某鮞狀赤鐵礦石低溫連續(xù)懸浮焙燒試驗(yàn)

陳 超 劉亞川 張?jiān)?張少翔

(1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)綜合利用研究所，四川 成都 610041；2.國(guó)土資源部釩鈦磁鐵礦綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610041；3.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局金屬礦產(chǎn)資源綜合利用技術(shù)研究中心，四川 成都 610041)

某鮞狀赤鐵礦石低溫連續(xù)懸浮焙燒試驗(yàn)

陳 超1,2,3劉亞川1,2,3張?jiān)?,2,3張少翔1,2,3

(1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)綜合利用研究所，四川 成都 610041；2.國(guó)土資源部釩鈦磁鐵礦綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610041；3.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局金屬礦產(chǎn)資源綜合利用技術(shù)研究中心，四川 成都 610041)

中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)綜合利用研究所與東北大學(xué)聯(lián)合研制了連續(xù)懸浮焙燒爐，為檢驗(yàn)?zāi)硲?yīng)用于鮞狀赤鐵礦石開發(fā)的可能性，采用該爐進(jìn)行懸浮磁化焙燒—弱磁選選礦試驗(yàn)。結(jié)果表明，-0.3 mm的某鮞狀赤鐵礦石在焙燒溫度為575 ℃，還原氣體CO的體積分?jǐn)?shù)為90%(N2的體積分?jǐn)?shù)為10%)、總流量為6 m3/h的情況下以100 kg/h的給礦速度連續(xù)懸浮焙燒，焙燒產(chǎn)物磨至-0.074 mm占90%后用φ400×300型筒式弱磁選機(jī)1次弱磁選(磁場(chǎng)強(qiáng)度為120 kA/m)，獲得的精礦鐵品位為56.22%、鐵回收率為88.84%。懸浮焙燒過程的特點(diǎn)及弱磁選精礦指標(biāo)表明，連續(xù)懸浮焙燒爐可實(shí)現(xiàn)鮞狀赤鐵礦石的高效、低耗開發(fā)利用。

鮞狀赤鐵礦石 連續(xù)懸浮焙燒爐 流態(tài)化焙燒 還原

隨著我國(guó)鋼鐵工業(yè)的迅速發(fā)展，鐵礦石需求量節(jié)節(jié)攀升。但由于我國(guó)鐵礦石資源稟賦差、采選困難，導(dǎo)致我國(guó)鐵礦石對(duì)外依存度居高不下。2014年，我國(guó)進(jìn)口鐵礦石9.33億t，對(duì)外依存度高達(dá)78.5%，同比提高了9.7個(gè)百分點(diǎn)。與之對(duì)應(yīng)的是，我國(guó)有超過100億t的復(fù)雜難選鐵礦石資源因技術(shù)或裝備上的原因而未被開發(fā)利用[1-2]。

難選鐵礦石流態(tài)化磁化焙燒技術(shù)于20世紀(jì)50年代傳入中國(guó)，70年代建成了日處理100 t原礦的半工業(yè)試驗(yàn)基地，但由于種種原因，該技術(shù)未能工業(yè)化[3]。近年來，由于國(guó)內(nèi)鐵礦石日漸短缺，而國(guó)外進(jìn)口的鐵礦石又價(jià)格高企，國(guó)內(nèi)選礦科技工作者再次對(duì)流態(tài)化焙燒技術(shù)投入了極大的熱情，并取得了一定的成果。余永富院士團(tuán)隊(duì)利用建成的閃速磁化焙燒爐，對(duì)多地的難選鐵礦石進(jìn)行磁化焙燒，焙燒產(chǎn)物的可選性明顯改善[4]。高等院校和科研院所對(duì)難選鐵礦石的流態(tài)化焙燒研究成果也累見報(bào)道，并正在努力實(shí)現(xiàn)工業(yè)化[5-10]。

中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)綜合利用研究所與東北大學(xué)聯(lián)合研發(fā)了針對(duì)難選鐵礦石的實(shí)驗(yàn)室型(100kg/h)連續(xù)懸浮焙燒爐，試驗(yàn)將用該設(shè)備開展某鮞狀赤鐵礦石的低溫連續(xù)懸浮焙燒研究。

1 礦石性質(zhì)

礦石主要化學(xué)成分分析結(jié)果見表1，鐵物相分析結(jié)果見表2，XRD衍射結(jié)果見圖1。

表1 礦石主要化學(xué)成分分析結(jié)果

Table 1 Main chemical composition analysisresult of run-of-mine ore %

表2 礦石鐵物相分析結(jié)果

Table 2 Iron phase analysis resultof run-of-mine ore %

圖1 礦石的XRD圖譜Fig.1 XRD pattern of run-of-mine ore H—赤鐵礦；Q—石英；Ch—綠泥石；Ca—方解石；A—磷灰石

從表1可知，礦石主要有用成分為鐵，磷含量較高。

從表2可知，礦石中的鐵主要以氧化鐵形式存在，其他形式的鐵含量均非常低。

從圖1可知，礦石中的主要礦物為赤鐵礦、方解石、綠泥石，其次是石英和磷灰石等。

2 研究方法

鮞狀赤鐵礦石懸浮焙燒試驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室連續(xù)型懸浮焙燒爐中進(jìn)行。一定粒度的原料流態(tài)化預(yù)熱后進(jìn)入流態(tài)化還原槽中，在預(yù)定溫度和還原氣氛(用N2調(diào)節(jié)CO濃度)下進(jìn)行還原，還原產(chǎn)物進(jìn)入流態(tài)化冷卻室冷卻或直接水淬冷卻(流態(tài)化冷卻過程中回收的熱量用于原料的預(yù)熱)，冷卻產(chǎn)物磨至-0.074 mm占90%后用φ400×300型筒式弱磁選機(jī)進(jìn)行1次弱磁選，磁場(chǎng)強(qiáng)度為120 kA/m，考察焙燒條件對(duì)弱磁選精礦指標(biāo)的影響。懸浮還原焙燒流程見圖2。

圖2 懸浮焙燒流程Fig.2 Suspension roasting process

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 給料粒度試驗(yàn)

給料粒度是保證裝置流暢性和焙燒效果的關(guān)鍵參數(shù)，確定合適的給料粒度非常重要。給礦粒度試驗(yàn)的給料量為100 kg/h，焙燒溫度為550 ℃，還原氣體CO的體積分?jǐn)?shù)為100%、流量為6 m3/h，冷卻方式為流態(tài)化冷卻，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 給料粒度對(duì)弱磁選精礦指標(biāo)的影響Fig.3 Effect of feed size on the index oflow intensity magnetic concentrate □—品位；■—回收率

從圖3可以看出，不同給料粒度下的弱磁選精礦鐵品位變化不大，但給料粒度為-0.3 mm情況下的鐵回收率顯著較高。綜合考慮，確定給料粒度為-0.3 mm。

3.2 焙燒溫度試驗(yàn)

焙燒溫度試驗(yàn)的給料量為100 kg/h，給料粒度為-0.3 mm，還原氣體CO的體積分?jǐn)?shù)為100%、流量為6 m3/h，冷卻方式為流態(tài)化冷卻，試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

從圖4可以看出，隨著焙燒溫度的升高，弱磁選精礦鐵品位和回收率均上升。綜合考慮，確定焙燒溫度為575 ℃。

3.3 還原氣體CO的體積分?jǐn)?shù)試驗(yàn)

還原氣體CO的體積分?jǐn)?shù)試驗(yàn)的給料量為100kg/h，給料粒度為-0.3 mm，焙燒溫度為575 ℃，氣體總流量為6 m3/h，冷卻方式為流態(tài)化冷卻，試驗(yàn)結(jié)果見圖5。

圖4 焙燒溫度對(duì)弱磁選精礦指標(biāo)的影響Fig.4 Effect of roasting temperature on theindex of magnetic concentrate■—品位；▲—回收率

圖5 CO的體積分?jǐn)?shù)對(duì)弱磁選精礦指標(biāo)的影響Fig.5 Effect of CO volume concentrationon the index of magnetic concentrate■—品位；▲—回收率

從圖5可以看出，隨著CO體積分?jǐn)?shù)的提高，弱磁選精礦鐵品位和回收率均上升。綜合考慮，確定還原氣體的CO濃度為90%。

3.4 還原氣體總流量試驗(yàn)

還原氣體總流量試驗(yàn)的給料量為100 kg/h，給料粒度為-0.3 mm，焙燒溫度為575 ℃，還原氣體CO的體積分?jǐn)?shù)為90%，冷卻方式為流態(tài)化冷卻，試驗(yàn)結(jié)果見圖6。

圖6 還原氣體總流量對(duì)弱磁選精礦指標(biāo)的影響Fig.6 Effect of total reducing gas flow on theindex of magnetic concentrate■—品位；▲—回收率

從圖6可以看出，隨著氣體流量的增加，弱磁選精礦鐵回收率先明顯上升后小幅下降，鐵品位變化不大。綜合考慮，確定還原氣體總流量為6 m3/h。

3.5 冷卻方式試驗(yàn)

冷卻方式試驗(yàn)的給料量為100 kg/h，給料粒度為-0.3 mm，焙燒溫度為575 ℃，還原氣體CO的體積分?jǐn)?shù)為90%、總流量為6 m3/h，試驗(yàn)結(jié)果見圖7。

圖7 不同冷卻方式對(duì)弱磁選精礦指標(biāo)的影響Fig.7 Effect of cooling type on theindex of magnetic concentrate □—品位；■—回收率

從圖7可以看出，與流態(tài)化冷卻產(chǎn)物的磨選精礦相比，水淬冷卻產(chǎn)物的磨選精礦鐵品位和鐵回收率略高。這與流態(tài)化冷卻過程中，有部分Fe3O4氧化成了強(qiáng)磁性的γ-Fe2O3有關(guān)。雖然流態(tài)化冷卻會(huì)小幅影響弱磁選精礦鐵品位和鐵回收率，但該冷卻方式既充分利用了余熱，又有利于還原產(chǎn)物的輸送。因此，確定還原產(chǎn)物采用流態(tài)化方式冷卻。對(duì)應(yīng)的弱磁選精礦鐵品位為56.22%、鐵回收率為88.84%。

4 結(jié) 論

(1)碎磨至-0.3 mm的某鮞狀赤鐵礦石在焙燒溫度為575 ℃，還原氣體CO的體積分?jǐn)?shù)為90%、總流量為6 m3/h的情況下連續(xù)懸浮焙燒，焙燒產(chǎn)物流態(tài)化冷卻后磨至-0.074 mm占90%，在磁場(chǎng)強(qiáng)度為120 kA/m情況下1次弱磁選，獲得的精礦鐵品位為56.22%、鐵回收率為88.84%。

(2)懸浮焙燒的主要特點(diǎn)：①設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)部件少，自動(dòng)化程度高，焙燒過程連續(xù)穩(wěn)定。②焙燒時(shí)物料懸浮于氣相中，分散狀態(tài)好，氣固接觸充分，傳質(zhì)、傳熱速度快，溫度區(qū)和氣流場(chǎng)設(shè)計(jì)合理，使得焙燒產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定均勻。③給料粒度越小，比表面積越大，氣固接觸就越充分，反應(yīng)所需的時(shí)間越少，能耗越低。④低溫下的高CO濃度焙燒有利于在較高反應(yīng)速度下降低焙燒能耗、縮短冷卻時(shí)間。⑤利用空氣預(yù)熱和流態(tài)化冷卻裝置，實(shí)現(xiàn)了熱量的循環(huán)利用，有利于降低焙燒能耗。

[1] 劉 杰，周明順，翟立委，等.中國(guó)復(fù)雜難選鐵礦的研究現(xiàn)狀[J].中國(guó)礦業(yè)，2011(5)：63-66. Liu Jie,Zhou Mingshun,Zhai Liwei,et al.Present status of China′s complex refractory iron ore study [J].China Mining Magazine，2011(5)：63-66.

[2] 劉淑賢，申麗麗，牛福生.微細(xì)粒嵌布難選鮞狀赤鐵礦現(xiàn)狀研究及展望[J].中國(guó)礦業(yè)，2012(1)：70-71. Liu Shuxian,Shen Lili,Niu Fusheng.Research on micro-fine disseminated refractory oolitic hematite and expectation[J].China Mining Magazine，2012(1)：70-71.

[3] 朱慶山,李洪鐘.難選鐵礦流態(tài)化磁化焙燒研究進(jìn)展與發(fā)展前景[J].化工學(xué)報(bào),2014(7)：2437-2442. Zhu Qingshan，Li Hongzhong.Status quo and development prospect of magnetizing roasting via fluidized bed for low grade iron ore [J].CIESC Journal,2014(7)：2437-2442.

[4] 任亞峰，余永富.難選紅鐵礦磁化焙燒技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J].金屬礦山，2005(11)：20-23. Ren Yafeng，Yu Yongfu.Present status and development orientation of magnetization roasting technology for refractory red iron ores [J].Metal Mine，2005(11)：20-23.

[5] 龐永莉,肖國(guó)先,酒少武.菱鐵礦熱分解動(dòng)力學(xué)研究[J].西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2007(1)：136-139. Pang Yongli,Xiao Guoxian,Jiu Shaowu.Study on thermal decomposition kinetics of siderite[J].Journal of Xi′an University of Architecture & Technology：Natural Science Edition,2007(1)：136-139.

[6] 劉 碩，張亞輝，張 家，等.宣龍式鮞狀赤鐵礦石磁化焙燒—弱磁選試驗(yàn)[J].金屬礦山，2015(5)：77-80. Liu Shuo，Zhang Yahui，Zhang Jia，et al.Research on magnetizing roasting-low intensity magnetic separation of a Xuanlong-type oolitic hematite ore[J].Metal Mine，2015(5)：77-80.

[7] 周建軍,朱慶山,王化軍,等.某鮞狀赤褐鐵礦流化床磁化焙燒—磁選工藝[J].過程工程學(xué)報(bào),2009(2)：307-313. Zhou Jianjun,Zhu Qingshan,Wang Huajun,et al.Magnetic roasting of an oolitic hematite and limonite ore in a fluidized bed reactor[J].The Chinese Journal of Process Engineering，2009(2)：307-313.

[8] 代 濤，李保衛(wèi)，武文斐.單顆粒褐鐵礦氣基磁化焙燒過程的還原模型[J].金屬礦山，2014(2)：79-82. Dai Tao，Li Baowei，Wu Wenfei.Reduction model for gas magnetization roasting process of single limonite particles[J].Metal Mine，2014(2)：79-82.

[9] 王國(guó)軍,朱燕群,王智化,等.低品位鐵礦石流化焙燒—磁選提質(zhì)試驗(yàn)研究[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào):工學(xué)版,2011(5):885-889. Wang Guojun,Zhu Yanqun,Wang Zhihua,et al.Investigation on upgrading iron ore utilized by circulating fluidized bed roasting and magnetic separation[J].Journal of Zhejiang University ：Engineering Science,2011(5):885-889.

[10] 王國(guó)軍,王智化,楊 麗,等.某鮞狀赤鐵礦循環(huán)流化床焙燒—磁選試驗(yàn)研究[J].金屬礦山,2010(2)：57-61. Wang Guojun,Wang Zhihua,Yang Li,et al.Experiments on roasting technology magnetic separation of oolitic hematite ore by the circulating fluidized bed[J].Metal Mine,2010(2)：57-61.

(責(zé)任編輯 羅主平)

Continuous Suspension Roasting Experiments on an Oolitic Hematite Ore at Low Temperature

Chen Chao1,2,3Liu Yachuan1,2,3Zhang Yushu1,2,3Zhang Shaoxiang1,2,3

(1.InstituteofMultipurposeUtilizationofMineralResource，ChineseAcademyofGeologicalSciences，Chengdu610041,China；2.KeyLaboratoryofVanadium-titaniumMagnetiteComprehensiveUtilization，MinistryofLandandResources，Chengdu610041,China；3.MetalMineralResourcesComprehensiveUtilizationTechnologyResearchCenter，ChinaGeologicalSurvey，Chengdu610041,China)

To test the possibility of develop oolitic hematite ore utilization using continuous suspension roaster developed by Institute of the Multipurpose Utilization of Mineral Resource and Northeastern University，suspension magnetic roasting-low intensity magnetic separation was conducted.The results showed that the -0.3 mm oolitic hematite ore was roasted at the conditions of temperature 575 ℃，CO volume concentration 90%(N2volume concentration 10%)，and total gas flow 6 m3/h，feeding rate of 100 kg/h and roasted products ground to -0.074 mm 90%，and then beneficiated by low intensity magnetic separation onφ400×300 low intensity magnetic separator at the field intensity of 120 kA/m，concentrate with iron grade 56.22% and recovery 88.84% was obtained.The features of the suspension roasting and the index of the concentrate affirm continuous suspension roaster can realize high efficiency and low consumption utilization of oolitic hematite ore.

Oolitic hematite ore，Continuous suspension roaster，F(xiàn)luidized roasting，Reduction

2015-08-19

中國(guó)地質(zhì)大調(diào)查項(xiàng)目(編號(hào)：12120113087600)。

陳 超(1987—)，男，助理工程師，碩士。

TF046,TD924.1+2

A

1001-1250(2015)-11-070-04