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冶金固废利用需要关注的几个问题 精选

已有 4813 次阅读 2022-8-27 19:43 |系统分类:科普集锦


环保政策下,混凝土用的砂石限采、禁采,供应紧张,固废的利用越发重要。冶金固废占据着最大的份额,但在应用中,不了解固废产生的阶段和过程以及相关原理,出现了很多问题,导致事故!以最为常见的铁尾矿为例,分别从冶炼以前的选矿废料和冶炼后的废渣,谈一下利用固废值得关注的问题。

1 铁矿石破碎与分级

铁矿石是钢铁生产企业的重要原材料,一般低于50%品位的铁矿石需要经过选矿才能冶炼利用。我国铁矿资源特点是贫矿多,富矿少,伴生矿产多,矿石组分比较复杂,矿石嵌布粒度大多较细,脉石矿物绝大部分是由石英石组成的,SiO2在40-50%,给选矿造成一定的困难。铁矿石加工工艺流程具体为:铁矿石经过破碎、筛分、磨矿、分级、磁选、浮选、重选、焙烧还原、过滤脱水等程序逐渐选出铁,如图1。

图片1.png 

图1 铁矿石处理流程

1.1铁矿石破碎

工艺流程中一般采用喂料机、头破、二破、筛分、细碎、干选这几道工序,铁矿石生产作业中头破一般选用颚式破碎机。颚式破碎机是最为传统也是最为稳定可靠的粗级破碎设备,应用的范围最为广泛。铁矿石破碎生产流程中,二破的选用一般有两种类型:要么是细颚破,要么是圆锥破碎机。细颚破的排料口最小只能调节到25mm,因此其破碎粒度一般在40mm以下。圆锥破碎机可以提供更小的产品粒度。

1.2铁矿石筛分

工艺流程:铁矿石筛分设备一般采用振动筛,将二破完成的物料进行筛分作业。一般可以将10mm或者更小的物料筛分后进行干选,10-40mm的物料筛分后进入细碎机进行细碎作业,40mm以上的物料返回到二破中进行回料破碎。

1.3铁矿石磨矿

工艺流程:铁矿石的选矿厂大多采用一段磨矿或两段磨矿,其中两段磨矿可分为两段连续磨矿和阶段磨矿阶段选别流程。阶段磨选原则流程即在第一段磨矿较粗的粒度条件下 ,经粗选抛弃已单体解离的脉石(尾矿 ) ,然后把粗精矿给入第二段磨矿磨到要求的细度 ,再经选别得到合格铁精矿。处理贫铁矿石的选矿厂,在磨矿粒度尽量粗的条件下及时地分离出已单体解离的脉石颗粒 ,符合“能丢早丢”的选矿原则。研究矿石性质,确定第一段磨矿的适宜粒度,尽量采用“超粗磨大粒度粗选抛尾”。根据给矿及产品粒度的关系可分为以下阶段。

表1 矿石的破碎分级


阶段 

给矿最大块直径(mm) 

产品最大块直径(mm) 

粗碎 

1000~300

300~100

中碎

300~100

100~40

细碎

100~40

20~12

粗磨

20~12

1.0~0.3

细磨

1.0~0.3

0.1或更细



1.4铁矿石分级

工艺流程:螺旋分级机主要有高堰式单螺旋和双螺旋、沉没式单螺旋和双螺旋四种分级机。该分级机广泛适用于铁矿石选矿厂中与球磨机配成闭路循环程分程分流矿沙,或用在铁矿石重力选矿厂中来分级矿砂和细泥,铁矿石加工工艺流程中对矿浆进行粒度分级,以及洗矿作业中的脱泥、脱水等作业。

破碎与磨矿都是选别前矿石的粉碎作业,只是产品粒度不同而已。物料经过破碎的次数为破碎阶段的段数。接下就是选矿。

2 铁矿石选矿

选矿的方法很多。

2.1重选法

是根据矿物相对密度(通常称比重)的差异来分选矿物的。铁矿石重选分选工艺其应用有两种:一种是矿床地质品位较高,但矿体较薄或夹层较多,采矿时废石混入,使矿石贫化,对这种矿石可采用只破碎不磨矿,在粒度较粗的情况下,通过重选丢弃粗粒尾矿,从而恢复地质品位。获得粗粒的中等品位精矿,或进一步加工处理,或直接送高炉冶炼,这种称为粗粒重选。另一种对嵌布粒度较细的红矿或混合矿,即含弱磁性的红矿和强磁性的磁铁矿,经磨碎,磨矿使铁矿物单体分离后,通过重选或磁重联选,得到细度高品位精矿,这种称为细粒重选。

2.2磁选

是利用各种矿物磁性的差异,在磁选机的磁场中进行分选的一种选矿方法。磁选又分为弱磁选和强磁选,弱磁选主要用于分选磁铁矿、钒钛磁铁矿等强磁性铁矿物,强磁选主要用于分选以赤铁矿为主的弱磁性矿物。弱磁选的分选流程主要是采用阶段磨矿-阶段磁选,在每一个磨矿阶段抛出不合格尾矿,以尽量减少下一阶段的再磨量,从面达到节能降耗、提高选矿厂经济效益的目标。我国多数磁铁矿选矿厂采用两段或三段磨矿、阶段分选流程,即在各段磨矿作业之后用磁选机或脱水糟加磁选机抛出已单体解离的脉石矿物。

2.3电选

是在高压电场中利用矿物的电性差异使矿物分离选矿方法,用的不是太普遍。

2.4选别细粒浮选法

是根据矿物表面物理化学性质的差别,经浮选药剂处理,使用矿物选择性地附着在气泡上,达到分选的目的,有效成分选走,留下尾渣。

药剂的主要用途是:(1)加强矿物可浮性的差别,从而使矿物彼此间以及有用矿物和脉石间相互分离。(2)提高有用矿粒附着于气泡的速度和强度,(3)改善矿浆内细小而弥散气泡的形成条件,并为在矿浆表面形成稳定的矿化泡沫创造条件。铁矿石浮选工艺流程的选择,主要取决于铁矿石的性质及对精矿质量的要求。

浮选所用的药剂主要有:

黄药,学名为黄原酸盐,按其化学组成也可称为烃基二硫代碳酸盐。

黑药,化学名为二烃基二硫代磷酸盐。

含有结晶水的硫酸铜,为铜兰色结晶体,俗称胆矾,其分子式为:CuSO4·5H2O。易水解,有腐蚀性,是黄铁矿、磁黄铁矿和钴、镍等硫化矿物的有效活化剂。

六聚偏磷酸钠,也称六偏磷酸钠,生产中简称六偏,简写为6P。

碳酸钠是浮选中常用的中碱性pH调整剂,用它可将矿浆的值调整到8~10,并对矿浆pH值有缓冲作用。

硫酸铵是一种强酸弱碱盐,溶于水后解离生成NH3 H+、SO42-,硫酸铵主要用于消除矿石中含有胶结水泥充填料的负面影响。

3 冶炼废渣的产生

炼铁时用的铁矿石,主要有赤铁矿石(主要成分是氧化铁)和磁铁矿石(主要成分是Fe3O4),在铁矿石中还含有无用的脉石,主要成分是二氧化硅(SiO2)。炼铁时,被还原出的铁在高温下变成液体,温度在1535℃左右,原燃料中的SiO2、Al2O3等酸性氧化物的熔点很高(SiO2为1713℃,Al2O3为2050℃左右),不可能在高炉中熔化。即使它们有机会组成较低熔点的化合物,其熔化温度仍然很高(约1545℃),在高炉中只能形成一些非常粘稠的物质,造成渣、铁不分,难于流动。为了除去这种杂质,选用石灰石作熔剂,石灰石在高温下分解成CaO和CO2。尽管熔剂中的CaO和MgO自身的熔点也很高(CaO为2570℃,MgO为2800℃),但它们能同SiO2、Al2O3结合成低熔点(<1400℃)化合物,在高炉内足以熔化,形成流动性良好的炉渣,按相对密度与铁水分开(铁水相对密度6.8-7.8,炉渣2.8-3.0),CaO在高温下与二氧化硅反应生成熔点比铁水温度还低的硅酸钙,与三氧化二铝生成铝酸钙,打开高炉上的出渣口,液态硅酸钙先流出去,水淬凝固成高炉渣,粉磨后形成矿渣粉,应用于混凝土中。

钢渣是转炉炼钢产生的一种废渣,是出炉状态温度高达1400℃以上的液体,化学成分CaO含量为40%-60%,SiO2含量为13%-20%,主要矿物相是C3S、C2S、钙铁橄榄石、f-CaO、f-MgO等。f-CaO、f-MgO等有害成分含量高,冷却处理后的钢渣中含有大量结晶粗大、结构致密的f-CaO和离MgO,这些f-CaO和游离MgO遇水后会在很长时间内持续水化并发生体积膨胀。

由炼钢工艺决定了钢渣中,游离氧化钙、游离氧化镁不可避免地存在,其中不乏过烧的氧化钙和氧化镁,后期会缓慢与水发生反应,膨胀开裂,因此,作为钢渣不能用作混凝土中的骨料。

4结语

在冶炼前选矿阶段,物理分选产生的尾矿对粒型和级配没有要求的,应该进行性整形和和筛分后利用,由于这个过程中本身没有受到化学药剂的影响,满足骨料指标要求的都可以在混凝土中利用,而浮选和化学选矿产生的废料,由于化学药剂的影响,要进行相应的试验验证才能使用,当然,在利用之前还要进行放射性和溶出性毒性等影响健康的试验检测。

冶炼后产生的废渣,一定要了解主要成分和含量,主要是长期的体积稳定性的是否可以满足要求,要慎之又慎。




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