劉淑賢,申麗麗,牛福生
(河北聯(lián)合大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院,河北 唐山 063009)
鮞狀赤鐵礦嵌布粒度極細(xì),且經(jīng)常與菱鐵礦、鮞綠泥石和含磷礦物共生或相互包裹,因此鮞狀赤鐵礦石是目前國內(nèi)外公認(rèn)的最難選的鐵礦石類型[1]。該鐵礦是我國最重要的沉積型鐵礦床,廣泛分布于我國南部的鄂、湘、贛、川、滇、黔、桂諸省以及甘南地區(qū)[2]。該類型鐵礦石資源基本沒有得到利用,但其儲(chǔ)量豐富,我國鐵礦資源儲(chǔ)量的1/9為鮞狀赤鐵礦,因此對(duì)其研究具有重大的戰(zhàn)略意義[3]。
試驗(yàn)所用鐵礦石為某貧鮞狀赤鐵礦石。礦石采樣粒度10~50mm,用顎式破碎機(jī)加對(duì)輥破碎機(jī)至-2mm備用。原礦化學(xué)多元素分析、鐵物相分析如表1、2所示。
表1 原礦多元素分析結(jié)果/%
表2 原礦鐵物相分析結(jié)果/%
由表1看出,全鐵品位32.16%,其中磷0.70%,硫?yàn)?.22%,有害元素偏高。
由表2看出,赤褐鐵礦占全鐵的77.39%,硅酸鐵占13.99%,菱鐵礦占8.00%,磁鐵礦和硫化鐵合起來僅占0.621%。
由原礦鐵物相分析和礦石工藝礦物學(xué)分析,從原礦中主要鐵礦物-赤鐵礦的嵌布特征來看,該礦石以鮞狀構(gòu)造為主,其次為浸染狀構(gòu)造,赤鐵礦屬微細(xì)粒嵌布,因赤鐵礦的嵌布粒度過細(xì),即使細(xì)磨礦,多數(shù)赤鐵礦也難以單體解離,這是本礦石選礦難的關(guān)鍵。圖1、圖2是其中具有代表性的兩張。除以赤鐵礦形式賦存的鐵外,硅酸鐵和菱鐵礦的含量占21.99%,不能通過簡單的選礦方法得到有效回收。
另外,該礦石中含有的硫、磷,對(duì)鐵礦冶煉而言是有害元素。研究表明,簡單的選礦方法難以降低鐵精礦中磷的含量。
圖1 赤鐵礦顆粒碎裂縫被脈石礦物充填反光(—)
圖2 石英等脈石礦物包裹或充填于礦石顆粒間透光(+)
本實(shí)驗(yàn)采用單因素條件試驗(yàn),先后確定還原劑的種類及用量、還原溫度、還原時(shí)間。方法如下:取-2mm赤鐵礦分別與不同還原劑混合均勻,放入50mL坩堝中,待馬弗爐升到一定溫度時(shí),將其放入爐中深度還原,保溫一定時(shí)間,把深度還原物料倒入水中,快速冷卻。烘干,取樣測定。磨礦(細(xì)度-200目80%),磁選,根據(jù)還原后的金屬化率及磁選的結(jié)果,確定深度還原的適宜條件,進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,最后進(jìn)行流程的最優(yōu)化研究。試驗(yàn)流程見圖3。
圖3 深度還原試驗(yàn)流程圖
2.2.1 還原劑種類試驗(yàn)
試驗(yàn)選取無煙煤、煤炭和木炭為還原劑做對(duì)比,無煙煤和煤炭粒度為-100目占100%。原礦與還原劑配比為2(質(zhì)量比),在溫度1200℃下還原2h,結(jié)果見表3。
表3 不同還原劑對(duì)原礦各指標(biāo)的關(guān)系/%
從表3可以看出,無煙煤與木炭的還原能力相當(dāng),煤炭略高,但從成本考慮,質(zhì)量相同的煤炭價(jià)格幾乎是無煙煤的2倍。從工業(yè)化和經(jīng)濟(jì)化的角度出發(fā),煤易大量采購,所以采用無煙煤作為還原劑。
2.2.2 還原劑用量試驗(yàn)
在溫度為1200℃下還原2h,對(duì)無煙煤用量進(jìn)行試驗(yàn)研究,磨礦細(xì)度80%左右-200目,試驗(yàn)分析結(jié)果見圖4。從圖4可以看出,煤用量越少,固定炭成分越少,原礦不能充分還原,品位和回收率就越低。隨著煤含量增高,還原礦的磁選精礦品位,回收率都在不斷提高,當(dāng)?shù)V煤比為2時(shí),還原鐵的各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到較好值,進(jìn)一步增加用量效果沒有增進(jìn),反而有所下降??紤]成本及還原效率,確定還原劑最佳用量為33%。
2.2.3 還原溫度試驗(yàn)
在礦煤比為2的條件下還原2h,對(duì)還原溫度進(jìn)行試驗(yàn)分析,試驗(yàn)結(jié)果見圖5。
從圖5可以看出,溫度對(duì)還原礦的影響很大。隨著溫度的升高,精礦品位逐漸增加;回收率在1200℃后,反而會(huì)趨于下降。這是因?yàn)闇囟冗^高,爐壁上或坩堝內(nèi)壁會(huì)有明顯的黏結(jié)現(xiàn)象,導(dǎo)致回收率降低。溫度過低,還原反映速度很慢,也不能對(duì)原礦進(jìn)行深度還原,進(jìn)而不能還原成金屬鐵,影響金屬化率。由圖5及各因素的綜合分析考慮,將還原溫度確定為1200℃。
2.2.4 還原時(shí)間試驗(yàn)
按礦煤比為2,還原溫度為1200℃的條件下,進(jìn)行還原時(shí)間試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見圖6。
圖6表明,焙燒時(shí)間對(duì)焙燒效果影響較大,隨著焙燒時(shí)間的延長,鐵精礦品位逐漸升高,回收率則先降低后逐漸增加。品位從78.11%上升到92.18%,回收率則先從82.19%降低到79.43%,后又開始上升,直至提高到90.45%。綜合考慮,焙燒溫度在1200℃時(shí),焙燒時(shí)間為120min,可獲得較理想的鐵精礦品位和回收率,此時(shí)精礦品位達(dá)92.18%,回收率為90.45%。
圖4 還原劑用量試驗(yàn)結(jié)果
圖5 溫度對(duì)還原礦各指標(biāo)影響
圖6 時(shí)間對(duì)還原礦各指標(biāo)影響
1)該礦石以鮞狀構(gòu)造為主,其次為浸染狀構(gòu)造,赤鐵礦屬微細(xì)粒嵌布。因赤鐵礦的嵌布粒度過細(xì),即使細(xì)磨礦,多數(shù)赤鐵礦也難以單體解離,硅酸鐵和菱鐵礦的含量占21.99%,用傳統(tǒng)的選別方法很難達(dá)到工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的鐵精礦。
2)-2mm原礦在還原溫度為1200℃、還原時(shí)間為120min、礦煤比為2的條件下,通過深度還原,經(jīng)過一段磨礦,兩段磁選,可獲得鐵精礦產(chǎn)率30.12%、品位92.18%、回收率90.45%的最佳指標(biāo)。
[1] 孫炳泉.近年我國復(fù)雜難選鐵礦石選礦技術(shù)進(jìn)展[J].金屬礦山,2006(3):11-13,56.
[2] 趙一嗚,畢承思.寧鄉(xiāng)式沉積鐵礦床的時(shí)空分布和演化[J].礦床地質(zhì),2000(4):350-361.
[3] 張錦瑞,胡力可,梁銀英,等. 難選鮞狀赤鐵礦的研究利用現(xiàn)狀及展望[J].中國礦業(yè),2007,16(7):74-76.