鞍鋼某鐵尾礦磁化焙燒—磁選試驗研究

張 毅 余 瑩 張五志 高 鵬

（1.東北大學資源與土木工程學院，遼寧 沈陽 110819；2.難采選鐵礦資源高效開發(fā)利用技術(shù)國家地方聯(lián)合工程研究中心，遼寧 沈陽 110819；3.鞍鋼集團礦業(yè)弓長嶺有限公司選礦分公司，遼寧 遼陽 111008）

我國鐵礦資源豐富，探明儲量800多億t［1］，但具有鐵品位低、嵌布粒度細、雜質(zhì)多等特點，90%以上的鐵礦石需要選礦處理，每年產(chǎn)出大量的鐵尾礦。鐵尾礦的堆存不僅是對資源的浪費，還會引發(fā)一系列的環(huán)保問題。因此，加強鐵尾礦資源高效分選技術(shù)研究，對提高礦產(chǎn)資源的綜合利用水平具有重要意義［2-3］。

我國鐵尾礦的突出特點是礦物種類繁多、性質(zhì)復雜、粒度極細、泥化嚴重，單一的物理分選手段并不能有效地解決鐵尾礦資源的利用問題。磁化焙燒技術(shù)結(jié)合選礦及冶金學科特點，將弱磁性礦物轉(zhuǎn)化為強磁性礦物，進而通過弱磁選工藝回收目的礦物，已成為處理難選鐵礦石最典型、最有效的方法之一［4-7］。目前，針對鐵尾礦資源的特點及赤鐵礦轉(zhuǎn)化為磁鐵礦技術(shù)上存在的問題，選礦工作者經(jīng)過不斷的探索和研究，已形成多種難選鐵尾礦選礦新技術(shù)［8-9］。如西安建筑科技大學相關(guān)團隊［10］在水泥行業(yè)懸浮預熱器的基礎(chǔ)上，研發(fā)了難選鐵礦石高固氣比懸浮焙燒新裝備，并利用該裝備對大西溝菱鐵礦尾礦（TFe品位15.1%）進行了半工業(yè)焙燒試驗，在740℃、CO2含量1.0%的焙燒條件下，獲得了鐵品位53.3%、鐵回收率70.5%的磁選精礦；東北大學相關(guān)團隊［11］對鞍鋼東部尾礦進行磁選預富集—懸浮磁化焙燒—磁選半工業(yè)試驗，在給礦TFe品位11.5%的條件下，獲得了鐵品位65.7%、鐵回收率89.9%的磁選鐵精礦，為難選鐵尾礦資源的高效利用提供了示范。

鞍鋼某鐵礦擁有大量的鐵礦物，鐵品位在15%左右。為確定適宜的鐵回收工藝，進行了詳細的工藝條件研究，本文重點介紹了焙燒工藝條件研究情況。

1 試樣性質(zhì)及研究方法

1.1 試樣性質(zhì)

試樣-0.074 mm粒級占75%，對其進行化學成分分析、鐵物相分析、XRD分析，結(jié)果分別見表1、表2及圖1。

由表1及表2可知，試樣TFe品位為14.70%，主要雜質(zhì)SiO2含量為66.17%，有害元素P、S、Na含量較低；鐵主要以赤褐鐵礦的形式存在，分布率為83.87%，磁性鐵分布率為2.13%，以碳酸鐵及硫化鐵形式存在的鐵較少。

由圖1可知，試樣中主要有用礦物為磁鐵礦、赤鐵礦，主要脈石礦物為石英。

1.2 試驗方法

首先將焙燒爐升溫至預定溫度，然后通入N2排凈爐內(nèi)空氣，再將一定濃度比例的N2和CO混合氣體給入爐內(nèi)還原腔體（CO濃度以CO占N2和CO混合氣體的體積分數(shù)表示），之后將待焙燒物料10.0 g給入焙燒管內(nèi)進行磁化焙燒。物料完成焙燒后，停止通入還原氣體CO并關(guān)閉焙燒爐，繼續(xù)通入N2排凈還原氣體，待焙燒物料冷卻至室溫后得到焙燒產(chǎn)品。最后對焙燒產(chǎn)品進行弱磁選試驗，磁場強度為87.12 kA/m，獲得磁選精礦。

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 焙燒溫度試驗

在焙燒時間為5 min、氣體流速為500 mL/min、CO濃度為30%的條件下，考察焙燒溫度對焙燒產(chǎn)品分選指標的影響，結(jié)果見圖2。

由圖2可知，隨著焙燒溫度的升高，磁選精礦TFe品位先升后降，TFe回收率升高；焙燒溫度過低會導致反應速率緩慢；焙燒溫度過高，試樣容易發(fā)生過還原反應，生成弱磁性的FeO，且能耗和生產(chǎn)成本大大增加。綜合考慮，確定后續(xù)試驗的焙燒溫度為580℃。

2.2 焙燒時間試驗

在焙燒溫度為580℃、氣體流速500 mL/min、CO濃度30%的條件下，考察焙燒時間對焙燒產(chǎn)品分選指標的影響，結(jié)果見圖3。

由圖3可知，隨著焙燒時間的增加，磁選精礦TFe品位先快速升高后逐漸降低，TFe回收率先大幅度升高后基本不變。焙燒時間較短，還原不夠充分，部分赤褐鐵礦未能還原成磁鐵礦；焙燒時間過長，大部分赤鐵礦已轉(zhuǎn)化為磁鐵礦，繼續(xù)焙燒會導致過還原，生成弱磁性的FeO。綜合考慮，確定后續(xù)試驗的焙燒時間為5 min。

2.3 CO濃度試驗

在焙燒溫度580℃、焙燒時間5 min、氣體流速500 mL/min的條件下，考察CO濃度對焙燒產(chǎn)品分選指標的影響，結(jié)果見圖4。

由圖4可知，隨著CO濃度的增加，磁選精礦TFe品位降低，TFe回收率緩慢升高；當CO濃度為30%時，TFe回收率達到最大值。這種現(xiàn)象說明，當CO濃度不足30%時，試樣中赤褐鐵礦還未完全反應，選別指標仍有提升空間；CO過剩，一部分新生成的磁鐵礦過還原成FeO，從而降低了物料的磁性，導致選別指標變差。綜合考慮，確定后續(xù)試驗CO濃度為30%。

2.4 氣體流速條件試驗

在焙燒溫度為580℃、焙燒時間為5 min、CO濃度為30%的條件下，考察氣體流速對焙燒產(chǎn)品分選指標的影響，結(jié)果見圖5。

由圖5可知，氣體流速的增加對磁選精礦TFe回收率的影響較小，但品位小幅下降。當氣體流速為500 mL/min時，可獲得TFe品位為62.17%、TFe回收率為84.02%的磁選精礦。因此，后續(xù)試驗確定氣體流速為500 mL/min。

2.5 焙燒產(chǎn)品分析

在焙燒溫度為580℃、焙燒時間為5 min、CO濃度為30%、氣體流速為500 mL/min的條件下，得到的焙燒產(chǎn)品的鐵物相分析結(jié)果見表3，其他參數(shù)不變情況下不同焙燒時間的產(chǎn)物XRD圖譜見圖6。

由表3可知，試樣焙燒產(chǎn)品TFe含量為14.57%，其中，磁性鐵含量和分布率顯著提高，赤褐鐵含量和分布率大幅度降低。與表2對比可知，經(jīng)懸浮磁化焙燒后，大部分赤褐鐵轉(zhuǎn)化為磁性鐵。

由圖6可知，經(jīng)過焙燒，試樣的磁鐵礦和赤鐵礦衍射峰發(fā)生了明顯變化；焙燒時間從1 min增加至5 min，試樣的赤鐵礦衍射峰不斷降低，直至消失，磁鐵礦的衍射峰逐漸增強，說明赤鐵礦中的鐵轉(zhuǎn)化成了磁性鐵；繼續(xù)延長焙燒時間至6 min，又重新出現(xiàn)赤鐵礦的衍射峰，研究結(jié)果進一步佐證了適宜的焙燒時間為5 min。

3 結(jié) 論

（1）鞍鋼某鐵尾礦TFe品位為14.70%，主要雜質(zhì)SiO2含量為66.17%，有害元素P、S、Na的含量較少；鐵尾礦中的鐵主要以赤、褐鐵礦的形式存在，分布率為83.87%，磁性鐵分布率為2.13%；鐵尾礦中主要有用礦物為磁鐵礦、赤鐵礦，主要脈石礦物為石英。

（2）采用磁化焙燒—磁選工藝對試樣開展了試驗研究，確定了適宜的焙燒條件為：焙燒溫度580℃、焙燒時間5 min、CO濃度30%、氣體流速500 mL/min。焙燒產(chǎn)品經(jīng)弱磁選選別，可獲得TFe品位62.17%、TFe回收率84.02%的磁選精礦。

（3）焙燒產(chǎn)品的鐵物相分析結(jié)果表明，磁性鐵含量和分布率顯著提高，赤褐鐵含量和分布率大幅度降低。不同焙燒時間下產(chǎn)品的XRD圖譜進一步說明鐵尾礦中的赤褐鐵向磁性鐵的轉(zhuǎn)化。