钢渣微粉生产的关键技术及工艺路线20150113

1、济南新润冶金工程技术有限公司 王玉楼济南大学 材料学院 刘福田山东省建材设计研究院 靳志刚 陈艳生 第三届冶金渣综合利用技术专题研讨会材料第三届冶金渣综合利用技术专题研讨会材料 钢渣微粉生产关键技术及工艺线路研究一、钢渣预磨粉除铁技术的实践一、钢渣预磨粉除铁技术的实践二、钢渣微粉中惰性矿物的分选研究二、钢渣微粉中惰性矿物的分选研究三、钢渣微粉细粉磨的研究与三、钢渣微粉细粉磨的研究与RO相分选设相分选设 备的应用与开发备的应用与开发1234汇报提纲四、结论四、结论一、钢渣预磨粉除铁技术的实践一、钢渣预磨粉除铁技术的实践 经过多年的试验与实践，我们形成了“预粉磨细粉磨”经典的钢渣微粉生产工艺，预粉

2、磨实现渣与铁的解离，细粉磨实现了惰性矿相（主要为Te、Mg、Mn的氧化物共溶体，即RO相）的解离，先进的风磁相结合的分选技术，提升了钢微粉最终品质。其中预粉磨工序与细粉磨工艺可以结合钢渣的原料（转炉渣、电炉渣，磁性与非磁性渣等）的性质，采用辊压机球磨机、球磨机球磨机、棒磨机立磨等组合的方式，以保证钢渣的铁质解离与微粉的最终产品质量。1、预磨粉渣铁分离实践、预磨粉渣铁分离实践 根据多年的实践经验证明：磁性钢渣（铁品位为30以上的钢渣），粉磨到160目筛上筛下各50左右；非磁性钢渣粉（铁品位为20左右），粉磨至200目筛上筛下各50左右时， 可以实现渣铁解离彻底。根据经验处理转炉磁性渣建议采用开路

3、粉磨工艺，处理非磁性钢渣建议采用闭路粉磨工艺，电炉渣的处理建议采用闭路粉磨工艺，这是由钢渣的易碎性、易磨性的好坏来确定。 预粉磨为钢渣解离提供技术前提，粉磨解离好的钢渣粉如何选别磁性铁就需要特别研究，传统的磁选、重选都是以水作为分散介质，克服矿物的表面吸附力及磁团聚力来实现的。目前选进的脉动高梯度磁选机、磁选柱也是以水作为分散介质来完成的，重选的螺旋溜槽，摇床也都是以水作为分散介质的。但是钢渣微粉的生产都是在全“干”状态下实现，即“干磨干选”，这就需要我们重点研究。2、干法磁选技术的应用、干法磁选技术的应用 干法磁选以空气为介质，利用矿物的磁性差异，将磁性不同的物料在磁场中分选开来。目前常规的

4、干法磁选，工业上主要应用于强磁性物料的大块预选，在处理细粒级物料时，由于空气的可压缩性，介质无法有效均匀分散物料，分选效果欠佳。另外在处理弱磁性物料时，受到磁场饱和度的限制，普通的强磁场磁选机无法将磁性较弱的物料有效分离。2.1干法磁选存在的问题与解决思路干法磁选存在的问题与解决思路 （1）细粒级物料的粘附问题：干法磨矿过程中，容易出现细粒度物料团聚现象（相互粘附）。因此矿物颗粒之间无法实现有效分离，严重影响磁选的分选效果。在实验室试验过程中发现，磨选前对其进行干燥处理，能有效解决打团现象。在分选过程和物料在磁场区域的运输过程中，促使物料均匀松散和分散，是矿物有效分离的必要条件。强化作用在入选

5、颗粒上磁力与其他机械力的竞争，将有助于增强不同磁性颗粒的受力差异，同时借助磁场方向的翻转促进物料层的松散。 （2）干法磁选的效率偏低：干法磁选以空气为介质，由于试验磁选机的磁系为开放磁系，空气介质难以对物料的分散和分离起到较大的促进作用。非磁性物料在磁性物中的夹杂现象严重。单次分选增加磁场翻转次数，和多级分选是保证实验效果的有效途径。 （3）干法磁选处理量难以提高：由于干法磁选的效率偏低，为了提高磁选的效果，试验中一般采用减少给料量的方法来保证给料层足够薄，从而达到提高分选效果的目的。因此干法磁选的处理量严重受限。 通过永磁磁系设计及工艺研究，研制出各磁场强度可调、物料流向径向上阶梯分布的“筛

6、式”永磁磁选机，实现钢渣预粉磨解离后，铁质资源的高效、高品位回收。2.2新型磁选设备的研制新型磁选设备的研制 为解彻底决钢渣选别过程中遇到物料分散困难、分选效率低、处理量小等技术难题，结合干法钢渣磁选难题与解决思路，采用逆向思维，研制了一种外置磁系，内部轴向运输入选物料的磁选设备，即筛式永磁磁选机（简称GSC）。筛式机使用现场图片筛式机磁选腔螺旋结构图片3、筛式磁选在钢渣预磨粉磁选中的试验及应用、筛式磁选在钢渣预磨粉磁选中的试验及应用 干法筛式磁选机最大特点干法筛式磁选机最大特点: 1、采用外置式向心开放磁系设计，磁系设计分为初选区、精选区，并通过调节内筒转速，方便调节初选与精选区的分选面积比

7、例，充分控制精矿品位与跑尾品位。 2、轴向上采用长磁程，分阶梯布置（筛选原理），将不同磁性的矿物，分阶段筛选出来，充分解决了精矿粉的夹杂问题。 3、物料通过内筒向心磁系，提供了选别精矿在径向上产生二十多次的磁翻转（传统的磁选设备都为物料从上部进入磁场，在底部卸矿），充分消除夹杂脉石的现象，在磁翻转抛掉的弱磁性矿物，进入下一级磁系再次选别，使最终排出的尾矿基本无磁性。4、新型、新型“筛筛”选机的应用选机的应用4.1预粉磨粉的多级磁选试验：预粉磨粉的多级磁选试验：预磨粉采用传统的干法筒式磁选机，经过三级磁选后的尾渣及铁精粉的品位如下：序号MFeFe2O3Fe产率金属回收率备注115.9230.72

8、33.61100100预磨粉（磁性渣）22.3223.718.357.3631.23尾渣341.73554.242.6468.77铁精粉4.2采用筛式磁选机代替两级磁选后产生的铁精粉、尾渣试验采用筛式磁选机代替两级磁选后产生的铁精粉、尾渣试验：采用一级筛式磁选机代替两台筒式磁选机，磁选后铁精粉与尾渣品位如下： 总结：总结：通过以上试验及数据分析，向心磁系筛式磁选机取代两台传统筒式磁选机后，使钢渣铁精粉的品位提高了1.41，钢渣中金属铁的回收率提高了4.37；尾渣中铁品位降低2.12，取得了与传统磁选机相比，较理想的磁选效果。可见新型筛式磁选机可以实现进一步控制钢渣粉跑尾率的同时，还可以提高选别

9、铁精粉的品位，成果显著。序号MfeFe2O3Fe产率金属回收率备注115.9230.7233.61100100预磨粉（磁性渣）2.0120.716.1855.8026.86尾渣443.633.355.6144.2073.14铁精粉表1-2筛式磁选机代替筒式磁选机选别技术指标表4.3 预粉磨后的重选试验：预粉磨后的重选试验： 根据金属铁与渣易磨性及容重的不同，利用选粉机对预磨粉进行分级，分级后粗细粉品位如下表：序号MfeFe2O3Fe产率金属回收率备注115.9230.7233.61100100预磨粉（磁性渣）21.9122.717.4641.6821.65分级细渣430.631.545.155

10、8.3278.35分级粗粉 通过以上数据分析，风力分级重选，在一定程度上实现铁粉的富集效果，分级产生的细粉中金属铁低于2，分级所产生的粗粉，由于减少了细粉的表面团聚吸附作用，对后序的磁选作业，特别是克服逆磁性细粉的磁团聚十分有利。4.4 重磁选的工艺确定重磁选的工艺确定 将风力重选后的富矿粉与细粉，分别进入筛式磁选机，经过磁选后产生的铁精粉与尾渣品位如下：序号MfeFe2O3Fe产率金属回收率备注115.9230.7233.61100100预磨粉（磁性渣）20.0820.6514.5261.8726.73尾渣355.2634.564.5838.1373.27铁精粉 通过“风力重选筛式磁选”分别

11、磁选的工艺流程，从工业化生产上实现铁精粉品位高达62，完全满足冶金行业对铁精粉的品质要求，特别是选别后尾渣中铁品位低于15，单质铁仅为0.08，是细磨钢渣微粉的优良原料。重磁选后Fe2O3仅为20.65，该含量的铁质惰性物质，在该工序环节（预磨磁选）很难一并进行分选，其对钢渣微粉的活性指数会产生一定的影响，下节将重点进行分析解决。二、二、 钢渣微粉中惰性矿物的分选研究钢渣微粉中惰性矿物的分选研究1、钢渣理化性能研究钢渣理化性能研究(a)钢渣的岩相特征与矿物组成钢渣的岩相特征与矿物组成(b)钢渣的显微结构钢渣的显微结构 钢渣的主要矿物组成为三类：1、金属及金属的氧化物，主要有TeO、MgO、Ca

12、O（统称为RO相）；2、硅酸盐类矿物（A矿、B矿）；3、铁铝酸盐矿物。图2-2 反射光下观察的四种矿物显微形貌图2-3透射光下观察的A矿显微形貌试样参数ROf-CaOAliteBelitC4AF phaseS1粒度/m30-100(45)8-30(12)110-260(136)28-90(54)8-20(18)化学式MgO1.20TeO0.11MO.12CaOCaO0.12 TeO 0.03MnO2.72CaO SiO 0.02Al2O32.00CaO SiO 0.04Al2O30.05Te2O3 6.87CaO Al2O3 2.15Te2O3S2粒度/m15-80(31)6-20(8)80-

13、200(125)20-81(43)10-30(24)化学式MgO0.71TeO0.19MO.04CaOCaO0.16 TeO 0.03MnO2.61CaO SiO 0.04Al2O32.08CaO SiO 0.06Al2O35.02CaO Al2O31.30Te2O3钢渣中矿物的特征和化学组成如2-1表： RO相的平均粒径为31-45m，其粒径比硅酸盐粒径小，比铁酸盐及f-CaO粒径大，S1比S2钢渣中惰性物TeO/ MgO摩尔比高，均固溶少量的MnO和CaO。表2-1 钢渣矿物化学组成试样参数ROf-CaOAliteBelitC4AF S1KIS2.460.7030.9960.208百分量%

14、28.854.5010.1430.814.31S2KIS1.63百分量%20.3611.04用X射线衍射K值法、定量分析法测定钢渣各矿物比例如表2-2所示。(c)钢渣中主要矿物含量的测定钢渣中主要矿物含量的测定 钢渣中RO相含量约为20.3628.85%，水化活性矿物A矿、B矿、C4AF相占总量的54.8%，即RO相含量约占钢渣活性矿物含量的一半。若将钢渣中RO相分离出来，从本质上提高钢渣胶凝活性，将大幅提高钢渣的应用价值。表2-2 钢渣矿物定量分析2、钢渣磁性可选性研究、钢渣磁性可选性研究钢渣不同粒度磁选性能及RO 相的磁力分选性分析图2-1 钢渣比磁化率与粒度关系 经进一步测定RO相比磁化

15、率为：（0.64.6）X10-5 m3/kg，属于中磁性矿物，采用中等磁场磁选设备从原理上即可实现分离。 这也进一步说明，钢渣磁性选别必须将磁性较强的铁质及部分铁质的氧化物，提前分选出来（预磨选铁），才能进一步提纯弱磁性的RO相惰性物。这也为钢渣采用预磨磁选+超细粉磨磁选工艺提供了理论依据。 对粒度较细的钢渣比磁化率，个别粒度小于0.1mm的钢渣样品显示逆磁性质。分析原因为强磁性铁质对钢渣的比磁化率影响显著，所以在磁性较弱的钢渣中，只要混有较少的强磁性铁质，钢渣总体测试，也会体现出较强的顺磁性。小于0.1mm的钢渣体现为弱磁性甚至逆磁的现象，基本可以判断细钢渣粉中含有较少的强磁性物质（主要为单

16、质铁）。粒度较大的钢渣，磁性较强，铁质与以二氧化硅、氧化钙为主的渣相磁性质差异较大，磁选回收性能较好。钢渣钢渣预磨粉的筛式磁选也证明了这一点。预磨粉的筛式磁选也证明了这一点。2、相的重力选别性研究、相的重力选别性研究(a)矿物硬度差异分选性矿物硬度差异分选性重力选别性主要取决于矿物粒度和密度的产差异，粒度与矿物的硬度密切相关，从矿物的硬度及密度来分析钢渣RO相的重力选别性矿 相试样参数ROf-CaOAliteBelitC4AF S1 HV728505389680S2HV670450300520表2-3 钢渣矿相维氏硬度表钢渣经筛分，测定筛上、筛下RO相的含量与原钢渣RO相含量的153%和71%

17、，筛上筛下RO相含量的比值为2.2，因此钢渣粉磨过程中RO相选择性的富集在粗粉中。RO相硬度大被磨细的程度小富积在粗粉中，而伴生物或活性矿物更多的富积进入细粉中。 (b)矿物密度差异分选性矿物密度差异分选性ROAB矿密度：g/cm34.423.19表2-4 钢渣矿相密度表根据重力场、离心场不同密度粒度的物料沉降原理，采用风力重选是可以实现RO相的富积的，实际生产过程中，我们采用选粉分级处理，粗粉与细粉中RO相的含量比值达到到6.4，工业化生产进一步证明了RO相的重力分选性较好。4、 RO相的解离特征相的解离特征图2-2 钢渣粉磨粒径与解离度的关系RO相在55m粒径范围内，RO相解离度保持稳定，

18、继续粉磨不会产生更显著的解离效果。这也与钢渣RO相在钢渣平均粒径分布相对应。根据以上分析，结合钢渣微粉生产实际情况，建议325目筛下约占40%左右，为较合理的控制指标。 （1）钢渣中RO相含量约20-30%，平均粒径为31-45Um。RO相粒径比硅酸盐矿物小，比铁铝酸盐和f-CaO相大，RO相化学成份不均匀，且FeO/MgO共溶摩尔比大。 （2）RO相是钢渣中硬度、密度最大的矿物，通过选粉分级RO相富集在粗粉中，FeO/MgO的摩尔比越高，RO相硬度和密度越大，重力选别性越好。 （3）RO相和硅酸盐相分别属于中磁性和非磁性矿物，通过中强磁场可以实现RO相的富集与选别。FeO/MgO的摩尔比越高

19、，比磁化率越高，选别性能越好。 （4）钢渣粉磨到55UM范围之内，可使RO相解离度较高，通过对几种磨机的粉磨原理的分析，我们认为在相同的粒径下：球磨的解离效果较好。 （5）RO相分选加磁选效果最好，风力分级次之，易采用磁选+重选或者重选+磁选相结合的方式进行RO相的分选，通过氧化焙烧能改善钢渣粉的磁选性能。（烘干工序对钢渣的磁选有潜在的效果，需要进一步验证）5 、RO相研究结论：相研究结论：三、三、 钢粉细粉磨的研究与钢粉细粉磨的研究与RO相分选设备的应用与开发相分选设备的应用与开发1、钢渣细磨制粉磨设备的选型。、钢渣细磨制粉磨设备的选型。 钢渣经预磨处理选铁质后，预磨粉铁质类物料含量低，并且

20、为类熟料型硅酸盐晶体（不同于水渣，水渣中能量主要集聚在玻璃体内，玻璃体韧性大，脆性不足，是造成粉磨能耗过高的主要原因），属中等易磨性物质（相对于矿渣更易碎），球磨机系统、辊式立磨系统和辊压机系统用于细粉磨各有优势。名称 缺点 优点 工艺建议 球磨 系统噪声大，能耗稍高（处理晶体矿为主的物料）生产可靠，对操作人员技术要求低；投资小具有选择性粉磨功能，相对粒度更易RO相的分选。产品颗粒级配合理。针对钢渣细粉磨工序，必须设计为闭路工艺，加强对RO的分选。 卧式 辊磨投资大，国产水平较低，型号单一，目前还没有达到理想的设计效果。其原理是介于辊压机和球磨机之间。工艺上易于RO相的分选。需加强预磨工序，前

21、期预粉磨必须加强除铁功能，后期增加RO相分选功能。 辊式 立磨1、选粉、粉磨一体化功能不利于RO的分选；2、棒磨机预粉磨还不能完全实现对钢渣中铁质的有效分选，影响微粉质量及磨耗。3、回料粒度较大，不利于RO相的分选。1、它集破碎、粉磨、烘干、选粉为一体，电耗低，、密封性能好；2、噪音低、占地面积小、流程简单等特点。3、通过调节选粉机转速、磨机气流量和碾磨压力，并与合适的挡料圈高度相结合，可获得要求的细度和粒径分布。1、加强对棒磨机预粉磨除铁的研究。2 2、利用空气场与磁力相结合、利用空气场与磁力相结合的磁选将使工艺更加科学合理。的磁选将使工艺更加科学合理。表3-1 各钢渣细粉磨对照表2、较理想

22、的钢渣微粉细磨及相的分选流程及结论较理想的钢渣微粉细磨及相的分选流程及结论 根据我们多年研究，结合目前的工艺装备现状，特提出如下两工艺流程供大家参考：预 粉 磨 粉细 粉 磨磁 力 分 选惰 性 粉超 细 分 级钢 渣 微 粉超 细 分 级活 性 粉磁 力 分 选R O 相 磁 性 粉钢 渣 微 粉 R O 相 分 选 工 艺 流 程 （ 一 ）预 粉 磨 粉细 粉 磨钢 渣 微 粉超 细 分 级磁 力 分 选R O 相 磁 性 粉钢 渣 微 粉 R O 相 分 选 工 艺 流 程 （ 二 ）图3-1钢渣微粉RO相分选工艺流程图一图3-2钢渣微粉RO相分选工艺流程图二3、钢渣微粉的分选与钢渣微粉的分选与RO相的选别研究相的选别研究 高效选粉是钢渣微粉生产的必要条件，选别后的RO相富集粉再进入筛式磁选机，经多次选别分选出RO相，RO相的分选需要在5000GS以上的磁场下完成，目前投产几条线，我们设计的场强只有2500GS左右，虽然选别的RO相的