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粉煤灰中提取还原铁粉的可行性研究

重庆大学 高家城 何泽福 张廷楷 曾丁丁

摘要 ：本文探索了从粉煤灰中提取还原铁粉的工艺流程。试验表明，采用适当的水溶液对磁选氧化铁珠进行淘析后高温短时还原，能制备出较高含铁量的还原铁粉。文章还提出了进一步提高还原铁粉质量的途径。

一、 前言

粉煤灰处理最有效的方法是进行综合利用。在这方面，国内外科技工作者已做了许多有益的探索，并在某些方面进入了实用化阶段。如用粉煤灰制备水泥、——砖等建筑材料，用分选分级后的粉煤灰微珠为添加剂制备各种塑料、橡胶基及轻质保温材料等符合材料……。这说明粉煤灰的综合利用前景广阔，有着极大的社会效益、环境效益和经济效益。本试验是粉煤灰综合利用课题的一部分，其目的是力图从粉煤灰中提取氧化铁粉和制备还原铁粉，变废为宝造福人类。有关这方面的研究尚未见公开报道，属探索性试验。

二、 试验方法

1、粉煤灰组成

某厂粉煤灰的化学成分列于表1，粒度组成列于表2中。X线衍射分析计算，晶态物质约56%，玻璃态约44%，

铁主要为FeO，r—FeO和2—FeO

三种，简称铁珠。

23 4 2 3 2 3

2

组成

TFe

SiO

2

某厂粉煤灰化学组成

AlO CaO

2 3

KO

2

MgO

表1

TiO

2

NaO

C

%

10.55

46.47

17.79 7.45

1.33

0.69

0.43

0.18

6.63

某厂粉煤灰粒度组成

表2

粒径（微米）＞145

145~100

100~74

74~61

61~53

53~50

＜50

% 5.0

4.6

6.2

3.7

4.2

2.2

74.1

2、工艺流程简介

试验工艺流程如图1所示。将粉煤灰进行1400Oe强磁选，将选出的氧化铁珠进行湿磨8h，再经淘析尽量除去SiO、AlO等非铁杂质，然后与木炭层装密封按正交表给定制度还原，出炉料用分解氨精还原10000C×2.5h，

2 2 3

物料经破碎、磁选、过筛后作行貌及性能测定。

粉煤灰 —氧化铁珠——→磁选Ⅰ———→磁选Ⅱ———→ —————

粉煤灰 —

氧化铁珠

检验←——磁选←——还原←——

———粉碎←——

木炭———烘干←——淘析←——湿磨←——

木炭

二次还原——→海绵铁 ——→粉碎——→磁选——→过筛——

析测←—— 铁粉 ——

图1 试验工艺流程

3、氧化铁珠还原制度

木炭还原铁氧化物制备还原铁粉主要是由木炭气化反应生成CO，再由CO与氧化铁珠直接反应进行的。影响这一还原过程的主要因素是还原温度和还原时间，根据文献制定正交表Lg（34）表头如表3所示。

因素T℃ThT℃×

因素

T℃

Th

T℃×Th

水平

Ⅰ

1000

40

Ⅱ

950

25

Ⅲ

900

10

三、试验结果及讨论

1、还原前的物料准备

经二次磁选后得到的氧化铁珠的化学成分、粒度组成和物相组成列入表4、表5和表6中，根据铁珠的显微

形貌如和表4可见，铁珠中还有大量的SiO、AlO等杂质，这将增加还原难度，严重影响还原铁粉的性能。从

2 2 3

表5知，氧化铁珠的粒度较细，磁选过程中会有较强的磁性团聚效应，即单纯磁选是无法除去SiO、AlO等杂

2 2 3

质。为此，本试验选用湿磨加淘析的处理办法。不同条件下淘析三次的结果如表7所示，淘析后铁珠的显微形貌

发生了变化。从表7可知，湿磨淘析能够除去氧化铁珠中的部分杂质，提高氧化铁珠中的铁的品位。这是因为微细粒子在液体中运动遵循斯托克斯运动方程：

氧化铁珠的化学成分

表4

组成

TFe

C SiO

2

AlO CaO

2 3

MgO

%

40.56

1.73 28.6

10.36 3.93

0.67

氧化铁珠的粒度组成

表5

目

+60

—60+100 —100+140

—140+200 —200+250 —250+400

—400

%

0.2

19.9 19.9

19.9 20.0 20.1

0

氧化铁珠的物相分析

表6

组成

磁黄铁矿

磁铁矿 碳酸铁

赤铁矿 黄铁矿

硅酸铁

%

0.31

37.24 ＜0.11

＜0.11 0.21

0.42

淘析试验结果

淘析溶液

淘析时间

（sec）

淘析后氧化铁珠主要成分（%）

FeO SiO

3 4 2

AlO

2

水

20~30

59.25 26.33

8.09

酒精

40~60

61.31 25.30

7.06

10%甘油水溶液

120~180

71.63 11.08

0

3＊TFe换算值

3

（stokes）方程：

To(ρ—ρo)g

V= (1—e—t/to)

ρ

4

to= πr2ρ/6πη

3

式中，V—粒子运动速度；ρ—粒子的密度；r—粒子的半径；ρ