蔣高華，向 偉，彭興華

(1.云南能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 資源與環(huán)境工程學(xué)院，云南 曲靖 655001；2.昆鋼煉鋼廠，云南 昆明 650302)

隨著科技的進(jìn)步，冶金爐渣的綜合利用日趨成熟，現(xiàn)在高爐渣都已大部分加以利用，轉(zhuǎn)爐鋼渣的利用也在國(guó)內(nèi)外蓬勃掀起，國(guó)內(nèi)一些鋼鐵企業(yè)鋼渣已全部實(shí)現(xiàn)再利用。煉鋼廠在轉(zhuǎn)爐內(nèi)直接配加渣鋼代替部分廢鋼，利用鐵水的物理熱和化學(xué)熱，使渣鋼中的金屬熔化變?yōu)殇撍蠢昧藦U物資源，又減輕了煉鋼工業(yè)對(duì)環(huán)境的污染[1]。為開展清潔生產(chǎn)、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)創(chuàng)造良好條件。目前相關(guān)的渣料分析方法都只針對(duì)渣部分進(jìn)行分析，對(duì)于混合有金屬物的鋼渣還沒有合適的、準(zhǔn)確的全鐵含量測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)。因此本文通過對(duì)鋼渣試樣均勻性、試樣粒度、研磨時(shí)間和共存元素的影響進(jìn)行分析，為后續(xù)全鐵含量測(cè)定保證測(cè)定的準(zhǔn)確度[2-3]。

1 試驗(yàn)部分

1.1 樣品制備

將取得的鋼渣首先烘干水分，利用金屬鐵的韌性及渣子易碎的特性，通過反復(fù)破碎、研磨，并進(jìn)行篩分將粒度分級(jí)為+2 mm、+40目、+120目、-120目等四個(gè)粒級(jí)。

+120目、-120目樣品采用重鉻酸鉀滴定法[1]測(cè)定全鐵含量。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器和試劑

實(shí)驗(yàn)設(shè)備：SP-60×100顎式破碎機(jī)；ZM振動(dòng)磨。

實(shí)驗(yàn)試劑：硫磷混酸(15+15+70)；鹽酸 (1+1)；氟化鉀溶液(25%)；氯化亞錫溶液(6%)；鎢酸鈉溶液(25%)；三氯化鈦溶液(1+9)；二苯胺磺酸鈉指示劑(0.2%)；重鉻酸鉀溶液；重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液；硫磷混合酸(1+1)。

1.3 試驗(yàn)方法

將鋼渣磁選場(chǎng)地取來的試樣均勻混合形成自然堆角，然后將料堆四分法縮分，鏟去對(duì)角料堆，將剩余對(duì)角料堆再進(jìn)行均勻混合，再進(jìn)行四分法縮分，至大約2～3 kg時(shí)，選取其中任一等分料堆，用烘箱105℃烘烤2 h后自然緩冷至室溫。將烘干后試樣倒入SP-60×100鱷式破碎機(jī)中破碎，至試樣粒度≤5 mm。破碎后的試樣再次形成自然堆角，然后重復(fù)進(jìn)行四分法縮分，直至縮分到其重量約100 g左右，對(duì)其進(jìn)行稱量。一次研磨：將稱量后的試樣裝入ZM振動(dòng)磨，用碳化鎢質(zhì)磨芯研磨60 s。一次篩分：將研磨后試樣放入40目圓篩+120目圓篩進(jìn)行分級(jí)篩分，對(duì)40目篩上物稱量。二次研磨：將40目篩分后篩上物再次放入碳化鎢質(zhì)磨芯ZM振動(dòng)磨中研磨20 s后，稱量全部磨粉；二次篩分：將二次研磨的試樣再次放入40目圓篩+120目圓篩進(jìn)行分級(jí)篩分，對(duì)40目篩上物稱量。三次研磨：將120目篩分后篩上物放入碳化鎢質(zhì)磨芯ZM振動(dòng)磨中研磨20 s后，稱量全部磨粉；三次篩分：將三次研磨的120目圓篩進(jìn)行篩分，其120目篩上物加上40目篩上物稱量后裝入樣袋編為金屬物樣。將120目篩下物稱量后裝入樣袋編為礦物樣；將分級(jí)篩分后的金屬物樣和礦物樣分別進(jìn)行“重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)滴定”測(cè)定其全鐵(TFe)含量；將試樣置于干燥的250 mL錐形瓶中，放入78-1型磁力攪拌器，加入40 mL三氯化鐵溶液(80 g/L)，搖勻試樣，塞緊瓶塞，于磁力攪拌器上攪拌30 min。煮沸后加1 mL濃硝酸，溶解至冒硫酸煙, 取下自然冷卻；還原、滴定用少量水沖洗瓶壁，加12 mL鹽酸。加熱至沸，趁熱滴加二氯化錫, 還原至淺黃色，加水約100 mL (此時(shí), 控制溫度在50～60℃，溫度高時(shí)，可流水冷卻)。然后加鎢酸鈉指示劑10滴，用三氯化鈦溶液還原至溶液呈藍(lán)色，再滴加重鉻酸鉀溶液氧化過量的三氯化鈦至鎢藍(lán)色剛好消失。冷卻至室溫，以水稀釋至溶液體積150 mL左右。加二苯胺磺酸鈉指示劑4滴，用重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至穩(wěn)定的紫紅色為終點(diǎn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 試樣均勻性的影響

由于鋼渣磁選后的鋼渣粒度范圍較廣、分布不均勻，120目以下的有，10～20 mm的也有，在取樣時(shí)存在大顆粒金屬鐵含量高的部分每次抓取不一致，對(duì)分析結(jié)果影響較大。為此我們借鑒針對(duì)松散物料的取樣方法—四分法縮分，對(duì)初取試樣進(jìn)行多次縮分以確保試樣的均勻性。由于初取試樣水分高(破碎、研磨時(shí)易粘附儀器影響分析結(jié)果)，需初步縮分至2～3 kg時(shí)進(jìn)行干燥處理(同時(shí)可附作水份分析)。同時(shí)初取試樣粒度大小不一，尤其是大顆粒鋼渣混裹的情況多，需將試樣破碎至5 mm以下以便進(jìn)一步均勻縮分。經(jīng)過對(duì)各階段試樣作1 mm篩分后看篩上物數(shù)量的變化情況試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)(試驗(yàn)結(jié)果見表1)，經(jīng)干燥、破碎后的試樣需再進(jìn)行2～3次縮分至約100 g左右時(shí)，1 mm篩上物量基本穩(wěn)定，此時(shí)的偏差主要影響因素為1～5 mm顆粒度的影響，在確保試樣量的同時(shí)，1.09%的標(biāo)準(zhǔn)偏差可視為試樣均勻。

表1 各階段試樣質(zhì)量比

2.2 試樣粒度的影響

由于通過磁選后排出的鋼渣粒度不均勻，60%以上粒度≥1 mm，渣中鐵多為細(xì)粒鐵金屬存在且被渣包裹，雖然破碎至5 mm以下的鋼渣中的金屬鐵通過篩分得以一定程度提純。但是由于“重鉻酸鉀滴定法”測(cè)定鋼渣全鐵(TFe) ，其試樣粒度要求不大于0.097 mm。通過破碎、篩分的試樣無法直接采用“重鉻酸鉀滴定法”測(cè)定。若采用YB/T 4188-2009《鋼渣中磁性金屬鐵含量測(cè)定方法》測(cè)定其中的金屬鐵含量，又會(huì)出現(xiàn)部分礦物渣被磁鐵當(dāng)金屬鐵吸出，無法實(shí)現(xiàn)直接使用物理磁鐵吸附手段分離渣、鐵來測(cè)算尾渣中的金屬鐵含量，影響金屬鐵含量的準(zhǔn)確測(cè)定。因此通過反復(fù)研磨-篩分制樣，使其大顆粒的鋼渣實(shí)現(xiàn)渣、鋼分離，通過研磨并篩分出40目篩下物，已滿足化學(xué)分析對(duì)試樣粒度的要求后，進(jìn)行化學(xué)分析測(cè)定。然而40目篩下物中仍然存在金屬鐵顆粒與渣粉混合在一起進(jìn)行化學(xué)分析，分析結(jié)果偏差較大(見表2)重現(xiàn)性不高，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)120目篩上物與篩下物中TFe含量差別較大(120目篩上物TFe達(dá)到70%以上，而120目篩下物TFe僅有20%左右)。為此將40目篩下物又進(jìn)行一次120目的篩分，分兩個(gè)品位級(jí)進(jìn)行化學(xué)分析TFe，這樣準(zhǔn)確性更高。

表2 分析結(jié)果偏差較大

2.3 研磨時(shí)間的影響

表3 三次研磨進(jìn)行5個(gè)研磨時(shí)間段下物料質(zhì)量 (單位：g)

由于鋼渣中有許多大顆粒鋼與渣混裹的情況，無論是采取磁鐵吸附或是篩分都不可能得到正確的金屬鐵含量。而渣脆鋼韌使得采用研磨方法可較好的使渣研磨成粉，鋼保持原有粒度，然后再篩分就可以有效分離鋼與渣。但是研磨時(shí)間的長(zhǎng)，會(huì)使渣粉變得很細(xì)增加損失影響測(cè)定準(zhǔn)確性，研磨時(shí)間短又不利于鋼與渣的有效分離。因此我們經(jīng)過對(duì)三次研磨進(jìn)行5個(gè)研磨時(shí)間段下物料重量的稱量試驗(yàn)(試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3)，認(rèn)為一次研磨的時(shí)長(zhǎng)為60 s，在既不增加損失的基礎(chǔ)上盡量分離鋼與渣，研磨后將粒度大于40目的金屬顆粒篩出供進(jìn)一步研磨分離鋼與渣，由于已經(jīng)過初次研磨，細(xì)小渣粉增加，二、三次研磨的時(shí)長(zhǎng)為20 s，減少因研磨時(shí)間過長(zhǎng)造成的損失[4]。

2.4 共存元素的影響

金屬鐵的測(cè)定，是將試樣用三氯化鐵溶液溶解，金屬鐵被氧化為二氯化鐵，過濾分離，濾液酸化后以二苯胺磺酸鈉為指示劑，用重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液滴定。其他還原態(tài)物質(zhì)和高價(jià)錳等氧化態(tài)物質(zhì)對(duì)測(cè)定金屬鐵有干擾。消除方法是試樣用三氯化鐵溶液溶解后過濾分離除去干擾元素。同時(shí)，在加入三氯化鐵溶液攪拌過程中必須塞緊橡皮塞，以防止亞鐵被空氣氧化使結(jié)果偏低。三氯化鐵溶液使用時(shí)用無氧水配制以免溶解較多氧氣。

3 小結(jié)

通過對(duì)鋼渣試樣均勻性影響分析發(fā)現(xiàn)影響偏差的主要為1～5 mm顆粒度，1.09%的標(biāo)準(zhǔn)偏差可視為均勻試樣。試樣粒度影響分析表明將40目篩下物再進(jìn)行一次120目篩分，得到兩個(gè)品位級(jí)總鐵含量準(zhǔn)確性更高。研磨時(shí)間影響分析得到一次研磨時(shí)長(zhǎng)60 s，二、三研磨時(shí)長(zhǎng)20 s，減少損失并達(dá)到理想的鋼渣全鐵含量測(cè)定。共存元素分析表明可以使用三氯化鐵溶液處理出去干擾元素，提高鋼渣中全鐵含量。

同時(shí)對(duì)后續(xù)全鐵含量測(cè)定保證了測(cè)定的準(zhǔn)確度，為工藝調(diào)整優(yōu)化提供了準(zhǔn)確可靠的依據(jù)。