酒钢综合尾矿磁化焙烧试验研究.pdf

图 1焙烧温度对磁选精矿指标的影响酒钢综合尾矿磁化焙烧试验研究王建平（酒泉钢铁（集团）有限责任公司氢冶金研究院，甘肃嘉峪关735100）摘要：以酒钢尾矿坝综合尾矿资源为原料，开展了不同焙烧温度、焙烧时间、不同填充率等条件的电热回转窑磁化焙烧试验。经过试验表明：在焙烧温度为 700、还原剂用量为 2%、焙烧时间为 18 min、窑体填充率为 46%、还原剂粒度为 00.2 mm、磁选场强为 1 250 Oe、磨矿细度为-0.074 mm 含量为 95%左右的最佳条件下，可获得的精矿铁品位为 56.17%，综合尾矿回收率为 72.01%。关键词：磁化焙烧；尾矿；回收率中图分类号：TD926.4文献标识码：A文章编号：1672-1152（2023）09-0025-020引言尾矿是选矿中将有用目标组分分选后，排出的“废弃物”，因含有大量的有价元素1，同时也是潜在的二次资源。随着科学技术的不断发展，“变废为宝”无疑是盘活大量矿产资源有效途径。目前，我国铁尾矿排放量与存量非常大，综合利用途径主要有制备建筑材料，再选富集或磁化焙烧后富集、制备陶瓷、用作填充料、制备土壤改良剂等2-4，但尾矿利用率较低5。酒钢镜铁山矿经破碎分级后，015 mm 粒级粉矿采用强磁选工艺进行处置；15100 mm 粒级块矿采用竖炉磁化焙烧-弱磁选-浮选工艺进行处置；强磁选系统和弱磁选系统尾矿一同排入尾矿库，尾矿综合铁品位 24%左右。本文以酒钢尾矿坝综合尾矿资源为原料，利用酒钢现有磁化焙烧、选矿试验设施，开展综合尾矿制粒、磁化焙烧、磁选等工艺流程的试验研究，提出一种尾矿提铁工艺技术，可有效回收利用含铁资源。1原料性质采用均匀布点、人工挖取的方式，在尾矿库布点取样，进行样品全分析检测。综合尾矿多元素化学分析见表 1，由表 1 可以看出，综合尾矿铁品位较高，具有很高的开发利用价值。本试验所用还原剂为高挥发分原煤，其主要成分见表 2。2试验方法及流程称取一定量的尾矿，按照一定比例称取还原剂、粘结剂，混合均匀后制成 25 mm 颗粒，烘干后备用。回转窑窑温达到设定值后，按照试验参数调整窑管转速及倾角，使用样勺将预先制备的尾矿颗粒匀速加入回转窑，直到最后加入的物料通过高温段后进入冷却段停止供电，然后密封回转窑进料端，保持较低的窑管转速等待物料在窑管冷却段密闭自然降温。物料冷却至室温后，开启回转窑冷却段密封盖，取出焙烧矿样，混匀、缩分后以备制样、磁选。3试验结果分析本次试验焙烧时间为 18 min，还原剂用量为2%，填充率为 42%，还原剂粒度为 00.2 mm，磁选方式采用先干选再磨选的方式。焙烧温度及试验结果见图 1。由图 1 可知，随着焙烧温度的提高，磁选精矿铁品位总体呈现先升高后降低的趋势，而磁选精矿铁回收率逐渐升高。总体来看，焙烧温度在 680700 可以得到较为理想的试验结果，提高焙烧温度至 700 以上时，磁选精矿品位开始下降，综合考虑磁选精矿品位和回收率指标，焙烧温度在 700 时可以取得较为优异的指标，磁选精矿品位（全文中“精矿品位”均收稿日期：2023-04-27作者简介：王建平（1985），男，甘肃永昌人，本科，毕业于哈尔滨理工大学，研究方向为煤基氢冶金、浅度氢冶金磁化焙烧技术。总第 212 期2023 年第 9 期山西冶金Shanxi MetallurgyTotal 212No.9，2023DOI:10.16525/14-1167/tf.2023.09.011表 1综合尾矿多元素化学分析结果w（TFe）/%w（FeO）/%w（SiO2）/%w（CaO）/%w（MgO）/%w（BaO）/%w（K2O）/%24.436.7135.662.222.228.940.76w（Na2O/%）w（ZnO）/%w（S）/%w（P）/%w（MnO）/%烧损率/%w（TiO2）/%0.0620.0282.220.0370.896.470.22表 2还原剂主要化学成分检测指标w（Vdaf）/%固定碳质量分数/%Qnet.var/（kJ/kg）数值48.7943.6021 530试（实）验研究806040200660680700720温度/54.7365.2468.7869.8472.8755.2956.1354.58磁选精矿 w（TFe）对焙烧矿回收率山西冶金E-mail:第 46 卷图 2磁选方式对磁选精矿指标的影响为 w（TFe）达到 56.13%、金属回收率为 69.84%。将焙烧温度在 700 的焙烧矿进行直接磨选，对比不同磁选方式下的精矿指标。试验结果见图 2。由图 2 可知，先干选再磨选磁选精矿品位显著高于直接磨选，金属回收率也有所升高。因此，综合尾矿后续试验焙烧矿同样采用先干选再磨选的方式进行磁选管选别。本次试验焙烧温度为 700，还原剂用量为 2%，填充率为 42%，还原剂粒度为 00.2 mm。焙烧时间及试验结果如图 3 所示。由图 3 可知，缩短焙烧时间到 15 min 时，磁选精矿品位下降至 55.11%，回收率明显下降，而延长焙烧时间至 21 min 时，磁选精矿品位下降明显，仅为52.98%，但回收率升高 1.75%。综合考虑磁选精矿品位和回收率指标，焙烧时间在 18 min 较为适宜。本次试验焙烧温度为 700，焙烧时间为 18 min，填充率为 42%，还原剂粒度为 00.2 mm。还原剂用量及试验结果见图 4。由图 4 可知，减少还原剂用量至 1.8%时，磁选精矿品位下降至 55.23%，同时回收率也显著降低7.91%，而增加还原剂用量至 2.2%，磁选精矿品位明显降低，回收率提高 3.25%。综合考虑磁选精矿品位和回收率指标，还原剂用量在 2%较为适宜。本次试验焙烧温度为 700，焙烧时间为 18 min，还原剂用量为 2%，还原剂粒度为 00.2 mm。填充率及试验结果如图 5。由图 5 可知，填充率在 42%、46%可以得到较为理想的试验结果，将填充率调整至 50%时，磁选精矿品位有所升高，但回收率明显下降。综合考虑磁选精矿品位和回收率指标，填充率在 46%时可以取得较为优异的指标，磁选精矿品位达到 56.17%、金属回收率为 72.01%。利用磁选管首先考察磁场强度对选矿指标的影响。焙烧试验条件为焙烧温度 700，焙烧时间为18 min，还原剂用量 2%，还原剂粒度 00.2 mm，窑体填充率 46%，磁选粒度-0.074 mm 质量占比 90%95%，试验结果见图 6。由图 6 可知，随着磁场强度的增高，精矿品位下降，回收率明显升高，但磁场强度为 1 500 Oe 及以上时，回收率变化并不明显，而铁精矿品位降低至 55%以下，对于综合尾矿焙烧矿样，磁选管磁选场强为1 250 Oe 是比较适宜的。4结论1）对于综合尾矿，通过电热回转窑磁化焙烧处理，在焙烧温度为 700、还原剂用量为 2%、焙烧时间为 18 min、窑体填充率为 46%、还原剂粒度为 00.2 mm 的最佳条件下，可获得的精矿铁品位为56.17%，综合尾矿回收率为 72.01%。2）综合尾矿焙烧矿样先干选再磨选磁选精矿品位显著高于直接磨选，金属回收率也有所升高，其最佳磁选场强为 1 250 Oe，最佳的磨矿细度为-0.074 mm质量占比为 95%左右。参考文献1刘淑鹏，张小伟.我国金属矿山尾矿综合利用现状及对策J.中国资源综合利用，2020，38（3）：76-78.2杨亚东，刘新亮，张冰，等.铁尾矿资源综合利用现状研究J.化工矿物与加工，2021，50（1）：28-32.图 3焙烧时间对磁选精矿指标的影响图 4还原剂用量对磁选精矿指标的影响图 5填充率对磁选精矿指标的影响图 6不同磁场强度下磁选精矿品位及回收指标（下转第 31 页）10050056.1369.8455.02干选-磨选-700 对焙烧矿回收率磁选精矿 w（TFe）直接磨选-700 69.08806040200还原剂用量/%55.2361.9373.0956.1353.94磁选精矿 w（TFe）对焙烧矿回收率69.841.82.02.2806040200焙烧时间/min55.1159.6271.5956.1352.98磁选精矿 w（TFe）对焙烧矿回收率69.84151821806040200填充率/%56.1369.8461.6056.1756.89磁选精矿 w（TFe）对焙烧矿回收率72.01-42-46-50806040200磁场强度/Oe56.4565.2054.6156.0554.73磁选精矿 w（TFe）对焙烧矿回收率71.751 0001 2501 5001 80075.3576.2426窑窑2023 年第 9 期置开始于钢液面以下 0.5 m 处。回流位置在钢液面以下 0.85 m 处，大于结晶器长度，涡心位置位于弯月面以下 0.4 m。在结晶器出口处由于流股离 R 角和窄面中心区域近，导致钢液对坯壳的冲刷作用强于其他部位，另一方面，由于结晶器弧度的存在，钢液对外弧冲击强度强于内弧一侧。2）R 角部位由于热流密度大于内弧其他部位，所以开始温度下降速度大，坯壳生长速度快，而在结晶器下面随着热流密度的减小和钢液的冲刷，在钢液面以下 350 mm 左右开始发生回温现象，回温的弧度跟距离流股的距离有关，其中 R 角距离流股近，回温弧度最大达 98 K。3）结晶器断面形状特殊，其中翼梢倒圆和倒角处由于是二维传热，温度下降最快，坯壳生长最快，应较小这两处的冷却水量，R 角和窄面中心区域由于受钢液冲刷的影响，坯壳表面温度在结晶器下半部会问弧度大，坯壳发生重熔。在结晶器出口处腹板、R 角最高温度，翼梢倒角、倒圆最低温和窄面中心最高温度分别为 1 470 K、1 460 K、1 210 K、1 270 K 和 1 500 K，而腹板、R 角处最小坯壳厚度，窄面最小坯壳厚度分别为 19 mm、13 mm 和 13.5 mm。4）由于结晶器弧度的存在，钢液在外弧一侧回流发展空间较内弧小，对外弧一侧坯壳的冲刷强度略高于内弧，使得 R 角部位外弧表面坯壳温度高于内弧温度最高达 10 K，坯壳厚度则小于内弧坯壳厚度最大达0.6 mm。5）对比拉速、过热度、浸入式水口插入深度对结晶器流场和温度场的影响规律发现，钢液冲击深度随着拉速和浸入深度的增加而增加，过热度对其影响不大；结晶器出口温度随着拉速、过热度和浸入深度的增加而增加，但是除拉速外其他变量的影响均与结晶器的部位有关，主要影响部位为 R 角。因为拉速的改变会改变结晶器热流密度，而其他变量则不会改变结晶器传热。参考文献1杨建伟.异形坯连铸过程流场与温度场祸合三维数值模拟J.金属学报，2001（7）：1-5.2盛义平.连铸结晶器传热边界条件研究J.中国机械工程，2007（18）：1 615-1 618.（编辑：苗运平）Numerical Simulation and Analysis of the Flow Field and Temperature Field of the Mould ofthe Steel BilletJia Jingwei,Li Shanyang,Mao Weilong（Rizhao Steel Holding Group Co.,Ltd.,Rizhao Shandong 276806,China）Abstract:Through the application of FLUENT software,the numerical simulation analysis of the flow field and temperature field of BB2cross-section of Rizhao steel was conducted.The surface temperature and shell thickness of the blank shell under different conditions weresimulated by comparing the variation of the flow field under different drawing speed,superheat and submerged nozzle,it provides a powerfultheorectical basis for the subsequent quality improvement.Key words:flow field;temperature field;pull speed;numerical simulationExperimental Study on Magnetization Roasting of Jiugang Comprehensive TailingsWang Jianping（Hydrogen Metallurgy Research Institute of Jiuquan Iron and Steel(Group)Co.,Ltd.,Jiayuguan Gansu735100,China）Abstract:Using the comprehensive tailings resources of Jiugang tailings dam as raw materials,magnetization roasting experiments wereconducted in an electric rotary kiln under different roasting temperatures,roasting times,and filling rates.Through experiments,it has beenshown that under the optimal conditions of roasting temperature of 700,reducing agent dosage of 2%,roasting time of 18 minutes,kilnfilling rate of 46%,reducing agent particle size of 00.2 mm,magnetic separation field strength of 1 250 Oe,grinding fineness of-0.074mm,and content of about 95%,a refined iron grade of 56.17%can be obtained,and comprehensive tailings recovery rate is 72.01%.Key words:magnetization roasting;tailings;recovery rate3孟祥然，周月鑫，邪晓影.铁尾矿综合利用研究综述J.辽宁科技学院学报，2019，21（3）：11-14.4张以河，胡攀，张娜，等.铁矿废石及尾矿资源综合利用与绿色矿山建设J.资源与产业，2019，21（3）：1-11.5王绪旺，蒋应军.铁尾矿半刚性路面基层的抗冲刷性能预估分析J.贵州大学学报，2020，37（4）：114-116.（编辑：杨光辉）（上接第 26 页）贾敬伟，等：日钢异型坯结晶器流场及温度场的数值模拟及分析31窑窑