海南某褐鐵礦石還原焙燒—磁選試驗(yàn)

柳 林 王 威 劉紅召 曹耀華 張 博 王洪亮

（1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所，河南鄭州450006；2.國(guó)家非金屬礦資源綜合利用工程技術(shù)研究中心，河南鄭州450006；3.河南省黃金資源綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南鄭州450006；4.國(guó)土資源部多金屬礦評(píng)價(jià)與綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南鄭州450006）

隨著經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的快速發(fā)展，對(duì)鋼鐵的需求越來越大，鐵礦石的需求量呈日益增長(zhǎng)之勢(shì)［1］。我國(guó)的鐵礦石資源十分豐富，但主要以中低品位礦為主［2-3］，“貧、細(xì)、雜”是我國(guó)鐵礦石的主要特征［4］。

褐鐵礦的晶體化學(xué)式為Fe2O3·nH2O［5］，是氧化條件下極為普遍的次生礦物，大部分呈隱晶質(zhì)針鐵礦形式存在。褐鐵礦含鐵量較低，磨礦易泥化，采用常規(guī)選礦方法難以獲得品位和回收率都較理想的鐵精礦。沈遠(yuǎn)海等［6］以新鋼鐵坑鐵品位38.25%的褐鐵礦樣為對(duì)象，采用原礦壓球—直接還原焙燒—磁選工藝對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)研究，獲得了鐵品位為90.56%、鐵回收率為92.74%、SiO2含量小于2%的鐵精礦。孫永升等［7］以鐵品位為40.13%的某鮞狀赤鐵礦為對(duì)象，煤粉為還原劑進(jìn)行深度還原—磁選試驗(yàn)，獲得了鐵品位超過85%、鐵回收率超過92%的金屬鐵粉。

本研究采用直接還原焙燒—磁選［8］工藝對(duì)海南某褐鐵礦石進(jìn)行鐵回收試驗(yàn)，考察焙燒溫度、還原劑用量、焙燒時(shí)間、焙燒產(chǎn)品磨礦細(xì)度、磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)鐵精礦指標(biāo)的影響。

1 試驗(yàn)原料

（1）試驗(yàn)用褐鐵礦石主要化學(xué)成分分析結(jié)果見表1，主要礦物組成見表2。

由表1可以看出，試樣鐵品位為39.28%，具有較高的開發(fā)利用價(jià)值，硫、磷含量較低。

由表2可以看出，試驗(yàn)用褐鐵礦石的主要組成礦物為褐鐵礦，含量占73.86%；鈦鐵礦含量很少，僅占3.54%；脈石礦物主要為石英，含量占14.94%，同時(shí)還有少量長(zhǎng)石、高嶺石等礦物。

工藝礦物學(xué)研究表明，礦石中褐鐵礦粒度較細(xì)，多呈不規(guī)則狀和鮞狀集合體（圖1），且有包裹細(xì)粒石英的現(xiàn)象（圖2），不易分離，對(duì)選鐵影響極大。

（2）試驗(yàn)用還原劑為山西某地所產(chǎn)焦煤，發(fā)熱量為3.0×107J/kg，全水含量為2.10%，工業(yè)指標(biāo)見表3。

由表3可以看出，試驗(yàn)用焦煤為優(yōu)質(zhì)還原劑。

2 試驗(yàn)方法

對(duì)褐鐵礦進(jìn)行還原焙燒—磁選工藝研究，即利用高溫還原焙燒將褐鐵礦中的Fe2O3直接還原為單質(zhì)鐵，利用單質(zhì)鐵的強(qiáng)磁性，通過磨礦—磁選的方法將其與脈石礦物分離，得到以單質(zhì)鐵為主的還原鐵粉。

將有代表性礦樣碎磨至-0.074 mm占98%后與同樣粒度的焦煤按一定質(zhì)量比混勻，加水?dāng)嚢韬笥脤?duì)輥造球機(jī)造球（?10 mm），球團(tuán)在101-3AB型電熱鼓風(fēng)干燥箱中95℃烘干，在DC-B15/16型智能箱式高溫爐內(nèi)溫度達(dá)到預(yù)設(shè)值后將盛有干球團(tuán)的石墨坩堝放入其中，在一定溫度下焙燒一定時(shí)間后取出，水淬冷卻、95℃烘干，碎磨至一定細(xì)度后用XCG-50型磁選管進(jìn)行弱磁選，試驗(yàn)流程見圖3。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 焙燒工藝條件試驗(yàn)

3.1.1 焙燒溫度影響試驗(yàn)

焙燒溫度影響試驗(yàn)固定焦煤用量為15%（即焦煤與礦樣的質(zhì)量比，下同），焙燒時(shí)間為60 min，焙燒產(chǎn)品磨礦細(xì)度為-0.045 mm占70%，弱磁選的磁場(chǎng)強(qiáng)度為88 kA/m，試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

由圖4可知，隨著焙燒溫度的升高，磁選精礦鐵品位和鐵回收率均呈先快后慢的上升趨勢(shì)。試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，焙燒溫度達(dá)到1 200℃時(shí)，各球團(tuán)接觸處有輕微熔融粘結(jié)現(xiàn)象；焙燒溫度達(dá)到1 250℃時(shí)，熔融粘結(jié)現(xiàn)象明顯嚴(yán)重。因此，確定焙燒溫度為1 200℃。

3.1.2 焦煤用量影響試驗(yàn)

焦煤用量影響試驗(yàn)固定焙燒溫度為1 200℃，焙燒時(shí)間為60 min，焙燒產(chǎn)品磨礦細(xì)度為-0.045 mm占70%，弱磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度為88 kA/m，試驗(yàn)結(jié)果見圖5。

由圖5可知，隨著焦煤加入量的增加，磁選精礦鐵品位先升高后降低，高點(diǎn)在焦煤用量為15%時(shí)，出現(xiàn)拐點(diǎn)的可能原因是雜質(zhì)伴隨焦煤的加入而增多，在一定量范圍內(nèi)，焦煤有利于褐鐵礦中Fe2O3的還原，從而提高精礦鐵品位，但是在還原焙燒過程中形成的還原鐵顆粒會(huì)以中心為核心不斷長(zhǎng)大，在此過程中可能與雜質(zhì)形成相互包裹［9］，導(dǎo)致磁選精礦鐵品位下降［10］。鐵回收率隨焦煤用量的增大呈先快后慢的上升趨勢(shì)。綜合考慮，確定焦煤的用量為15%。

3.1.3 焙燒時(shí)間影響試驗(yàn)

焙燒時(shí)間影響試驗(yàn)固定焙燒溫度為1 200℃，焦煤用量為15%，焙燒產(chǎn)品磨礦細(xì)度為-0.045 mm占70%，弱磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度為88 kA/m，試驗(yàn)結(jié)果見圖6。

由圖6可知，焙燒時(shí)間從20 min延長(zhǎng)至40 min，磁選精礦鐵品位和鐵回收率均微幅上升；繼續(xù)延長(zhǎng)至60 min，磁選精礦鐵品位和鐵回收率均明顯上升；進(jìn)一步延長(zhǎng)焙燒時(shí)間，磁選精礦指標(biāo)幾乎不再變化。綜合考慮，確定焙燒時(shí)間為60 min。

3.2 焙燒產(chǎn)品磨選工藝條件試驗(yàn)

焙燒產(chǎn)品磨選工藝條件試驗(yàn)固定焦煤用量為15%，焙燒溫度為1 200℃，焙燒時(shí)間為60 min。

3.2.1 磨礦細(xì)度影響試驗(yàn)

磨礦細(xì)度試驗(yàn)固定弱磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度為88 kA/m，試驗(yàn)結(jié)果見圖7。

由圖7可知，隨著磨礦細(xì)度的提高，磁選精礦鐵品位先升后降，高點(diǎn)在磨礦細(xì)度為-0.045 mm占66%時(shí)；鐵回收率隨磨礦細(xì)度的提高呈小幅下降趨勢(shì)。綜合考慮，確定焙燒產(chǎn)品磨礦細(xì)度為-0.045 mm占66%。

3.2.2 磁場(chǎng)強(qiáng)度影響試驗(yàn)

磁場(chǎng)強(qiáng)度影響試驗(yàn)固定磨礦細(xì)度為-0.045 mm占66%，試驗(yàn)結(jié)果見圖8。

由圖8可知，磁選精礦鐵品位隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的提高而下降，鐵回收率隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的提高而上升。綜合考慮，確定弱磁選的磁場(chǎng)強(qiáng)度為88 kA/m，對(duì)應(yīng)的精礦鐵品位為92.54%、鐵回收率為74.19%。

3.3 試樣、焙燒熟料和磁選精礦的XRD分析

試樣及確定條件下的焙燒熟料和磁選精礦的XRD分析結(jié)果見圖9。

由圖9可知，經(jīng)過高溫還原焙燒，試驗(yàn)原料中的赤褐鐵礦被充分還原為鐵單質(zhì)；焙燒熟料中的主要脈石礦物石英經(jīng)磨礦—弱磁選工藝，被高效剔除，磁選精礦中僅可見鐵單質(zhì)的衍射峰。

4 結(jié)論

（1）海南某低硫、磷褐鐵礦石鐵品位為39.28%，主要組成礦物褐鐵礦含量占73.86%，主要脈石礦物石英含量占14.94%，鈦鐵礦、長(zhǎng)石、高嶺石等礦物少量。礦石中褐鐵礦粒度較細(xì)，多呈不規(guī)則狀和鮞狀集合體，且有包裹細(xì)粒石英的現(xiàn)象，因而鐵礦物與脈石礦物不易分離。

（2）礦石（-0.074 mm占98%）與焦煤（-0.074 mm占98%）混合造球焙燒的適宜工藝條件為焦煤用量15%，焙燒溫度1 200℃，焙燒時(shí)間60 min；焙燒產(chǎn)品磨礦—弱磁選的工藝條件為磨礦細(xì)度-0.045 mm占66%，磁場(chǎng)強(qiáng)度為88 kA/m，最佳工藝條件下的磁選精礦鐵品位為92.54%、鐵回收率為74.19%。

（3）造球焙燒—磨礦—弱磁選工藝是實(shí)現(xiàn)該資源高效開發(fā)利用的有效工藝。