一种粉煤灰的降碳、减硫、除铁并回收铁精矿方法

摘要

本发明针对未燃尽碳、SO3、Fe（赤铁矿）含量偏高的一类粉煤灰进行降碳、减硫、除铁并回收铁精矿处理。以粉煤灰中未燃尽碳为还原剂，将预先调配好的干燥粉煤灰原料（烧失量9%±1%，SO3含量9.5%±1%），于900℃下还原焙烧15-30min，之后快速隔氧水淬冷却，以湿式弱磁选机磁选铁精矿。经还原焙烧后，粉煤灰中石膏（CaSO4）转化成CaS，SO3含量降低；弱磁性的赤铁矿转化成强磁性的磁铁矿，采用弱磁选予以分离。处理后的粉煤灰碳、Fe、SO3含量分别降至5.3%、5%和1.32%以下，可直接用于水泥和混凝土生产等领域；同时获得TFe品位48%-53%的铁精矿，可用作炼铁原料或选煤等行业的重介质粉。综合经济效益显著。本发明无需外加还原剂，辅助设备少，工艺流程短，易于实现工业化。

说明书

技术领域

本发明涉及一种粉煤灰的综合利用方法，尤其涉及从未燃尽碳、SO₃、Fe含量偏高的 粉煤灰中回收铁精矿并降低粉煤灰中C、SO₃、Fe含量的方法，属固体废弃物资源化利用领 域。

背景技术

粉煤灰是燃煤电厂排放的大宗固体废弃物。我国每年的粉煤灰产出量巨大，利用率 相对较低。粉煤灰的存储占用大量土地，增加煤电企业运行成本；污染水源和空气，严重危 害周边环境和居民健康。将粉煤灰进行资源化利用，变废为宝，既能缓解环境污染问题又能 创造可观的经济效益，可谓一举两得。我国的废物资源化科技工程“十二五”专项规划中提 出了粉煤灰综合利用率达到50%的发展目标。

目前粉煤灰的利用仍大部分还集中于水泥和混凝土行业，虽然经济附加值较低，但 其对粉煤灰的消耗具有快速、量大的特点。GB/T1596-2005中规定了用于水泥和混凝土的粉 煤灰中SO₃含量不大于3%，烧失量分别不大于5%(Ⅰ级)、8%(Ⅱ级)、15%(Ⅲ级)。然而电 厂通常采用劣质原煤或煤矸石作为燃料，其中高含量的黄铁矿(FeS2)为粉煤灰提供了硫源和 铁源；加之燃烧工况、固硫方式等方面的差异，一些燃煤电厂排放的粉煤灰中未燃尽碳和 SO₃含量过高，限制了其在水泥和混凝土行业的应用。现有的粉煤灰高附加值利用研究主要 集中在从粉煤灰中分离提取氧化铝、二氧化硅以及稀有金属等方面。采用化学方法提取氧化 铝及其他有价金属的过程中，未燃尽碳、SO₃（硫酸钙）和铁氧化物均属杂质，会增加药剂 损耗，尤其影响产品纯度。因而，往往采用预处理的方式，浮选、电选或高温灼烧除碳、磁 选除铁。降低粉煤灰中SO₃的研究较为有限。

粉煤灰脱碳及碳粉回收方面的研究较多，多以浮选或电选方法为主，设备工艺复 杂，建厂投入较高；回收的碳粉用作燃料或吸附剂，经济价值偏低；尤其对于碳含量不是很 高的粉煤灰，产出与投入的比值不高，生产企业动力不足。

《粉煤灰专用高效除硫剂的研究》一文研究了一种粉煤灰专用除硫剂（成分未公 开）,能有效降低粉煤灰中SO₃的含量,使高硫粉煤灰符合GB1596-91要求,可用于混凝土 工程。其他同类研究未检索到。

现有对粉煤灰中铁的研究及生产实践多从“除杂”的角度出发，即单纯以降低粉煤 灰中铁含量为目标，不关注铁精矿品位，如中国专利201110103784.7和201020592311.9。 磁铁矿（Fe₃O₄）和赤铁矿(Fe₂O₃)是粉煤灰中的主要富铁矿物。磁铁矿的比磁化系数高，选 别性好，通过改善工艺或改进设备可达到提高铁精矿品位和全铁回收率的目的。如《从发电 厂粉煤灰中磁选铁精矿》一文中采用磨矿、粗选、多次精选后获得TFe品位51%，回收率 60%左右的铁精矿；中国专利200810115358.3使用干式磁选机经一次磁选获得产率3.5%、 氧化铁含量45%（TFe=32.6%）的粗精矿，粗精矿又经二次磁选后获得氧化铁含量65% （TFe=47.0%）的铁精矿。赤铁矿比磁化系数则较低，难于分选。以某电厂的流化床锅炉粉 煤灰为例，碳含量8.0%，TFe=8.9%，富铁矿物全部为赤铁矿(Fe₂O₃)；采用湿式强磁选机进 行多次选铁实验，磁场强度、精矿品位、全铁回收率如表1所示。

表1赤铁矿型粉煤灰湿式强磁选实验结果。

磁场强度/mT 精矿品位TFe/％ 回收率/％ 400 28.53 19.87 700 26.74 31.99 970 25.92 50.56

本发明将降碳、减硫、除铁和回收铁精矿四者做了有机结合。

（1）以粉煤灰中未燃尽碳作为还原焙烧的还原剂，无需外加，既简化了程序、降低 了成本又使焙烧后的粉煤灰碳含量降至可接受范围内。

（2）赤铁矿的磁化焙烧与SO₃的分解同步完成。通过实验确定了用于焙烧的粉煤灰 的未燃尽碳和SO₃含量、焙烧温度、焙烧时间、冷却方式、磁场强度的最佳范围。在此范围 内进行还原焙烧后，C、SO₃含量显著降低，有效扩展了其可利用范围；赤铁矿的磁化率保 持在较高的水平。

（3）焙烧粉煤灰采用水淬冷却、浮选回收部分未燃尽碳、湿式弱磁选铁精矿；水 淬、浮选、湿式磁选衔接连贯，且实现了废水的循环利用。

本发明在一套简洁的工序中实现了粉煤灰中未燃尽碳、SO₃、Fe含量的降低，以及铁 精矿的回收。创造较高的经济附加值的同时，为粉煤灰下一阶段的综合利用提供了有利条 件。

发明内容

本发明针对未燃尽碳、SO₃、铁含量偏高、且富铁矿物主要为难于选别的赤铁矿 (Fe₂O₃)的一类粉煤灰，开发出一套简洁、高效的降碳、减硫、除铁并回收铁精矿的工艺。基 本原理：以粉煤灰中的未燃尽碳作为还原剂，对粉煤灰进行还原焙烧，使其中弱磁性的赤铁 矿转变为强磁性的磁铁矿，再经弱磁选机磁选获得铁精矿；SO₃的载体无水硫酸钙 （CaSO4）亦被还原成CaS，从而降低SO₃含量。基本化学反应式如下。

Fe₂O₃+C→Fe₃O₄+CO₂↑；CaSO₄+C→CaS+CO₂↑。

具体步骤如下。

（1）干燥。长期堆放的粉煤灰可能水分过高而影响焙烧的热效率，焙烧之前需进行 干燥处理：在烘干机中200℃-300℃下烘干2h-3h；干灰可直接使用。

（2）配灰。将粉煤灰按未燃尽碳含量（用烧失量来表征）和SO₃含量调配，使最终 作为焙烧原料的粉煤灰烧失量控制在9%±1%以内，SO₃含量9.5%±1%以内。粉煤灰粒度 较细无需粉磨。

（3）装料。将配好的粉煤灰原料装入预先升温至900℃的还原焙烧炉中，注意保持 密封隔氧。

（4）磁化焙烧。在900℃下还原焙烧15-30min。以粉煤灰中均匀分布的未燃尽碳为 还原剂，无需额外添加。炉尾设废气捕集装置用于回收利用焙烧过程中产生的H₂S、CO和 CO₂气体，并防止空气污染。

（5）冷却和浮碳回收。采用水淬冷却焙烧后的粉煤灰，冷却过程中注意隔氧保持还 原环境，以防磁铁矿被重新氧化为赤铁矿。水槽中设搅拌器以使粉煤灰充分分散。添加适当 浮选药剂（视必要情况）以利于碳粒上浮，使用捞网或刮板回收浮碳。水淬过程中亦会有部 分H₂S、CO、CO₂等气体逸出，亦予以回收处理。

（6）磁选铁精矿。采用湿式弱磁选机对水淬冷却后的磁化粉煤灰料浆进行磁选，磁 场强度150-200mT，最终获得碳、SO₃、Fe含量均降低的粉煤灰和铁精矿。处理后的粉煤灰 可直接用于水泥和混凝土生产或进入粉煤灰的精细化利用阶段；铁精矿可用作炼铁原料或选 煤等行业的重介质粉。精矿和尾矿抽滤后的废水返入水淬槽中循环使用。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

以我国西南地区某大型燃煤电厂的流化床锅炉静电除尘粉煤灰为原料，进行了多次 的降碳、减硫、除铁并回收铁精矿实验。该粉煤灰样品烧失量6%-17%，算术均值8.9%； SO₃含量均值9.5%。各矿物组成均值约为：石英13%，赤铁矿16%，无水石膏16%，粘土 矿物7%，锐钛矿2%，石灰2%，非晶质玻璃体44%。粒度较细，粒径45μm以下质量占 90%，75μm以下质量占99%。

实施例1。

（1）将烧失量9.0%，SO₃含量9.6%的硫化床锅炉静电除尘粉煤灰，在900℃下还原 焙烧15min。

（2）将还原焙烧后的粉煤灰快速倒入水淬槽中进行水淬冷却，水淬槽底部设粉煤灰 料浆排料阀口，水淬槽中设搅拌器用于打散烧结块；槽口设捞网或刮板，收取水面浮碳。

（3）采用湿式弱磁选机从经过水淬冷却的粉煤灰料浆中磁选铁精矿，磁场强度 170mT。铁精矿和尾矿分别进行抽滤、干燥，得铁精矿和磁选余灰。

（4）最终获得产率8.3%，TFe品位52.9%的铁精矿，全铁回收率49.8%；磁选余灰 碳含量降至5.3%，铁含量降至4.8%，SO₃含量降至1.32%。

实施例2。

（1）将烧失量9.0%，SO3含量9.6%的硫化床锅炉静电除尘粉煤灰，在900℃下还原 焙烧30min。

（2）同实施例1步骤（2）。

（3）同实施例1步骤（3）。

（4）最终获得产率8.9%，TFe品位47.9%的铁精矿，全铁回收率48.6%；磁选余灰 碳含量降至3.8%，铁含量降至4.9%，SO₃含量降至0.34%。