高炉瓦斯灰（共5篇）
高炉瓦斯灰 篇1
0前言
高炉瓦斯灰是炼钢厂高炉重力除尘系统收集的烟尘, 是铁矿粉、焦炭、石灰等炼铁炉料的高温混合物。高炉瓦斯灰中的铁矿粉和焦炭是炼铁主要原材料和还原剂 (三钢高炉瓦斯灰约含TFe25%、C47%) , 由于铁矿粉、焦碳、石灰等混合在一起, 无法直接回收利用, 因此, 三钢原日产高炉瓦斯灰100多吨均被作为固体废弃物处理, 没有很好的回收利用。
随着国家对资源和环境问题的日益重视, 利用成熟的技术回收高炉瓦斯灰中的铁、碳资源, 将产生很好的经济和社会效益。公司决定采用国内成熟的技术对三钢高炉瓦斯灰进行处理回收, 利用瓦斯灰中各成份的密度和表面性质不同, 采用浮选和重选方法将其中的C、Fe分离, 提选铁精粉和碳精粉返回烧结用作生产原料, 剩余尾泥外卖制砖等, 从而实现固废资源化综合利用, 减少环境污染, 提高经济效益和社会效益。
1 瓦斯灰理化性能
1.1 矿石特性[1]
高炉瓦斯灰主要由磁铁矿、赤铁矿、焦炭、铁酸钙及其它矿物组成, 铁矿物以Fe3O4和Fe2O3为主, 其它金属矿物以氧化物形式存在。金属铁含量极少, 仅有微量的金属珠镶嵌在渣相中, 呈独立的金属铁几乎没有;磁铁矿部分为独立相的颗粒状, 大部分为烧结矿中玻璃质胶结的自然晶状磁铁矿;赤铁矿多为细小颗粒, 粒径大小不等;焦炭以形状各异的颗粒存在, 有粗颗粒镶嵌、细粒镶嵌、丝状等, 各向同性较少见。
1.2 化学组成
三钢高炉瓦斯灰灰的化学组成见表1。其全铁含量为24.39%, 碳含量为41.97%, 有害元素S、Zn、K2O、Na2O含量也较高。
2 工艺及参数
2.1 浮选工艺的选择
用浮选分离回收瓦斯灰中细粒状质, 是成熟、高效且唯一的方法, 如同煤炭行业从洗、选煤水浆中回收“煤泥”一样, 采用柴油 (或煤油) 作捕捉剂, 浮选油作起泡剂, 水玻璃做抑制剂, 在合适的药剂用量、浮选原浆的浓度, 通过浮选都能取得良好的富集指标, 碳表面疏水而亲油, 可浮性好, 易于用浮选与其他矿物分离[2]。
结合三钢瓦斯灰含碳量较高的特性, 碳精粉的品味要求在68%以上, 确定采用单浮选的工艺来选取瓦斯灰中的碳。
2.2 选铁工艺的选择
高炉瓦斯灰为高温产物, 所含铁矿物与天然铁矿物的表面性质存在较大差异, 且细粒矿物在高温作用下胶结在一起, 极易包裹脉石矿物, 镜下鉴定及单体解离度测定结果均证明了这一点[1]。胶结在一起的脉石矿物与铁矿物难以用物理方法分离, 这样给选矿带来了较大难度, 在影响铁精矿质量的同时, 造成全铁回收率偏低。
采用单一弱磁选回收瓦斯灰中的铁, 最高品位为48%的铁精矿, 但金属回收率较低, 仅为6.9%, 这是由于赤铁矿、磁-赤连生体、硅酸盐胶结相中的磁铁矿都无法通过磁选法得到回收。所以用单一弱磁选回收瓦斯灰中的铁是不可行的[4]。
采用单一强磁选进行试验, 结果表明, 铁精矿中TFe的含量较低, 无法达到回收铁的目的。由于该瓦斯灰粒度小和质量轻, 在磁选过程中, 常出现“连桥”现象, 造成后来的灰浆流到磁头部位直接堆在连桥上面, 无法进行磁选, 这就导致了磁选效率下降, 精矿中Fe品位提高较小, 因此包钢瓦斯灰分选铁采用单一的弱磁或强选的方法是不行的。主要原因有以下几点:
(1) 瓦斯灰中的Fe以磁铁矿、菱铁矿、磁-赤连生体、硅酸盐胶结物等形式存在, 无法通过单一弱磁选回收铁。
(2) 由于瓦斯灰粒度很小且质量轻, 受到磁介质、磁选空间大小、磁间距的限制及受水力冲刷等因素的影响对单一强磁选Fe的限制性较大, 当电流过大时, 矿浆会在磁头部位产生“连桥”现象, 阻碍了非磁性矿物流出磁选机, 造成品位下降。
(3) 瓦斯灰含有许多微细粒粒矿物, 该矿物密度小, 比表面积大。密度小, 就磁选而言, 强磁性物料随粒度减小被磁化率急剧降低, 矫顽力增大;弱磁性矿物磁化率本身就低, 比介质阻力随粒度降低而剧增, 导致回收困难。比表面大, 表面能和表面活性大, 易于相互聚结, 故细粒表面行为对分选有重大影响。微粒矿物, 在灰浆中受到各种表面力的作用, 若范德华力分子作用力、双电层静电作用力、吸附分散剂后细粒表面吸附层引起的作用力 (位阻效应) 、疏水团聚颗粒上的疏水基团引起的疏水作用力等等, 使微细矿物的分散、团聚和絮凝等行为受到严重影响。磁选时矿粒在磁介质上的捕获和解析, 都与微细粒矿物的回收效果很差, 相当部分被当作矿泥抛弃, 有价物质被损失在矿泥中[4]。
根据三钢高炉瓦斯灰的矿物特性及同类物料的分选生产实践, 结合国内外成熟的选矿工艺和设备, 决定采用重选工艺来选铁。工艺流程图如图1。
2.3 工艺参数
球磨机的磨料浓度控制在65%~70%, 球磨机出粒度控制在60~200目 (即球磨出料粒度0.27mm~0.074mm) 的浆粒≥85%。螺旋分级机分选溢出浆浓度控制在30%~38%, 生产中采用定容壶 (定容壶的容积约为335ml) 取样测定。溢出浆浓度不宜过高, 过高会使浮选效果不佳, 易出现沉仓等现象。生产过程的具体参数如表2所示。
3 实际生产过程的问题及改进措施
针对实际生产中出现的问题, 逐个查找问题的原因, 逐步解决制约生产的难题。同时, 从管理考核入手, 加强职工的技术培训, 提高职工的操作水平。利用考核的杠杆效应, 充分调动职工的生产积极性。
生产中出现的问题有:1) 尾泥经浓密池浓缩后, 用泵送至压滤机故障率高;2) 碳浓缩池中的泡沫不易消掉;3) 成品碳精粉的固定含量为68% (要求固定碳含量≥73%) ;4) 重选中选型采用摇床故障率高。
为此采取措施如下:1) 利用落差, 新挖掘一尾泥沉淀池, 将尾泥直接引入其中沉淀, 取消泵和压滤机;2) 在浓缩池的周围架设了管道、喷头, 实施“人工降雨”, 利用水雾彻底解决了受泡沫难破裂堆积多的困扰;3) 优化工艺参数, 加大了水玻璃及柴油的添加量, 碳精粉中固定碳的含量稳定在76%;4) 经浮选后的中矿, 利用落差直接引入铁精粉内, 取消摇床的使用。
药剂添加量与成品结果如表3、表4。从表中可以看出, 当原浆的浓度调至正常的水平时, 碳精粉的品味与水玻璃及柴油的添加量存在着必然的联系。若要进一步提高碳精粉的品味, 可以采用粗选、精选两道浮选的方式来选矿。因生产过程中未对水资源进行回收利用, 故水玻璃的添加量比预计的要高。
4 结束语
4.1 一级浮选的工艺流程选取瓦斯灰中的碳, 可获得和固定碳含量为76%、产率48%、回收率85.5%的碳精粉。
4.2 采用重选回收高炉瓦斯灰中的铁可获得全铁含量54%、产率10%、回收率24%的铁精粉。
4.3 尾矿的TFe含量为40~48%, 采用重选选取瓦斯灰中的铁, 回收率不是很高, 建议采用重选及弱-强磁搭配的工艺来回收瓦斯灰中的铁, 使资源得到最大化的回收利用。
高炉瓦斯灰用浮选和重选方法将其中的C、Fe分离, 该工艺技术可对我国产出巨量的高炉瓦斯灰进行资源化、无害化处理, 实现固体废弃物的综合利用, 推进发展循环经济起到有力的促进作用[3], 具有很好的经济效益和社会效益。
参考文献
[1]徐伯辉, 等.高炉瓦斯灰提碳提铁研究[J].矿产保护与利用, 2007年6月, 第三期:51-55.
[2]汪文生, 等.用浮选法综合回收高炉瓦斯泥中碳、铁试验研究[J].金属矿山, 2004年8月, 增刊:498-500.
[3]王树楷.瓦斯灰回收有色金属及再资源化[J].资源再生, 2009年, 第10期:48-53.
[4]闫永旺, 陈义胜, 等.从高炉瓦斯灰中分选铁和碳的试验研究[J].2008年3月, 第27卷1期:15-18.
高炉瓦斯灰 篇2
高炉瓦斯灰是生产时随高炉煤气从炉顶排出, 经各级除尘器收集的粉尘, 根据除尘设备的不同主要分为重力灰、旋风灰和布袋灰, 其化学成分和粒度高炉炉容、原燃料条件等密切相关, 但其主要成分是铁和碳, 除此之外还含有少量硅、钙、铝等其它元素的氧化物, 具有较高的回收价值[1]。虽然高炉除尘灰在作为烧结、球团生产配料、提取有价值元素等方面得到了一定程度的应用, 但普遍还存在问题, 如充分利用问题 (约60%~70%的粉尘在系统中循环) [2]、烧结矿成分偏析问题[3]等。鉴于高炉除尘灰粒度细、密度小、数量较多[4], 以及国外高炉混喷的成功的工业试验[5,6], 将其直接配加到煤粉中喷入高炉, 能简单高效地回收大量的铁碳元素, 有效降低生产成本, 为我国钢铁企业节能减排、保护环境、发展循环经济开辟一条新的途径[7,8]。
1 高炉喷吹重力灰
重力灰是经由重力除尘器利用重力收集的粉尘, 粒度相对较大。重力除尘器可除去粒度大于150μm的颗粒, 除尘效率达到50%~80%, 出口煤气含尘量可降到8~12g/m3。首秦1200m3高炉日平均重力灰量41t左右, 约占总尘量的59%, 主要成分为:TFe:52.77%, C:12.60%, Si O2:8.93%, Ca O:2.27%, Al2O3:3.66%, Na2O:1.16%, K2O:0.17%, Zn O:0.40%[9]。
李燕江等利用两段式煤粉燃烧炉, 模拟高炉的燃烧条件, 分析了邯宝公司3200m3高炉的重力灰 (TFe:28.7%, C:42.65%, Si O2:5.8%, Ca O:4.51%, Al2O3:2.87%, Mg O:1.27%, Na2O:0.11%, K2O:0.22%) 和混合煤粉 (烟煤:无烟煤=4:6, 小于0.074mm占70%) 的燃烧性能。该高炉重力灰中的碳含量较高, 达到了42.65%, 经过对其进行煤岩显微组分分析, 发现63.76%来源于焦炭, 36.24%来源于煤粉。其着火点、爆炸性与混合煤粉相差不大, 可磨性、喷流性能明显优于煤粉, 但是其燃烧率只有26.46%, 远远低于煤粉 (煤粉的燃烧率:60.36%) 。通过按以上条件对邯宝公司喷吹重力灰 (日产60t) 的经济效益进行估算, 每年可增加铁量6199t, 节约成本1000多万元[10]。
2 高炉喷吹旋风灰
旋风灰是经由旋风除尘器利用离心力收集的粉尘, 粒度小于重力灰。新建高炉多采用旋风除尘器代替重力除尘器, 或在已有重力除尘器后增加旋风除尘器以提高除尘效率, PW公司开发的轴流旋风除尘器旋风灰粒度绝大部分超过25μm。首秦公司1200m3高炉日平均旋风灰量22t左右, 约占总尘量的32%。主要成分为:TFe:44.04%, C:22.60%, Si O2:8.64%, Ca O:2.37%, Al2O3:3.73%, Na2O:0.97%, K2O:0.20%, Zn O:0.47%[9]。
邵腾飞等在实验室对首秦煤粉添加旋风灰后的燃烧性能进行了实验, 分析了富氧3%气氛下配加0、3%、6%和9%的旋风灰 (TFe:31.94, C:35.62, Si O2:5.14, Ca O:3.26, Al2O3:3.16, Na2O:1.17, K2O:0.43) 后的煤粉试样的燃烧情况。实验研究结果表明, 富氧3%的条件下, 配加6%旋风灰时, 煤粉的燃烧率分别达到最大值60.1%;继续增加旋风灰配入量, 煤粉的燃烧率明显降低, 此时对理论燃烧温度的影响不大。这可能和铁氧化物、碱金属氧化物和氧化钙的助燃催化作用有关[11]。此外, 吴小辉等测得空气气氛下添加相同比例的旋风灰后, 试样的燃烧率变化趋势和富氧3%时一致, 在配加6%旋风灰时, 煤粉的燃烧率达到最大值56%, 比富氧3%时略低[12]。首秦1号高炉现场喷吹的实践结果证实, 在煤粉中添加3%以下旋风灰, 高炉各项操作制度、炉况与未添加时没有明显变化, 也没有增加后续炼铁工序的碱负荷。
丁汝才等在实验室进行添加2%、4%、6%和8%旋风灰和不同富氧率对煤粉燃烧率影响的研究。采用首秦旋风灰, 在成分和条件与邵腾飞和吴小辉等所做研究相似的情况下, 得出了类似的结论:空气条件下, 配加4%的旋风灰, 燃烧率最大, 为40.42%;富氧3%时, 最大燃烧率也基本保持在配加4%旋风灰的情况。工业试验证明每年可节省煤粉1500t, 回收600~800t铁, 经济意义和社会意义重大[4]。
3 高炉喷吹布袋灰
布袋除尘是一项比较成熟的技术, 该除尘器置于重力除尘器或旋风除尘器之后, 各种高孔隙率的织布或滤毡, 对粒度较小的粉尘进行收集, 除尘效率在99%以上。大型高炉的布袋除尘器后净煤气的含尘量一般小于5mg/m3。首秦公司1200m3高炉日平均布袋灰量6t左右, 约占总尘量的9%。主要成分为:TFe:26.04%, C:19.2%, Si O2:11.88%, Ca O:5.07%, Al2O3:7.87%, Na2O:1.72%, K2O:1.52%, Zn O:1.54%。铅锌在炉内极易还原, 凝结物大部分集中在极细粉尘中, 因此布袋灰中含量较高。为防止其在炉内循环累计, 破坏炉衬或在炉身上部和炉顶煤气管结瘤, 应严格控制入炉量[9]。
刘仁生等将长钢9号1080m3高炉布袋除尘灰 (FC:61.08%, Ad:31.75%, Vdaf:10.51%, S:0.99%, 发热量:22.14MJ/kg) 和煤粉混合后, 进行了热重分析和高炉喷煤燃烧模拟试验。该布袋灰灰分和硫分都很高, 但是其含碳量高, 具有较高的发热量。其在600℃时的燃烧率为40.75%, 将其配入屯留煤粉中, 20%布袋灰是试样燃烧率最高的合适比例, 燃烧率达到51.82%, 说明此时布袋灰中氧化铁等金属氧化物的释放会加快屯留煤样的燃烧过程, 缩短燃烧时间, 从而利于增加喷煤量, 降低焦比。当布袋灰、府谷煤和屯留煤混合时, 三者的比例为1:1:8时的煤样的燃烧率最高 (600℃) , 达到69.86%, 最利于高炉喷吹。喷煤的模拟试验结果证实了同样的趋势, 但是由于气氛和温度条件的不同, 导致燃烧率的数值有所不同[13]。
韩庆等通过对高炉喷吹煤粉中添加2~8%的布袋灰 (C:约20%) 的研究, 发现在富氧率小于3%时, 宜添加4%左右的布袋灰, 以充分利用布袋灰中的碳和铁氧化物的催化作用, 提高煤粉的燃烧率;富氧率大于3%, 布袋灰的添加量可以达到8%。在高炉风温高于1150℃时, 布袋灰配入比例每增加2%, 富氧率需增大1%, 风口前的理论燃烧温度下降3.1℃。在1200m3高炉进行喷吹煤粉与布袋灰混合喷吹, 风压0.3MPa、风量2800m3/min、富氧率2.0%, 压力0.7MPa, 风温1180℃, 焦比350kg/t, 产量3000t/d, 渣量280kg/t, 配入4%的布袋灰, 保持煤粉和灰的混合物在150kg/t, 生铁合格率100%, 高炉的生产参数保持不变。按煤粉价格630元/t, 喷煤量150kg/t, 吨铁添加布袋灰6.0kg, 在年产105万吨生铁的情况下, 每年喷吹6300吨的布袋灰, 代替部分煤粉和含铁炉料, 直接经济效益362万元[14]。
4 结论
瓦斯灰是钢铁企业主要固体排放物之一, 不但含有大量的铁碳资源, 还含有少量的有害杂质, 在节能环保要求的不断提高的今天, 实现固废循环利用成为高炉固废清洁生产的目标。本文通过对高炉喷吹重力灰、旋风灰和布袋灰的探讨分析, 发现瓦斯灰完全可以作为辅助燃料, 代替煤粉。相比较之下, 这三种灰中, 重力灰粒度较粗, 铁碳含量较高, 布袋灰的粒度最细, 含有的有害元素也最多, 因此, 必须根据这些元素的含量决定是否直接利用。
摘要：有效回收利用瓦斯灰资源以谋求环境、经济效益的最大化, 是冶金行业普遍面临的问题。本文阐述了高炉喷吹重力灰、旋风灰和布袋灰的研究现状和实践应用。在不影响高炉顺行的前提下, 完全可以通过控制瓦斯灰的配入比例, 替代部分煤粉, 实现节煤降耗的目的, 为冶金行业低碳生产、节能减排开辟一条有效途径。
高炉煤气除尘放灰系统自动化改造 篇3
关键词：除尘,安全,自动化
0 引言
随着我国环境保护意识的加强, 我国的高炉炼铁已经从过去的开放式炼铁环境转变为封闭式炼铁模式, 当年照片宣传的铁花四溅、白烟滚滚的年代已经过去, 现在炼铁厂已经成为花园式工厂。
高炉炼铁的主要产品是生铁, 副产品有高炉煤气、炉尘和炉渣。其中炉尘是随着高速上升的煤气带离高炉的细颗粒炉料。一般含铁30%~50%, 含碳10%~20%。经煤气除尘回收后, 可以用作烧结矿原料。[1]
高炉煤气经重力除尘器粗除尘后, 进入布袋除尘器精除尘, 净化后的煤气经煤气主管、调压阀组 (或TRT) 调节稳压后, 送往厂区净煤气总管。荒煤气的灰尘含量为5~6g/Nm3, 经布袋除尘后, 煤气的含尘量≤8mg/Nm3, 即可以满足用户对煤气含尘量的要求。
1 工艺流程
1.1 箱体组成
箱体由荒煤气室 (过滤室) 、净煤气室、下灰斗、人孔、煤气进出口、气体分布栅、安全阀、取样口、吹扫口、煤气放散口及支座等组成。荒煤气从箱体顶部中间方向进入, 净煤气出口设在箱体顶部。荒煤气从上而下, 气流均匀, 避免布袋剧烈晃动。
1.2 喷吹系统工艺流程
反吹介质为氮气, 每个箱体设二套脉冲氮气反吹系统。脉冲阀的进气端与喷吹气包连接, 出气端通过阀门 (常开) 与喷吹管连接。当脉冲阀打开时, 氮气由喷吹气包通过脉冲阀, 经喷嘴喷入文氏管, 并振动滤袋, 进行清灰。在喷吹清灰过程中, 每次喷吹清灰时间为0.1~0.2S, 在这一瞬间内喷出的高压氮气, 形成高速气流, 从周围引入数倍于喷射气量的净煤气冲进滤袋, 致使滤袋急剧膨胀, 引起一次冲击振动, 同时, 在瞬间产生由里及外的逆向气流, 由于冲击和逆向气流的作用, 附着在滤袋外层的粉尘被抖落, 而嵌于滤布孔隙中的粉尘也被吹掉, 滤袋可重新使用。
1.3 卸输灰装置
卸输灰装置由大灰仓、卸灰阀、皮带等组成。为保证卸灰通畅, 在布袋除尘器箱体和大灰仓及中间灰仓的下锥体设有仓壁振动器。
1.4 燃气自动化硬件组成
本系统主要由施耐德PLC组成, 其中包括电源模板、CPU模板、数字量模板、模拟量模板和通讯模板组成。主站CPU为140CPU65150, 主分站通过主站CRP模块和分站CRA模块由同轴电缆进行通讯连接, 并安装主站冗余。其余分站装有140DDI、DDO、ARI、ACI等模块用来采集数据及驱动设备动作。
1.5 卸灰程序段
程序说明:
(1) 如图2所示, IO_PLC远程控制、IO_LOCAL现场控制、PD_RUN皮带运转反馈信号、HMI_START_PB电脑画面启动、HMI_STOP_PB电脑画面停止、CY_D压差到信号、RUN_CMD仓壁振动器启动输出、SUB减法功能块、GT大于功能块。
(2) 第一段程序, 运灰皮带启动有两种控制方式, 远程控制和现场控制。在远程控制中, 在PD_RUN信号来的前提下可在画面手动启动仓壁振动器RUN_CMD进行放灰作业, 并在CY_D信号来时或手动点动停止按钮停止振动器运行。在现场控制中只需要点动启动和停止按钮即可控制振动器起停, 没有其他连锁条件。并且远程和本地控制设有互锁, 防止设备误动作。
1.6 工艺特点及缺点
本系统是上进煤气工艺, 特点是气流方向和灰尘降落方向一致, 反吹时有利于灰尘沉降, 但灰斗部分易形成煤气死去, 温度低, 易结露和粉尘结块, 影响排灰的正常进行, 虽然大灰仓及中间灰仓的下锥体设有仓壁振动器, 但有时效果不佳, 还需要人为地敲打, 这对煤气区域作业的人带来一定的安全隐患。
2 工艺改进
2.1 工艺改进理念
(1) 减少煤气区域人工作的时间, 减少安全事故发生的因素。
(2) 获得很好的卸灰效果, 并实现自动化。
(3) 跟据上述生产工艺特点, 建议每个箱体增加一组仓壁振动器。这样可以增加箱体震动点, 增强下灰能力, 同时还可以减少人工现场敲击, 降低危险系数。
(4) 并且本着节能的理念, 后增加的仓壁振动器B, 是在仓壁振动器A工作时并且卸灰效果不佳的情况下启动。
(5) 为了实现自动化控制, 在卸灰嘴下方的皮带加装皮带秤, 并设定秤值, 再秤值小于额定值后若干秒, 自动启动仓壁振动器B。
2.2 程序设计
程序说明:
(1) 在原有的程序基础上, 增加了以下几段程序。如图3所示。
(2) 在第2段远程控制程序中, 仓壁振动器A运行的条件下, 满足皮带秤值小于5kg并在20秒内连续输入电信号的情况下条件下, 仓壁振动器B启动, 并可以实现振动器B单独手动起停。
(3) 在第2段现场控制程序中, 振动器B可由现场启动和停止按钮直接控制启动, 没有其他连锁条件。
(4) LT是“<”比较指令, 当PD_CZ<5kg时功能块输出, 后面连接TON接通延时指令, 在输入指令保持20s后输出, 接通PD_SL。SUB是“—”指令, YL_PA—YL_PB的结果传送入GT“>”比较指令输入端, 当结果大于YL_SET时接通CY_D。
3 改造效果
通过改造卸灰的效果明显加强, 一般每个箱体24小时放灰1次, 改造前冬天现场工人敲击每个箱体的平均次数为25/月, 改造后冬天工人敲击每个箱体的平均次数为5/月, 即经济上人工费用明显下降, 同时危险系数也明显降低。
参考文献
[1]王筱留.高炉生产知识问答[M].冶金工业出版社, 2005.
高炉瓦斯泥的综合利用现状 篇4
1 概况
据统计,瓦斯泥中含铁约30%~40%,含碳约15%,含锌不少于1%,含铟约0.03%,含锗约0.005%,还含有镓钪镉等稀散金属[2]。 铟和锗都属于稀散金属,是当代高科技新材料的支撑材料,广泛应用于电子计算机、能源、电子、光电、国防军事、航天航空、核工业、现代信息产业和医药卫生等高科技领域。 随着科技的进步,其应用范围在高科技领域将不断扩大,市场需求越来越大。
铟和锗的资源有限,在自然界中,铟锗都无独立的矿床, 常以微量的形式分散伴生于其它矿物中。 特别是与锡铅锌等有色金属的关系密切,世界上大多数铟锗产品都是从这些金属的冶炼副产品、精矿、废渣或废液中综合回收的。 比如铅冶炼中的烟尘、炉渣;湿法炼锌中的浸渣,以及含铟锗硫化锌精矿等[3,4]。 长期以来,人们对铟锗的研究多集中在与有色金属关系密切的领域。 而对黑色金属冶炼中固体废弃物中存在的铟锗则研究极少。
由于高炉瓦斯泥中铟锗等稀散金属含量都十分低微,难以分离,未能得到有效回收。 高炉瓦斯泥长期被钢铁厂当成固体废弃物丢弃,既对环境造成污染,又造成了经济损失。 仅按四川省攀枝花市平均每年产生瓦斯泥10 万t计算, 每年从中损失的价值约1 亿元[2]。 因此,高炉瓦斯泥的治理和综合利用已成为一个必须解决的问题,综合回收其中高价值的铟锗等稀散金属,实现这种固废物的资源化利用具有重大的现实意义。
2 高炉瓦斯泥的利用现状
钢铁企业在高炉炼铁过程中产生大量瓦斯泥,如果不经合理利用,直接外排或填埋,不仅占用大量土地,对环境造成严重污染,而且也是对资源的巨大浪费。 随着钢铁工业的不断发展,瓦斯泥的排放量也逐年增加,瓦斯泥的处理逐渐受到人们的普遍重视。 归纳起来,目前国内外钢铁企业高炉瓦斯泥的处理方法可分为3 类。
2.1 直接外排存放
瓦斯泥不进行任何处理或回收利用,直接外排存放, 国内一些钢铁企业大都采用这种处理方法。这种处理方法不仅占用大量土地,而且严重污染周围的环境,瓦斯泥中所含的碱金属、锌、铅等会造成大气、土壤和地下水的污染。 此外,瓦斯泥中的铁、碳、锌等资源没有得到利用,造成巨大的资源浪费。
2.2 瓦斯泥直接循环使用
瓦斯泥作为炼铁原料的一部分,在厂内直接循环使用。 国内如攀钢、武钢和包钢等钢铁企业都采用这种处理方法。 但是如果将瓦斯泥直接配入烧结混合料中,由于瓦斯泥铁品位相对较低(一般35%左右),长期如此将会造成烧结矿铁品位降低,有害杂质含量越来越高,导致高炉利用系数降低,焦比升高,高炉寿命受到影响。
2.3 综合回收利用
瓦斯泥经选别后得到的铁精矿可以作为烧结矿配料的原料,而选别后的尾矿含铁低,含碳高,若含锌也低则可与一般粘土掺和制砖, 作为建筑材料,含锌高可利用物理或化学方法提取。
鞍钢采取重选-浮选-磁选工艺流程,获得铁品位61% ,铁回收率55%的铁精矿产品[5]。 武钢采用磁选、重选等方法进行铁的回收,获得铁精矿产率为31.81%、铁品位61.51%、铁回收率51.64%较理想指标[6]。 梅钢采用弱磁-强磁法,获得了铁品位52%以上,铁回收率超过90%的铁精矿,同时实现了65%左右的锌在强磁选尾矿中得到了较好程度的富集[7]。 新余钢铁公司采用弱磁-强磁-摇床联合工艺,获得了铁品位为62.1%,铁回收率62.04%的铁精矿产品, 选铁尾矿中的锌富集到了锌含量为7.87%的较好指标(可作为炼锌原料出售)[8]。
朱耀平研究了从高炉瓦斯灰中回收铟锌铋,指出利用挥发—分段浸出—萃取—电解的联合工艺从黑色冶金废料中提取铟锌铋等有色金属是可行的[2]。 毛磊等研究了硫酸浸出瓦斯灰提取铟的试验研究,结果发现铟的浸取回收率只有15.31%[9]。
这些方法或者是由于只能部分回收瓦斯泥中的铁和锌有价成分,或者是由于其回收设备投资成本高、操作与维修困难、能耗大、运行费用高,或者更由于存在二次污染等问题, 没有得到广泛推广。因此,大部分钢铁企业仍将高炉瓦斯泥直接外送水泥厂作为生产水泥之原料添加剂,从而造成了较大的资源浪费和环境污染。
3 结语
高炉瓦斯泥既是一种环境污染物,同时也是宝贵的金属二次资源。 随着自然环境的不断恶化和冶金原料的不断短缺,回收利用高炉瓦斯泥已是钢企必须面对的现实。 总体来说,现阶段我国对高炉瓦斯泥的处理与综合利用的研究和实践还处于起步阶段,工艺尚不成熟,方法也不够完善,且主要以回收铁锌为主,对铟锗等稀散金属的回收综合利用研究较少,鲜有报道。
研究高炉瓦斯泥的综合利用,对实现我国短缺金属的二次循环利用,促进我国冶金工业的可持续性发展,推动我国循环经济发展和循环型社会的建立具有重要意义。
参考文献
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高炉瓦斯灰 篇5
高炉灰俗称高炉瓦斯灰，一般每吨生铁有100～120 kg炉尘产生，炉尘中含铁的质量分数30%～45%，含碳的质量分数10%～40%，在使用高碱度的烧结矿的炉尘中CaO含量也较高，由于炉灰中含铁和碳因此可作为铁矿石或烧结矿的替代品进行回收再利用。在烧结配料前分析其中CaO、MgO、SiO2含量，能够有效的控制烧结矿中的碱度。高炉灰的主要成分是炉灰中的粉尘，其焦粉的含量比较高，所以不能用传统的铁矿石分析法，可以用焦炭的灰分分析法，对试样进行干扰因素的处理，事前进行预热灼烧，再分析灰分中CaO、MgO、SiO2的含量，就可以间接的测定出它们在高炉灰中的含量。
1 实验部分
1.1 主要仪器与试剂
SX-4-13箱式电阻炉（马弗炉），BP221S电子天平（sartorius）;721型比色计，2cm比色皿；混合溶剂:3份无水碳酸钠、2份硼酸与一份无水碳酸钾混匀研细；稀硝酸溶液:1+5；钼酸胺溶液:50 g/L，必要时过滤；硫酸亚铁溶液:60 g/L,60 g硫酸亚铁铁溶于1000mL水中，加1 mL硫酸（1+1）；三乙醇胺溶液:1+9；氢氧化钾溶液:250 g/L；氨水（原瓶装）；钙指示剂：钙指示剂羧酸钠盐1g+100g NaCl，混匀研细；酸性铬蓝K一萘酚绿B指示剂:0.2g酸性铬蓝K和0.4g萘酚绿B与60g氯化钠研细备用；EDTA（乙二胺四乙酸二钠）标准溶液:0.005 mol/L。所用试剂均为分析纯，水为蒸馏水。
1.2 实验方法
1.2.1 二氧化硅的测定:称取1.000g制备好的试样，将试样平铺于(815士10)℃下灼烧至恒重的灰皿中，然后放人马弗炉中，从低温缓慢升温至恒温后，在815土10℃下灼烧1.5-2h，冷却后称量，求出灰分含量。称取0.2000g称量后的灰分置于预先盛有3-4g混合熔剂的铂金坩埚中，混匀，加盖，置于900-950℃马弗炉中，熔融8-10min。取出冷却后，浸入盛有70 mL预热的稀硝酸溶液中，于低温电炉上加热浸取，用水洗出坩埚及盖，将溶液移人200 mL容量瓶中，冷至室温，稀释至刻度，摇匀，备为母液备用。吸取2.0 mL母液加入盛有于10 mL水的100mL容量瓶中，加5mL钼酸胺溶液，在沸水浴中加热30s，取出流水冷却至室温，加10mL草酸硫酸混合酸，摇匀，立即加人5mL硫酸亚铁铵溶液，以水稀释至刻度，摇匀，用721型比色计，2cm比色皿，随同试样的空白溶液为参比，在640 nm波长测吸光度，参照标准样品二氧化硅含量计算测定值。
1.2.2 氧化钙的测定:从300mL锥型瓶中吸取25mL母液，加20mL三乙醇胺溶液，20mL氢氧化钾溶液，加少量钙指示剂，立即用EDTA标准溶液滴定至溶液颜色由红色变为蓝色。随同试样做空白试验，记下滴定体积数，参照标准样品氧化钙含量计算测定值。
1.2.3 氧化钙、氧化镁合量的测定:从300 mL的锥形瓶中吸取25 m L母液，加20 m L三乙醇胺溶液，20mL氨水，加少许酸性铬蓝K一萘酚绿B指示剂，用EDTA标准溶液滴定至溶液颜色由暗红色变为蓝色。随同试样做空白试验。记下滴定体积数。
1.2.4 氧化镁的含量:用氧化钙、氧化镁合量测定滴定体积减去氧化钙测定所滴定体积（即氧化镁所消耗的体积），参照标准样品氧化镁含量来计算试样中氧化镁的含量。
2 结果与讨论
2.1 灼烧温度
试样中含有较高的游离碳，直接熔样会对铂坩埚有严重的腐蚀作用，因此，要对试样进行高温的预灼烧，并要从低温开始，慢慢升温。最好将灼烧温度保持在800-850℃。试验表明，灼烧温度控制在（815士10）℃为宜。
2.2 显色条件
采用沸水浴保温30s，显色效果好，和常温条件下相比有更好的效果，且容易对比。
2.3 二氧化硅的分析
硅钼蓝的生成与所用酸浓度也有较大的关系，适宜硅钼黄生成的酸浓度为0.1-0.6 mol/L，因此必须严格控制所用的酸浓度。可以使用草酸去除磷的影响。铁的存在虽然会降低灵敏度，但是也能够保持颜色的稳定性。
2.4 氧化钙、氧化镁的分析
在对氧化钙、氧化镁的分析时，可以使用三乙醇胺掩蔽铁、铝等干扰离子。含铜、锰较高的试样，应在加入指示剂前，使用少量的乙二胺予以掩蔽，否则可能导致严重封闭指示剂，影响观察。氧化钙、氧化镁的滴定终点有时不太明显，临近滴定终点时，滴定速度要缓慢，并且要不断振荡溶液，促使颜色的转变。试验中采用的掩蔽剂不一定会有很好的效果，因此在终点不用追求纯蓝，达到没有红色就可以。这就对操作者的经验提出了较高的要求，因此多次试验增加经验，对试验者很重要。
3 样品分析
用本法测定了高炉灰中SiO2,CaO,MgO，结果见表1、2。
4 结论