从转炉烟尘中提取铁粉的研究

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1、从转炉烟尘中提取铁粉的研究1　前言目前国内外钢铁企业中,大多数采用氧气顶吹转炉法炼钢。据报道[1],顶吹转炉每吨钢平均产烟尘17～22ｋｇ。由于炼铁采用的铁矿石不同,其后炼钢产生的烟尘的化学成分与物理性质也有所差异。就总体而言[2],这些烟尘的粒度较小(<005ｍｍ的占60%以上),含铁量高(～50%),杂质多(如Ｃ、ＳｉＯ2、ＭｎＯ、ＭｇＯ、Ａｌ2Ｏ3、Ｚｎ、Ｐｂ等),作为二次资源的开发利用,已越来越为人们所关注。先后提出了造球烧结法、竖炉法、回转窑法、熔渣处理法、以及氯化法等10余种火法处理方案[3]。80年代初,长沙矿冶研究院曾进行过湿法处理炼钢烟尘的探索研究[2]。但

2、是,上述研究或者工艺复杂,或者成本较高,在应用上仍存在不少问题,如烧结性差、造球工艺难以控制、酸碱湿法处理复杂价高等,故至今未见烟尘产品在工业中成功应用的报导[4,5]。鉴此,粉末冶金科技工作者试图发挥行业优势[6～8],拟用较简单经济的方法将烟尘分选、还原来制备还原铁粉和粉末冶金制品[9]。显然,这是一个变废为宝、造福人类,既有社会效益又有经济效益的十分有意义的工作。2　试验方法试验原材料为某炼钢厂转炉烟尘。富集后的化学组成如表1所示。其松装密度为1.34ｇ/ｃｍ3,流动性为120ｓ/50ｇ,平均粒度为3μｍ。转炉烟尘的成分和粒度与资料[11]报道相近。试验的工艺流程如图1

3、所示。即将现场富集来炉烟尘先进行强力球磨,以将其中的铁和氧化铁与包裹的杂质分开;再用水进行重力沉降分选,将铁及其氧化物杂质分离,以获得含铁量为90%左右的铁粉末(以下简称90铁粉)。然后,对90铁粉末进行脱硫、改性、还原等处理,以获得高质量的还原铁粉。转炉烟尘———富集———搅拌球磨———沉降———90铁粉———脱硫———改性———还原—还原铁粉———检测图1　试验工艺流程3　试验结果及讨论3.1　烟尘粉的沉降试验转炉烟尘经球磨后,选用浓度、沉降时间、留液高度和搅拌时间进行沉降正交试验。结果发现,在实验室条件下,当浓度为40ｇ/Ｌ、沉降时间为30ｓ、留液高度为12ｃｍ、搅拌时

4、间为100ｓ时,可以获得最佳效果,如表2所示。我们对90铁粉末进行了化学分析和荧光能谱分析发现,90铁粉的化学成分波动较大,即通过沉降得到的铁粉末的纯度很低,杂质含量较高且不稳定,如其硫、磷等杂质的含量批次间相差约1倍。这可能是球磨无法使各种粉末完全分离,粉末的粒度和形状等也不可能完全一样等原因造成的。这时,沉降粉末的松装密度为1.48ｇ/ｃｍ3,流动性为102ｓ/50ｇ,平均粒度为11μｍ。因此,90铁粉不能作为粉末冶金的原料粉末直接用于制备粉末冶金制品。但是,由于其工艺简单且可以用于要求不高的地方,如作为生产钛白粉中的还原剂等,故其经济效益和社会效益也是十分可观的。表2　

5、90铁粉的化学成分(质量分数)%沉降分选的基本原理是利用转炉烟尘液中各组分的密度不同、其沉降速度不同来进行的。假定经球磨后所有的粉末均分散、呈球形且粒度相同为ｄ。那么,其沉降受力可表示为[10]:ｍｄｖｄｔ=16πｄ3(ρ-ρ0)ｇ-3πｄην式中:ν=118ｄ2ρ-ρ0ηｇ;ｍ—粉末质量;ｖ—粉末沉降速度;ｔ—粉末沉降时间;ｄ—粉末粒径;ρ,ρ0—粉末和介质的密度;η—介质的粘度;ｇ—重力加速度。显然,粉末的密度不同,其沉降速度也不同。密度越大的粉末,其沉降的速度也越大。所以,经过一定的沉降时间后,铁粉末就从烟尘液中分离出来了。表3是ｄ=0.08ｍｍ,η=1×10-3Ｐａ·

6、ｓ时的计算结果。由表3可知,若沉降高度选ｈ=40ｃｍ,沉降时间选ｔ=30ｓ时,就可以将Ｆｅ和ＦｅＯ与Ｃａ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇ等的氧化物分离出来。表3　烟尘粉中主要物质沉降速度和高度计算值3.2　90铁粉的木炭还原试验90铁粉经改性和脱硫处理后,进一步进行还原处理。在实验室,用木炭在900～1100℃×3～9ｈ下进行还原正交试验,试验结果如表4所示。由表4中可以看出,随着还原温度的提高和还原时间的延长,粉末的含铁量也提高。经在1100℃×9ｈ工艺条件的重复试验的全分析结果(表5)表明,该还原工艺条件是正确的。这时粉末的松装密度为198ｇ/ｃｍ3,流动性为36ｓ/50ｇ,平均粒度为

7、236μｍ。对该铁粉进行了Ｘ射线衍射分析,从其衍射谱线中可以发现,还原后的铁粉的主要物相结构为αＦｅ,未见有明显的还原前的Ｆｅ3Ｏ4和ＦｅＯ等杂质出现。这与其化学分析的高纯度铁吻合较好。表4　还原工艺对粉末含铁量的影响%温度/℃时间/ｈ3.3　铁粉的性能将铁粉进一步改性,并用分解氨进行还原。还原工艺为850～880℃×40～80ｍｉｎ。然后,对还原后的铁粉进行了化学成分粒度、粒度组成、工艺性能测试,测试的结果列入表5和表6中。从表6和表7中可以发现,铁粉的化学成分和工艺性能基本上能满足粉末冶金使用的要求