蔣俊 姜永華 楊鑫博 李志芹 熊杰
（云南天朗再生資源有限責(zé)任公司 昆明 安寧65002）
摘 要：黨的十九屆四中全會(huì)以來(lái)，國(guó)家提出全面建立資源高效利用制度。計(jì)劃到2020年全國(guó)工業(yè)固廢綜合利用率達(dá)73%。鋼渣作為鋼鐵冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的一種工業(yè)廢渣，約占全國(guó)工業(yè)固體廢棄物總產(chǎn)量的24％，但綜合利用率僅為20-30%，大量鋼渣因利用困難，堆存占用土地，造成污染環(huán)境。然而鋼渣中含有硅酸二鈣、硅酸三鈣、鐵鋁酸四鈣，具有水硬性的基礎(chǔ)條件，接近普通硅酸鹽水泥熟料組分，選擇合適的處理工藝將為鋼渣建材方面綜合利用提供重要支撐。本文通過(guò)對(duì)未除鐵塊渣、預(yù)除鐵塊渣及球磨除鐵細(xì)渣進(jìn)行物化分析及粉磨功指數(shù)分析，并以三組渣樣為例開(kāi)展粉磨試驗(yàn)，探討“篩分技術(shù)”+“破磨分離”+“磁選裝置”粉磨工藝。
關(guān)鍵詞：鋼渣；粉磨；技術(shù)
1 前言
鋼渣是煉鋼過(guò)程中的副產(chǎn)物，產(chǎn)生量約為每噸鋼100～150kg，物理外觀(guān)方面鋼渣外觀(guān)形態(tài)隨著成分和冷卻條件的不同而不同。堿性低的鋼渣氣孔多，呈黑色光澤；堿性高的鋼渣呈灰黑色，結(jié)構(gòu)較密實(shí)，在高溫熔融狀態(tài)下，進(jìn)行熱悶后的鋼渣成粉粒狀，自然冷卻的鋼渣成塊狀或粒狀；化學(xué)成分方面鋼渣以鈣、硅、鐵化合物為主并含有硅酸二鈣、硅酸三鈣、鐵鋁酸四鈣，使得其具有水硬性，且接近普通硅酸鹽水泥熟料組分，但由于鋼渣的生成溫度過(guò)高，并溶入了較多的FeO、MgO等雜質(zhì)使結(jié)晶較完善，與水泥中的相同礦物相比活性要低得多并且質(zhì)地堅(jiān)硬難破碎。再加上鋼渣中含有大量不穩(wěn)定的游離MgO和游離CaO，游離氧化物的不安定性，嚴(yán)重限制鋼渣在建材方向的利用。但如將鋼渣經(jīng)過(guò)粉磨至微粉后，機(jī)械破壞其晶體結(jié)構(gòu)，物料中潛在活動(dòng)得到釋放，安定性也得到徹底解決，為鋼渣在建材應(yīng)用提供有效支撐，然而如何降低鋼渣微粉的生產(chǎn)成本并提高其產(chǎn)品活性又是產(chǎn)業(yè)所面臨的瓶頸問(wèn)題。
2 鋼渣粉磨
選取昆明鋼鐵股份有限公司自產(chǎn)鋼渣樣品進(jìn)行試驗(yàn)。
2.1 試樣物化性能分析
對(duì)鋼渣試樣進(jìn)行金屬鐵含量、密度、粉磨功指數(shù)及化學(xué)成分分析，詳細(xì)結(jié)果如下所示：
（1）金屬鐵含量
|
樣品名稱(chēng) |
金屬鐵含量/% |
篩上鐵含量/% |
金屬鐵總含量/% |
|
未除鐵塊渣 |
0.87 |
3 |
3.84 |
|
預(yù)除鐵塊渣 |
0.84 |
1.6 |
2.5 |
|
球磨除鐵細(xì)渣 |
0.76 |
0.18 |
0.94 |
（2）密度
（塊狀）鋼渣粉密度：ρ＝3.59g/cm3
（球磨除鐵預(yù)處理）鋼渣粉密度：ρ＝3.57g/cm3
（3）粉磨功指數(shù)
（塊狀）鋼渣粉磨功指數(shù)：Bi=26.7kWh/t
（球磨除鐵預(yù)處理）鋼渣粉磨功指數(shù)：Bi=19.33kWh/t
（4）鋼渣化學(xué)成分分析
|
樣品名稱(chēng) |
L.O.I |
SiO2 |
Al2O3+TiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
CaO |
MgO |
|
塊狀鋼渣 |
-2.29 |
15.92 |
11.89 |
11.68 |
26.98 |
24.89 |
14.50 |
|
細(xì)顆粒鋼渣 |
-1.05 |
13.40 |
8.38 |
8.38 |
26.28 |
25.56 |
17.78 |
|
樣品名稱(chēng) |
|
TiO2 |
K2O |
Na2O |
SO3 |
Cl |
合量 |
|
塊狀鋼渣 |
|
0.34 |
0.12 |
0.06 |
0.39 |
0.028 |
92.59 |
|
細(xì)顆粒鋼渣 |
|
|
0.06 |
0.06 |
0.28 |
0.010 |
90.75 |
2.2 粉磨試驗(yàn)
根據(jù)表1試樣配比，分別對(duì)未除鐵塊渣、預(yù)除鐵塊渣及球磨除鐵細(xì)渣開(kāi)展粉磨試驗(yàn)。
表1 試樣配比
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試樣名稱(chēng) |
未除鐵塊渣/% |
預(yù)除鐵塊渣/% |
球磨除鐵細(xì)渣/% |
|
試驗(yàn)一 |
100 |
|
|
|
試驗(yàn)二 |
|
100 |
|
|
試驗(yàn)三 |
|
|
100 |
2.3 試驗(yàn)結(jié)果
磨輥粉磨力不能全部做功：當(dāng)磨輥的粉磨力作用于磨盤(pán)上的物料時(shí)，被粉磨的原料實(shí)際是通過(guò)相互間擠壓破碎再相互間填充再擠壓的過(guò)程達(dá)到破碎。當(dāng)原料顆粒較脆時(shí)，擠壓力就先將大顆粒擠碎填充到小顆粒中，同時(shí)將擠壓力傳遞到小顆粒上，小顆粒受力作用被擠碎。當(dāng)原料中有部分硬而且韌性大的顆粒，粉磨力在研壓這部分顆粒時(shí)，顆粒產(chǎn)生塑性變形，大顆粒大部分僅被剪切，而擠壓力不能全部有效傳遞到其它小顆粒上。由于金屬鐵顆粒的特點(diǎn)是硬而有延展性，并有良好的韌性，當(dāng)磨輥粉磨力作用于鐵顆粒上時(shí)，大部分是直接傳遞到磨盤(pán)而不能有效傳遞到其它脆性物料上，屬無(wú)效載荷，做的是無(wú)用功。無(wú)用功增加，粉磨能力就下降。
未除鐵塊狀鋼渣、預(yù)除鐵塊狀鋼渣及球磨除鐵鋼渣的粉磨情況如表2-表4所示。試驗(yàn)結(jié)果顯示：試驗(yàn)立式輥磨粉磨該物料至比表450m2/kg時(shí)，塊狀鋼渣粉磨電耗高于50kWh/t，屬于難磨鋼渣；經(jīng)過(guò)球磨除鐵處理后的鋼渣粉磨電耗31.67kWh/t，中等易磨性的鋼渣。故優(yōu)化鋼渣粉磨工藝技術(shù)研究，選鐵是關(guān)鍵，將金屬鐵從鋼渣中提取出來(lái)，返回?zé)掍摶驘掕F，既節(jié)約資源又可有效降低單位磨耗。
表2 塊狀鋼渣（未預(yù)除鐵）試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)
|
試驗(yàn)序號(hào) |
輥壓 |
單位電耗 |
比表面積 |
負(fù)壓篩 |
基準(zhǔn)電耗 |
|
MPa |
kWh/t |
m2/kg |
R45μm，% |
450m2/kg |
|
|
1 |
6 |
59.99 |
451 |
|
59.8 |
|
2 |
6 |
61.07 |
487 |
3 |
53.8 |
|
3 |
6.5 |
59.98 |
469 |
3 |
56.1 |
|
平均 |
6.17 |
60.35 |
469 |
3 |
56.6 |
表3 塊狀鋼渣（預(yù)除鐵）試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)
|
試驗(yàn)序號(hào) |
輥壓 |
單位電耗 |
比表面積 |
負(fù)壓篩 |
基準(zhǔn)電耗 |
|
MPa |
kWh/t |
m2/kg |
R45μm，% |
450m2/kg |
|
|
1 |
6 |
44.9 |
407 |
1 |
52.7 |
|
2 |
6 |
47.56 |
429 |
0.75 |
51.4 |
表4 球磨除鐵鋼渣試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)
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試驗(yàn)序號(hào) |
輥壓 |
單位電耗 |
比表面積 |
負(fù)壓篩 |
基準(zhǔn)電耗 |
|
MPa |
kWh/t |
m2/kg |
R45μm，% |
450m2/kg |
|
|
1 |
5.4 |
30.1 |
443 |
1.1 |
30.9 |
|
2 |
6 |
39.9 |
509 |
0.8 |
32.8 |
|
3 |
6 |
39.6 |
521 |
0.6 |
31.3 |
|
平均 |
5.8 |
36.5 |
491 |
0.85 |
31.67 |
3 鋼渣粉磨工藝探討
針對(duì)鋼渣以上特點(diǎn)，采用“篩分技術(shù)”+“破磨分離”+“磁選裝置”工藝形式。
3.1 “篩分技術(shù)”是前提
鋼渣粒徑分布受預(yù)處理方式影響較大，通過(guò)對(duì)物料進(jìn)行指定篩分可將大粒徑物料暫時(shí)去掉，有效提高后端粉磨效率，降低風(fēng)選磨飽磨的概率，也為后面的高細(xì)磨入磨顆粒大小均勻性提供條件。
3.2 “破磨分離”即以破代磨，破磨分離是核心
以破代磨是目前提高粉磨效率的有效途徑。目前大部分磨粉機(jī)雖然采用分倉(cāng)，但由于破碎倉(cāng)和研磨倉(cāng)是共用一個(gè)筒體，在結(jié)構(gòu)上和運(yùn)動(dòng)上都不能分開(kāi)，要實(shí)現(xiàn)破碎和研磨的最佳運(yùn)動(dòng)形式是不可能的，而磨機(jī)以研磨作業(yè)為主，因此將主要的破碎作業(yè)從磨機(jī)中分離出來(lái)，這樣可以又進(jìn)一步分別使破碎和粉磨效率最大化。故配合添置風(fēng)選磨是以破代磨有效方案。
雖經(jīng)過(guò)篩分及風(fēng)選磨在前端處理，物料大部分已成粉狀，但仍然有少量粗顆粒，使后端磨機(jī)還不能完成實(shí)現(xiàn)微介質(zhì)高效粉磨，故后端磨機(jī)仍需分為兩倉(cāng)，嚴(yán)格隔倉(cāng)篩分，對(duì)粗顆粒部分破碎作業(yè)完成。粗磨倉(cāng)具有粉料流速快，讓細(xì)粉盡快進(jìn)入細(xì)磨倉(cāng)同時(shí)留下粗顆粒的效能；細(xì)磨倉(cāng)采用具有高比表的微介質(zhì)粉磨，細(xì)磨倉(cāng)不需要再行破碎作業(yè)，同時(shí)嚴(yán)格控制進(jìn)入細(xì)磨倉(cāng)的粉料粒徑大小，以實(shí)現(xiàn)破磨分離的作業(yè)。
3.3 “磁選”是手段
由于鋼渣特性是渣包鐵，鋼渣中即包裹了金屬鐵，又或者有一些其他難以粉磨的磁性金屬化合物，為有效降低磁性金屬物料對(duì)工藝的影響，磁選手段必須在整個(gè)工藝過(guò)程中進(jìn)行運(yùn)用，破碎之后要除鐵，研磨之前要除鐵。有效降低含鐵量能夠提高粉磨效率，磨機(jī)級(jí)配及工藝工況穩(wěn)定性。
4 結(jié)論
未經(jīng)球磨除鐵處理的塊狀鋼渣由于金屬鐵含量高，易磨性差，磨耗大，粉磨高，比表面積成品比較困難，經(jīng)過(guò)球磨除鐵處理后的鋼渣金屬鐵含量低，粉磨電耗低，磨耗小，易磨性略差。由于鋼渣的渣和鐵解離度低，建議在粉磨鋼渣前建設(shè)一條鋼渣破碎、篩分、磁選生產(chǎn)線(xiàn)對(duì)塊狀鋼渣進(jìn)行預(yù)處理后入磨粉磨，將金屬鐵含量控制在1.2%以下，以延長(zhǎng)粉磨設(shè)備使用壽命和降低磨損成本。