云南某難選菱鐵礦磁化焙燒—弱磁分選試驗研究

陳英杰 陸顯志 路沛瑤 丁 湛 余 攀 柏少軍

(昆明理工大學，昆明 650093)

隨著鋼鐵工業(yè)的持續(xù)發(fā)展，我國鐵精礦的需求量不斷增加，國內自產鐵精礦難以滿足鋼鐵工業(yè)的需求。我國菱鐵礦石資源豐而不富，此類鐵礦石的品位低、組分結構復雜、鐵礦物嵌布粒度較細、并含P、S、Si等有害雜質，它是一種典型的難選鐵礦石。因此，加強我國低品位難選菱鐵礦資源的選礦技術研究，實現(xiàn)菱鐵礦資源的有效利用，對緩解我國鐵精礦供給矛盾具有重大的現(xiàn)實意義[1-2]。

云南某地區(qū)的菱鐵礦資源比較豐富，原礦的鐵品位為28%～31%，鐵礦物嵌布粒度細，有害雜質磷、硫含量分別高達1.03%和1.30%。由于原礦品位低、雜質含量高和礦物嵌布粒度細，該地區(qū)的菱鐵礦屬典型的“呆礦”資源，其有效開采利用的難度極為艱巨[3-5]。近年來，復雜難選鐵礦石的選礦技術取得了長足的進步，低品位難選菱鐵礦資源的開發(fā)利用被提上議程。受企業(yè)方的委托，我們對云南某低品位難選菱鐵礦石進行了磁化焙燒—磁選試驗研究。在試驗室條件下，研究了分選過程中焙燒溫度、焙燒時間和煤粉與礦的質量比對鐵精礦指標的影響。在小型試驗的基礎上，進行了磁化焙燒半工業(yè)擴大試驗，并取得了良好的分選指標。本文為我國類似難選菱鐵礦資源的加工提供了一些技術支撐。

1 原料及研究方法

1.1 原料

1.1.1 菱鐵礦樣品

試驗所用的原料為脫磷硫后的菱鐵礦粉，礦樣細度為-0.045 mm粒級約占80%。原料的化學成分分析及鐵物相分析結果如表1～2 所示。

表1 原料的化學成分分析

表2 原料鐵物相分析結果

由表1～2 可見，礦樣的鐵品位為31.78%，鐵礦物主要以菱鐵礦為主，脈石礦物SiO2的含量為18.53%，磷、硫含量很低。若能通過磁化焙燒—磁選工藝來有效地提鐵降硅，所獲得的鐵精礦將可以作為煉鐵的原料。

1.1.2 還原劑

試驗所用的還原劑為煙煤，取樣破碎至粒度低于1 mm以備用。其工業(yè)分析及灰分成分分析結果在以前的研究中均報道[3]。本文中的還原煤固定碳高、灰分低，揮發(fā)分高，有害元素S含量低及結焦指數低，是一種良好的還原劑。

1.2 研究方法

試驗工藝流程包括：將礦料和一定量的還原煤及助劑(主要為堿金屬鹽)混勻裝入高純度的石墨坩堝中并加蓋密封，按預定的焙燒溫度和時間在箱式電阻爐中進行焙燒，焙燒產物真空下自然冷卻。焙燒產物破碎后采用制樣機進行磨礦，采用干式篩分法測定其磨礦細度；磁選設備采用XCGS—73型磁選管，管直徑為50 mm。將焙燒產物磨礦至粒度-0.074 mm粒級占90%，在磁場強度為232 kA/m下進行弱磁選試驗，以鐵精礦品位和回收率作為試驗的評價依據。

2 磁化焙燒—弱磁分選

弱磁性低品位難選鐵礦石通?？梢酝ㄟ^磁化焙燒—弱磁選工藝實現(xiàn)鐵礦物與脈石礦物的有效分離[6-8]。為確定工藝流程中優(yōu)選的試驗條件，進行了焙燒溫度、焙燒時間和粉煤用量等因素試驗，并查明這些因素對鐵精礦指標的影響。

2.1 焙燒溫度試驗

在焙燒時間為90 min、煤/礦質量比為3∶20、助劑/礦質量比為1∶10的條件下，改變焙燒溫度進行試驗，結果如圖1所示。由圖1可見，焙燒溫度對鐵精礦指標的影響十分明顯，當焙燒溫度由800 ℃升高到1 050 ℃時，鐵精礦品位增加了16.17%，金屬回收率從73.89%提高79.57%；當溫度進一步增加到1 100 ℃時，鐵精礦品位有所降低，鐵的回收率大幅度下降。由于原礦中SiO2的含量比較高，磁化焙燒過程中溫度過高將促使SiO2極易與還原中間產物FeO發(fā)生反應，生成了富氏體和弱磁性的硅酸鐵[4]，這部分含鐵礦物容易進入磁選尾礦而造成鐵金屬的損失。由此可以確定優(yōu)選的焙燒溫度為1 050 ℃。

圖1 焙燒溫度對磁選指標的影響Fig.1 Effects of roasting temperature on the indexes of magnetic separation

2.2 焙燒時間試驗

焙燒時間對磁選指標的影響如圖2所示。試驗條件：焙燒溫度為1 050 ℃，煤與礦質量比為3∶20，助劑與礦質量比為1∶10時。由圖2可見，焙燒時間的延長有利于鐵精礦中鐵品位和回收率增加；當焙燒時間從60 min增加到120 min 時，鐵精礦中鐵品位由59.40%增加到70.22%，鐵回收率由75.18%增加到83.67%。隨著焙燒時間的進一步增加，鐵品位與回收率變化不大，這表明礦樣中弱磁性鐵礦已充分轉化為強磁性鐵礦物。綜合考慮成本和選別指標，優(yōu)選的焙燒時間為120 min。

圖2 焙燒時間對磁選指標的影響Fig.2 Effects of roasting duration on the indexes of magnetic separation

2.3 煤與礦質量比試驗

圖3所示為煤與礦質量比對弱磁選指標的影響。試驗條件為：焙燒溫度為1 050 ℃，焙燒時間為120 min，助劑與礦質量比為1∶10。從圖3可以得出，隨著煤與礦質量比的提高，精礦中鐵的品位與鐵的回收率逐漸增加，當m(煤)/m(礦)為3∶20時，精礦的品位為69.82%，鐵回收率為83.83%。進一步提高煤與礦的質量比，精礦鐵品位和回收率的變化不大。適量的煤粉用量可以確保焙燒過程中的還原氣氛。煤粉用量不足將使得菱鐵礦向強磁性鐵礦的轉化變得不充分，而煤粉過量時將導致菱鐵礦的過度還原，進而惡化磁選指標。因此，本礦樣優(yōu)選的m(煤)/m(礦)定為3∶20。

圖3 煤與礦質量比試驗結果Fig.3 Effects of mass ratio of coal to ore on the indexes of magnetic separation

3 磁化焙燒半工業(yè)驗證試驗

在實驗室試驗研究的基礎上，進行了磁化焙燒半工業(yè)驗證試驗，試驗采用RQ-35-2型轉爐?？紤]到這是一個動態(tài)焙燒的過程且還原氣氛不易確保，而小型試驗為靜態(tài)焙燒，兩者區(qū)別較大。首先進行了磁化焙燒半工業(yè)探索性試驗。

3.1 粉礦試驗

考慮到粉礦粒度比較細(-0.045 mm粒級占80%)，為防止高溫加料過程中大量CO2和CO氣流吹散礦料從而造成鐵回收率的損失和焙燒礦樣的再次氧化，半工業(yè)試驗采取低溫加粉礦和爐膛內自然冷卻排礦的方式。在焙燒溫度1 050 ℃、焙燒時間60 min下，調節(jié)爐膛轉速為2 r/min，考察了煤粉用量對弱磁選指標的影響。試驗結果見表3。

表3 煤粉用量對弱磁選的影響

由表3可以看出，當煤粉比增大后，鐵精礦品位和鐵回收率明顯下降，當m(煤)/m(礦)為1∶1，焙燒原礦的品位反而降低，磁選后鐵精礦品位為52.21%，回收率僅為52.03%。分析認為煤粉燒后的大量灰分貧化了焙燒礦的品位，同時在磁選作業(yè)這些灰分很容易被夾雜而進入鐵精礦中，進而造成精礦品位下降；另一方面，過量的CO氣體可以與Fe3O4發(fā)生反應生成弱磁性的FeO，將造成鐵精礦品位的下降和鐵金屬的損失。當m(煤)/m(礦)為3∶10，焙燒原礦品位41.42%，鐵精礦品位達86.06%，回收率為89.86%，出現(xiàn)了過還原現(xiàn)象。其原因可能為半工業(yè)試驗采用了低溫加料，爐膛內自然冷卻的方式，實際的焙燒時間遠超過60 min，使得部分磁鐵礦被還原成金屬鐵。

3.2 球團礦試驗

為防止粉礦在焙燒過程中易結垢及其被氣流帶出，同時優(yōu)化半工業(yè)焙燒條件，將粉礦與10%助劑混勻后制成14 mm的球團，在烘箱內烘干后，對球團礦進行了焙燒溫度試驗，試驗結果見表4。

表4 球團礦焙燒溫度試驗結果

由表4可以看出，在1 000 ℃下，弱磁選精礦產率為41.25%，鐵品位為 86.33%，回收率為86.29%。主要化學元素分析結果表明，鐵精礦中金屬鐵為84.42%，金屬化率為97.79%，鐵礦物過還原現(xiàn)象尤為明顯。因此，以900 ℃作為下一步半工業(yè)試驗的焙燒溫度。

3.3 磁化焙燒半工業(yè)全流程試驗

在磁化焙燒半工業(yè)探索性試驗的基礎上，進行了20 kg球團礦磁化焙燒半工業(yè)全流程試驗，試驗數質量流程如圖4所示，鐵精礦主要化學元素分析結果見表5。

試驗結果表明，磁化焙燒半工業(yè)全流程試驗中，獲得的鐵精礦產率為34.70%、品位為75.03%、回收率為81.91%，其中含磷0.08%，含硫0.25%，含硅9.45%，可作為一種優(yōu)良的煉鐵原料。

表5 鐵精礦主要化學元素分析結果

圖4 磁化焙燒—磁選工藝流程數質量流程圖Fig.4 Quality flowsheet of magnetic roasting—magnetic separation processing

4 結論

1)云南某難選菱鐵礦的鐵品位31.78%，礦樣細度為-0.045 mm粒級約占80%，實現(xiàn)鐵礦物與脈石礦物的有效分離和富集是此類礦石資源利用的關鍵。

2)磁化焙燒—弱磁分選試驗結果表明，實驗室優(yōu)選的焙燒溫度為1 050 ℃、焙燒時間為120 min、m(煤)/m(礦)為3∶20、助劑/礦質量比為1∶10和磁選細度-0.074 mm粒級占90%。獲得了精礦鐵品位為70.22%、回收率83.67%的良好指標。

3)磁化焙燒半工業(yè)試驗結果表明：球團礦在焙燒溫度900 ℃、焙燒時間60 min、m(煤)/m(礦)為3∶10、助劑與礦質量比為1∶10和磁選細度-0.074 mm粒級占90%的條件下，獲得精礦鐵品位為75.03%、回收率81.91%的分選指標，技術指標令人滿意。

4)隨著礦石資源的日益緊張，難選弱磁性鐵礦的開發(fā)利用問題已被提上議程，本文為我國類似難選菱鐵資源的加工提供了一些技術支撐。