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跳汰重选回收铬铁合金厂固体废弃物

责任编辑:金工机械 发表时间:2016-05-28 08:43

  铬主要应用在冶金、化工和耐火材料生产工业中,其中大约76%的铬应用于冶金工业。目前已发现的50余种含铬矿物中具有工业应用价值的只有铬尖晶石类矿物。我国的铬资源相当贫乏,每年都需高成本大量进口。近年来我国不锈钢生产呈迅速增长趋势,对铬铁的需求量也越来越大。同时,铬铁合金冶炼企业所面临的环境压力也日趋紧迫,尤其是铬铁合金厂固体废弃物的排放,必须符合国家环保要求。

  通常,铬铁合金厂中固体废弃物主要来源于高温生产工艺中产生的炉渣和尘泥。高碳铬铁渣粘度大、熔点高,渣铁无法完全分离。一般来说,每生产lt 高碳铬铁合金大约要产生1.1-1.2t废渣;同时在铬铁合金埋弧炉冶炼过程中,由于元素的高温蒸发、电极孔飞溅出的渣铁和装料过程中炉料细小颗粒随尾气排出还会产生约25kg的烟尘或污泥。由于炉渣和尘泥中含有一定量的重金属离子,如六价铬、锌等,对环境会造成严重污染,国内外环保法都规定这些废弃物必须经过回收或无害化处理才能够排放。尤其是六价铬,由于其化合物在水中具有很高的溶解度,而且是一种致癌物质,不仅会严重危害人体健康,造成环境污染,还可能破坏生态平衡。

  世界上很多国家对固体废弃物中六价铬含量的限制也相当严格,以防止固体废弃物中盐类或有害物质浸出,造成土壤碱化和地下水污染。因此,回收利用铬铁合金厂固体废弃物对资源利用和环境保护都具有重要意义。

  从外观上看,高碳铬铁渣呈灰黑色,部分工厂产生的渣呈暗绿色和铁锈红色,其质地坚硬,抗压强度在100-200MPa之间,破碎起来十分困难。有研究表明,该渣经水浸后易于粉碎,其堆密度约为1.2-1.7mg/cm³,密度为2.35kg/m³。铬铁合金烟尘一般分为粗烟尘和细烟尘两类,由旋风除尘器收集的烟尘颗粒尺寸较大,呈黑色。而由布袋除尘器捕集的烟尘呈浅灰色,颗粒细小,极易凝聚成团。铬铁合金细烟尘的平均粒度在0.7-13.2μm 之间,水分含量较低(约为1%),比表面积很大,当其浸入水中时呈碱性。此外,由于细烟尘中含可溶性盐类,遇水即部分溶解,这意味着堆放或填埋这些烟尘会导致土壤碱化。和细烟尘相比,粗烟尘的平均粒度大约为80μm,水分含量更低,浸人水中时呈强碱性。

  铬铁合金渣包含的矿物相主要有镁铝尖晶石、镁橄榄石、玻璃相、金属珠、钙镁橄榄石和铬尖晶石等。其中尖晶石相是铬铁合金渣中的主要矿相,其晶粒尺寸一般从小于20μm到大约2000μm。铬铁合金渣中元素的浸出能力除钾达到16%外,其它元素的可浸出率都较低,其中可浸出铬、镍和锌分别占总铬、总镍和总锌的0.03%-1.7%、4.6%-6.4%和3.3%-5.9%。

  铬铁合金粗烟尘含有大量的铬、硅、铁、铝、镁和碳。而铬铁合金细烟尘则富含硅、锌、钠、钾、镁、硫和氯。与粗烟尘相比,其铬、铁和碳含量较低。铬铁合金粗烟尘的主要物相是铬尖晶石、石英、钙长石和非晶型碳质材料,而细烟尘则主要与氯化钠、氧化锌等物质的蒸发以及二氧化硅、氧化镁等氧化物的高温还原紧密相关。在铬铁合金细烟尘中还发现了少量含结晶水的化合物,研究表明可浸出的六价铬集中在铬铁合金细烟尘中,采用敞开式埋弧炉冶炼,烟尘中六价铬含量高达7000ppm,远远超过了各国对六价铬的含量限制。

  国内外许多厂家和研究机构都曾研究采用重选的方法来回收铬铁合金渣中的金属,如南非iMinek、津巴布韦Zimasco铬业有限公司、希腊 HelleniC铁合金公司、印度Bamnilal铁合金厂,国内锦州铁合金厂和上海铁合金厂。在上世纪七十年代末期,南非研究机构Mintek就开始研究从铬铁合金废渣中回收合金。早期的研究证实采用磁选和跳汰选矿可以从破碎的废渣中回收金属产品。经过二十多年的研究,他们成功开发出了从废渣中回收合金的工艺(ASF)。该工艺采用破碎、筛分等方法将废渣分成+25mm、-25+6mm、-6+1mm和-1mm四种不同粒级。将其中的-25+6mm的颗粒采用块状跳汰法来回收块状金属,尾矿进行研磨后再返回工艺中。颗粒尺寸大于25mm的渣块需经过研磨后返回。对于-6+1mm的颗粒则采用细粒跳汰来分离小颗粒金属。最后采用两级螺旋溜槽来回收小于1mm的金属颗粒。该工艺已在津巴布韦铬铁公司等六家公司实现商业化生产。其金属产品中仅含不到2%的渣,可以用于直接销售,且能回收超过96%的解离金属。在希腊的铁合金公司,采用分级跳汰的方法来分离出金属产品。对于 -30+10mm的废渣采用重介质分离,-10+3mm的颗粒采用跳汰选矿,而小于3mm的颗粒则采用摇床来回收。2000年,印度Bamnilal铁合金厂也建立了处理铬铁合金渣的选矿厂。该厂采用跳汰分选和摇床来分离渣铁得到合金。其工艺流程是将废渣破碎、筛分成-10+1mm和-1mm两个粒级的颗粒。对于尺寸为-10+1mm大颗粒采用AM30跳汰机分选,而小于1mm的颗粒则用摇床处理。其产品主要是可用于直接销售的铁合金和尾矿。

  国内上海铁合金厂在试用强磁选、重液和跳汰选矿后,最终采用跳汰选矿来回收铬精矿。但工艺的回收率仅达到70%左右,且不能回收小于3mm炉渣中的金属颗粒。此外,锦州铁合金厂也曾采用旁动式双斗隔膜跳汰机(LTP34) 来回收废渣中的合金。工艺中需先将废渣破碎、筛分到颗粒粒径小于12mm后采用电磁振动给料机送入跳汰机。在炉渣粒度小于12mm时,床石层厚度为+40-60mm以及加料速度为2.2-3.0t/h可以使渣中的合金回收率达到68.86%,回收的金属产品中铬含量也达到了61.48%,具有良好的效果。

  我国的铬资源贫乏,有效回收铬铁合金厂固体废弃物可以产生良好的环境效益和经济效益。目前国内外处理铬铁合金废渣的技术主要有两类方法:采用重选、磁选等选矿方法回收金属或铬精矿,尾渣还可以用于生产水泥或铺路;采用循环回收用作其他工艺的原料,如用于生产微晶玻璃、耐火材料以及作水泥掺合料和铺路。对于铬铁合金粗烟尘在造球后可以直接返回到埋弧炉,而细烟尘不宜直接回收,可以采用湿法冶金工艺回收锌或采用固化/稳定化工艺来生产水泥或粘土砖。