褐铁矿提铁脱砷试验研究

摘要：砷元素对于铁的危害是不可忽视的，所以褐铁矿提铁脱砷试验对于提高铁的质量有着重要作用，本文主要通过磨矿一强磁选试验法对于褐铁矿提铁脱砷进行了分析研究。

关键词：褐铁矿；提铁脱砷试验

一、我国含砷铁矿资源及钢铁业脱砷研究现状

1、砷元素作用及危害

砷是一种著名的有毒元素，而且有许多同素异形体。砷化合物广泛分布于自然界，目前有数百种砷矿物被发现。砷在元素周期表中位于第VA族，原子序数33，原子量47.29，有灰、黄、黑三种异构体，密度5.772g/cm3，熔点717℃，在613℃升华。

砷在构成地壳元素中排第20位，含量约为2-5mg/kg。通常在大部分土壤、水和植物中都有微量砷。砷在人体中作为微量元素存在。

地壳中的砷有多种形式：比如雌黄，雄黄等。在矿石中砷主要以硫化物形式存在，同时砷也有氧化物形态和少量的单质形态。

砷单质很活泼，可发生如下反应：

1.1 砷可以被O2、F2等氧化：

；

1.2 砷作为非金属，也可发生如下反应：

同时Mg3As2可以发生水解反应：

单质砷无毒性，砷化合物均有毒性。且三价砷毒性为五价砷的60倍，有毒物质砒霜即为三氧化二砷，人口服5-50mg就会中毒，其致死量为70-180mg。人吸入三氧化二砷致死浓度为0.16mg/m3（吸入4h），长期少量吸入或口服可产生慢性中毒。

砷化合物基本都有毒性。常被用来做除草剂，杀虫剂等，同时也被用于涂料，半导体或者陶器的制作。

2、砷对钢铁的危害

铁产品中的砷主要来源于铁矿石，再生生铁和废钢。砷元素由于其氧化势小于铁，且熔点较低，在铸坯高温冷却、二次加热过程中，铁的优先氧化速度明显大于砷元素向基体内扩散的速度，砷元素会在钢基体与氧化层之间析出并逐渐富集，形成低熔点的富集相。矿石中的砷在烧结过程中只能除去一小部分，在高炉冶炼过程中则全部还原进入生铁中，而生铁中的砷在炼钢电炉冶炼过程中，不能去掉，全部进入钢坯中。而且随着废钢的循环使用，砷会逐渐积累在钢中，继续形成上述的富集相，在一般轧制温度下（1100℃-1200℃），这种液态的富集相向铸坯基体晶粒的晶界渗透，将在轧钢过程中扩展成表面网状裂纹即“热脆”裂纹。己经证实，砷在晶界偏聚造成晶界脆性是产生回火脆性，特别是高温回火脆性的首要因素。

同理，由于薄板坯两侧具有较强的氧化性气氛，边部氧化更严重，在轧制过程中边部受到较大拉应力作用下，易产生边裂等缺陷。砷元素会在在铸坯凝固过程中产生凝固偏析，易造成中心偏析等内部缺陷，从而降低铸坯的内部致密性和轧材的机械性能；而且在晶界的偏聚会降低晶界表面能，弱化晶界，增大沿晶界脆性断裂的倾向，从而使钢的冲击韧性显著下降，恶化超低碳钢的深冲性能。砷元素在晶界上的晶界富集因数为250，它是一个无量纲量，定义为晶界浓度与晶内浓度之比；当钢中砷含量大于0.200%时，会导致钢严重偏析，改变钢中的晶粒结构，破坏金属的连续性。砷在钢基体与氧化层之间析出并逐渐富集，恶化钢坯及钢材的表面质量，增加热脆倾向，降低连铸坯的热塑性。Stephenson E.T的研究也得出了同样的结论，即含砷钢在氧化性气氛加热过程中，砷不断被排列到氧化层下的金属中，当砷含量超出在铁中的溶解极限时，就会在氧化层和金属界面间形成溶融的液相，在热加工拉应力作用下，这些液相则会湿润晶界而产生表面热脆裂纹。北京重型机器厂在研究真空精炼的35号钢锭锻造热脆时，认为应取As

二、褐铁矿提铁脱砷试验分析

1、原料

试验所用原料为贵州赫章某含砷褐铁矿，所用无烟煤粒度为-5mm，无粘结性，干燥无灰基氢含量为3.6%，发热量为28MJ/kg由煤炭分类国标GB/T5751-2009可知，该无烟煤为3号无烟煤。

2、磨矿-强磁选试验

为了观察强磁选对矿物分离及脱砷的效果，首先进行了磨矿强磁选试探试验。先将矿物磨制一定细度，后进行磁选分离。试验从磨矿细度和磁选磁场强度两方面进行考察。试验在XCSQ-50*70型强磁选机上进行，每次磨矿之后检测细度，后进行磁选试验。每次试验用量100g。

2.1 强磁选磨矿细度试验

首先对矿物进行磨矿强磁选试验，每次取100g矿样，在xN1Q-6}型球磨机上磨至不同细度，磁选试验所用设备为XCSQ-50*70型湿式强磁选机，试验得知：用强磁选处理原矿，磨矿细度-0.074mm由76.27%变化到91.27%的过程中，精矿品位先升高后下降，回收率则一直升高，当磨矿细度达到-0.074mm占86.94%时，强磁选精矿品位可以达到54%，回收率达到了69%，再提高磨矿细度，精矿品位会逐渐降低，同时回收率没有明显变化，主要因为过磨使部分非磁性颗粒夹杂在精矿当中，降低了精矿品位，这是目前强磁选过程中经常遇到的情况。综合考虑，将磨矿细度定为一0.074mm占86.94%o

在磨矿细度一0.074mm由76.27%变化到91.27%的过程中，精矿中的砷品位一直保持在0.1%以上，基本没有多大的变化。回收率随着细度的提高逐渐增加。当磨矿细度为90.25%时，强磁选精矿中的砷品位达到了最低点。由图中可以看出，虽然磨矿细度一直在增加，但是精矿中的砷品位并没有降低，根据矿相分析可知，原矿中砷矿物嵌布粒度达到了一0.03mm，但是将原矿磨制-0.03mm会增加很多能耗，同时也会影响铁精矿的品位和回收率，这些在正常工业生产中是不实际的，因此将磨矿细度定为一0.074mm占86.94%，此时精矿铁品位为54.08%，铁回收率为68.95%，砷品位为0.109%，砷回收率为66.37%.

2.2 强磁选磁场强度试验

在磨矿细度达到一0.074mm占86.94%时，进行强磁选磁场强度试验，磁场强度分别为O.ST，0.7T，0.9T，1.1T，1.3T，1.5T。总体上来说，磨矿一强磁选过程并不能有效提高精矿中的铁品位，砷品位也并没有降低，表明磨矿一强磁选对于该矿石是没有效果的，不过作为一种简洁有效的选矿方法，随着技术的发展，磨矿一强磁选过程在铁矿选矿过程中还有很大的作用。

2.3 试验方法及技术路线

焙烧一磁选一造球一氧化焙烧试验主要分为两个过程进行，第一步为磁化焙烧-磁选过程，第二步为造球一氧化焙烧过程。

将试验矿样200g与无烟煤煤粉按一定比例（无烟煤与矿样质量比）混匀后，加入铁罐中，待SX2-10-13型马弗炉内温度达到预设温度后，将装有反应物的铁罐放入炉内反应一定时间，焙烧产物经水淬冷却、烘干，用XMQ-67型磨机磨矿（磨矿浓度为60%），CXG-99型磁选管磁选，后将精矿造球，并氧化焙烧，考查氧化焙烧时间和焙烧温度对脱砷效果的影响。

结束语

总之，上文通过磨矿一强磁选试验的方法对于褐铁矿提铁脱砷试验进行了分析研究，对于铁的质量水平有着重要的作用。

参考文献：

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