現代鋼鐵生產過程產生了大量塵泥，對生產現場及周邊環境有較大危害，必須進行無害處理。這些塵泥中，有價元素Fe和有害雜質S，P，K等往往并存，故一般統稱為含鐵塵泥，它包括高爐瓦斯灰（泥）、轉爐紅塵、電（轉）爐除塵灰、冷（熱）軋污泥、軋鋼氧化鐵鱗、燒結塵泥、出鐵場集塵、含油鐵屑等等。隨著國家對資源和環境問題的日益重視，開展含鐵塵泥無公害綜合利用的研究，將產生很好的經濟效益和社會效益。
作為含鐵塵泥的主要品種，高爐瓦斯灰（泥）來自煉鐵過程中隨高爐煤氣一起排出的煙塵。它與天然礦石的性質有著明顯的差別，細粒礦物在高溫作用下熔融在一起，極易包裹脈石礦物，其成分更為復雜，有價元素的回收率較低，目前，國內外處理高爐瓦斯灰的方法大致有3種：①直接外排堆存，易造成環境污染，大型鋼鐵企業已基本淘汰該方法；②直接利用，返回燒結或球團配料，被國內許多鋼鐵企業采用，但瓦斯灰有害雜質如K，Na，Zn，S，P等一般較高，配人燒結或球團礦，降低高爐利用系數，從而影響煉鐵的經濟技術指標；③綜合回收，提取有價元素。目前，從瓦斯灰提取鐵及碳等有價元素是重要的發展方向。
在自然界，存在一大類弱磁性礦物，如赤鐵礦、褐鐵礦、鈦鐵礦，難以通過普通磁選分離，對這類礦物，一般采用強磁選、浮選、磁化焙燒－弱磁選等工藝技術提取鐵精礦。瓦斯灰中含有相當的弱磁性赤鐵礦和焦炭，因此可以直接進行磁化焙燒，回收鐵精礦，這方面有關的報道還很少。本試驗研究分析了包鋼瓦斯灰的工藝礦物學特征，據此開展了多種磁選工藝回收鐵的試驗研究，摸索了相應的工藝參數，對工藝流程進行了比較。
一、瓦斯灰工藝礦物學特性
（一）瓦斯灰化學組成和鐵物相分析
瓦斯灰原料取自包鋼煉鐵廠，瓦斯灰多元素化學分析結果見表1，XRD衍射分析結果見圖1。
表1 瓦斯灰多元素化學分析結果 %
圖1 瓦斯灰的XRD衍射圖
▲－Fe2O3；●－Fe3O4；■－C
從表1可見，TFe 31. 00%，含碳33. 60%，SiO2 .87%，CaO 4.35%，有害元素S，Zn，Pb等含量也較高。從圖1可見，主要物相為赤鐵礦、磁鐵礦和C。
（二）瓦斯灰粒度篩析
瓦斯灰外形呈灰黑色粉未狀，粒度大小不均，大顆粒成蜂窩狀，塊狀，片狀等，表面有空隙。瓦斯灰鐵礦物粒度篩析結果見表2。
表2 瓦斯灰粒度篩析結果
從表2可見，大部分鐵分布在-50 +200目和-325目，分布率占總量的86. 86%。其中- 50+200日中金屬鐵分布率達到52. 18%，另外- 325目中金屬鐵分布率達到了34. 68%，因此這兩個粒級中的鐵礦物是重要回收對象。
二、選礦試驗方案
（一）試驗設備
試驗設備采用的有φXPZ - 175型圓盤破碎機，烏魯木齊市金祥瑞礦山設備有限公司；QM-SB行星式球磨機，南京大學儀器廠；φXCGS - 50型磁選管，唐山宏達礦山機械設備研究所；高梯度磁選機；XTLZ型多用真空過濾機，四川省地礦局102廠；KTF -1700型真空管式電阻爐，宜興前錦爐業設備有限公司；DY - 20型臺式電動壓片機，天津市科器高新技術公司。
（二）試驗流程
弱磁選－強磁選和磁化焙燒－弱磁選試驗流程見圖2和圖3。
圖2 磨礦－弱磁選－強磁選試驗流程
圖3 磁化焙燒－弱磁選試驗流程
三、試驗結果及分析
（一）弱磁選－高梯度強磁選試驗
1、磁感應強度對弱磁選的影響
磁選管磁感應強度對弱磁選的影響見圖4。
圖4 磁感應強度對弱磁選的影響
●－品位；▲-回收率
從圖4可見，隨著磁感應強度升高，鐵精礦的品位略有降低，而回收率迅速提高。在磁感應強度0.10T和0.12T時，鐵精礦品位沒有變化，都是58. 70%，而回收率由50.47%提高到了56.12%；當磁感應強度達到0. 14 T時，鐵精礦的品位降低了0.8個百分點，回收率達到了58.10%。通過弱磁選主要是回收大顆粒磁性礦物，-325目的微細粒磁性礦物及弱磁性鐵礦物并沒有有效地回收。因此回收率不夠高，說明相當多的弱磁性和微細粒磁性礦物進入尾礦，所以必須對弱磁選的尾礦進行高梯度強磁選。
2、磁感應強度對強磁選的影響
試驗條件：礦漿流速4.2cm/s，礦漿濃度10%，磁介質填充率8%。磁感應強度對強磁選影響的試驗結果見圖5。
圖5 磁感應強度對強磁選的影響
●－品位；▲－回收率
從圖5可見，隨著磁感應強度的增大，鐵精礦的回收率升高，品位則下降。當磁感應強度由0.4T上升到0.5 T時，回收率提高5個百分點，達到了29%以上，而品位為44. 47%，下降不大。繼續升高磁感應強度，回收率提高并不明顯，但品位急劇下降。因為，磁感應強度比較強時，磁性吸附力也較大，導致許多弱磁性連生礦物及脈石等進入強磁選精礦。
3、礦漿濃度對強磁選的影響
礦漿濃度對強磁選精礦影響的試驗結果見圖6。試驗條件：瓦斯灰- 200目占70%，礦漿流速4.2 cm/s，磁介質填充率8%，強磁選磁感應強度0.5T。
圖6 礦漿濃度對強磁選的影響
●－品位；▲－回收率
從圖6可見，當礦漿濃度由10%變化到15%時，鐵精礦的品位沒有多大變化，而回收率卻有了較大的提高，從76.79%提高到了82.83%：當礦漿濃度達到20%時，精礦回收率雖然達到了90%以上，但品位下降到47. 53%。這是因為，入料礦漿濃度高使分選礦物的粘度增大，機械夾雜現象嚴重，易造成脈石礦物夾于磁性產品中，也就降低了磁選機凈化的效果，使精礦品位降低；而礦漿濃度過小又會造成水資源的浪費，生產設備處理能力相對降低。
4、礦漿流速對強磁選的影響
試驗條件：礦漿粒度-200目占70%，礦漿濃度15%，磁介質填充率8%，強磁選磁感應強度0.5T。礦漿流速對強磁選精礦影響的試驗結果見圖7。
圖7 礦漿流速對強磁選的影響
●－品位；▲－回收率
從圖7可見，隨著礦漿流速的增大，品位逐漸提高，回收率隨之下降。當體積流速為4.2cm/s時，品位上升到52. 87%，原因是體積流速越大，礦料混合液在磁選機內的滯留時問短，一些弱磁性的物質被沖刷出去，因而回收率低，品位升高。
通過以上試驗，得出最佳工藝條件是弱磁選磁感應強度0.12T，強磁選磁感應強度0.5T，礦漿流速4.2 cm/s，礦漿濃度15%，磨礦細度-200目占70%。磁選指標如表3所示。
表3 弱磁選－強磁磁選試驗結果 %
從表3可見，鐵的回收率達到79.48%，品位提高到了55. 42%，可在高爐煉鐵中做配料使用。另外經檢測尾礦中碳、鋅、鎂元素元素含量相對提高，為回收這些物質奠定了基礎。由于高梯度磁選機磁選過程中，很容易出現機械夾雜和磁團聚現象，使一些雜質也進入精礦里面，影響了精礦品位。因此經過磨礦、弱磁選－強磁選工藝所得到的精礦必須通過其他選礦方法如重選、浮選等處理才有可能獲得合格的鐵精礦。
（二）磁化焙燒－弱磁選試驗
1、焙燒溫度對磁化焙燒還原度的影響
瓦斯灰中含有相當的赤鐵礦，為此研究了焙燒溫度對瓦斯灰還原度的影響。在瓦斯灰粒度-200目占40%、還原劑為瓦斯灰本身帶有含碳物質的條件下，其試驗結果見圖8。
圖8 焙燒溫度對還原度的影響
根據定義，還原度=FeO含量/TFe含量×100%，在理想焙燒情況下，Fe2O3全部還原成Fe3O4時理論上焙燒礦的還原度為42.8%。從圖8可看出，當溫度在700～850℃之間時，隨著磁化焙燒溫度的升高，鐵礦物的還原度也隨著提高。焙燒溫度在700～750℃，瓦斯灰的鐵礦物還原度提高得不多，還原度分別為39.1%和40.2%。還原度在800℃時接近42. 8%。當溫度達到850℃時，出現了過還原現象，該試驗800℃是該磁化焙燒反應的最佳溫度。
2、焙燒溫度對弱磁選的影響
試驗條件：焙燒時間60 min，礦樣粒度- 200目占70%，磁選管磁感應強度0.12 T，瓦斯灰粒度- 200目占40%。圖9給出了不同焙燒溫度獲得的磁化焙燒礦的磁選結果。
圖9 焙燒溫度對磁選效果的影響
●－品位；▲－回收率
從圖9可看出，隨著焙燒溫度的升高，鐵精礦品位逐漸升高，而回收率下降。700，750℃時鐵精礦的品位分別為58. 20%，58. 80%，變化并不大，回收率由700℃的78. 80%下降到了750℃時的73. 53%；當溫度到達800，850℃，鐵精礦的品位分別提高到了60. 80%，61. 90%，800℃時鐵精礦的回收率仍在70%以上，而850℃的回收率僅為40.09%；這主要因為在高溫，還原劑過多的條件下，產生了過還原現象，生成了弱磁性富氏體或弱磁性的硅酸鐵。
3、焙燒時間對弱磁選的影響
試驗條件：焙燒溫度800℃，礦樣粒度- 200目占70%，磁感應強度0.12 T，瓦斯灰粒度- 200目占40%。圖10給出了不同焙燒時間獲得的磁化焙燒礦的磁選結果。
圖10 焙燒時間對磁選效果的影響
●－品位；▲－回收率
從圖9可見，隨著磁化焙燒時間的增加，所得鐵精礦的品位并沒有多大變化，都保持在60. 70%以上，而鐵回收率在焙燒30 min到60 min時，有明顯的增加，從焙燒30 min時的64. 22010迅速提高到了60 min時的70. 61%。當焙燒時間提高到90 min時，精礦的回收率為71. 99%，僅提高了1.31個百分點。這說明在焙燒30 min時，瓦斯灰中的弱磁性鐵礦物還沒有充分還原成強磁性的礦物，焙燒時間增加到60 min以后，弱磁性礦物基本都被還原成強磁性鐵礦物。
4、磨礦細度對弱磁選的影響
試驗條件為焙燒溫度800℃，焙燒時間60 min，磁感應強度0.12 T。磨礦細度對弱磁選效果的影響見圖11。
圖11 磨礦細度對磁選效果的影響
●－品位；▲－回收率
從圖11可看出，隨著磨礦細度變細，鐵精礦品位略有提高，而回收率迅速下降。- 200目占50%，70%，90%的焙燒礦，其磁選鐵精礦品位分別為59. 90%，60.80%，61.10%，回收率分別為75.72%，70. 61%，62. 23%。因為，隨著礦樣磨得越細，磁性礦物粒度減小，所受磁力會下降。此外，礦樣磨細后，礦漿容易因團聚而夾雜，這些都影響鐵回收率。較好的磨礦細度為- 200目占700/0。
通過上述試驗，確定了瓦斯灰磁化焙燒－弱磁選的最優工藝條件：焙燒溫度800℃，焙燒時間60mm，礦樣磨礦細度- 200目占70%，還原劑瓦斯灰粒度- 200目占40%，弱磁選磁感應強度0.12 T。在此條件下，可獲得品位大于60. 70%，回收率大于70%的鐵精礦，其中硫、磷含量分別只有0.17%，0. 021%，基本達到高爐煉鐵水平的要求。
四、結論
（一）通過對包鋼瓦斯灰中化學成分、主要礦物組成、鐵礦物的嵌布粒度等工藝礦物學研究，確定瓦斯灰中鐵礦物以赤鐵礦和磁鐵礦為主，大部分鐵礦物都在在- 50 +200目和- 325目中，全鐵分布率占總量的86. 86%，其中- 325目中鐵的金屬分布率達到了34. 68%。由于包鋼瓦斯灰受到白云鄂博礦石的影響，使回收有價元素更加困難。
（二）弱磁選－強磁選工藝試驗表明，磁感應強度、礦漿濃度、礦漿流速等對試驗都有影響，在弱磁選0.12 T，強磁選0.5 T，磨礦細度- 200目占70%，礦漿濃度15%，礦漿流速4.2 cm/s，磁介質填充率為8%的條件下，獲得了品位55. 42%，回收率79.48%的混合鐵精礦。
（三）磁化焙燒－弱磁選工藝試驗表明，焙燒溫度、焙燒時間、磁感應強度、磨礦細度等對試驗都有影響，在焙燒溫度800℃，焙燒時間60 min，磨礦細度- 200目占70%，還原劑瓦斯灰粒度- 200目占40%，弱磁選磁感應強度0.12 T的條件下，獲得了品位60. 70%，回收率70%以上的鐵精礦。
