牛福生,張曉亮,張晉霞,李卓林,鄒 玄
(1.華北理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院,河北 唐山 063009;2.河北省安全技術(shù)及開(kāi)采重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河北 唐山 063009)
低溫?zé)崽幚韺?duì)鮞狀赤鐵礦助磨效果的試驗(yàn)研究
牛福生1,2,張曉亮1,張晉霞1,2,李卓林1,鄒玄1
(1.華北理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院,河北 唐山 063009;2.河北省安全技術(shù)及開(kāi)采重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河北 唐山 063009)
摘要:采用SRJX4-13型箱式電阻爐對(duì)鮞狀赤鐵礦進(jìn)行低溫?zé)崽幚?,從磨礦細(xì)度,平均粒度,孔隙率以及磨礦能耗幾個(gè)方面,考察了低溫?zé)崽幚韺?duì)鮞狀赤鐵礦的助磨效果。研究結(jié)果表明,礦石在400℃的溫度下熱處理90min,水淬冷卻,孔隙率由3.6901%提高到4.0816%,磨礦產(chǎn)品-0.038mm含量由50.25%增大到60.88%;平均粒徑由68.72μm減小為36.57μm;達(dá)到相同的磨礦細(xì)度,經(jīng)熱處理后的礦石所需要的磨礦時(shí)間更短。由此可知,低溫?zé)崽幚砀纳屏缩b狀赤鐵礦的細(xì)磨效果,一定程度上降低了磨礦的能耗,對(duì)礦石的細(xì)磨起到了一定的輔助作用。
關(guān)鍵詞:鮞狀赤鐵礦;低溫;熱處理;磨礦細(xì)度;孔隙率
宣龍式鮞狀赤鐵礦是重要的復(fù)雜難選鐵礦類型之一,主要分布于河北宣化、龍關(guān)一帶,總儲(chǔ)量高達(dá)1.41億t[1]。鮞狀赤鐵礦結(jié)構(gòu)復(fù)雜,礦物嵌布粒度細(xì),主要脈石礦物為石英、綠泥石以及少量含磷礦物,三種主要礦物呈相互包裹的環(huán)狀結(jié)構(gòu)[2-3],造成有用礦物單體解離困難,磨礦和分選成本高。研究表明,鮞狀赤鐵礦在細(xì)磨至38μm左右時(shí),礦石單體解離度可達(dá)80%左右[4]。為降低鮞狀赤鐵礦的磨礦能耗,提高磨礦單體解離度,國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了大量的研究,并取得了一定的成果。這些研究主要為添加助磨劑、高壓脈沖破碎、焙燒氧化法、常溫氧化法以及微波助磨等[5-10],其中微波助磨效果最為理想。付新澤和P.Kumara等[11-13]對(duì)鐵礦進(jìn)行了微波輔助磨礦的實(shí)驗(yàn)研究,發(fā)現(xiàn)微波處理可以提高鐵礦石的磨礦能力,經(jīng)微波處理后礦物的可磨性有所提高,細(xì)粒級(jí)物料明顯增多,礦物的孔隙率升高,鐵礦石的磨礦能力,經(jīng)微波處理后礦物的可磨性有所提高,細(xì)粒級(jí)物料明顯增多,礦物的孔隙率升高,取得了理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,但此方法要應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)仍需克服一些技術(shù)難題。高溫煅燒同樣有利于礦石的細(xì)磨,但熱處理溫過(guò)高,對(duì)設(shè)備要求苛刻,同樣會(huì)造成大量能耗,增加經(jīng)濟(jì)成本。本文在較低溫度下對(duì)鮞狀赤鐵礦進(jìn)行了預(yù)熱處理,研究了低溫?zé)崽幚韺?duì)礦石磨礦性能的影響,旨在探索一種有效的輔助細(xì)粒嵌布復(fù)雜鐵礦石細(xì)磨的方法,進(jìn)一步提高礦物的單體解離度。
1工藝礦物學(xué)研究
1.1礦物成分分析
試樣為取自河北宣化的鮞狀赤鐵礦,取代表性礦樣進(jìn)行主要化學(xué)成分分析結(jié)果見(jiàn)表1。
由表1可知,原礦全鐵品位為34.88%,主要脈石礦物為石英。此外,鐵物相分析表明有用鐵礦物主要是赤褐鐵,占有率91.17%。
1.2礦物嵌布特征
由鏡下觀察可知,赤鐵礦嵌布粒度很細(xì),呈條帶狀結(jié)構(gòu)與脈石礦物夾雜共生,兩者層層包裹呈同心環(huán)狀結(jié)構(gòu),見(jiàn)圖1。研究結(jié)果表明,該礦石嵌布粒度細(xì)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜,為使礦物單體解離需要對(duì)其進(jìn)行細(xì)磨。
表1 礦石的主要化學(xué)成分分析/%
圖1礦物的嵌布特征圖
1.3原礦單體解離度分析
采用Axioskop 40 A pol(德國(guó)蔡司偏反兩用光學(xué)顯微鏡)對(duì)挑選出的代表性礦石光薄片進(jìn)行系統(tǒng)的觀測(cè)。對(duì)原礦進(jìn)行礦物工藝粒度分析,結(jié)果見(jiàn)圖2。
由圖2可知,赤鐵礦粒度分布曲線屬于細(xì)粒不均勻分布曲線,這種分布的礦物以細(xì)粒為主,而且隨著磨礦細(xì)度的減小礦物的單體解離度呈升高趨勢(shì),當(dāng)細(xì)磨至38μm時(shí)赤鐵礦的單體解離度為80%左右。
2試驗(yàn)內(nèi)容及方法
采用SRJX4-13型箱式電阻爐對(duì)鮞狀赤鐵礦進(jìn)行低溫?zé)崽幚?;磨礦設(shè)備為XMB160mm×200mm型智能棒磨機(jī),試驗(yàn)工藝流程見(jiàn)圖3。在參考相關(guān)資料的基礎(chǔ)之上,確定熱處理溫度、熱處理時(shí)間和冷卻方式為主要影響因素,進(jìn)行了條件試驗(yàn)研究。工藝礦物學(xué)研究表明,赤鐵礦的單體解離度隨磨礦細(xì)度的減小而增大,當(dāng)?shù)V石被細(xì)磨至38μm左右時(shí),礦石單體解離度可達(dá)80%左右。因此,以磨礦細(xì)度來(lái)表征磨礦的效果,對(duì)熱處理前后的物料進(jìn)行細(xì)磨篩分,考察了熱處理前后三個(gè)不同粒級(jí)含量的變化,同時(shí)對(duì)熱處理前后物料的孔隙率和磨礦能耗進(jìn)行了對(duì)比分析,研究低溫?zé)崽幚韺?duì)鮞狀赤鐵礦的助磨效果。
圖2原礦赤鐵礦和石英粒度分布曲線
圖3溫?zé)崽幚眭b狀赤鐵礦工藝流程圖
3試驗(yàn)結(jié)果及討論
3.1熱處理時(shí)間對(duì)磨礦細(xì)度的影響
熱處理時(shí)間是影響礦石磨礦性能的重要因素之一,時(shí)間越長(zhǎng),礦物內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化越顯著。將溫度控制在500℃,采用水淬方式冷卻,通過(guò)改變礦石的熱處理時(shí)間,在相同磨礦條件下,考察了熱處理時(shí)間對(duì)磨礦細(xì)度的影響,結(jié)果見(jiàn)圖4。
由圖4可知,隨著熱處理時(shí)間的增加三個(gè)粒級(jí)的含量呈上升趨勢(shì),當(dāng)時(shí)間達(dá)到90min時(shí),-0.038mm含量可由50.25%增大到61.91%,繼續(xù)增加熱處時(shí)間,變化緩慢。原礦中-0.105mm和-0.074mm兩個(gè)粒級(jí)的含量已經(jīng)高達(dá)88%以上,故熱處理對(duì)該部分礦物的影響不明顯,因此確定熱處理的最佳時(shí)間為90min。
3.2熱處理溫度對(duì)磨礦細(xì)度的影響
熱處理溫度同樣是影響礦石磨礦性能的重要因素,在熱處理時(shí)間為90min,采用水淬方式冷卻的條件下,在相同磨礦條件下,考察了熱處理溫度對(duì)磨礦細(xì)度的影響,結(jié)果見(jiàn)圖5。
圖4熱處理時(shí)間對(duì)磨礦細(xì)度影響
圖5熱處理溫度對(duì)磨礦細(xì)度的影響
由圖5可知,隨著熱處理溫度的升高三個(gè)粒級(jí)的含量均呈上升趨勢(shì),當(dāng)溫度達(dá)到400℃時(shí),-0.038mm含量可由50.25%增大到60.88%,繼續(xù)升高熱處理溫度,含量升高緩慢。熱處理時(shí)間對(duì)-0.105mm和-0.074mm兩個(gè)粒級(jí)的含量的影響仍然不明顯,因此確定熱處理的最佳溫度為400℃。
3.3熱處理冷卻方式對(duì)磨礦細(xì)度的影響
熱處理后的冷卻方式可以影響鮞狀赤鐵礦的磨礦性能[14-15],為此考察了冷卻方式對(duì)助磨效果的影響,在400℃的溫度下處理90min,對(duì)熱處理后的礦石采用兩種不同的冷卻方式進(jìn)行處理,所得磨礦產(chǎn)品的細(xì)度見(jiàn)表2。
由表2可知,不同冷卻方式的磨礦產(chǎn)品中-0.105mm和-0.074mm的含量無(wú)明顯變化,僅-0.038mm的含量發(fā)生了變化,水淬冷卻礦細(xì)粒級(jí)含量比自然冷卻礦細(xì)粒級(jí)含量高出2.86%,故采用水淬方式對(duì)熱處理后礦石進(jìn)行冷卻的效果相對(duì)較好。
同時(shí)采用沉降天平分別對(duì)原礦、水淬冷卻和自然冷卻所得礦物的平均粒徑進(jìn)行測(cè)定,測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表3。
由表3可知,經(jīng)過(guò)熱處理水淬冷卻后礦物顆粒的平均粒徑由未處理的68.72μm減小為36.57μm,而水淬冷卻礦和自然冷卻礦的平均粒徑分別為36.57μm和34.43μm,兩者相差不大。
綜合上述試驗(yàn)可知,宣龍式鮞狀赤鐵礦經(jīng)400℃低溫?zé)崽幚?0min后,采用水淬方式冷卻,礦石的磨礦性能得到一定程度的改善,磨礦產(chǎn)品中細(xì)粒級(jí)礦物,尤其是-0.038mm礦物的含量增加,平均粒徑減小,故低溫?zé)崽幚韺?duì)鮞狀赤鐵礦的細(xì)磨起到了一定的輔助作用。
3.4礦物孔隙率及磨礦產(chǎn)品粒度分布
礦物的視密度依據(jù)冶標(biāo)YB-373-75測(cè)定,礦物的真密度采用比重瓶法測(cè)定[12],礦石的孔隙率計(jì)算見(jiàn)下式。
ε=(1-ρc/ρo)×100%
三種產(chǎn)品的視密度和真密度的測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表4。
表2 不同冷卻方式對(duì)產(chǎn)品細(xì)度的影響
表3 熱處理前后產(chǎn)品粒度組成
表4 視密度和真密度的測(cè)定結(jié)果/(g/cm3)
由孔隙率的計(jì)算可得,原礦、自然冷卻和水淬冷卻得到的礦石的孔隙率分別為3.6901%、3.9570%和4.0816%,三者孔隙率變化見(jiàn)圖6。
由圖6可知,試驗(yàn)測(cè)得經(jīng)低溫?zé)崽幚硭憷鋮s后,礦石的孔隙率可由未處理前的3.6901%增大到4.0816%,升高率為10.61%,說(shuō)明經(jīng)過(guò)低溫?zé)崽幚砗蟮V石內(nèi)部孔隙增多,強(qiáng)度有所降低,有利于細(xì)磨行為的進(jìn)行。
采用沉降天平對(duì)原礦和低溫?zé)崽幚砗蟮牡V石進(jìn)行了粒度分析,得到了各自的頻度分布圖,見(jiàn)圖7。
圖6熱處理前后礦石孔隙率的變化
圖7熱處理前后磨礦產(chǎn)品頻度分布圖
由圖7可知,低溫?zé)崽幚硎沟玫V樣磨細(xì)后的產(chǎn)品粒度分布發(fā)生了變化。未經(jīng)過(guò)低溫?zé)崽幚淼牡V樣,其粒度分布曲線的峰值較高,曲線的斜率也較大,礦樣的粒度分布范圍較窄;經(jīng)過(guò)低溫?zé)崽幚砗?,粒度分布曲線的峰值降低了,粒度分布范圍也變寬了,而且曲線整體向左移動(dòng),說(shuō)明礦樣的粒度分布更加均勻,且礦樣細(xì)粒級(jí)物料含量增大。而且水淬冷卻所得礦石要比自然冷卻所得礦石粒度分布更加均勻,但細(xì)粒級(jí)物料含量差別不大。
4熱處理對(duì)礦石可磨度的影響
以熱處理前的礦石作為標(biāo)準(zhǔn)礦石與熱處理后的礦石進(jìn)行磨礦對(duì)比試驗(yàn),采用XMB160mm×200mm型智能棒磨機(jī)進(jìn)行磨礦。磨礦時(shí)間為3min、5min、 8min、10min和15min,然后測(cè)定磨礦產(chǎn)品的-0.038mm的含量,結(jié)果見(jiàn)圖8。
圖8可磨度對(duì)比曲線圖
由圖8可看出,在磨礦時(shí)間相同時(shí),熱處理后的礦石的磨礦產(chǎn)品中-38μm的含量更高,產(chǎn)品細(xì)度更?。贿_(dá)到相同磨礦細(xì)度時(shí),經(jīng)熱處理后的礦石所需要的磨礦時(shí)間更短,故低溫?zé)崽幚硪欢ǔ潭壬辖档土四サV的能耗。
5結(jié)論
研究表明,低溫?zé)崽幚砜梢愿纳契b狀赤鐵礦礦石的磨礦性能,對(duì)礦石細(xì)磨起到了一定的輔助作用。礦石熱處理溫度較低,利用選廠及周邊工廠的工業(yè)余熱即可實(shí)現(xiàn)預(yù)熱處理,達(dá)到對(duì)現(xiàn)有能源的充分利用,綜合試驗(yàn)結(jié)果得到以下結(jié)論。
1)鮞狀赤鐵礦礦石經(jīng)400℃熱處理90min,水淬冷卻后磨礦性能得到改善,磨礦產(chǎn)品中細(xì)粒級(jí)物料含量增加,在相同的磨礦條件下,-0.038mm含量由50.25%增大到60.88%。
2)礦石經(jīng)低溫?zé)崽幚砗螅捎盟惴绞嚼鋮s效果相對(duì)自然冷卻的效果略好,但兩者差別不顯著。磨礦產(chǎn)品的平均粒度由熱處理前的68.72μm降低為36.57μm,而且熱處理后的磨礦產(chǎn)品粒度分布更加均勻。
3)礦石經(jīng)熱處理后孔隙率由3.6901%增大到4.0816%,升高率為10.61%,礦物內(nèi)部孔隙增多,強(qiáng)度有所降低,有利于磨礦行為的進(jìn)行。
4)試驗(yàn)表明,達(dá)到相同的磨礦細(xì)度,經(jīng)熱處理后的礦石所需要的磨礦時(shí)間更短,故低溫預(yù)熱處理有助于降低礦石細(xì)磨的能耗,提高磨機(jī)的生產(chǎn)能力。
參考文獻(xiàn)
[1]王守敬,卞孝東,張艷嬌,等.宣龍式鮞狀赤鐵礦石工藝礦物學(xué)研究[J].金屬礦山,2013(10):76-79.
[2]唐雪峰.難處理赤鐵礦選礦技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].現(xiàn)代礦業(yè),2014(3):14-19.
[3]劉萬(wàn)峰,王立剛,孫志健,等.難選含磷鮞狀赤鐵礦浮選工藝研究[J].礦冶,2010(1):13-18.
[4]牛福生,張晉霞,白麗梅,等.微細(xì)粒鐵礦物絮凝分選技術(shù)研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向[J].金屬礦山,2014(12):85-89.
[5]D.A.Jones,S.W.Kingman,D.N.Whittles,et al.Understanding microwave assisted breakage[J].Minerals Engineering,June 2005,18(7):659-669.
[6]A.Y,Ali,S.M.Bradshaw.Quantifying damage around grain boundaries in microwave treated ores[J].Chemical Engineering and Processing,2009,48:1566-1573.
[7]李茂林,汪彬,朱曄,等.助磨劑對(duì)鄂西高磷鮞狀赤鐵礦磨礦的影響[J].武漢科技大學(xué)學(xué)報(bào),2011(2):93-95.
[8]岳鐵兵,王燕,牛蘭良,等.微波助磨作用淺析[C]//第九屆全國(guó)粉體工程學(xué)術(shù)會(huì)暨相關(guān)設(shè)備、產(chǎn)品交流會(huì)論文專輯,2003.
[9]羅立群,閆昊天.含鐵礦物的微波熱處理技術(shù)現(xiàn)狀[J].中國(guó)礦業(yè),2012,21(8):104-109.
[10]崔禮生,韓躍新.難選冶金礦石預(yù)處理現(xiàn)狀[J].金屬礦山,2005(7):6-9.
[11]付潤(rùn)澤,朱紅波,彭金輝,等.采用微波助磨技術(shù)處理惠民鐵礦的研究[J].礦產(chǎn)綜合利用,2012(2):24-27.
[12]付潤(rùn)澤.微波輔助磨細(xì)惠民鐵礦實(shí)驗(yàn)研究[D].昆明:昆明理工大學(xué),2011.
[13]P.Kumar,B.K.Sahoo,S.De,D.D.Kar,et al.Iron ore grindability improvement by microwave pre-treatment[J].Journal of Industrial and Engineering Chemistry,September 2010,16(5):805-812.
[14]張漢泉,付金濤,路漫漫,等.冷卻方式對(duì)焙燒鮞狀赤鐵礦磨礦性能影響[J].武漢工程大學(xué)學(xué)報(bào),2014(11):12-16.
[15]陳鵬飛,王海川,廖直友,等.微波處理助磨鐵礦石實(shí)驗(yàn)研究[J].現(xiàn)代冶金,2014(2):9-12.
Study on aid grinding effects of low temperature preheat treatment on oolitic hematite
NIU Fu-sheng1,2,ZHANG Xiao-liang1,ZHANG Jin-xia1,2,LI Zhuo-lin1,ZOU Xuan1
(1.College of Mining Engineering,North China University of Science and Technology,Tangshan 063009,China;2.Key Laboratory of Mineral Development and Security Technology of Hebei Province,Tangshan 063009,China)
Abstract:Oolitic hematite is processed by a SRJX4-13 box-type resistance furnace at lower temperature.Investigate the aid grinding effects of low temperature preheat treatment on oolitic hematite from several aspects,such as content of fine particles,the average particle size,porosity rate and grinding energy.The experimental results showed that porosity rate increased from 3.6901% to 4.0816%;-0.038mm content of grinding ore increased from 50.25% to 60.88%;the average particle size of grinding ore is reduced from 68.72μm to 36.57μm when the oolitic hematite was treated 90 min at 400℃.The time was shorter to achieve the same fineness,if the ore was treated in low temperature.Therefore,low temperature preheat treatment can improve the grinding performance of oolitic hematite and play a supporting role in fine grinding of oolitic hematite ore.
Key words:oolitic hematite;low temperature;preheat treatment;grinding fineness;porosity rate
收稿日期:2015-07-17
基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助(編號(hào):51474087);河北省百名優(yōu)秀創(chuàng)新人才支持計(jì)劃項(xiàng)目資助(編號(hào):BR2-214)
作者簡(jiǎn)介:牛福生(1974-),男,教授,博士,主要從事復(fù)雜難選礦選礦理論與工藝研究。
中圖分類號(hào):TD951
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
文章編號(hào):1004-4051(2016)05-0102-04