云南某褐鐵礦直接還原—弱磁選試驗(yàn)

王傳龍 楊慧芬 蔣蓓萍 張金龍 陸琳斐

(1.北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083；2.金屬礦山高效開采與安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083)

云南某褐鐵礦直接還原—弱磁選試驗(yàn)

王傳龍1,2楊慧芬1,2蔣蓓萍1,2張金龍1,2陸琳斐1,2

(1.北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083；2.金屬礦山高效開采與安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083)

為確定云南某低品位難選褐鐵礦的開發(fā)利用方案，對(duì)有代表性礦樣進(jìn)行了直接還原—弱磁選試驗(yàn)。結(jié)果表明：在試樣、褐煤、CaO質(zhì)量比為100∶20∶15，焙燒溫度為1 150 ℃，焙燒時(shí)間為50 min，一段磨礦細(xì)度為-0.045 mm占86.66%，一段弱磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度為199.04 kA/m，二段磨礦細(xì)度為-0.045 mm占99.73%，二段弱磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度為111.46 kA/m條件下，可獲得鐵品位為93.17%、鐵回收率為88.43%的金屬鐵粉。對(duì)試驗(yàn)確定條件下焙燒產(chǎn)物的XRD和SEM分析表明，鐵礦物被直接還原成了顆粒飽滿、形狀規(guī)則的單質(zhì)鐵，粒徑大多在50 μm左右，與脈石的界面清晰，為磨礦過程中較好地實(shí)現(xiàn)鐵顆粒與脈石礦物的解離創(chuàng)造了條件。對(duì)最終金屬鐵粉的主要化學(xué)成分分析表明，該金屬鐵粉雜質(zhì)含量低，滿足煉鋼質(zhì)量要求。

低品位難選褐鐵礦 直接還原 弱磁選 金屬鐵

我國(guó)鐵礦石資源較貧乏，尤其是高品質(zhì)、易選鐵礦石資源更是如此。根據(jù)近年相關(guān)部門發(fā)布的消息，我國(guó)鐵礦石對(duì)外依存度達(dá)到50%以上[1]，這已成為我國(guó)鋼鐵工業(yè)發(fā)展的重大隱患。因此，加大國(guó)內(nèi)鐵礦石資源的開發(fā)力度對(duì)保障行業(yè)發(fā)展安全具有重要意義。從國(guó)內(nèi)鐵礦石資源的開發(fā)狀況看，當(dāng)務(wù)之急是提升我國(guó)難選礦選礦技術(shù),實(shí)現(xiàn)難選礦的規(guī)?；_發(fā)。

我國(guó)擁有多達(dá)10余億t的低品位難選褐鐵礦石資源待開發(fā)，其開發(fā)利用難點(diǎn)主要體現(xiàn)在磨礦過程中易泥化，鐵礦物比磁化系數(shù)低、難與共生的脈石分離等方面[2-3]。因此，開展低品位難選褐鐵礦的高效選礦技術(shù)研究，對(duì)提高國(guó)內(nèi)鐵礦石資源利用率、促進(jìn)鋼鐵企業(yè)穩(wěn)定發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)意義。

褐鐵礦中富含結(jié)晶水，理論鐵品位較低，采用物理選礦方法很難獲得鐵品位達(dá)60%的鐵精礦。褐鐵礦的還原焙燒一方面可通過較大的燒損實(shí)現(xiàn)焙燒產(chǎn)物鐵品位的顯著提高；另一方面，弱磁性鐵礦物的還原可生成強(qiáng)磁性鐵礦物，有利于改善分選指標(biāo)[4]。國(guó)內(nèi)外開展褐鐵礦直接還原—弱磁選工藝研究多年，成果相當(dāng)豐碩[5-12]。

為確定云南某難選褐鐵礦石的開發(fā)利用方案，對(duì)有代表性礦樣進(jìn)行了直接還原—弱磁選試驗(yàn)研究。

1 試驗(yàn)原料與試驗(yàn)方法

1.1 試樣原料

1.1.1 試 樣

試驗(yàn)用礦樣取自云南某地，主要鐵礦物褐鐵礦呈微細(xì)粒嵌布，絕大多數(shù)與脈石共生，且共生關(guān)系密切，部分呈細(xì)針狀、纖細(xì)狀或集合體存在，磁鐵礦含量極低；脈石礦物主要為石英和其他黏土類礦物。試樣直接磨礦，泥化現(xiàn)象嚴(yán)重，分選效果較差。試樣主要化學(xué)成分分析結(jié)果見表1，鐵物相分析結(jié)果見表2。

表1 試樣主要化學(xué)成分分析結(jié)果

Table 1 Main chemical composition of the sample %

表2 試樣鐵物相分析結(jié)果

Table 2 Iron phase analysis of the sample %

由表1、表2可見，試樣中有回收價(jià)值的元素為鐵，主要以褐鐵礦形式存在，占總鐵量的97.21%。

1.1.2 還原劑

試驗(yàn)用還原劑為廣西天脊褐煤，其工業(yè)分析結(jié)果見表3。

表3 褐煤工業(yè)分析結(jié)果

Table 3 Industry index analysis of lignite %

1.1.3 助熔劑

試驗(yàn)用助熔劑CaO為分析純，白色粉末狀。

1.2 試驗(yàn)方法

將碎至2～0 mm的試樣與粒度為2～0 mm的褐煤粉及助熔劑按一定比例(均為與試樣的質(zhì)量比)混勻，加入帶蓋石墨坩堝中，待CD-1 400X型馬弗爐內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)定溫度后將裝有反應(yīng)物的坩堝放入爐內(nèi)反應(yīng)一定時(shí)間，焙燒產(chǎn)物經(jīng)水淬冷卻后烘干，用RK/BR三輥四筒智能棒磨機(jī)磨礦、CXG-90A型磁選管弱磁選，對(duì)焙燒產(chǎn)物進(jìn)行顯微結(jié)構(gòu)觀察和XRD分析，對(duì)金屬鐵粉進(jìn)行主要化學(xué)成分分析。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 焙燒條件試驗(yàn)

2.1.1 焙燒溫度試驗(yàn)

焙燒溫度試驗(yàn)的褐煤添加量為30%，CaO添加量為25%，焙燒時(shí)間為40 min，磨礦時(shí)間為15 min，弱磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度為199.04 kA/m，試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

圖1 焙燒溫度對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響Fig.1 Effects of roasting temperature on experiment index■—品位；▲—回收率

由圖1可以看出，焙燒溫度升高，金屬鐵粉鐵品位先上升后下降、鐵回收率上升。綜合考慮，確定焙燒溫度為1 150 ℃。

2.1.2 褐煤用量試驗(yàn)

褐煤用量試驗(yàn)的CaO添加量為25%，焙燒溫度為1 150 ℃，焙燒時(shí)間為40 min，磨礦時(shí)間為15 min，弱磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度為199.04 kA/m，試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 褐煤用量對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響Fig.2 Effects of lignite dosage on experiment index■—品位；▲—回收率

由圖2可以看出，褐煤用量增加，金屬鐵粉鐵品位下降、鐵回收率先上升后下降。綜合考慮，確定褐煤與試樣的質(zhì)量比為20%。

2.1.3 CaO用量試驗(yàn)

CaO用量試驗(yàn)的褐煤添加量為20%，焙燒溫度為1 150 ℃，焙燒時(shí)間為40 min，磨礦時(shí)間為15 min，弱磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度為199.04 kA/m，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 CaO用量對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響Fig.3 Effects of CaO dosage on experiment index■—品位；▲—回收率

由圖3可以看出，CaO用量增加，金屬鐵粉鐵品位下降、鐵回收率上升。綜合考慮，確定CaO與試樣的質(zhì)量比為15%。

2.1.4 焙燒時(shí)間試驗(yàn)

焙燒時(shí)間試驗(yàn)的褐煤添加量為20%，CaO添加量為15%，焙燒溫度為1 150 ℃，磨礦時(shí)間為15 min，弱磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度為199.04 kA/m，試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

圖4 焙燒時(shí)間對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響Fig.4 Effects of length of roasting time on experiment index■—品位；▲—回收率

由圖4可以看出，焙燒時(shí)間延長(zhǎng)，金屬鐵粉鐵品位和鐵回收率均先上升后下降。因此，確定焙燒時(shí)間為50 min。

2.2 焙燒產(chǎn)物磨礦細(xì)度試驗(yàn)

大量的生產(chǎn)實(shí)踐表明，對(duì)品位較低的鐵礦石，在條件許可的情況下采用階段磨選工藝有利于節(jié)能減排、降本增效。因此，對(duì)褐煤添加量為20%，CaO添加量為15%，焙燒溫度為1 150 ℃，焙燒時(shí)間為50 min條件下的直接還原產(chǎn)物進(jìn)行了2階段磨選試驗(yàn)。

2.2.1 一段磨礦細(xì)度試驗(yàn)

焙燒產(chǎn)物一段磨礦細(xì)度試驗(yàn)的一段弱磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度為199.04 kA/m，金屬鐵粉1指標(biāo)見圖5。

圖5 一段磨礦時(shí)間對(duì)金屬鐵粉1指標(biāo)的影響Fig.5 Effects of length of first stage grinding time on metallic powder 1■—品位；▲—回收率

由圖5可以看出，延長(zhǎng)磨礦時(shí)間，金屬鐵粉1鐵品位呈先快后慢的上升趨勢(shì)，鐵回收率先明顯上升后微幅下降。從能拋早拋的角度考慮，確定一段磨礦時(shí)間為20 min，對(duì)應(yīng)的磨礦細(xì)度為-0.045 mm占86.66%。

2.2.2 二段磨礦細(xì)度試驗(yàn)

二段磨礦細(xì)度試驗(yàn)以金屬鐵粉1為給礦，二段弱磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度為111.46 kA/m，金屬鐵粉2指標(biāo)見圖6。

圖6 二段磨礦時(shí)間對(duì)金屬鐵粉2指標(biāo)的影響Fig.6 Effects of length of second stage grinding time on metallic powder 2■—品位；▲—回收率

由圖6可以看出，延長(zhǎng)二段磨礦時(shí)間，金屬鐵粉2鐵品位先上升后下降，鐵回收率下降。綜合考慮，確定二段磨礦時(shí)間為20 min，對(duì)應(yīng)的磨礦細(xì)度為-0.045 mm占99.73%，對(duì)應(yīng)的金屬鐵粉2鐵品位為93.17%、鐵回收率為88.43%。

2.3 產(chǎn)品分析

褐煤、CaO添加量分別為20%、15%，焙燒溫度為1 150 ℃，焙燒時(shí)間為50 min情況下焙燒產(chǎn)物的XRD和SEM分析結(jié)果分別見圖7、圖8，金屬鐵粉2主要化學(xué)成分分析結(jié)果見表4。

圖7 焙燒產(chǎn)物的XRD圖譜Fig.7 XRD pattern of roasted products◆—單質(zhì)鐵；□—石英

由圖7可以看出，焙燒產(chǎn)物中主要以單質(zhì)鐵和石英為主，表明經(jīng)直接還原焙燒，試樣中的褐鐵礦等鐵礦物被還原成了單質(zhì)鐵。

圖8中白色橢圓形金屬鐵顆粒粒徑大多在50 μm左右，與脈石之間的界面較清晰，因而有利于磨礦過程中實(shí)現(xiàn)鐵顆粒與脈石的解離，為獲得較理想的分選指標(biāo)創(chuàng)造了條件。

圖8 焙燒產(chǎn)物的SEM照片F(xiàn)ig.8 SEM photograph of roasted product表4 金屬鐵粉2主要化學(xué)成分分析結(jié)果Table 4 Main chemical composition analysis

of metallic powder 2 %

比較表4與表1可以看出，試樣經(jīng)過直接還原—弱磁選，其中的鐵得以顯著富集，雜質(zhì)含量顯著下降，鐵品位從36.57%提高到93.17%，SiO2、P、S等含量均較低，滿足煉鋼原料指標(biāo)要求。

3 結(jié) 論

(1)采用直接還原—弱磁選工藝處理云南某低品位難選褐鐵礦石，在褐煤、CaO添加量分別為20%、15%，焙燒溫度為1 150 ℃，焙燒時(shí)間為50 min，一段磨礦時(shí)間為20 min(-0.045 mm占86.66%)，一段弱磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度為199.04 kA/m，二段磨礦時(shí)間為20 min(-0.045 mm占99.73%)，二段弱磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度為111.46 kA/m情況下，可獲得鐵品位為93.17%、鐵回收率為88.43%的金屬鐵粉，該金屬鐵粉中有害雜質(zhì)元素P、S含量較低，滿足煉鋼要求。

(2)在最佳焙燒條件下，試樣中的鐵礦物被直接還原成顆粒飽滿、形狀規(guī)則的單質(zhì)鐵，粒徑大多在50 μm左右，與脈石的界面較清晰，這為磨礦過程中較好地實(shí)現(xiàn)鐵顆粒與脈石礦物的解離創(chuàng)造了條件。

(3)直接還原—弱磁選工藝是處理該低品位難選褐鐵礦石的高效工藝。

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(責(zé)任編輯 羅主平)

Experiments on Direct Reduction-Low Intensity Magnetic Separation of a Limonite in Yunnan Province

Wang Chuanlong1,2Yang Huifen1,2Jiang Beiping1,2Zhang Jinlong1,2Lu Linfei1,2

(1.SchoolofCivilandEnvironmentalEngineering，UniversityofScienceandTechnologyBeijing，Beijing100083，China；2.KeyLaboratoryofHigh-EfficientMiningandSafetyofMetalMines，MinistryofEducation，Beijing100083，China)

On the development and utilization of a low-grade refractory limonite in Yunnan province，direct reduction-low intensity magnetic separation experiments were carried out.The results showed that under the ore，coal，CaO mass ratie of 100∶20∶15，at the roasting temperature of 1 150 ℃ for 50 min，and primary grinding for 86.66% passing 0.045 mm，intensity for one-stage magnetic separation of 199.04 kA/m，two stage of grinding 99.73% passing 0.045 mm，intensity of second-stage magnetic separation at 111.46 kA/m，metallic iron powder with iron grade of 93.17% and recovery of 88.43% was obtained.X-ray diffraction and SEM analysis on the roasted products indicated that iron minerals were reduced into granular and regular elementary iron at 50 μm in diameter，and was easily to distinguish from gangues，thus providing possibilities to liberate from the gangue minerals.Chemical components analysis shows that the final iron products can satisfy the requirement for steel industry for low contents of impurities.

Low-grade refractory limonite，Direct reduction，Low intensity magnetic separation，Metallic iron

2014-02-24

王傳龍 (1988—)，男，博士研究生。通訊作者 楊慧芬(1964—)，女，教授，博士。

TD925.7

A

1001-1250(2014)-05-074-04