巫山某鮞狀赤褐鐵礦石懸浮焙燒—磁選試驗(yàn)研究*

王明星 張淑敏 李艷軍 劉 杰

(東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院)

·礦物加工工程·

巫山某鮞狀赤褐鐵礦石懸浮焙燒—磁選試驗(yàn)研究*

王明星 張淑敏 李艷軍 劉 杰

(東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院)

巫山某鐵礦石屬細(xì)粒嵌布高磷鮞狀赤褐鐵礦石，鐵品位為46.31%，礦石中97.79%的鐵呈赤(褐)鐵礦形式分布，是礦石中主要的含鐵礦物，也是試驗(yàn)主要回收對(duì)象。為開發(fā)利用該礦石，采用懸浮焙燒—磁選工藝對(duì)其進(jìn)行了選礦試驗(yàn)。結(jié)果表明：在氣體流量為10 m3/h、H2濃度為30%、懸浮焙燒溫度為650 ℃條件下，對(duì)細(xì)磨至-0.074 mm含量為80%的原礦焙燒時(shí)間12 s，焙燒料磨細(xì)至-0.074 mm含量為95%，在磁場強(qiáng)度為85 kA/m條件下磁選后，可獲得鐵品位為58.32%、回收率為85.76%的精礦產(chǎn)品。懸浮焙燒工藝具有反應(yīng)速度快、焙燒時(shí)間短、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，采用懸浮焙燒技術(shù)處理該類復(fù)雜難選鐵礦石具有廣闊的應(yīng)用前景。

鮞狀赤鐵礦 微細(xì)粒嵌布 懸浮焙燒 磁選

我國鐵礦石平均鐵品位僅32%，低于世界平均品位11個(gè)百分點(diǎn)。我國鐵礦石的主要特點(diǎn)是貧、細(xì)、雜，復(fù)雜難選鐵礦占20.8%[1-3]。隨著鐵礦產(chǎn)資源的不斷開發(fā)利用，鐵品位高、質(zhì)量好的易選鐵礦石日益枯竭。因此，針對(duì)難選鐵礦資源的利用成為越來越迫切需要解決的重要課題[4-5]。鮞狀赤褐鐵礦由于礦物結(jié)晶粒度細(xì)、組成復(fù)雜等原因，被國際選礦界公認(rèn)為難選礦石[6-7]。目前，磁化焙燒—磁選是處理該類礦石行之有效的方法。近年來，國內(nèi)許多研究單位針對(duì)磁化焙燒技術(shù)和裝備開展了大量的研究，余永富院士提出了閃速磁化焙燒技術(shù)，并對(duì)陜西大西溝菱鐵礦等含碳酸鹽鐵礦進(jìn)行焙燒—磁選試驗(yàn)，均獲得了鐵精礦品位大于55%、回收率大于70%的指標(biāo)[8]。中國科學(xué)院過程工程研究所研發(fā)了復(fù)雜難選鐵礦流態(tài)化磁化焙燒工藝，并建成年處理量10萬t的難選鐵礦流態(tài)化焙燒示范工程，取得了較好的指標(biāo)[9]。東北大學(xué)提出了復(fù)雜難選鐵礦懸浮焙燒技術(shù)，對(duì)鞍鋼東鞍山燒結(jié)廠正浮選尾礦和某鮞狀赤鐵礦進(jìn)行懸浮焙燒試驗(yàn)，獲得了鐵精礦品位56%～61%、回收率78%～84%的理想指標(biāo)[10]。因此，懸浮焙燒技術(shù)為處理復(fù)雜難選鐵礦石開辟了新的道路。

本文以重慶巫山某鮞狀赤褐鐵礦石為原料，采用實(shí)驗(yàn)室自制懸浮焙燒爐為懸浮焙燒設(shè)備，進(jìn)行懸浮焙燒試驗(yàn)研究，探索了原礦給礦細(xì)度、通入氣體流量、H2濃度以及懸浮焙燒溫度和時(shí)間等條件對(duì)懸浮焙燒后產(chǎn)品質(zhì)量的影響。

1 試驗(yàn)原料及方法

1.1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)樣品取樣自重慶巫山某鮞狀赤褐鐵礦，礦石化學(xué)成分分析結(jié)果見表1，鐵物相分析結(jié)果見表2。

表1 礦石的化學(xué)成分分析 %

成分TFeFeOSiO2Al2O3CaO含量46.313.8520.146.032.46成分MgOPSK2ONa2O含量0.611.250.0610.210.057

表2 鐵物相分析結(jié)果 %

鐵物相含量分布率赤(褐)鐵礦中的鐵45.6997.79磁性鐵中的鐵0.040.09碳酸鐵中的鐵0.711.53硫化鐵中的鐵0.110.23硅酸鐵中的鐵0.170.36總鐵46.72100.00

表1表明：試驗(yàn)礦石中主要有用成分為鐵，主要雜質(zhì)成分為硅、鋁、鈣、磷等，礦石中磷含量較高，屬高磷鮞狀赤褐鐵礦。

表2表明：礦石中97.79%的鐵呈赤(褐)鐵礦形式分布，是礦石中最主要的含鐵礦物，因此，赤(褐)鐵礦是該礦石的主要回收對(duì)象。

對(duì)試驗(yàn)礦石進(jìn)行XRD分析，結(jié)果見圖1。由圖1可知，礦石中含鐵成分主要為赤鐵礦，脈石礦物主要為方解石、石英、磷灰石及鮞綠泥石。

1.2 試驗(yàn)方法

采用實(shí)驗(yàn)室自制懸浮焙燒爐進(jìn)行懸浮焙燒試驗(yàn)研究。先向懸浮焙燒爐中通入足量的N2以排凈爐中空氣，并在給礦停留管中給入50g鐵礦石。當(dāng)懸浮焙燒爐的溫度達(dá)到預(yù)設(shè)反應(yīng)溫度后，通入一定配比經(jīng)預(yù)先加熱的N2和H2混合氣體，同時(shí)從給礦管給入一定粒度的鐵礦石，進(jìn)行懸浮焙燒，對(duì)焙燒后物料進(jìn)行稱重，并將其細(xì)磨至-0.074 mm含量為95%，在磁場強(qiáng)度為85 kA/m的條件下，采用磁選管進(jìn)行磁選試驗(yàn)，試驗(yàn)流程見圖2。

圖1 礦石的XRD圖譜

圖2 鐵礦石懸浮焙燒—磁選原則流程

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 給礦細(xì)度條件試驗(yàn)

在焙燒溫度為600℃、H2濃度為40%(指H2占N2和H2混合氣體的體積分?jǐn)?shù)，下同)、氣體流量為10 m3/h、焙燒時(shí)間為2 s、給礦細(xì)度-0.074 mm含量分別為60%、70%、80%、90%條件下進(jìn)行懸浮焙燒給礦細(xì)度試驗(yàn)，結(jié)果如圖3所示。

圖3 給礦細(xì)度條件試驗(yàn)結(jié)果

由圖3可知，隨著給礦細(xì)度的增加，磁選精礦鐵品位和回收率均先升高后小幅降低。當(dāng)-0.074 mm 含量占80%時(shí)，磁選精礦鐵品位和回收率達(dá)到最大值，分別為56.42%和44.51%。隨著給礦粒度變細(xì)，顆粒比表面積增大，鐵礦石還原反應(yīng)更為充分，精礦鐵品位和回收率升高；當(dāng)-0.074 mm 含量增加到90%時(shí)，由于鐵礦石粒度過細(xì)，流動(dòng)性提高，在爐內(nèi)停留時(shí)間減少，反應(yīng)不夠充分，導(dǎo)致磁選精礦鐵品位和回收率隨之下降。確定最佳的給礦細(xì)度為-0.074 mm占80%。

2.2 氣體流量條件試驗(yàn)

在給礦細(xì)度為-0.074 mm占80%、焙燒溫度為600 ℃、H2濃度為40%、焙燒時(shí)間為2 s、氣體流量分別為8，10，12，14 m3/h條件下，進(jìn)行懸浮焙燒氣體流量條件試驗(yàn)，結(jié)果如圖4所示。

圖4 氣體流量條件試驗(yàn)結(jié)果

由圖4可知，隨著氣體流量的增加，磁選精礦鐵品位和回收率均先升高后降低。在氣體流量為10 m3/h時(shí)，磁選精礦鐵品位和回收率達(dá)到最大，分別為56.42%和44.51%。當(dāng)氣體流量較小時(shí)，物料在爐內(nèi)形成鼓泡流態(tài)化狀態(tài)[11]，爐內(nèi)物料停留時(shí)間不均勻，與還原性氣體反應(yīng)不充分；隨著氣體流量的增加，物料在爐內(nèi)形成快速流態(tài)化狀態(tài)，爐內(nèi)停留時(shí)間適宜，故焙燒產(chǎn)品質(zhì)量較好；當(dāng)氣體流量過大時(shí)，爐內(nèi)氣流流速過快，物料在爐內(nèi)停留時(shí)間較短，導(dǎo)致還原反應(yīng)不充分。確定最佳氣體流量為10 m3/h。

2.3 H2濃度條件試驗(yàn)

在給礦細(xì)度為-0.074 mm占80%、焙燒溫度為600 ℃、氣體流量為10 m3/h、焙燒時(shí)間為2 s、H2濃度分別為20%、30%、40%、50%條件下，進(jìn)行懸浮焙燒H2濃度試驗(yàn)，結(jié)果如圖5所示。

圖5 H2濃度條件試驗(yàn)結(jié)果

由圖5可知，隨著H2濃度的增加，磁選精礦的鐵品位緩慢增加，回收率呈先增加后減小的趨勢(shì)。當(dāng)H2濃度達(dá)到30%時(shí)，精礦鐵回收率達(dá)到最大值57.86%。H2濃度過高時(shí)，物料與H2會(huì)發(fā)生過還原反應(yīng)，產(chǎn)生Fe3O4-FeO弱磁性固溶體[12]，導(dǎo)致磁選精礦鐵回收率下降。確定最佳H2濃度為30%。

2.4 懸浮焙燒溫度條件試驗(yàn)

在給礦細(xì)度為-0.074 mm占80%、氣體流量為10 m3/h、H2濃度為30%、焙燒時(shí)間為2 s、焙燒溫度分別為550，600，650，700 ℃條件下，進(jìn)行懸浮焙燒溫度試驗(yàn)，結(jié)果如圖6所示。

圖6 焙燒溫度條件試驗(yàn)結(jié)果

由圖6可知，隨著焙燒溫度的升高，精礦鐵品位緩慢增加，鐵回收率先升高后降低。當(dāng)焙燒溫度達(dá)到650 ℃時(shí)，磁選精礦鐵回收率達(dá)到最大值為62.70%。溫度越高，反應(yīng)速度越快，回收率也逐漸增加，但焙燒溫度過高，會(huì)生成弱磁性的Fe3O4-FeO，不利于還原物料的磁選分離。確定最佳的焙燒溫度為650 ℃。

2.5 懸浮焙燒時(shí)間條件試驗(yàn)

在給礦細(xì)度為-0.074 mm占80%、氣體流量為10 m3/h、H2濃度為30%、焙燒溫度為650 ℃、焙燒時(shí)間分別為2，4，6，8，10，12 s條件下進(jìn)行懸浮焙燒時(shí)間試驗(yàn)，結(jié)果如圖7所示。

圖7 焙燒時(shí)間條件試驗(yàn)結(jié)果

由圖7可知，隨著焙燒時(shí)間的延長，磁選精礦鐵品位在57.2%～58.4%波動(dòng)，鐵回收率逐漸升高，但升高的幅度緩慢降低。確定最佳的焙燒時(shí)間為12 s，此時(shí)可以得到鐵品位為58.32%、回收率為85.76%的精礦。

3 結(jié) 論

(1)重慶巫山某鮞狀赤褐鐵礦石，主要有用成分為鐵，礦石中97.79%的鐵呈赤(褐)鐵礦形式分布，是礦石中最主要的含鐵礦物，也是試驗(yàn)主要回收對(duì)象。脈石礦物主要為方解石、石英、磷灰石及鮞綠泥石。

(2)采用懸浮焙燒—磁選工藝處理鐵品位為46.31%的鮞狀赤褐鐵礦石。在氣體流量為 10 m3/h、H2濃度為30%、焙燒溫度為650 ℃、焙燒時(shí)間為12 s的條件下進(jìn)行懸浮焙燒，焙燒物料細(xì)磨至-0.074 mm含量為95%后經(jīng)磁選可獲得鐵品位為58.32%、回收率85.76%的鐵精礦產(chǎn)品。

(3)懸浮焙燒工藝具有反應(yīng)速度快、焙燒時(shí)間短、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，并且能取得良好的選別指標(biāo)。采用懸浮焙燒技術(shù)處理復(fù)雜難選鐵礦石具有廣闊的應(yīng)用前景。

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Research of Suspension Roasting-Magnetic Separation on Oolitic Hematite and Limonite Ore of Wushan

Wang Mingxing Zhang Shumin Li Yanjun Liu Jie

(College of Resources and Civil Engineering, Northeastern University)

Iron ore in Wushan belongs to the fine disseminated and high phosphorus oolitic hematite and limonite ore. Iron grade of the ore is 46.31%, and 97.79% iron exists in form of hematite and limonite, which is the main iron-content mineral and also the research object. It is difficult to achieve good index by conventional mineral processing methods. For the development and utilization of the ore, suspension roasting-magnetic separation process was carried out. Results show that: with gas flow rate of 10 m3/h, hydrogen concentration 30%(ratio of H2to gas mixture of H2and N2), suspension roasting at 650 ℃ for 12 s to deal with raw ore, which have been ground to 80% passing 0.074 mm. Iron concentrate with iron grade of 58.32% and recovery of 85.76% is obtained through magnetic separation on magnetic field intensity of 85 kA/m to deal with the ground roasted products. The suspension roasting has advantages of quickly reaction and low energy consumption. Using suspension roasting technology to deal with this kind of iron ore has bright prospect.

Oolitic hematite, Micro-fine dissemination, Suspension roasting, Magnetic separation

*地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目:復(fù)雜難選冶礦產(chǎn)資源綜合利用技術(shù)研究(編號(hào)：12120113087600)。

2015-03-16)

王明星(1991—)，男，碩士研究生，110819 遼寧省沈陽市和平區(qū)文化路3巷11號(hào)。