贵州清镇赤铁矿磁化焙烧工艺效果的影响因素

摘 要:为了突破贵州清镇赤铁矿硅、钾和铝的含量比较高,且赤铁矿与含铁硅酸盐脉石在比重、比磁化系数等方面差别不大的选矿难点,对贵州清镇赤铁矿采用磁化焙烧-磁选-反浮选工艺。精矿铁品位:58.12%;精矿铁回收率:79.38%。重点探讨了工艺过程中磁化焙烧的影响因素。

关键词:磁化焙烧 赤铁矿 磁选

中图分类号:S93文献标识码:A 文章编号:1007-3973 (2010) 01-47-03

1前言

由于目前我国的年生铁产量已突破2.52亿吨,铁矿资源状况不能满足钢铁生产的要求,每年需要进口大量的铁矿石满足钢铁生产需要,充分利用国内现有铁矿石资源显得尤为重要 。我国铁矿石资源条件差,丰而不富。尽管探明储量有462亿吨,但已被利用和可供选择利用的储量只有256亿吨,且多为贫矿,平均品位仅有31.95%,比世界平均品位低11个百分点,贫矿占储量的94.3%,均需经过选矿富集才能达到炼铁生产对品位的要求。

2矿石的化学组成

表1原矿多元素分析结果

试验采用贵州清镇赤铁矿,分析结果表明,矿石铁品位较高,其中全铁含量为46.64%; 矿样中硅、钾和铝的含量比较高,由于赤铁矿与含铁硅酸盐脉石在比重、比磁化系数等方面差别不大,用重、磁选选别效果不理想,浮选过程中的硅铁分离实际上变成了铁铁分离,可以说,硅酸盐铁矿物含很高的氧化矿石,如:钠闪石、钠辉石、镁铁闪石、阳起石、绿云母等很难分选。

2.1矿物组成和结构构造研究

用Olympus BX51型反光显微镜观察,结果如下:

金属矿物成分:主要金属矿物为赤铁矿、褐铁矿,含量40~45%,其它55~60%为脉石矿物或氧化后形成的粘土质。

样品中的赤铁矿有两种形态:a.结晶较好的粗粒全晶质,呈粒状和纤维状,其中粒状赤铁矿单独分布(图1),粒径0.01~0.05mm之间,纤维状赤铁矿多呈极细的弯曲片状或细脉状分布在脉石矿物中(图2),该类型赤铁矿约占25%左右,且分布不均匀,集合体呈脉状、胶体状展布;b.细粒集合体状赤铁矿结晶程度较差,伴随褐铁矿化或氧化后发生粘土化(图3),部分细粒赤铁矿分布在菱铁矿风化假晶中(图4),粒径小于0.001mm,含量15~20%。

褐铁矿多与细粒赤铁矿关系密切,隐晶质。脉石矿物多为黑云母、磷灰石和绿泥石等。组构特征:致密块状、胶状构造;他形粒状结构、片状、纤维状结构等。

赤铁矿外的硅酸盐矿物以细粒黑云母为主,多呈团状集合体(图5),或呈星点状与赤铁矿伴生,含量低于3%。粒径集中在0.03mm以下,颗粒边部有绿泥石化。集合体通常大小为0.2~1mm。此外,还有微量磷灰石颗粒,长柱状或针状(图6),粒径0.004~0.04mm,呈散点状分布,含量低于1%。见菱铁矿风化假晶,被赤铁矿替代。

2.2矿石中主要的矿物粒度组成及分布

为了查明铁的存在形式及分布规律,对平均试样进行了铁的化学物相分析,分析结果见表2。

表2矿样铁的化学物相分析

从表上可以看出,铁的存在形式主要以赤铁矿的形势存在,分布率占89.20%,其次为褐铁矿,分布率占9.20%,以其他形式存在的铁含量较少。

3磁化焙烧原理

铁矿石的磁化焙烧按焙烧气氛分为还原焙烧、中性焙烧、氧化焙烧三类,根据矿物性质的不同需采用不同的焙烧方法进行处理。

3.1还原焙烧

还原焙烧是在还原气氛条件下,通过添加还原剂使矿石中的金属氧化物转变为相应的低价金属氧化物或金属的过程。常用的还原剂主要有固体碳、一氧化碳、氢气或煤气类混合气体。还原焙烧主要适用于赤铁矿(Fe2O3)和褐铁矿石,在高温下与适量还原剂(C、CO、H2)发生反应,被还原成磁铁矿石,反应如下:

(3-1)

(3-2)

(3-3)

褐铁矿()在加热过程中先脱除化合水形成无水赤铁矿,然后经高温焙烧还原成磁铁矿。

3.2中性焙烧

中性焙烧是指在不通空气或通入少量空气的情况下进行焙烧,适用于菱铁矿石。在加热到一定温度(30~40℃)时,菱铁矿会发生分解反应,放出二氧化碳气体,生成磁铁矿,其化学反应如下:

(3-4) (不通空气时)

(3-5) (通少量空气时)

(3-6)

在通入少量空气时,还伴随着如下的一些反应发生:

(3-7)

(3-8)

(3-9)

(3-10)

(3) 氧化焙烧

氧化焙烧是在氧化气氛中进行的,通过焙烧使矿石中的某些成分发生氧化反应,生成新的氧化物。氧化焙烧适用于黄铁矿石,在氧化气氛(或通入大量空气)中短时间焙烧时被氧化成磁黄铁矿(Fe7S8):

(3-11)

如焙烧时间较长,则磁黄铁矿按下列反应生成磁铁矿。

(3-12)

4 磁化焙烧-磁选-反浮选工艺流程

采用磁化焙烧除增加矿物磁性外,还具有如下作用:

(1)脱除矿物中的气体和结晶水。含水的铁矿石经过焙烧后失去水,菱铁矿在焙烧后分解出二氧化碳,相应地提高了矿石品位,增加了矿石的气孔率。不但有利于磁选,对于高炉炼铁也是有利的。

(2)改善矿石结构,使矿石结构疏松,有利于降低磨矿功耗,提高磨矿效率。

(3)从矿石中排除有害元素。例如硫化砷在焙烧时硫和砷变成气体从矿石中排除。

根据矿石的性质,采用磁化焙烧的方法,使褐铁矿和赤铁矿向磁铁矿转化,改变了其结构,粗颗粒磁选预抛尾,再细磨后强化浮选脱磷和提高其铁品位。

磁化焙烧后进行弱磁选,有效回收铁金属的目的显然可以实现,加上反浮选后,铁精矿的品位达到58%以上。

5磁化焙烧工艺条件确定

5.1还原剂用量对磁化焙烧效果的影响

焙烧-磁选煤粉配比试验,焙烧温度为800℃,焙烧时间为80min,焙烧矿磨矿时间为8min。磁选管试验激磁电流为1.3A,试验结果见图8。由表可知,随着焙烧煤粉配比由3%增加到5%,铁回收率增加,但继续增加煤粉配比至7%,铁精矿品位和回收率反而下降。同时,由于试验温度偏低,焙烧时间较短,磁选尾矿铁品位居高不下,赤铁矿未得到充分还原,因而,应在下面的反应过程中进一步改善焙烧条件。

5.2焙烧温度对磁化焙烧效果的影响

焙烧-磁选温度对比试验,矿样煤粉的配加量都为5%,焙烧时间为80min,焙烧矿磨矿时间为5min。磁选管试验激磁电流为150mT,试验结果见图9。由下表可知,随着焙烧温度的增加,铁精矿的品位在增加,但增加的幅度不是很明显,当温度在800℃时,磁选的铁精矿的产率和回收率最大,当温度升到900℃时,铁品位较800℃的铁精矿品位有所增高,但效果不明显,回收率也有所下降,这有可能时过烧,造成了过还原的缘故。同时,当温度升到700℃时,由于试验温度偏低,赤铁矿未得到充分还原,磁选尾矿铁品位居高不下,造成了回收率的下降。因此,温度选择800℃,焙烧的效果比较好。

5.3焙烧时间对磁化焙烧效果的影响

焙烧-磁选焙烧时间试验,焙烧温度为800℃,焙烧矿磨矿时间为8min,试验结果见图10。由图可知,在焙烧时间为50min时,精矿铁回收率低于80%;当焙烧时间为100min时,铁精矿回收率超过76%,但精矿铁品位降低。当焙烧时间为80min时,铁精矿回收率接近83%,精矿铁品位比焙烧时间为100min时高0.2个百分点。综合考虑生产率、精矿质量和铁的回收率,确定80min为最好的焙烧时间条件。

6结论

通过对清镇南部地区赤铁矿铁矿石进行矿物工艺学研究、强磁选选别试验和焙烧-磁选试验,结果表明:

(1)该矿石属弱磁性矿物,铁矿物中赤铁矿占90%以上,单一的弱磁选或强磁选工艺均无法实现对铁矿物的回收。综合试验研究表明,通过焙烧-磁选-磁选试验,矿样可以得到综合精矿产率:63.70%;精矿铁品位:58.12%;精矿铝品位:7.22%;精矿钾品位:0.72%;精矿铁回收率:79.38%。

(2)煤粉配比、焙烧温度、焙烧时间对后面的磁选成倒抛物线趋势。

(3)由于铁精矿Al2O3含量在7%以上,钾品位在0.72%左右;降钾、降铝是以后试验的重点。

要真正实现对该铁矿石的选别回收,建议进行更深入的研究,确定最经济的焙烧条件,进一步优化工艺技术指标,提高铁资源的利用效果,降低铝和钾品位,力争最大的经济效益。

参考文献:

[1]余永富. 我国铁矿资源有效利用及选矿发展的方向[J].金属矿山, 2000(2) : 9～ 11.

[2]郭汉杰. 冶金物理化学教程[M] . 北京: 冶金工业出版社,2004.