉内，按照设定的温度曲线升温，升温至设定的还原焙烧温度后，持续保温至设定的时长[3]。可按试验方案设定不同的还原焙烧温度和保温时长。保温结束后（还原焙烧过程结束）进入冷却状态。成球的还原焙烧采用正交试验法，主要包括2个阶段。第一阶段，保持还原焙烧时间不变（预留焙烧时间较充裕，以便于反应温度对还原焙烧的影响），在不同温度下对成球进行还原焙烧，通过试验数据，选出较好的还原焙烧温度。第二阶段，还原温度为第一阶段的优选温度，调整还原焙烧时间，根据试验数据确定还原焙烧时长。

2.3.4还原成球的破碎磁选待坩埚升降炉降至常温后，夹出耐火罐，小心地倒出阻火粉，取出焙烧成球并称重。称重后破碎，破碎料倒入小型球磨机研磨，研磨完毕后用磁铁对研磨料进行磁选，并对磁选出的物料进行称重。

2.3.5磁选料的TFe测定采用GB/T6730.5标准三氯化钛-重铬酸钾容量法测定含磁选料的TFe含量，记录不同试验方案下的试验数据。

3试验结果及分析

通过试验，掌握了第一手试验数据，再系统性地分析化验数据，选出综合效益最高的还原焙烧参数，为后期规模化生产提供数据指导。第一阶段的还原时间选择4h（有富余），还原温度自1000℃始，每批次试验递增50℃，见表2。第一阶段的试验数据表明，在保持还原焙烧时间一定的前提下，随着还原温度的递升，磁选粉选出率减小，选出粉的TFe含量整体上呈上升趋势，但当温度超过1200℃后，磁选粉的TFe变化不大。出现这种现象可能与磁选机的磁选效果及化验滴定误差有一定关系[4]。但还原温度在1200℃时，含铁尘泥的提铁效果明显，从能耗方面考虑，还原温度选择1200℃较为经济。另外，为便于后期工业化生产，选择一个较低的还原温度，有利于后期还原设备的选型，特别是在耐材方面扩大了选择空间[5]。在完成第一阶段的试验后，保持还原温度1200℃的条件下，还原时长每批次试验递增0.5h。通过试验选出含铁尘泥合适的还原反应时间，见表3。当还原温度设定为1200℃时，含铁尘泥成球的还原提铁效果随还原时间的延长呈先增后降的趋势，当还原时间为2.5h时，还原提铁效果最好。当还原时长达到3.0h时，还原成球有部分二次氧化，导致磁选率下降。虽然2.5h的还原提铁效果最好，但与2h的相较差距不大。如果在实际的工业化生产时，选择2h作为还原时间应该性价比最高[6]。

4结论

首先，经过试验验证，瓦斯灰、炼钢污泥、氧化铁皮这3种冶金含铁尘泥是可以通过还原焙烧进行提铁的，但各种物料的配比要根据化验成分实时计算。另外，该实验方案如果转化为工业化推广应用，还原焙烧的窑型选择尚须进一步考证。其次，瓦斯灰、炼钢污泥、氧化铁皮在还原温度1200℃、还原时间2.5h时，实验室还原提铁效果最好。但在工业化生产中，选择2h作为还原时间应该性价比最高。因为2h和2.5h的还原提铁效果相差不大，但在1200℃的高温下，还原时间保持越长，能耗越高，成本越高。再次，对瓦斯灰、炼钢污泥、氧化铁皮的还原提铁处理，只是冶金含铁尘泥利用的一种方案，通过这种思维，启发科研者找到更加经济、高效的再利用技术，为冶金尘泥的再利用开启新篇。最后，冶金固体废弃物种类繁多、数量较大，虽然利用的难度大，但是如果处理方法得当，是能实现高附加值利用的，并能获得高额的回报。今后如何高效地利用这些所谓的“废弃物”，需要不断的开拓创新，借助更多的新技术去实现，从而为企业及国家做出有利贡献。

参考文献

[1]王筱留，钢铁冶金学（炼铁部分）[M].北京：冶金工程出版社，2005.

[2]肖波.煤基直接还原铁生产技术[J].冶金能源，1996（3）：15-17.

[3].直接还原新技术[J].烧结球团，1999，24（1）：25-27.

[4]韩雪.冶金行业含铁固体废弃物资源化综合利用研究[J].中国资源综合利用，2018，36（11）：58-60.

[5]雷鹏飞.冶金含铁尘泥复合球团直接还原试验研究[J].甘肃冶金，2017，39（1）：18-22.

[6]张晋霞，牛福生，徐之帅.钢铁工业冶金含铁尘泥铁、碳、锌分选技术研究[J].矿山机械，2014，42（6）：97-102.

作者：潘晓 单位：济南鲍德炉料有限公司日照市分公司