微波處理對鮞狀赤鐵礦解離的影響試驗

錢功明 趙新澤 王 帥 夏 節(jié) 盧義飛 趙德世

(武漢科技大學資源與環(huán)境工程學院)

微波處理對鮞狀赤鐵礦解離的影響試驗

錢功明 趙新澤 王 帥 夏 節(jié) 盧義飛 趙德世

(武漢科技大學資源與環(huán)境工程學院)

直接采用傳統(tǒng)的選礦方法進行鮞狀赤鐵礦的選別，效果不理想。為探究微波處理對鮞狀赤鐵礦解離的影響，分別對微波處理的礦石量、微波功率及處理時間進行了試驗研究，同時分析了微波對磨機生產能力的影響。結果表明：微波處理鮞狀赤鐵礦礦石量宜為50 g，礦石升溫幅度隨微波功率和處理時間的增加而增加；微波預處理可促進鮞狀赤鐵礦的解離，并提高磨機的生產能力，最高增量可達23.51%，具有明顯的助磨效果，但微波功率不宜過低，處理時間不宜過長。該研究結果可為微波預處理鮞狀赤鐵礦以改善選礦效果提供依據。

鮞狀赤鐵礦 微波預處理 解離

鮞狀赤鐵礦儲量豐富，約占我國鐵礦石資源總量的1/9[1]。然而因其構造特征特殊、嵌布粒度極細，有用礦物與脈石礦物密切共生，解離困難，直接采用傳統(tǒng)的選礦工藝難以獲得理想的選別效果。目前，國內外針對鮞狀赤鐵礦選礦的研究已有一定的進展，選礦方法主要集中在浮選、選擇性絮凝分選、磁化焙燒等方面[2]。鮞狀赤鐵礦的解離程度成為影響最終選礦指標的關鍵性因素。關于鮞狀赤鐵礦解離的研究，開始得到人們的重視[3-5]。

微波是一種具有選擇性加熱和穿透性的高頻電波，在很多領域得到廣泛應用。鐵礦石中不同物質的介質損耗因素不同，對微波的吸收程度不同，微波對不同成分可進行選擇性加熱。加之不同成分的熱膨脹性不同，勢必就會產生內應力差，從而降低礦石的機械強度[6]，為之后鮞狀赤鐵礦礦石的細碎、磨礦等作業(yè)創(chuàng)造有利條件。對微波預處理鮞狀赤鐵礦進行研究，以揭示微波處理礦石量、微波功率及處理升溫時間等因素對其解離的影響規(guī)律，為鮞狀赤鐵礦的進一步開發(fā)利用提供參考。

1 試驗原料及設備

1.1 試驗原料

試驗所用鮞狀赤鐵礦取自鄂西某地，主要鐵礦物為赤鐵礦，礦石斷裂處有明顯的鮞粒狀結構；主要脈石礦物為石英和碳酸鹽，多分布在赤鐵礦的間隙中。試驗所用礦石粒度為2～8 mm。礦樣的主要化學成分分析結果見表1。

表1 礦樣主要化學成分分析結果 %

成分TFeAl2O3SiO2PCaOMgO含量41.4310.1118.430.394.353.27

由表1可知，礦石鐵品位為41.43%，有害元素磷含量較高。

1.2 試驗設備及流程

試驗所用到的設備有：BWG2S-01型微波高溫實驗爐，0～9 kW功率非連續(xù)可調，頻率2 450 MHz，煙臺北方微波技術有限公司生產；XMB-68型φ160 mm×200 mm球磨機，容積4.02 L，轉速120 r/min。

試驗時，將礦石置于工業(yè)微波高溫加熱裝置內進行微波處理，記錄礦石處理量、微波功率，每隔一段時間記錄礦石溫度。處理后的礦石在球磨機內進行磨礦，控制礦漿濃度為40%，磨礦產品經0.074 mm篩孔直徑的篩子篩分，考察-0.074 mm粒級的產品產率。

2 試驗結果與討論

2.1 微波處理試驗

2.1.1 礦石處理量試驗

在微波功率為3 000 W的條件下，改變礦石用量，考察處理量對升溫行為的影響，結果見圖1。

由圖1可知，微波處理等質量的塊礦時，隨著微波處理時間的延長，礦石溫度不斷升高；在微波處理時間一定的情況下，隨著礦石處理量的增加，礦石溫度呈先升高后降低的趨勢。在處理量為50 g時，礦石溫度升到最高。少于50 g時，礦石在加熱過程中的熱量散失較多，溫度不能及時迅速升高；高于 50 g，礦石難以上升到最高溫度，并且升高到相應溫度所需的時間延長，不利于試驗的進行。在較低溫度下，膨脹產生的熱應力差就會相對較小，不足以破壞礦石的鮞狀結構，促進礦石解離作用不明顯。隨著處理量的增加，要使礦石在相同時間內，達到同樣高的溫度，需要較大的微波功率。因此，后續(xù)試驗礦石的處理質量選擇50 g為宜。

圖1 礦石處理量對升溫行為的影響

2.1.2 微波功率對礦石升溫的影響

在礦石處理量為50 g的條件下，微波高溫加熱裝置選用不同的功率處理礦石，考察微波功率對礦石升溫行為的影響，結果見圖2。

圖2 不同微波功率對礦石升溫行為的影響

由圖2可知，礦石的溫度整體隨著微波處理時間的增加而升高。在不同功率的微波處理下，礦石的升溫行為不相同。微波功率為1 000 W時，礦石整體升溫速率要明顯低于功率為3 000和4 000 W時。說明微波功率越高，礦石升溫越快。這表明礦石中吸收微波的物質所吸收的能量隨功率的增大而增加，相應的膨脹速率也越大，從而使不同成分間的熱應力差變大，易于產生更多的裂隙，有利于在磨礦過程的粉碎解離。

2.1.3 微波處理前后礦石SEM觀察結果

50 g礦石在微波功率為3 000 W條件下處理 50 s。處理前后的礦石在掃描電鏡下觀察結果見圖3。

對比微波處理前后的礦石，可以明顯看出：處理后的礦石的粒度比未處理的要小，經微波處理后的部分礦石的鮞狀球形結構被破壞，這說明微波處理有助于鮞狀赤鐵礦的解離。

圖3 礦石經微波處理前后的SEM照片

2.2 微波處理對礦石磨礦效果的影響試驗

對經過不同微波功率處理后的礦石在錐形球磨機中磨礦5 min，產品采用標準篩進行篩分，以 -0.074 mm 粒級產率作為衡量指標，考察微波處理對礦石磨礦效果的影響，結果見圖4。

圖4 不同微波處理功率對礦石磨礦效果影響

由圖4可知，除功率為1 000 W的微波外，不同微波處理功率對鮞狀赤鐵礦礦石磨礦產品中 -0.074 mm 粒級的產率的影響趨勢相似。當微波功率為1 000 W時，隨著處理時間的延長，-0.074 mm產率不斷減小。當微波功率大于等于2 000 W時，隨著微波功率的增加，-0.074 mm粒級產率先增加后減小，并且微波功率越高，-0.074 mm產率達到最大值所需的時間越短，即達到最大解離度的時間越短。

高功率的微波處理礦石，短時間內礦石中吸收微波能力強的成分被迅速加熱，產生明顯膨脹。而吸收微波能力弱的成分短時間內升溫較慢，產生的膨脹較小。這就會產生巨大的應力差，從而在短時間內使顆粒破裂，破壞鮞狀赤鐵礦的鮞狀球形結構，促進礦石的解離。當使用低功率微波處理礦石時，微波僅起到緩慢加熱的作用，礦石整體升溫慢、膨脹小，無法使礦石解離。但微波加熱時間較長時，過高的溫度會使礦石組分發(fā)生相變，不同組分會重新粘連、聚結在一起，導致礦石解離又變得困難。因此，要想達到微波助磨礦石的最佳效果，必須權衡微波加熱功率與處理時間之間的關系。

2.3 微波對磨機生產能力的影響分析

不同微波處理該鮞狀赤鐵礦后，磨機對該礦石的生產能力有所變化。試驗以-0.074 mm粒級的變化，來衡量球磨機的生產能力，計算公式[7]為：

q=Q(β2-β1)/V ，

式中,q為按礦石磨礦產物中新生成的-0.074 mm粒級的含量來計算球磨機的生產能力，t/(m3/ h)；Q為球磨機的處理量，t/h；β2為磨礦后產物中 -0.074 mm粒級的含量，%；β1為球磨機給礦中 -0.074 mm 粒級的含量，%；V為球磨機的有效容積，m3。試驗時礦石處理量為50 g，球磨機有效容積為0.004 02 m3，磨礦時間5 min。考察不同功率的微波處理該礦石后，磨機對該礦石生產能力的影響，試驗結果見表2。

表2 不同功率微波對磨機生產能力的影響

由表2可知，隨著微波處理功率的提高，磨機生產能力呈先增大后降低的趨勢。在微波處理功率為6 000 W時，生產能力達到最大，為0.099 6 t/(m3·h)，比礦石未經微波處理時，磨機生產能力提高了23.57%，達到最大值。說明微波處理該鮞狀赤鐵礦礦石能促進其解離，可提高球磨機的生產能力，且有一個能使磨機生產能力達到最大值的功率。

3 結 論

(1)微波預處理試驗結果表明：微波功率越高、處理時間越長，礦石溫度越高；功率越高，礦石達到最大解離程度所需的時間越短。

(2)微波預處理有助于提高磨礦生產能力，最大可達23.57%。

(3)過長的微波處理時間會使礦石已解離的組分重新粘連、聚結。因此，必須綜合考慮，選擇適宜的微波處理功率和時間。

[1] 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.

[2] 張伏龍,黃 潤,張金柱,等.寧鄉(xiāng)式鮞狀赤鐵礦開發(fā)利用研究現(xiàn)狀及展望[J].現(xiàn)代礦業(yè),2015,2(2):58-60.

[3] Li G, Zhang S, Rao M, et al. Effects of sodium salts on reduction roasting and Fe-P separation of high-phosphorus oolitic hematite ore[J].International Journal of Mineral Processing,2013(124):26-34.

[4] Song S, Campos-Toro E F, Lopez-Valdivieso A. Formation of micro-fractures on an oolitic iron ore under microwave treatment and its effect on selective fragmentation[J].Powder Technology,2013(243):155-160.

[5] Omran M, Fabritius T, Mattila R. Thermally assisted liberation of high phosphorus oolitic iron ore: A comparison between microwave and conventional furnaces[J].Powder Technology, 2015(269):7-14.

[6] 魏延濤,劉 亮.微波在碎礦磨礦中的應用[J].礦業(yè)快報,2008 (10):69-71.

[7] 張 強.選礦概論[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2012.

2015-08-05)

錢功明(1977—)，男，副教授，博士，430081 湖北省武漢市青山區(qū)和平大道947號。