張 茹 李艷軍 劉 杰 聶成梅 張?jiān)?shū)

(1.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng)110819;2.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)綜合利用研究所，四川 成都610041)

我國(guó)鮞狀赤鐵礦儲(chǔ)量豐富，僅鄂西高磷鮞赤鐵礦石已探明儲(chǔ)量20 億t，占我國(guó)赤鐵礦石總儲(chǔ)量的30%［1-3］。由于鮞狀赤鐵礦石鐵礦物嵌布粒度微細(xì)，且與其共生礦物形成層層包裹的結(jié)構(gòu)，采用傳統(tǒng)的選礦方法較難取得良好的選別指標(biāo)。對(duì)于傳統(tǒng)方法難以有效分選的低品位鐵礦石，國(guó)內(nèi)外常采用磁化焙燒方法處理，但傳統(tǒng)磁化焙燒技術(shù)存在還原反應(yīng)不均勻、成本高等缺點(diǎn)［4-6］。懸浮焙燒是將原料細(xì)磨后在懸浮狀態(tài)下與還原氣體接觸并發(fā)生反應(yīng)，具有還原焙燒時(shí)間短、效率高、處理能力大、成本低等優(yōu)點(diǎn)［7-10］。本研究針對(duì)東鞍山某鮞狀赤鐵礦石進(jìn)行懸浮焙燒—磁選試驗(yàn)，以期為該礦石的開(kāi)發(fā)利用提供依據(jù)。

1 原礦性質(zhì)

試驗(yàn)礦樣為東鞍山某鮞狀赤鐵礦石，對(duì)其進(jìn)行化學(xué)多元素分析，結(jié)果如表1 所示。

表1 原礦化學(xué)多元素分析結(jié)果Table 1 Chemical composition analysis results of run-of-mine ore %

從表1 可以看出:原礦主要有用元素為鐵，含量為44.53%;雜質(zhì)成分主要為SiO2、Al2O3、CaO，有害元素磷含量較高，屬高磷鮞狀赤鐵礦石。

2 試驗(yàn)方法

在實(shí)驗(yàn)室間歇式懸浮焙燒爐中進(jìn)行懸浮焙燒試驗(yàn)，首先對(duì)懸浮焙燒爐進(jìn)行預(yù)熱，當(dāng)爐內(nèi)溫度升至預(yù)定值時(shí)，向爐中通入預(yù)熱后的N2以排空反應(yīng)爐內(nèi)空氣，然后通入總氣體流量為8 m3/h 的N2和H2的混合氣體，將細(xì)磨后原礦從給礦管給入焙燒爐進(jìn)行磁化焙燒，反應(yīng)完成后將氣體切換為N2，焙燒物料在N2氣氛中冷卻至室溫。將焙燒產(chǎn)品磨細(xì)至－0.074 mm占95%，在磁場(chǎng)強(qiáng)度為85.1 kA/m 的條件下經(jīng)磁選管1 次磁選得鐵精礦。試驗(yàn)流程見(jiàn)圖1。

圖1 試驗(yàn)流程Fig.1 Separation process

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 給礦細(xì)度試驗(yàn)

在焙燒溫度為700 ℃、H2濃度為40%(指H2占N2和H2混合氣體的體積分?jǐn)?shù)，下同)、焙燒時(shí)間為15 s 條件下進(jìn)行給礦細(xì)度試驗(yàn)，結(jié)果如圖2 所示。

圖2 給礦細(xì)度對(duì)精礦指標(biāo)的影響Fig.2 Iron concentrate index at different grinding fineness of the ore

從圖2 可以看出:隨著給礦細(xì)度的提高，精礦鐵品位逐漸降低，而鐵回收率先升高后緩慢降低。給礦粒度越細(xì)，顆粒比表面積越大，還原反應(yīng)進(jìn)行得越充分;但是粒度過(guò)細(xì)時(shí)會(huì)導(dǎo)致物料在爐內(nèi)停留時(shí)間過(guò)短，反應(yīng)不充分，精礦鐵品位與回收率降低。綜合考慮，確定給礦細(xì)度為－0.074 mm 占75%，此時(shí)獲得的精礦鐵品位和回收率分別為54.14%、45.78%。

3.2 H2 濃度試驗(yàn)

在給礦細(xì)度為－0.074 mm 占75%，懸浮焙燒溫度為700 ℃，焙燒時(shí)間為15 s，H2濃度分別為20%、30%、40%、50%條件下進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果如圖3 所示。

圖3 H2 濃度對(duì)精礦指標(biāo)的影響Fig.3 Iron concentrate index for different concentration of H2

從圖3 可以看出:隨著H2濃度的提高，精礦鐵品位與回收率均先升高后降低。H2濃度較低時(shí)，還原反應(yīng)不充分，精礦鐵品位和回收率較低;H2濃度過(guò)高時(shí)會(huì)發(fā)生過(guò)還原現(xiàn)象，降低精礦指標(biāo)。綜合考慮，確定H2濃度為40%，此時(shí)獲得的精礦鐵品位和回收率分別為54.14%、45.78%。

3.3 懸浮焙燒溫度試驗(yàn)

在給礦細(xì)度為－0.074 mm 占75%，焙燒時(shí)間為15 s，H2濃度為40%，焙燒溫度分別為550、600、650、700 ℃條件下進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果如圖4 所示。

圖4 懸浮焙燒溫度對(duì)精礦指標(biāo)的影響Fig.4 Iron concentrate index at different suspension roasting temperature

從圖4 可以看出:隨著焙燒溫度的升高，精礦鐵品位和回收率均先升高后降低。升高溫度可以提高焙燒反應(yīng)速率，精礦鐵回收率也相應(yīng)提高，但溫度過(guò)高時(shí)，會(huì)生成弱磁性的Fe3O4-FeO，降低精礦鐵回收率［11］。綜合考慮，確定懸浮焙燒溫度為650 ℃，此時(shí)獲得的精礦鐵品位和回收率分別為58.83%、55.54%。

3.4 懸浮焙燒時(shí)間試驗(yàn)

在給礦細(xì)度為－0.074 mm 占75%，焙燒溫度為650 ℃，H2濃度為40%，焙燒時(shí)間分別為15、30、45、60、75 s 條件下進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果如圖5 所示。

圖5 懸浮焙燒時(shí)間對(duì)精礦指標(biāo)的影響Fig.5 Iron concentrate index for various length of suspension roasting time

從圖5 可以看出:隨著焙燒時(shí)間的延長(zhǎng)，精礦鐵品位先降低，焙燒時(shí)間大于30 s 后，鐵品位隨焙燒時(shí)間延長(zhǎng)變化不明顯，鐵回收率逐漸升高。綜合考慮精礦指標(biāo)與生產(chǎn)成本，確定焙燒時(shí)間為75 s，此時(shí)獲得的精礦鐵品位和回收率分別為56.73%、83.96%，磷含量為0.78%。鐵精礦磷含量較高，需進(jìn)一步進(jìn)行降磷試驗(yàn)研究。

4 結(jié) 論

(1)東鞍山某鮞狀赤鐵礦石鐵品位為44.53%、P2O5含量為2.25%，鐵主要以鮞狀集合體形式存在，嵌布粒度微細(xì)，屬高磷鮞狀赤鐵礦石。

(2)對(duì)給礦細(xì)度為－0.074 mm 占75%、總氣流量為8 m3/h、H2濃度為40%、懸浮焙燒溫度為650℃、焙燒時(shí)間為75 s 條件下獲得的焙燒產(chǎn)品磨細(xì)至－0.074 mm占95%，在磁場(chǎng)強(qiáng)度為85.1 kA/m 條件下磁選，獲得了鐵品位為56.73%、回收率為83.96%、磷含量為0.78%的精礦，該精礦磷含量較高，還需進(jìn)一步進(jìn)行降磷試驗(yàn)研究。

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