助熔劑降低赤褐鐵礦深度還原溫度的試驗(yàn)研究

劉淑賢，魏少波，牛福生

(河北聯(lián)合大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，河北 唐山 063009)

早在20世紀(jì)70年代，國外開始研究赤鐵礦深度還原技術(shù)。目前，北京科技大學(xué)倪文[1]、東北大學(xué)孫永升[2]等國內(nèi)專家，均對赤鐵礦深度還原進(jìn)行了研究，選礦指標(biāo)也較好。但是，深度還原的溫度都很高，都在1200℃以上。過高的能耗限制了深度還原的工業(yè)化進(jìn)程，因此降低溫度、減少經(jīng)濟(jì)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益是亟待解決的問題。為了降低深度還原的溫度，進(jìn)行了助熔劑的選擇及添加試驗(yàn)。

1 礦石性質(zhì)

試驗(yàn)所用鐵礦石為寧鄉(xiāng)式某貧細(xì)鮞狀赤褐鐵礦。礦石采樣粒度10～50mm，原礦化學(xué)多元素分析、鐵物相分析如表1、表2所示。

由表1看出，全鐵品位35.23%，赤褐鐵礦占全鐵的82.66%，硅酸鐵占9.91%，菱鐵礦占6.87%，磁鐵礦和硫化鐵合起來僅占0.56%。

表1 原礦多元素分析結(jié)果

表2 原礦鐵物相分析結(jié)果

2 助熔劑降低深度還原溫度試驗(yàn)

取-2mm赤褐鐵礦、無煙煤、不同助熔劑混合均勻，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)還原后的品位和回收率，確定深度還原的適宜條件。

2.1 助熔劑種類試驗(yàn)

在原礦(-2mm)∶無煙煤∶助熔劑=6∶3∶2的配比條件下進(jìn)行試驗(yàn)。使焙燒溫度降到1050℃，其他條件仍與不加助熔劑條件下的最佳條件一致：焙燒時(shí)間2h，磨礦細(xì)度-200目90%，磁場強(qiáng)度為80kA/m。助熔劑選擇Ca基助熔劑CaO、CaF2、石灰石(CaCO3)和Na基助熔劑NaF、NaCl、Na2CO3進(jìn)行試驗(yàn)。

1.CaO；2.CaF2；3.CaCO3；4.NaF；5.NaCl；6.Na2CO3；7.未加助熔劑最佳標(biāo)準(zhǔn)

圖1為焙燒1050℃，在原礦(-2mm)∶無煙煤∶助熔劑=6∶3∶2的配比條件下，各助熔劑對還原礦各指標(biāo)的最佳效果。從圖1中可以看出，在鈣基助熔劑中CaCO3的還原效果較好，品位和回收率達(dá)到了91.83%和87.56%。但鈉基助熔劑中Na2CO3和NaF的還原效果都好于CaCO3，尤其Na2CO3的效果最為顯著，比在1150℃時(shí)的最佳還原指標(biāo)都略高，品位達(dá)到93.04%，回收率達(dá)到94.53%。由此可以得出：當(dāng)添加Na2CO3助熔劑時(shí)，焙燒溫度不僅能夠降低100℃，并且品位高出0.55%，回收率高出0.76%。我們最后確定Na2CO3為最佳助熔劑。分析Na2CO3為最佳助熔劑的原因如下。

不使用助熔劑時(shí)，鐵橄欖石和鐵尖晶石的深度還原反應(yīng)如下。

2FeO·SiO2+2CO=2Fe+SiO2+2CO2

2FeO·SiO2+2C=2Fe+SiO2+2CO

FeO·Al2O3+CO=Fe+Al2O3+CO2

在鮞狀赤鐵礦的深度還原過程中，添加劑中的Na2CO3會首先分解出Na2O，它們置換的能力隨堿性的強(qiáng)弱順序依次為：Na2O>CaO>MgO，所以Na2O促進(jìn)復(fù)雜FeO鐵氧化物的分解的效果要好于CaO。在Na2O存在的條件下，復(fù)雜鐵氧化物的深度還原反應(yīng)如下。

Fe2SiO4(s)+Na2O(s)+2C(s)→2Fe(s)+Na2SiO4(s)+2CO(g)

FeAl2O4(s)+Na2O?s)+C(s)→Fe(s)+Na2Al2O4(s)+CO(g)

同理，Na2O與SiO2、Al2O3的結(jié)合力也大于FeO的結(jié)合力，在鮞狀赤鐵礦深度還原過程中加入適量Na2O，可使Na2O與SiO2、Al2O3結(jié)合而游離出FeO，有利于FeO的還原。Na2O取代了Fe2SiO4?FeAl2O4中的FeO，成為自由狀態(tài)的FeO，而自由狀態(tài)的FeO活性極高，使得Fe2SiO4?FeAl2O4易于還原。

2.2 助熔劑用量試驗(yàn)

在原礦(-2mm)∶無煙煤∶Na2CO3=6∶3∶X的配比條件下，進(jìn)行助熔劑用量試驗(yàn)。在焙燒溫度為1050℃，焙燒時(shí)間2h，磨礦細(xì)度-200目90%，磁場強(qiáng)度為80kA/m的條件下試驗(yàn)，其結(jié)果如圖2所示。

圖2 助熔劑Na2CO3用量配比結(jié)果

從圖2可知，當(dāng)原礦(-2mm)∶無煙煤∶Na2CO3=6∶3∶2的配比條件下，各指標(biāo)都達(dá)到了最佳值，所以最終確定按以上配比和條件，焙燒溫度為1050℃時(shí)進(jìn)行該礦試驗(yàn)。

從以上的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，Na2CO3配礦比為6∶3∶0.5到6∶3∶2之間，品位和回收率都急劇上升，在配礦比為6∶3∶2時(shí)，還原各指標(biāo)到了最高值；繼續(xù)加入助熔劑，各指標(biāo)反而下降。

2.3 加助熔劑后還原溫度試驗(yàn)

原礦(-2mm)∶無煙煤∶Na2CO3=6∶3∶2的配比條件下進(jìn)行試驗(yàn)。使焙燒溫度降至950℃、1000℃、1050℃、1100℃、1150℃，其他條件仍與不加助熔劑條件下的最佳條件一致：焙燒時(shí)間2h，磨礦細(xì)度-200目90%，磁場強(qiáng)度為80kA/m的條件下進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。從圖3中可以看出， 焙燒溫度為950℃、 1000℃時(shí)， 還原精

礦品位分別為88.92%和90.92%，回收率分別為74.33%和84.33%，選礦指標(biāo)相對較低，到1050℃，達(dá)到最佳值，精礦品位和回收率分別為93.04%和94.53%，而隨著溫度升到1100℃和1150℃還原精礦品位和回收率均略有下降，所以還原溫度定為1050℃。

圖3 加助熔劑Na2CO3后還原溫度試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

1)通過對CaO、CaF2、 CaCO3、NaF、NaCl、

Na2CO3進(jìn)行助熔劑種類實(shí)驗(yàn)，得出Na2CO3為最佳助熔劑。

2)通過助熔劑用量試驗(yàn)，可確定原礦(-2mm)∶無煙煤∶Na2CO3=6∶3∶2時(shí)，還原各指標(biāo)到了最高值。

3)加助熔劑Na2CO3后，通過實(shí)驗(yàn)，還原溫度定為1050℃時(shí)，可使精礦品位和回收率分別為93.04%和94.53%。

4)在鮞狀赤鐵礦深度還原過程中加入適量Na2CO3，可使分解出的Na2O與SiO2、Al2O3結(jié)合而游離出FeO，有利于FeO的還原。Na2O取代了Fe2SiO4FeAl2O4中的FeO，成為自由狀態(tài)的FeO，而自由狀態(tài)的FeO活性極高，使得Fe2SiO4FeAl2O4易于還原。

[1] 倪文，賈巖，徐承焱，等. 難選鮞狀赤鐵礦深度還原—磁選實(shí)驗(yàn)研究[J]. 北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，32(3)：13-17.

[2] 孫永升，韓躍新，包士雷，等. 鮞狀赤鐵礦深度還原礦組成特性及磁選試驗(yàn)研究[J]. 現(xiàn)代工業(yè)，2010(7)：39-42.