含鐵礦物的微波熱處理技術(shù)現(xiàn)狀

羅立群，閆昊天

(1.武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院,湖北 武漢 430074；2.礦物資源加工與環(huán)境湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430070)

我國是一個(gè)人口眾多、資源相對(duì)不足的發(fā)展中國家，當(dāng)前正處于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的戰(zhàn)略時(shí)期，經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要大量鋼鐵材料作為支撐，對(duì)鐵礦石資源的需求也急劇增加，2011年國產(chǎn)鐵礦石產(chǎn)量已達(dá)到13.27億t，同時(shí)進(jìn)口鐵礦石達(dá)到6.86億t。鐵礦石的大量進(jìn)口制約著我國鋼鐵行業(yè)的發(fā)展，研發(fā)新工藝、研制新設(shè)備、開發(fā)國內(nèi)難選鐵礦資源來降低成本，提高資源利用率，以滿足國內(nèi)鋼鐵生產(chǎn)需求。微波加熱因其具有選擇性、即時(shí)性、高效性等特點(diǎn)，以及高效、環(huán)保、節(jié)能等常規(guī)加熱不具有的諸多優(yōu)點(diǎn)，越來越受到人們的重視。隨著對(duì)微波技術(shù)的開發(fā)研究，其在礦業(yè)中的應(yīng)用研究也越來越廣泛，從破碎、磨礦到焙燒、磁選、浮選、降雜等各個(gè)選礦階段都有研究。本文主要介紹微波加熱技術(shù)在相關(guān)鐵礦石中的研究現(xiàn)狀、動(dòng)態(tài)以及需要解決的一些問題。

1 微波技術(shù)提高鐵礦石的碎磨效率

礦石在破碎磨礦過程中的耗能量占整個(gè)工藝的50%～70%，而有效率的能耗卻很低，若能開發(fā)出一種新技術(shù)降低碎磨過程中的能耗將會(huì)產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益。早在20世紀(jì)90年代美國礦山局就對(duì)此課題做過研究，并取得成效。英國諾丁漢大學(xué)的薩姆·金曼[1]研究指出微波加熱礦石在粉碎礦石的同時(shí)卻能節(jié)約常規(guī)方式碎磨礦石一半的能耗，研究指出由于不同類型的礦石對(duì)微波的吸收不同，引發(fā)不同礦石間的熱應(yīng)力不同，從而造成礦石內(nèi)的裂紋，這對(duì)于礦石的碎磨是有利的。圖1顯示出鈦鐵礦經(jīng)微波處理后，有用礦物與脈石礦物之間產(chǎn)生的裂紋較發(fā)育。

圖1 微波加熱增加鈦鐵礦與脈石顆粒間的裂紋[3]

圖2 微波對(duì)磁鐵礦和石英的助磨作用[4]

經(jīng)微波處理后的鈦鐵礦，其磨礦功指數(shù)隨輻射時(shí)間的增加而大幅度降低，經(jīng)2600W、2.45GHz的微波輻射，10sec礦石相對(duì)磨礦功指數(shù)降低10%，60sec后降低了80%[1-3]。劉全軍等[4]以磨礦動(dòng)力學(xué)系數(shù)與選擇性破裂函數(shù)作為依據(jù)，研究了微波促進(jìn)磁鐵礦的磨細(xì)作用，證明了微波的選擇性加熱能夠促進(jìn)磁鐵礦的細(xì)磨。圖2顯示了混合磨礦時(shí)磁鐵礦和石英的粒級(jí)產(chǎn)率變化，經(jīng)過微波的作用，磁鐵礦-0.3mm的粒級(jí)含量增加了20%，而石英則只增加了5%。表明微波對(duì)石英的磨礦影響較小，從而達(dá)到微波選擇性磨細(xì)磁鐵礦的目的。岳鐵兵等[5]研究了微波對(duì)黃鐵礦及有色多金屬礦的助磨作用：黃鐵礦型金礦經(jīng)微波預(yù)處理15min，磨礦細(xì)度(0.074mm粒級(jí)含量)增加了2.67%；藍(lán)晶石礦和鉛鋅多金屬礦分別用微波預(yù)處理15min，其磨礦細(xì)度分別提高了14.16%和5.84%；銅鉬礦和鉭鈮礦經(jīng)微波輻射5min，磨礦細(xì)度分別提高了7.60%和12.16%，可見微波輻射預(yù)處理對(duì)這些礦物細(xì)磨的促進(jìn)作用是顯而易見的。微波輻射能夠改善礦石的碎磨，主要是因?yàn)樗黾恿说V石顆粒間的裂隙，而不是橫穿顆粒間的裂隙。如果能將微波技術(shù)合理應(yīng)用在鐵礦石的碎磨階段，將對(duì)整個(gè)選礦流程成本的降低起到極大的作用。

2 微波技術(shù)改善鐵礦物的分選特性

2.1 微波技術(shù)應(yīng)用于鈦鐵礦浮選的預(yù)處理

在研究微波輻射對(duì)礦石破碎與磨礦影響的同時(shí)，伯明翰大學(xué)也研究了微波輻射對(duì)鈦鐵礦浮選的影響。鈦鐵礦為三方晶系的氧化礦物，浮選時(shí)其顆粒表面的Fe2+不利于浮選藥劑的吸附，這種特殊的晶體結(jié)構(gòu)和表面性能決定了鈦鐵礦是一種難以浮選的礦物。研究表明[2]，微波輻射預(yù)處理鈦鐵礦可以有效地改善礦物表明性質(zhì)和礦物的可浮性。鈦鐵礦是鈦和鐵的氧化物，在2.45GHz的微波輻射作用下具有迅速介電加熱特性，在微波功率2600W時(shí)，鈦鐵礦試樣內(nèi)部溫度在10sec內(nèi)達(dá)到180℃，1min后可達(dá)到720℃，而對(duì)于微波弱加熱特性的石英，1min后僅分別達(dá)到53℃和65℃。表1為常見鐵礦物與脈石礦物在微波場(chǎng)中的升溫速率。

表1 常見鐵礦物與脈石礦物在微波場(chǎng)中的升溫速率[2]

鈦鐵礦經(jīng)微波輻射處理后，其比表面積隨微波輻射時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，并有新相產(chǎn)生。當(dāng)暴露在空氣中時(shí)，鈦鐵礦中的Fe2+氧化為Fe3+離子，微波的選擇性加熱加速了鈦鐵礦表面上的這種在室溫下也可以緩慢進(jìn)行的氧化反應(yīng)，這種氧化反應(yīng)能夠增加浮選藥劑的吸附量，從而使鈦鐵礦可浮性大大提高。伯明翰大學(xué)對(duì)鈦鐵礦的微波輔助浮選研究顯示，鈦鐵礦的浮選回收率隨著其在微波場(chǎng)中的暴露時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，10sec時(shí)提高了10%，最終回收率從64%提高到了87%。微波的作用還使油酸鈉的用量降低，最多可減少藥劑用量約65%。

范先鋒等[6]研究了微波處理鈦鐵礦后三段開路浮選，表明經(jīng)微波輻射處理的鈦鐵礦在粗選及精選作業(yè)均表現(xiàn)出很好的可浮性，同時(shí)指出微波預(yù)處理鈦鐵礦能夠加速其表面亞鐵離子的氧化，加強(qiáng)了油酸根離子在鈦鐵礦Helmholtz層內(nèi)的吸附，從而提高鈦鐵礦的浮選性能。解振朝等[7]研究了微波對(duì)鈦鐵礦浮選的影響，表明鈦鐵礦表面Fe2+的氧化，藥劑吸附量的增加是鈦鐵礦可浮性改善的原因；結(jié)果還表明，微波預(yù)處理與否，鈦鐵礦的精礦(TiO2)品位均在47%左右，這說明微波輻射處理鈦鐵礦不能提高其浮選精礦的品位，回收率的增加是由產(chǎn)率的提高引起的，最高回收率增幅可達(dá)34.7%。

2.2 黃鐵礦的微波輻射磁化

黃鐵礦少以單獨(dú)礦體存在，多伴生于銅、鉛、鋅、金等的硫化礦物中，是煤炭中硫的主要存在形式。對(duì)黃鐵礦有效合理的處理對(duì)于銅、鉛鋅、金等高價(jià)金屬的回收、煤炭脫硫等有至關(guān)重要的影響。

在煤炭脫硫過程中，利用微波輻射可將黃鐵礦(FeS2)轉(zhuǎn)變成磁黃鐵礦(Fe1-xS)，而后用磁選容易將磁黃鐵礦分離而降硫[8]。K E Waters等[9-10]對(duì)比研究了常規(guī)熱處理和微波輻射對(duì)黃鐵礦磁性的影響，采用振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)(VSM)來探測(cè)樣品的磁矩和磁選結(jié)果來綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果表明熱處理后黃鐵礦的磁飽和度均有顯著增加，EDS和XRD分析表明熱處理后產(chǎn)生了磁性較強(qiáng)的磁黃鐵礦和磁鐵礦等，磁選試驗(yàn)結(jié)果也證實(shí)了這一點(diǎn)，如：未經(jīng)加熱的黃鐵礦磁選回收率為23%，經(jīng)600℃熱處理的磁選回收率增加到94%。微波預(yù)處理黃鐵礦比傳統(tǒng)的熱處理生成新的更多的磁性物質(zhì)，如磁黃鐵礦；黃鐵礦的微波熱處理相對(duì)于常規(guī)熱處理有暴露時(shí)間短、能耗更低等優(yōu)點(diǎn)。但微波處理時(shí)間過短時(shí)，雖然有磁選效果，但其XRD分析顯示經(jīng)微波輻射的黃鐵礦沒有變化，這可能是因?yàn)闃悠返母淖冞€低于XRD的敏感度閾值。T Uslu等[11]在研究微波加熱對(duì)黃鐵礦磁選的影響的時(shí)發(fā)現(xiàn)相對(duì)于在氮?dú)鈿夥罩?，暴露在空氣中時(shí)微波處理黃鐵礦得到的產(chǎn)品較好，主要有黃鐵礦、硫鐵礦、α-赤鐵礦和β-赤鐵礦，而在氮?dú)鈿夥罩刑幚頃r(shí)沒有赤鐵礦產(chǎn)生。眾多研究表明，微波處理黃鐵礦過程中發(fā)生的反應(yīng)主要有：

FeS →Fe1-xS

(1)

FeS+O2→Fe2O3+SO2

(2)

Fe2O3+O2→Fe3O4

(3)

2.3 菱鐵礦的微波輻射磁化

菱鐵礦(FeCO3)屬于碳酸鹽類礦物，其熱分解及焙燒溫度應(yīng)低于熔融溫度。菱鐵礦在不同加熱方式、不同氣氛條件下的分解已經(jīng)有很多研究，在氧化氣氛中的最終產(chǎn)物只檢測(cè)出α-赤鐵礦，磁鐵礦和氧化亞鐵只有在真空或者惰性氣體氛圍中得到。I Znamenáková等[12]研究了微波輻射對(duì)菱鐵礦磁性的影響，通過對(duì)樣品的DTA、DTG和TG分析可知，樣品的反應(yīng)溫度在383 ℃～616℃之間，吸熱特征溫度為544 ℃，發(fā)生的分解反應(yīng)為：

FeCO3→FeO+CO2

(4)

在氧化氣氛中，反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行：

4FeO+O2→2Fe2O3

(5)

6FeO+O2→2Fe3O4

(6)

DTA分析可知以上兩個(gè)反應(yīng)發(fā)生在595～616℃之間，當(dāng)溫度繼續(xù)升高到710℃又產(chǎn)生一條不太明顯的吸熱曲線，對(duì)應(yīng)的反應(yīng)是：

6Fe2O3→4Fe3O4+O2

(7)

通過對(duì)比磁化系數(shù)的測(cè)定，考察了不同時(shí)間對(duì)菱鐵礦磁性能的影響，微波加熱不同時(shí)間對(duì)菱鐵礦磁性能的影響如圖4。樣品的比磁化系數(shù)由原來的0.947×10-6m3/kg提高到經(jīng)微波輻射10min時(shí)的28.736×10-6m3/kg和輻射15min時(shí)的140.87×10-6m3/kg，最終經(jīng)微波輻射30min后樣品的比磁化系數(shù)提高到324.79×10-6m3/kg；而磁鐵礦的比磁化系數(shù)為(104～520)×10-6m3/kg，這也從另一個(gè)方面證實(shí)了菱鐵礦樣品經(jīng)微波輻射后磁鐵礦的生成。向微波處理后的產(chǎn)品經(jīng)濕式弱磁選別，可得到鐵品位45.6%，回收率高達(dá)97.6%的精礦產(chǎn)品，而未處理前的回收率為零。

磁性物質(zhì)的產(chǎn)生使得菱鐵礦采用較容易的磁選方法即可分離，可用磁選代替浮選，能減少對(duì)環(huán)境的污染。另外微波熱處理方式還具有高效、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。

圖4 微波加熱不同時(shí)間對(duì)菱鐵礦磁性能的影響[12]

2.4 微波在鈦鐵礦熱還原中的研究

目前，國內(nèi)外鈦鐵礦的綜合利用主要方法有兩大類：一類是高溫熔煉還原法；另一類是化學(xué)浸出法。具體的方法與種類雖然有很多，但就國內(nèi)外實(shí)際生產(chǎn)情況而言，碳熱還原法仍是主導(dǎo)的、唯一在工業(yè)上取得實(shí)際應(yīng)用的技術(shù)。

我國的鈦資源主要分布在四川攀枝花地區(qū)，主要以鈦鐵礦的形式存在，國內(nèi)學(xué)者大都以此地的鈦鐵礦作為研究對(duì)象，在開發(fā)研制新技術(shù)時(shí)對(duì)微波加熱應(yīng)用于鈦鐵礦的處理做了大量的研究，認(rèn)為鈦鐵礦的微波碳熱還原技術(shù)在理論上是可行的，且比其它方法有許多優(yōu)點(diǎn)。大量研究[13-16]表明微波碳熱還原鈦鐵礦的機(jī)理主要是：微波的選擇性加熱可以使碳產(chǎn)生局部高溫，這能夠顯著提高碳的還原能力，從而提高鈦鐵礦的還原速率；鈦鐵礦選擇性優(yōu)先吸收微波發(fā)生局域耦合共振，產(chǎn)生熱點(diǎn)，這些熱點(diǎn)比其它區(qū)域的溫度要高，成為反應(yīng)的中心。研究證實(shí)還原反應(yīng)從一開始施加微波輻射就開始進(jìn)行；由于對(duì)微波的吸收不同，使鈦鐵礦球團(tuán)內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力，從而產(chǎn)生大量孔隙和裂紋，促進(jìn)了還原氣氛的擴(kuò)散，并且快速還原產(chǎn)生的大量晶核也加速了還原反應(yīng)的進(jìn)行。

雷鷹等[13]在研究微波碳熱還原攀枝花低品位鈦精礦時(shí)發(fā)現(xiàn)：鈦鐵礦在常規(guī)加熱800 ℃預(yù)氧化后添加相關(guān)添加劑制成球團(tuán)，在微波輻射溫度1000℃～1100℃下保溫還原60min，還原產(chǎn)物中鐵的金屬化率可超過90%。李雨等[16]類似的研究指出，鈦精礦的球磨活化可以進(jìn)一步降低微波還原溫度，提高反應(yīng)速率。汪云華等[16]發(fā)現(xiàn)微波輻射還原得到的鐵粉比常規(guī)加熱還原得到的鐵粉表面有更加發(fā)達(dá)的海綿體，如圖5(a)(深色部分為海綿體鐵)，這種海綿體鐵具有更大的比表面積，表面活性強(qiáng)，有利用制造中低密度、中高強(qiáng)度的粉末冶金制品。

圖5 微波加熱與常規(guī)加熱還原鐵粉的SEM顯微照片[16]

微波加熱技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)鈦鐵礦的高效、節(jié)能、環(huán)境友好型還原生產(chǎn)，與傳統(tǒng)加熱方式相比不僅可以縮短加熱時(shí)間，降低了能耗，而且改善了還原條件，可以有效的降低生產(chǎn)成本。微波碳熱還原技術(shù)對(duì)鈦冶金行業(yè)降低能耗、降低成本、增加利潤(rùn)具有重要意義。該方法雖然理論可行，但缺少大型工業(yè)配套設(shè)備，目前尚無工業(yè)實(shí)踐。

2.5 微波輔助鐵礦浸出

我國鈦工業(yè)主要采用硫酸法，該方法與氯化法在競(jìng)爭(zhēng)中求生存，利用微波輔助鈦鐵礦浸出技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。周曉東等[17]探索了微波輻射-鹽酸浸出鈦鐵礦的方法，研究表明鈦鐵礦在一定溫度下能將其中的亞鐵氧化成高價(jià)鐵，形成假板鈦礦結(jié)構(gòu)，這種氧化使原礦中的鐵活化，低溫氧化有利于鹽酸浸出時(shí)選擇性的除去鐵，生成大顆粒人造金紅石，高溫氧化產(chǎn)生高鐵板鈦礦結(jié)構(gòu)，對(duì)酸十分穩(wěn)定，不利于鈦鐵礦的浸出。表明微波輻射下對(duì)鈦鐵礦進(jìn)行酸浸出代替高溫高壓酸浸工藝制備人造金紅石在理論上和實(shí)踐上都是可行的。

D K Xia等[18]采用微波加熱技術(shù)對(duì)某種電弧爐渣進(jìn)行堿浸出處理，能夠較好的回收爐渣里的鐵、鋅、鉛等金屬。爐渣的主要成分為紅鋅礦和鐵酸鋅，試驗(yàn)表明傳統(tǒng)條件下鋅的回收率在180min達(dá)到最大,約為72%，在微波輔助浸出條件下，鋅的回收率在5min內(nèi)達(dá)到最大,約80%，表明鋅在微波輻射下能夠快速的溶解，這可能是因?yàn)槿芤哼^熱、沸騰劇烈、溶液中電爐渣顆粒與微波的相互作用。試驗(yàn)顯示在微波試驗(yàn)中，固體顆粒和界面的溫度比常規(guī)浸出要高許多，從而導(dǎo)致金屬溶解速率和回收率的增加。

2.6 微波用于赤鐵礦的脫磷

近年來我國大量進(jìn)口國外鐵礦石，但是在湖北、湖南、江西、云南等地廣泛的分布著總資源儲(chǔ)量達(dá)70億t的“寧鄉(xiāng)式”高磷鮞狀赤鐵礦，因這類鐵礦含磷高、嵌布復(fù)雜而難以分選利用。張輝等[19]對(duì)利用微波加熱處理高磷鮞狀赤鐵礦。經(jīng)微波作用碳熱還原、細(xì)磨和磁選，其脫磷率達(dá)到87.8%，鐵回收率90%，效果較好。基于Fe2O3、Fe3O4和無煙煤粉具有較強(qiáng)的微波熱效應(yīng)，對(duì)微波的吸收性能良好，而磷灰石和硅酸鹽類礦物對(duì)微波的吸收能力卻較差。由于微波與物質(zhì)作用的弛豫效應(yīng)以及高磷鐵礦中鐵氧化物的晶體結(jié)構(gòu)缺陷，微波加熱時(shí)一部分熱能使碳鐵混合物溫度升高，另一部分存儲(chǔ)在晶格缺陷中充當(dāng)晶格能和吉布斯自由能；同時(shí)因微波場(chǎng)中高磷鐵礦碳熱還原反應(yīng)的活化能降低，加快還原反應(yīng)速率，致使鐵氧化物的碳熱還原反應(yīng)更加徹底，使得本來不能進(jìn)行的反應(yīng)有可能進(jìn)行；因微波作用還導(dǎo)致鐵顆粒的聚集長(zhǎng)大破壞了磷灰石的嵌布特征，改變了鐵礦的原有結(jié)構(gòu)，可為后續(xù)磁選過程中鐵和高磷渣的分離創(chuàng)造有利條件。

微波應(yīng)用于高磷鮞狀赤鐵礦的脫磷研究還處于試驗(yàn)室階段，但微波所表現(xiàn)出的良好效應(yīng)及試驗(yàn)結(jié)果表明微波加熱在處理該類礦石中的潛力，相信隨著微波技術(shù)的進(jìn)步、選礦水平的提高以及工業(yè)型設(shè)備的開發(fā)，該類鐵礦資源的利用將成為可能。

2.7 微波輔助加熱選別含鐵鋁土礦

鋁土礦是做耐火材料的主要原料，其含鐵(Fe2O3)上限為2.0%～2.5%，鋁土礦中的鐵通常以弱磁性礦物形式存在或呈極細(xì)粒分散，普通方法很難去除，長(zhǎng)期以來學(xué)者們一直在探索從鋁土礦中除去鐵的有效途徑。目前為止，最有效、最常用的方法是在焙燒爐或焙燒窯中對(duì)鋁土礦原礦石進(jìn)行焙燒熱處理然后進(jìn)行磁選除鐵。

微波加熱技術(shù)被認(rèn)為具有對(duì)鋁土礦中特殊部位選擇性加熱的能力，在還原氣氛中微波能夠促進(jìn)鐵礦物很快的轉(zhuǎn)變?yōu)榇盆F礦，從而改善磁選分離效果。雖然這項(xiàng)技術(shù)認(rèn)為在理論上是可行的，但它是一個(gè)隨著人們對(duì)微波能興趣的提高而發(fā)展來的一個(gè)新的研究課題，尚沒有大規(guī)模的生產(chǎn)試驗(yàn)研究。有學(xué)者對(duì)印度某鋁土礦用微波加熱法將純赤鐵礦轉(zhuǎn)變成磁鐵礦然后磁選除鐵的試驗(yàn)研究，對(duì)含Al2O355.7%、Fe2O35.6%的鋁土礦原礦，在經(jīng)微波爐磁化焙燒后再破碎磁選，可以獲得含Al2O380%、Fe2O32.5%，Al2O3回收率達(dá)80%的鋁土礦精礦，這一選別結(jié)果能夠滿足耐火材料的要求，而采用回轉(zhuǎn)窯焙燒法最終鋁土礦精礦含鐵仍高于2.5%。

3 微波技術(shù)強(qiáng)化鐵礦物輔助作業(yè)

3.1 微波加熱用于褐鐵礦脫水

微波干燥脫水比普通干燥方法有更加優(yōu)越的特點(diǎn)，它不僅能脫去顆粒表明的吸附水，而且能夠脫除礦物分子中所含的結(jié)晶水。褐鐵礦(Fe2O3·nH2O)中含有結(jié)晶水，使得選別回收的褐鐵礦含鐵通常只有55%，而鋼鐵廠對(duì)褐鐵礦精礦的要求品位在62%以上。

李新東等[20]研究了對(duì)微波用于褐鐵礦的干燥脫水，表明微波干燥脫水速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于常規(guī)脫水速率。在700W微波輻射功率下，相對(duì)于250℃常規(guī)加熱干燥方法，試驗(yàn)顯示常規(guī)干燥方法加熱60min時(shí)才達(dá)到微波加熱10min的脫水效果；并且微波加熱不僅脫去了褐鐵礦中的游離水，而且脫去了大部分的結(jié)合水，最終得到總鐵含量高于60%的褐鐵礦精礦。在微波加熱過程中，樣品的溫度均勻，熱利用率高；相比常規(guī)加熱方法節(jié)約了大量能源，提高了生產(chǎn)效率。

3.2 微波加熱用于鐵精礦燒結(jié)處理

任偉等[21]研究了微波加熱技術(shù)應(yīng)用于鐵精礦的燒結(jié)，探索了微波燒結(jié)磁鐵精礦的可行性。試驗(yàn)考察了不同微波處理時(shí)間、碳粉的配比以及氧化鈣的配比等因素。表明在相同微波加熱條件下添加碳粉會(huì)降低樣品的加熱溫度；當(dāng)CaO/SiO2為2.5、加熱時(shí)間20min和微波輸出功率1000W時(shí)，燒結(jié)產(chǎn)物效果最好。得到了具有一定強(qiáng)度和孔隙度的燒結(jié)產(chǎn)物，但是其強(qiáng)度與現(xiàn)有抽風(fēng)燒結(jié)產(chǎn)品差別較大，相關(guān)原因還需進(jìn)一步研究。

3.3 微波輔助釩鈦磁鐵礦溶樣

在釩鈦鐵礦資源利用過程中另一個(gè)重要問題是釩鈦鐵礦的溶樣分析。常規(guī)采用過氧化鈉或焦硫酸鉀高溫熔融，以化學(xué)滴定法進(jìn)行測(cè)定分析，該方法比較成熟、分析結(jié)果比較準(zhǔn)確。因礦樣的分解在高溫環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行，該方法繁瑣、周期長(zhǎng)、勞動(dòng)強(qiáng)度大、能耗高，難以適應(yīng)快速、大批量樣品的分析。利用微波輔助溶解釩鈦鐵礦石的溶樣[22-24]，該方法采用硫磷混酸，基于H3PO4對(duì)Fe3+有很強(qiáng)的絡(luò)合能力的溶樣機(jī)理，但使用的硫磷混酸在配制過程中具有一定的危險(xiǎn)性。許多學(xué)者研究采用鹽酸等危險(xiǎn)性較小的酸來對(duì)鈦鐵礦進(jìn)行溶樣研究，但目前技術(shù)還不成熟。

尹繼先等[22]對(duì)攀枝花的難溶釩鈦磁鐵礦進(jìn)行微波消解溶樣研究，主要采用鹽酸及氟化銨對(duì)樣品進(jìn)行溶解，結(jié)果表明同傳統(tǒng)的消解溶樣方法相比，該方法需要的能耗更低，僅有傳統(tǒng)方法能耗的1%～10%，時(shí)間大大縮短，只有傳統(tǒng)方法的10%～20%，試劑用量比較少。周曉東等[23]采用常規(guī)的微波爐在常壓下對(duì)鈦鐵礦進(jìn)行溶樣研究，仍采用硫磷混酸，但摒棄了價(jià)格較昂貴、基于微波溶樣機(jī)理的商品儀器，試驗(yàn)過程中優(yōu)化了試驗(yàn)方法，取得較好的效果。朱霞萍等[24]建立了ICP-OES快速微波消解溶樣方法，該方法除了在溶解過程中加入濃酸外，還加入了金屬絡(luò)合劑，加速了試樣的溶解。利用某絡(luò)合劑A與金屬離子的絡(luò)合能力，借助微波輔助溶解難溶的釩鈦磁鐵礦，縮短了消解時(shí)間，溶樣效果好；采用ICP-OES法實(shí)現(xiàn)了樣品中Fe、Ti、V的同時(shí)測(cè)定，準(zhǔn)確度堪比分析化學(xué)的要求，適合大批量樣品的快速測(cè)定。

微波輔助消解是利用微波產(chǎn)生的熱能活化反應(yīng)分子以促進(jìn)水和酸等溶樣介質(zhì)在試樣表面產(chǎn)生極高的熱能，進(jìn)而導(dǎo)致強(qiáng)烈的對(duì)流來不斷清除已溶解的但不活潑的試樣表明層，使試樣與溶解介質(zhì)的接觸面不斷更新，加速樣品的溶解。因而微波溶樣法具有溶樣速度快、樣品分解完全、方法簡(jiǎn)便、能耗少、污染小、適合大批量快速測(cè)定等諸多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。

4 結(jié)論

微波加熱技術(shù)因其對(duì)礦物選擇性加熱與高效、環(huán)保的優(yōu)良特性，在含鐵礦物分選的加熱預(yù)處理中具有廣闊的發(fā)展前景。微波輻射加熱能提高鐵礦石的破磨效率、改善鈦鐵礦的浮選和鈦鐵礦的碳熱還原、促進(jìn)黃鐵礦和菱鐵礦的焙燒磁化、預(yù)處理強(qiáng)化赤鐵礦的輔助脫磷、選擇性加熱改善含鐵鋁土礦的分選，并可有效提高褐鐵礦的脫水、鐵精礦燒結(jié)處理以及輔助溶樣的效果，顯示出微波技術(shù)對(duì)鐵礦資源處理的優(yōu)良特點(diǎn)和性能。微波技術(shù)應(yīng)用于鐵礦物的研究還處于發(fā)展階段，需要進(jìn)行深入的理論研究，開發(fā)大型微波設(shè)備，以加快應(yīng)用步伐，提高鐵礦資源的綜合利用率，減少鋼鐵行業(yè)的原料壓力。

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