遼寧某菱褐鐵礦磁化焙燒-磁選試驗(yàn)研究

王 東，毛擁軍，陳澤宗，陳滬飛

（長(zhǎng)沙礦冶研究院有限責(zé)任公司，長(zhǎng)沙 410006）

鐵礦石是鋼鐵工業(yè)的重要原料，然而我國(guó)高品位鐵礦石資源短缺，供不應(yīng)求，國(guó)內(nèi)鋼鐵行業(yè)所需的鐵礦石絕大部分依賴(lài)進(jìn)口，且這種狀況將持續(xù)較長(zhǎng)一段時(shí)間[1-2]。有關(guān)資料顯示，預(yù)計(jì)2018年我國(guó)鐵礦石進(jìn)口量將達(dá)到9.69億t，對(duì)外依存度達(dá)到72.05%[3]。我國(guó)儲(chǔ)存著非常豐富的菱、褐鐵礦資源，但是其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，鐵品位較低，采用常規(guī)機(jī)械物理選礦方法很難得到品位較高的鐵精礦[4-5]。菱、褐鐵礦在還原氣氛下磁化焙燒可將弱磁性鐵礦物轉(zhuǎn)變?yōu)榇盆F礦，再經(jīng)磁選選別可實(shí)現(xiàn)磁鐵礦礦物與脈石礦物的有效分離[6]。為緩解我國(guó)鐵礦石資源緊缺的形勢(shì)，高效利用我國(guó)低品位鐵礦，人們必須加強(qiáng)對(duì)我國(guó)復(fù)雜難選鐵礦石的開(kāi)發(fā)利用[7]。

遼寧省野豬溝地區(qū)擁有豐富的低品位鐵礦，是該省重要的鐵礦資源蘊(yùn)藏區(qū)域，但其礦相成分復(fù)雜，利用率比較低[8-9]。許多學(xué)者對(duì)其礦石礦物學(xué)性能及開(kāi)發(fā)利用技術(shù)進(jìn)行了研究。呂振福等針對(duì)遼寧野豬溝鐵礦石進(jìn)行了詳細(xì)的工藝礦物學(xué)研究，研究表明，該礦石為鐵氧化礦石，鐵礦物主要以赤鐵礦、褐鐵礦形式存在，錳礦物主要是氧化錳，脈石礦物主要有石英、長(zhǎng)石等[10]。陸歡歡等對(duì)野豬溝鮞狀赤鐵礦的焙燒-磁化工藝進(jìn)行了詳細(xì)研究，研究表明，焙燒溫度為750℃，焙燒時(shí)間為30 min，還原煤:礦為1:5，磨礦細(xì)度-0.074 mm含量為85%時(shí)為最佳工藝條件，可獲得精礦品位為49.09%、精礦回收率為87.53%的焙燒樣[11]。

為綜合開(kāi)發(fā)利用該地區(qū)菱褐鐵礦資源，本文對(duì)該地區(qū)礦石進(jìn)行了較全面的磁化焙燒-磁選試驗(yàn)，具體研究了焙燒溫度、焙燒時(shí)間、還原煤用量以及礦石粒度組成對(duì)其磁化焙燒-磁選效果的影響，并采用三段磨礦-磁選工藝對(duì)焙燒礦進(jìn)行了礦石回收利用研究。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原料

1.1.1 化學(xué)分析

本研究采用的原料是由遼寧某礦業(yè)公司提供的菱褐鐵礦，礦石總體呈紅褐色，礦石的主要化學(xué)成分如表1所示。

表1 礦石化學(xué)成分

由表1可知，礦石主要成分是鐵的氧化物Fe2O3、SiO2、Al2O3等，其中Fe2O3含量占到43.99%，礦石中可回收的總鐵含量為31.47%，TFe/FeO為34.97%， 堿 性 系 數(shù)（CaO+MgO）/（SiO2+Al2O3）=0.04，該礦石屬酸性氧化鐵礦石，礦石中磷、硫等含量很低，不會(huì)對(duì)礦石質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。

1.1.2 X射線衍射分析

采用X射線衍射法對(duì)原料礦石進(jìn)行物相分析，XRD衍射圖譜如圖1所示，礦石中主要礦物含量如表2所示。

圖1 原料綜合礦樣X(jué)RD圖

表2 礦石中主要礦物含量

結(jié)合圖1和表2可知，礦石的礦物組成較為簡(jiǎn)單，鐵礦物主要為褐鐵礦及赤鐵礦，含量占50%；脈石礦物主要為石英，其次有白云母、絹云母、綠泥石及高嶺石的黏土礦物；此外，有少量氧化錳礦物。

1.2 試驗(yàn)方法

工藝礦物學(xué)研究表明，該地區(qū)菱褐鐵礦中鐵礦物大都以赤鐵礦、褐鐵礦形式存在，且以褐鐵礦為主。其中，赤、褐鐵礦中的鐵占該礦物總鐵中的比例為96.09%，可將其還原為磁鐵礦進(jìn)行磁選回收。取一定質(zhì)量的礦石，并配入一定比例的煤，將混合料放入電阻爐中進(jìn)行一定溫度、時(shí)間下的磁化焙燒試驗(yàn)。焙燒結(jié)束后，將部分焙燒礦水冷并磨細(xì)，在磁選管中對(duì)焙燒樣進(jìn)行磁選回收鐵精礦，考察焙燒溫度、保溫時(shí)間、還原煤用量和礦石粒度組成對(duì)焙燒樣鐵精礦品位、鐵回收率等的影響；由于鐵礦物嵌布粒度很細(xì)，要想獲得高品位的鐵精礦，必須采用超細(xì)磨磁選法，所以另一部分焙燒礦經(jīng)磨礦后，采用三段磨礦-磁選工藝對(duì)其進(jìn)行礦石回收利用研究。

2 結(jié)果與討論

2.1 焙燒溫度及時(shí)間對(duì)焙燒樣磁選結(jié)果的影響

根據(jù)還原焙燒試驗(yàn)一般規(guī)律，焙燒溫度與時(shí)間之間有著互補(bǔ)關(guān)系，溫度高時(shí)，焙燒時(shí)間可縮短，溫度低時(shí)需延長(zhǎng)焙燒時(shí)間，進(jìn)行焙燒溫度從700℃變化到800℃的系列焙燒時(shí)間試驗(yàn)。試驗(yàn)焙燒給礦粒度-3 mm，給煤粒度-2 mm，礦樣600 g，配煤10%。焙燒礦磨礦細(xì)度至-0.045 mm占67.28%，采用磁選管場(chǎng)強(qiáng)H=1 600高斯條件下對(duì)焙燒礦進(jìn)行磁選分析。焙燒溫度分別為700℃、750℃、800℃條件下與不同焙燒時(shí)間的磁選管試驗(yàn)結(jié)果依次如表3、表4和表5所示。

由表3可知，在焙燒溫度為700℃條件下，隨著焙燒時(shí)間的延長(zhǎng)，焙燒樣品中，鐵精礦的品位先增大后減小，鐵精礦回收率也呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)，當(dāng)焙燒時(shí)間為60 min時(shí)，可取得較好的焙燒效果，磁選獲得的鐵精礦品位和鐵精礦回收率分別為52.62%、64.05%。

由表4可知，在焙燒溫度為750℃條件下，隨著焙燒時(shí)間的延長(zhǎng)，焙燒樣品中，鐵精礦的品位逐漸增大，鐵精礦回收率呈現(xiàn)先增大后減小趨勢(shì)，當(dāng)焙燒時(shí)間為40 min時(shí)，可取得較好的焙燒效果，磁選獲得的鐵精礦品位和鐵精礦回收率分別為53.32%、63.71%。

表3 礦石焙燒溫度為700℃焙燒-磁選試驗(yàn)結(jié)果

表4 礦石焙燒溫度為750℃焙燒-磁選試驗(yàn)結(jié)果

表5 礦石焙燒溫度為800℃焙燒-磁選試驗(yàn)結(jié)果

由表5可知，在焙燒溫度為800℃條件下，隨著焙燒時(shí)間的延長(zhǎng)，焙燒樣品中，鐵精礦的品位逐漸增大，鐵精礦回收率呈現(xiàn)逐漸減小趨勢(shì)，當(dāng)焙燒時(shí)間為20 min時(shí)，可取得較好的焙燒效果，磁選獲得的鐵精礦品位和鐵精礦回收率分別為52.79%、65.45%。

在磁化焙燒溫度為700～800℃，焙燒時(shí)間為20～60 min條件下，綜合考慮焙燒溫度、焙燒時(shí)間、磁選獲得的鐵精礦品位及鐵精礦回收率，本研究選取最佳焙燒溫度及時(shí)間為750℃/40 min。

2.2 還原煤用量對(duì)焙燒樣磁選回收的影響

本著降低還原煤用量但不能影響焙燒礦質(zhì)量的原則，進(jìn)行了焙燒溫度為750℃，焙燒時(shí)間為40 min條件下，不同還原煤用量對(duì)焙燒-磁選鐵精礦品位、鐵精礦回收率等的影響研究。焙燒后礦磨礦細(xì)度至-0.075 mm占75%進(jìn)行磁選分析，試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著還原煤用量的增加，鐵精礦品位逐漸增加，鐵精礦的回收率逐漸降低。綜合考慮精礦品位、回收率以及節(jié)約能源等因素，本研究確定還原煤最佳用量為6%，此條件下，焙燒樣品鐵精礦品位和鐵精礦回收率分別為53.42%、67.93%。

2.3 礦石粒度對(duì)焙燒樣磁選回收的影響

為動(dòng)態(tài)磁化焙燒及焙燒工業(yè)化探索條件，試驗(yàn)進(jìn)行了不同粒度（-12～0 mm、-3～0 mm）礦石的焙燒試驗(yàn)，焙燒后磨礦細(xì)度至-0.075 mm占75%進(jìn)行磁選分析，試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。

表6 不同還原煤用量焙燒-磁選試驗(yàn)結(jié)果

表7 不同礦石粒度焙燒-磁選試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，-12 mm原礦按-3 mm原礦最佳焙燒條件（750℃/40 min）進(jìn)行焙燒后，有部分大顆粒有“夾心”現(xiàn)象，即沒(méi)有燒透。要使-12 mm原礦的大顆粒也燒透，需要延長(zhǎng)焙燒時(shí)間，試驗(yàn)延長(zhǎng)10 min，大顆粒也完全燒透。試驗(yàn)結(jié)果表明，-12 mm原礦的最佳焙燒條件為750℃/40 min，此條件下得到的最佳試驗(yàn)結(jié)果為：精礦品位為53%左右，回收率為71%左右。

2.4 焙燒礦三段磁選試驗(yàn)對(duì)礦石回收利用影響

礦石經(jīng)磁化焙燒后，要想得到更高品位的鐵精礦，需將磁化焙燒礦先磨至-500目99%的超細(xì)磨，再在磁選管場(chǎng)強(qiáng)H=4 000 Gs條件下進(jìn)行磁選。因?yàn)榇呕簾V全部采用超細(xì)磨將會(huì)導(dǎo)致磨礦量大，磨礦成本增加，所以本研究采用了三段磨礦-磁選流程：第一段先將焙燒礦磨至-200目75%進(jìn)行磁選；將第一段得到的鐵精礦進(jìn)一步磨細(xì)至-400目約97%時(shí)進(jìn)行第二段磁選；將第二段得到的磁選精礦進(jìn)一步磨細(xì)，分別磨至-500目97%和-500目99%進(jìn)行第三段磁選。全試驗(yàn)流程結(jié)果如表8所示。

表8 焙燒樣三段全流程磁選結(jié)果

由表8可以看出，在全流程磁選試驗(yàn)中，隨著磁選鐵精礦粒度變小，磁選獲得的鐵精礦產(chǎn)品越高，鐵精礦回收率降低，當(dāng)?shù)诙蔚玫降拇胚x精礦磨細(xì)至-500目99%時(shí)，磁選獲得鐵精礦品位56.27%、鐵精礦回收率71.63%的產(chǎn)品。

3 結(jié)論

本研究采用煤作為還原劑，對(duì)遼寧某菱褐鐵礦石進(jìn)行了磁化焙燒-磁選研究，分析了焙燒樣磁選后的鐵精礦品位及鐵精礦回收率等，并對(duì)焙燒溫度、焙燒時(shí)間、還原煤用量和礦石粒度組成對(duì)焙燒樣品的磁選效果進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，磁化焙燒溫度為750℃、時(shí)間為40 min、還原煤用量為6%、綜合礦樣粒度為-12～0 mm時(shí)，磁化焙燒-磁選后的鐵精礦品位和回收率均達(dá)到最佳值，分別為52.73%、71.35%；采用三段磨礦磁選流程處理磁化焙燒樣后，得到鐵精礦品位為56.27%、鐵精礦回收率為71.63%的產(chǎn)品。磁化焙燒對(duì)礦石的磁選是有利的，但是要使磁選效果更好，獲得品位更高的精礦，人們需先將焙燒礦進(jìn)行超細(xì)磨再進(jìn)行磁選。