磁化焙燒選別細(xì)粒難選赤鐵礦尾礦試驗(yàn)研究*

楊曉峰, 董振海，胡 健

(1.鞍鋼集團(tuán)北京研究院有限公司，北京 102200；2.鞍鋼集團(tuán)關(guān)寶山礦業(yè)有限公司，遼寧 鞍山 104044)

0 引言

最大限度回收利用鐵尾礦中的有價(jià)成分，可實(shí)現(xiàn)降低尾礦品位、減少金屬流失、提高經(jīng)濟(jì)效益的目的[1-3]。近年來國(guó)內(nèi)相關(guān)研究單位圍繞難選礦和赤鐵礦尾礦等進(jìn)行了大量的研究工作，其中磁化焙燒工藝為最有效的技術(shù)[4-6]。本文對(duì)細(xì)粒難選赤鐵礦尾礦分別采用“預(yù)富集—磁化焙燒—磁選工藝”和“預(yù)富集—磁化焙燒—磁浮工藝”選別后，獲得了鐵品位高于63%的精礦，為我國(guó)細(xì)粒難選赤鐵礦尾礦的高效利用提供了新途徑[7-8]。

1 礦石性質(zhì)

1.1 物相及多元素分析結(jié)果

試驗(yàn)礦樣物相分析結(jié)果見表1。由表1可知，試驗(yàn)礦樣中主要的鐵礦物為赤(褐)鐵礦，鐵分布率為70.17%；其次為磁性鐵，鐵分布率為13.58%；碳酸鐵中的鐵分布率為13.52%；硅酸鐵和硫化鐵中的鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，鐵分布率分別為1.97%和0.76%。故試驗(yàn)礦樣中主要回收對(duì)象為赤(褐)鐵礦、磁鐵礦。

表1 鐵化學(xué)物相分析 單位：%

1.2 主要礦物浸染粒度

該尾礦中赤鐵礦和磁鐵礦的單體解離度均較低，連生體主要為赤鐵礦與脈石礦物、磁鐵礦與脈石礦物及赤鐵礦、磁鐵礦與脈石礦物三者結(jié)合形成的連生體，其中大部分為貧連生體。磁鐵礦的貧連生體較多，赤鐵礦與褐鐵礦結(jié)合形成的連生體也較多，磁鐵礦直接與褐鐵礦結(jié)合形成的連生體較為少見。對(duì)試驗(yàn)礦樣中的赤鐵礦、磁鐵礦進(jìn)行粒度測(cè)定，結(jié)果見表2。

表2 主要礦物粒度統(tǒng)計(jì)結(jié)果 單位：%

由表2可知，赤鐵礦均勻分布在-0.074 mm粒級(jí)中。其中，-0.037 mm粒級(jí)中的分布率高達(dá)73.27%，-0.010 mm粒級(jí)中的分布率為16.67%。由此可見，赤鐵礦的粒度十分細(xì)小，微粒赤鐵礦含量較高。磁鐵礦顆粒也分布在-0.074 mm粒級(jí)中，在-0.037 mm粒級(jí)中的分布率高達(dá)69.56%，其中在-0.010 mm粒級(jí)中的分布率為14.49%，可見磁鐵礦粒度更細(xì)。

2 選別試驗(yàn)

2.1 預(yù)富集工藝試驗(yàn)

2.1.1 預(yù)富集工藝試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)試驗(yàn)礦樣采用“一段粗選、掃選立環(huán)磁選預(yù)先拋尾—磨礦—弱磁選—強(qiáng)磁再選”工藝進(jìn)行預(yù)富集試驗(yàn)，具體流程是：試驗(yàn)礦樣給入一段粗選立環(huán)磁選機(jī)，粗選尾礦給入一段掃選立環(huán)磁選機(jī)拋棄尾礦，一段粗選立環(huán)磁選機(jī)精礦與一段掃選立環(huán)磁選機(jī)精礦合并為一混精給入球磨機(jī)與分級(jí)機(jī)組成的閉路磨礦系統(tǒng)，磨礦產(chǎn)品給入二段筒式磁選機(jī)，二段筒式磁選機(jī)尾礦給入二段立環(huán)磁選機(jī)拋棄尾礦，二段筒式磁選機(jī)精礦與二段立環(huán)磁選機(jī)精礦合并為二混精，二混精為預(yù)富集精礦，一段掃選立環(huán)磁選機(jī)尾礦和二段立環(huán)磁選機(jī)尾礦構(gòu)成預(yù)富集尾礦。在給礦TFe品位為15.68%的條件下，預(yù)富集試驗(yàn)獲得的選別指標(biāo)為：預(yù)富集精礦TFe品位33.19%、精礦產(chǎn)率28.56%、尾礦品位8.68%、金屬回收率60.45%。

2.1.2 預(yù)富集精礦性質(zhì)分析

對(duì)預(yù)富集精礦進(jìn)行鐵物相分析，結(jié)果見表3。

表3 預(yù)富集精礦鐵物相分析結(jié)果 單位：%

由表3可知，預(yù)富集精礦中主要的鐵礦物為赤鐵礦，鐵分布率為66.98%；其次為碳酸鐵，鐵分布率為17.28%；磁性鐵中鐵的分布率為13.99%；硅酸鐵和硫化鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，鐵分布率分別為0.98%和0.77%。

2.2 預(yù)富集精礦磁化焙燒試驗(yàn)

試驗(yàn)過程中考查了焙燒溫度、CO用量、N2用量、總氣量及給礦量對(duì)懸浮焙燒的影響。為綜合考查懸浮焙燒條件試驗(yàn)的效果，除采用懸浮焙燒產(chǎn)品磁選精礦鐵品位和回收率衡量外，同時(shí)采用強(qiáng)磁性礦物轉(zhuǎn)化率來表征。

焙燒前產(chǎn)物中全鐵和硅酸鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)通過化學(xué)方法測(cè)得。礦石中強(qiáng)磁性鐵礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)通過磁選管磁選方法確定。

2.2.1 焙燒溫度對(duì)懸浮焙燒的影響

焙燒溫度是影響物料還原效果的重要因素，決定了物料中鐵物相的轉(zhuǎn)化程度。在給礦量為111.70 kg/h、CO用量為3 m3/h、N2用量為2 m3/h的條件下考查了焙燒溫度對(duì)懸浮焙燒擴(kuò)大試驗(yàn)的影響，結(jié)果如圖1所示。

圖1 焙燒溫度對(duì)懸浮焙燒效果的影響

由圖1a可知：在470～560 ℃的懸浮焙燒溫度范圍內(nèi)，焙燒溫度對(duì)精礦品位的影響較小，精礦TFe品位維持在61%左右；隨著焙燒溫度的升高，鐵回收率則呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)；當(dāng)焙燒溫度由450 ℃升至550 ℃時(shí)，鐵回收率由68.70%逐漸增大到82.14%；焙燒溫度繼續(xù)升高至560 ℃，精礦回收率反而逐漸降低至79.32%。由圖1b可知：隨著焙燒溫度的升高，強(qiáng)磁性礦物轉(zhuǎn)化率也逐漸提高；當(dāng)焙燒溫度為550 ℃時(shí)，強(qiáng)磁性礦物轉(zhuǎn)化率達(dá)87.24%。綜合考慮，確定適宜的焙燒溫度為550 ℃。

2.2.2 CO用量對(duì)懸浮焙燒的影響

在給礦量為111.70 kg/h、焙燒溫度為550 ℃及N2用量為2 m3/h的條件下進(jìn)行CO用量擴(kuò)大連續(xù)試驗(yàn)，考查CO用量對(duì)懸浮焙燒效果的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 CO用量對(duì)懸浮焙燒效果的影響

由圖2a可知：隨著CO用量的增加，精礦鐵回收率呈現(xiàn)持續(xù)升高的趨勢(shì)，TFe品位變化不大，基本維持在61%左右；當(dāng)CO用量由2.5 m3/h增至3.5 m3/h時(shí)，精礦鐵回收率由78.67%升至80.69%；繼續(xù)增加CO用量至4.5 m3/h時(shí)，鐵回收率升至83.23%。由圖2b可知：當(dāng)CO用量由2.5 m3/h增至3.5 m3/h時(shí)，物料的強(qiáng)磁性礦物轉(zhuǎn)化率幾乎保持不變；當(dāng)CO用量增至4.0 m3/h時(shí)，強(qiáng)磁性礦物轉(zhuǎn)化率由85.91%迅速提高至88.56%。綜合考慮，確定適宜的CO用量為4.0 m3/h。

2.2.3 N2用量對(duì)懸浮焙燒的影響

在給礦量為111.70 kg/h、焙燒溫度為550 ℃及CO用量為4 m3/h的條件下進(jìn)行N2用量擴(kuò)大連續(xù)試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)考查N2用量對(duì)懸浮焙燒效果的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。由圖3a可知，隨著N2用量的增加，精礦TFe品位和鐵回收率總體上均呈先下降后趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)，TFe品位最終維持在61%左右，鐵回收率維持在80%左右。這主要是由于N2用量的增加一方面使CO濃度降低，從而使還原速度下降；另一方面縮短了反應(yīng)時(shí)間，進(jìn)而影響了精礦回收率。因此，適宜的N2用量應(yīng)≤2.0 m3/h。由圖3b可知，當(dāng)N2用量在1～2 m3/h時(shí)，強(qiáng)磁性礦物轉(zhuǎn)化率幾乎保持不變，維持在87%左右；進(jìn)一步增大N2用量時(shí)，強(qiáng)磁性礦物轉(zhuǎn)化率則迅速降低。綜合考慮，確定適宜的N2用量為2.0 m3/h。

圖3 N2用量對(duì)懸浮焙燒效果的影響

2.2.4 給礦量對(duì)懸浮焙燒的影響

在焙燒溫度為550 ℃、CO用量為4 m3/h及N2用量為2 m3/h的條件下進(jìn)行給礦量擴(kuò)大連續(xù)試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)考查給礦量對(duì)懸浮焙燒效果的影響。試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 給礦量對(duì)懸浮焙燒效果的影響

由圖4a可知，隨著給礦量的增加，精礦TFe品位和鐵回收率總體上呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。這主要是由于在CO用量一定的情況下，在給礦量較少時(shí)，物料在還原腔停留時(shí)間較長(zhǎng)，物料中的鐵礦物能夠充分還原轉(zhuǎn)變?yōu)榇盆F礦；當(dāng)給礦量過多時(shí)，物料在還原腔停留時(shí)間變短，物料中的鐵礦物得不到充分還原。因此，磁選精礦TFe品位和鐵回收率均有一定程度的下降。由圖4b可知，隨著給礦量的增加，物料的強(qiáng)磁性礦物轉(zhuǎn)化率總體上呈逐漸降低的趨勢(shì)，這與上述分析結(jié)果吻合。從工業(yè)生產(chǎn)角度考慮，給礦量少雖然能夠得到較好的分選指標(biāo)，但會(huì)影響現(xiàn)場(chǎng)的處理能力和生產(chǎn)效率。綜合考慮，確定適宜的給礦量為111.70 kg/h。

2.2.5 磁化焙燒產(chǎn)品礦石性質(zhì)分析

根據(jù)焙燒條件試驗(yàn)結(jié)果，確定在焙燒溫度為550 ℃、CO用量為4.0 m3/h、N2用量為2.0 m3/h、給礦量為111.70 kg/h的條件下對(duì)預(yù)富集精礦進(jìn)行焙燒試驗(yàn)，對(duì)獲得的焙燒產(chǎn)品進(jìn)行物相分析，結(jié)果見表4。

表4 焙燒產(chǎn)品鐵物相分析結(jié)果 單位：%

由表4可知：焙燒產(chǎn)品中鐵主要以磁性鐵的形式存在，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為29.12%，鐵分布率為88.16%；其次以赤鐵礦和碳酸鐵的形式存在，鐵分布率分別為5.05%和5.21%；硫化鐵和硅酸鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，分別為0.20%和0.32%，鐵分布率分別為0.61%和0.97%。

與焙燒前的預(yù)富集精礦對(duì)比可見，赤(褐)鐵礦中鐵分布率由66.98%轉(zhuǎn)變?yōu)?.05%，磁性鐵分布率由13.99%增至88.16%。經(jīng)計(jì)算鐵礦石磁化焙燒過程中強(qiáng)磁性礦物轉(zhuǎn)化率為87.23%，表明懸浮焙燒過程弱磁性鐵礦物向強(qiáng)磁性鐵礦物轉(zhuǎn)化良好。

2.3 焙燒產(chǎn)品再磨精選結(jié)果

對(duì)焙燒產(chǎn)品分別采用磁拋尾—細(xì)磨—磁選工藝和磁拋尾—細(xì)磨—磁浮聯(lián)合工藝進(jìn)行選別，結(jié)果見表5。

表5 焙燒產(chǎn)品不同選別工藝條件和指標(biāo)對(duì)比 單位：%

由表5可知：采用單一磁選方法，在磨礦細(xì)度達(dá)到-0.025 mm質(zhì)量分?jǐn)?shù)占97%時(shí)，能獲得63.04%的精礦品位，雖然該工藝流程簡(jiǎn)單，但要達(dá)到-0.025 mm質(zhì)量分?jǐn)?shù)占97%的磨礦細(xì)度，磨礦成本極高；采用磁浮聯(lián)合工藝，在磨礦細(xì)度為-0.025 mm質(zhì)量分?jǐn)?shù)占80%時(shí)，可獲得品位為65.10%的精礦，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于采用單一磁選工藝獲得的精礦品位，但其尾礦品位較高，回收率偏低。單一磁選工藝與磁浮聯(lián)合工藝相比，雖然焙燒產(chǎn)品精礦產(chǎn)率、金屬回收率等選別指標(biāo)均較好，但其精礦品位低，特別是其磨礦細(xì)度為-0.025 mm質(zhì)量分?jǐn)?shù)占97%的要求將使磨礦成本大幅度增加。

3 結(jié)論

a.采用“預(yù)富集—磁化焙燒—磁浮聯(lián)合”新技術(shù)處理試驗(yàn)礦樣，在給礦總鐵品位為15.68%的條件下，預(yù)富集試驗(yàn)得到了精礦TFe品位33.19%、回收率60.45%的技術(shù)指標(biāo)。

b.預(yù)富集精礦在焙燒溫度為550 ℃、CO用量為4.0 m3/h、N2用量為2.0 m3/h、給礦量為111.70 kg/h的條件下進(jìn)行焙燒試驗(yàn)，與焙燒前的預(yù)富集精礦相對(duì)比，磁性鐵分布率由13.99%增至88.16%，鐵礦石磁化焙燒過程中強(qiáng)磁性礦物轉(zhuǎn)化率為87.23%，表明焙燒過程弱磁性鐵礦物向強(qiáng)磁性鐵礦物轉(zhuǎn)化良好。

c.獲得的焙燒產(chǎn)品經(jīng)單一磁選工藝選別，在磨礦細(xì)度達(dá)到-0.025 mm質(zhì)量分?jǐn)?shù)占97%時(shí)，可獲得TFe品位63.04%、作業(yè)回收率80.04%、總鐵回收率48.40%的技術(shù)指標(biāo)；經(jīng)磁浮聯(lián)合分選，在磨礦細(xì)度為-0.025 mm質(zhì)量分?jǐn)?shù)占80%時(shí)，獲得了精礦TFe品位65.10%、作業(yè)回收率72.16%、總鐵回收率43.62%的技術(shù)指標(biāo)。為我國(guó)細(xì)粒難選赤鐵礦尾礦的高效利用提供了新途徑，獲得了較好的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境及社會(huì)效益。