超微細(xì)貧赤鐵礦直接還原磁選試驗(yàn)研究

我國(guó)具有豐富的鐵礦資源，已探明儲(chǔ)量近500億t，可供開(kāi)發(fā)利用的約260億t，其中96%為貧礦，平均品位為32.6%。隨著鋼鐵工業(yè)的快速發(fā)展，鐵礦資源消耗速度很快，富礦越來(lái)越少，已不能滿足鋼鐵生產(chǎn)的需要，國(guó)內(nèi)多數(shù)大型鋼鐵企業(yè)不得不利用大量外匯高價(jià)購(gòu)買澳大利亞、巴西等國(guó)的進(jìn)口礦進(jìn)行高爐冶煉。自2003年以來(lái)，我國(guó)對(duì)進(jìn)口鐵礦石的依賴程度已達(dá)55%以上，比較分散的中小型鋼鐵企業(yè)則只能使用較低品位的鐵礦。此外，我國(guó)電弧爐煉鋼需要大師的廢鋼原料，來(lái)源緊張，造成不少電爐煉鋼廠處于半停產(chǎn)狀態(tài)。因此，尋找新的鋼鐵原料來(lái)源已經(jīng)迫在眉睫。本研究在前期對(duì)國(guó)內(nèi)某超微細(xì)貧赤鐵礦進(jìn)行磁選、浮選、磁選-浮選等常規(guī)選礦試驗(yàn)都無(wú)法獲得滿意結(jié)果的情況下，采用煤基直接還原-磁選工藝，實(shí)現(xiàn)了鐵的有效富集，為這種鐵礦石的開(kāi)發(fā)利用提供了新的技術(shù)路線。

1、試驗(yàn)原料

1.1、鐵礦石

試驗(yàn)所用鐵礦石為湖南某貧赤鐵礦石。礦石采樣粒度10~50mm，用顎式破碎機(jī)在加對(duì)輥破碎機(jī)至-1mm備用。原礦化學(xué)多元素分析結(jié)果如表1所示。

由表1可見(jiàn)，礦石鐵品位僅為28.83%，SiO2含量高達(dá)45.18%，但P、S等有害雜質(zhì)含量較低，如果能夠通過(guò)選礦富集的話，將是一種優(yōu)質(zhì)的高爐原料。

巖相分析表明：礦石結(jié)構(gòu)較致密，但很脆，并不堅(jiān)實(shí)。礦石中主要是赤鐵礦和石英這兩種礦物，赤鐵礦含量為26.35%，石英含量為61.27%，其次還有少量的三氧化二鋁、氧化鎂、氧化鈣等。鐵礦物主要以赤鐵礦形式存在，并以微細(xì)粒（3~5μm）嵌布在脈石中，分布比較均勻。赤鐵礦中含有少量的脈石和雜質(zhì)，且以浸染狀與脈石礦物混雜交生，局部可過(guò)渡為稠密浸染狀。石英顆粒大小不一，大多為10~30μm。因此，該礦石具有鐵質(zhì)板巖的特征，將極難分選，預(yù)計(jì)即便將礦石磨至全部小于10μm，絕大部分赤鐵礦仍將與石英呈連生體產(chǎn)出，這就決定了采用傳統(tǒng)的選礦工藝無(wú)法實(shí)現(xiàn)赤鐵礦和石英的有效分離。

1.2、還原劑

試驗(yàn)所用還原劑為新疆奇臺(tái)煤，破碎至-1mm備用。煤樣的工業(yè)分析結(jié)果及灰份化學(xué)分析結(jié)果分別示于表2和表3。

由表2和表3可以看出，試驗(yàn)用煤灰份少，固定碳和揮發(fā)份含量高，有害元素S含量及結(jié)焦指數(shù)低，是良好的還原劑。該煤灰渣的軟熔特性為變形溫度1100℃、軟化溫度1170℃、半球溫度1190℃、流動(dòng)溫度1260℃，符合一般煤基直接還原的要求。

2、試驗(yàn)方法

試驗(yàn)工藝為：原礦加水混勻->壓團(tuán)->干燥->預(yù)熱->直接還原->冷卻->磨礦->磁選。該工藝采用將原礦壓團(tuán)預(yù)熱后再還原的方法，可以明顯提高鐵礦石的還原速度和金屬化率，有利于后續(xù)磁選時(shí)獲得較高的鐵回收率。

團(tuán)塊制備采用φ13mm×50mm的模具將原礦壓制成φ13mm×8mm的圓柱；烘干的團(tuán)塊在900℃下預(yù)熱10min，添加一定量的煤，置于φ65mm×100mm熱不銹鋼還原罐中按預(yù)定還原溫度和時(shí)間進(jìn)行還原后取出，蓋煤冷卻，得到還原團(tuán)塊；將還原團(tuán)塊破碎后用XMQ240×90型錐形球磨機(jī)磨礦，磨礦細(xì)度采用JL-1166型激光粒度分析儀測(cè)定；磁選設(shè)備為XCGS-73型磁選管，直徑50mm，磁場(chǎng)強(qiáng)度可調(diào)。

3、試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1、原礦直接還原試驗(yàn)

3.1.1、還原溫度試驗(yàn)

還原溫度對(duì)還原礦金屬化率的影響如圖1所示?？梢?jiàn)：當(dāng)還原溫度從900℃提高到950℃時(shí)，還原礦金屬化率從80%左右增加到89%左右；還原溫度繼續(xù)上升，還原礦金屬化率反而降低，在溫度達(dá)到1000℃時(shí)下降到81%左右，這主要是因?yàn)樵V中含量高達(dá)45.18%的SiO2在還原性氣氛下極易與還原生產(chǎn)的FeO發(fā)生反應(yīng)，形成低熔點(diǎn)的鐵橄欖石，高溫時(shí)鐵橄欖石會(huì)在還原礦的表面形成大師液相，阻礙還原氣氛向內(nèi)部擴(kuò)散。因此，可以確定最佳的還原溫度為950℃，這個(gè)溫度比通常用高品位鐵礦石直接還原生產(chǎn)海綿鐵的適宜溫度1050℃要低100℃。

3.1.2、還原時(shí)間試驗(yàn)

還原時(shí)間對(duì)還原礦金屬化率的影響如圖2所示?？梢?jiàn)：還原時(shí)間從30min增加到80min，還原礦的金屬化率從78%左右提高到89%左右；但是隨著還原時(shí)間的進(jìn)一步延長(zhǎng)，金屬化率反而下降，這可能是由于隨著還原時(shí)間的增加，煤被不斷消耗，還原罐內(nèi)的還原性氣氛降低，而氧化性氣氛增強(qiáng)，從而使已還原的礦石再氧化。因此，確定還原時(shí)間為80min。

3.1.3、煤/礦質(zhì)量比試驗(yàn)

煤/礦質(zhì)量比對(duì)還原礦金屬化率的影響如圖3所示?？梢?jiàn)：當(dāng)煤/礦質(zhì)量比由1:1增加到2.5:1時(shí)，還原礦的金屬化率由77.75%提高到93.72%；煤/礦質(zhì)量比進(jìn)一步增加，還原礦金屬化率的變化趨于平緩。因此，煤/礦質(zhì)量比定為2.5:1。

由于實(shí)驗(yàn)室還原罐為非封閉體系，需要遠(yuǎn)大于理論量的還原劑才能保證還原罐內(nèi)有足夠的還原氣氛，，試驗(yàn)煤/礦質(zhì)量比工業(yè)生產(chǎn)高得多（工業(yè)生產(chǎn)僅為0.5左右）。

3.2、還原礦磨礦-磁選試驗(yàn)

上述試驗(yàn)得到的最佳直接還原工藝參數(shù)為煤/礦質(zhì)量比2.5:1、還原時(shí)間80min，還原溫度950℃。按此條件制備出的還原礦全鐵品位為31.87%、金屬鐵含量為29.90%、金屬化率為93.82%。對(duì)該還原礦進(jìn)行了磨礦-磁選試驗(yàn)。

3.2.1、磨礦細(xì)度試驗(yàn)

將還原礦按不同磨礦時(shí)間進(jìn)行磨礦，產(chǎn)品的平均粒徑見(jiàn)表4。

對(duì)不同磨礦時(shí)間下的磨礦產(chǎn)品分別進(jìn)行1次磁選，精礦鐵品位及回收率的變化如圖4所示?？梢?jiàn)，隨著磨礦時(shí)間的延長(zhǎng)，還原礦的平均粒徑減小，精礦鐵品位從50%左右提高到66%左右，而精礦中鐵的回收率從86%左右降低到70%左右。顯然，磨礦細(xì)度對(duì)精礦品位有很大的影響，欲獲得品位在60%以上的鐵精礦，須將還原礦細(xì)磨到8μm以下，這進(jìn)一步證明試驗(yàn)礦石屬超微細(xì)嵌布。

3.2.2、磁場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)

在不同磁場(chǎng)強(qiáng)度下對(duì)磨礦20min的還原礦進(jìn)行1次磁選，精礦鐵品位及回收率的變化如圖5所示?？梢?jiàn)：磁選精礦的鐵品位隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的提高而下降，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度由199.0kA/m提高到358.2kA/m時(shí)，精礦鐵品位由68%左右降低到65%左右；而磁選精礦的鐵回收率隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的提高先上升后下降，在磁場(chǎng)強(qiáng)度為278.6kA/m時(shí)最高，超過(guò)79%。綜合考慮精礦品位及回收率，磁場(chǎng)強(qiáng)度以278.6kA/m為宜。

3.2.3、還原礦磨礦-磁選流程試驗(yàn)

根據(jù)磨礦細(xì)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)經(jīng)進(jìn)校，進(jìn)行了還原礦的磨礦-磁選流程試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖6。圖6表明，還原礦經(jīng)過(guò)3段磨礦、 3段磁選，獲得了精礦鐵品位為69.54%、鐵回收率為65.58%（對(duì)還原礦）的良好指標(biāo)。

流程試驗(yàn)所得鐵精礦的多元素化學(xué)分析結(jié)果示于表5?？梢?jiàn)：鐵精礦以金屬鐵為主，金屬化率為98.02%，氧化亞鐵含量很低，有害雜質(zhì)含量也很少，可以作為轉(zhuǎn)爐煉鋼的原料。但是，鐵精礦中SiO2含量仍然很高（26.76%），表明鐵的嵌布粒度超細(xì)，難以與石英完全解離，這與巖相分析結(jié)果相吻合。

4、結(jié)論

（1）湖南某赤鐵礦石屬鐵質(zhì)板巖，鐵品位低；礦石中赤鐵礦嵌布粒度極細(xì)，大部分粒度僅3~5μm，且主要以浸染狀與石英緊密共生，難以充分單體解離。

（2）由于礦石中主要鐵礦物赤鐵礦嵌布粒度超 微細(xì)，以常規(guī)選礦方法不能獲得鐵品位高于50%的鐵精礦，因此采用煤基直接還原-磁選工藝，成功實(shí)現(xiàn)了鐵的有效富集。

（3）在還原溫度為950℃、還原時(shí)間為80min、煤/礦質(zhì)量比為2.5:1的條件下，通過(guò)煤基直接還原，得到了全欠缺品位為31.87%、金屬鐵含量為29.90%、金屬化率為93.82%的還原礦；還原礦在最終磨礦產(chǎn)品平均粒度為7μm左右條件下，經(jīng)磁選管3次選別，得到了產(chǎn)率為鐵品位為69.54%、鐵回收率為65.58%（對(duì)還原礦）、金屬化率高達(dá)98.02%的鐵精礦。

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