趙慶雷，胡慧英，張志雄，張勝?gòu)V

(長(zhǎng)沙礦冶研究院有限責(zé)任公司，湖南長(zhǎng)沙 410083)

鋼鐵工業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱性產(chǎn)業(yè)，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的安全和社會(huì)的穩(wěn)定舉足輕重。近年來(lái)進(jìn)口鐵礦石無(wú)限制的漲價(jià)，國(guó)內(nèi)易選鐵礦資源的連年減少，中低品位鐵礦綜合利用技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)突破性進(jìn)展，致使我國(guó)鋼鐵企業(yè)利潤(rùn)空間連續(xù)收窄，發(fā)展舉步維艱。據(jù)估計(jì)，目前國(guó)內(nèi)形成規(guī)?？晒╅_(kāi)采的高品位鐵礦，已不足2%，中低品位鐵礦石占到資源儲(chǔ)量的98%，目前褐鐵礦已探明儲(chǔ)量約12.3億t［1］，較為豐富，作為難選鐵礦石的一種，褐鐵礦除具備我國(guó)鐵礦石貧、細(xì)、雜等特點(diǎn)外，還因化學(xué)成分與鐵含量不穩(wěn)定等因素增加了分選富集的難度。為此，研究和探討此類礦石的加工技術(shù)，具有提高鐵礦資源利用率，促進(jìn)我國(guó)鋼鐵企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)意義。本文針對(duì)某地褐鐵礦特點(diǎn)，考察了磁化焙燒－磁選工藝條件對(duì)選別指標(biāo)的影響。

1 礦石性質(zhì)

褐鐵礦(Fe2O3·nH2O)屬弱磁性礦物，是自然界較為難選的鐵礦石之一［2］，試驗(yàn)用褐鐵礦化學(xué)多元素分析及鐵物相分析結(jié)果見(jiàn)表1、表2，礦石中主要礦物含量見(jiàn)表3。

表1 原礦主要化學(xué)元素分析結(jié)果 %

表2 原礦鐵物相分析 %

表3 礦石中主要礦物含量 %

上述分析表明，該礦石TFe為31.47%，TFe/ FeO為34.97，堿性系數(shù)(CaO+MgO)/(SiO2+ Al2O3)=0.04，屬低品位酸性氧化鐵礦石。鐵主要以赤、褐鐵礦形式存在，其中鐵的分布比例高達(dá)96.09%，脈石礦物主要為石英，其次為綠泥石和高嶺土。選鐵工藝的理論回收率為97%左右，雜質(zhì)硫、磷含量較低;脈石主要為石英，其次有云母、綠泥石及高嶺土等粘土類礦物。

褐鐵礦鏡下圖像如圖1所示(G為脈石礦物，L為褐鐵礦)、赤鐵礦顯微鏡照片如圖2所示(G為脈石，H為赤鐵礦，Q石英)。圖1表明，褐鐵礦的產(chǎn)出形式極為復(fù)雜，有不規(guī)則條帶狀(圖a)、網(wǎng)格狀(圖b)、間隙充填狀(圖d)、膠狀(圖c)等，各種形式的褐鐵礦均與粒度大小不一的脈石緊密鑲嵌，且沒(méi)有明顯的顆粒形態(tài)，集合體中常包裹微粒泥質(zhì)物，形成粘土質(zhì)褐鐵礦或鐵質(zhì)粘土，鐵礦物與脈石之間沒(méi)有明顯的界限，礦物晶粒微細(xì)，多為隱晶質(zhì)和微晶質(zhì)，較純凈的集合體嵌布粒度亦較細(xì)小，一般介于0.01～0.2 mm之間。

圖1 褐鐵礦鏡下圖像

圖2 赤鐵礦顯微鏡照片

由圖2可知，赤鐵礦礦物多成豆?fàn)?、鮞狀(圖e)、間隙充填狀(圖f)。豆粒和鮞粒中鐵礦物含量較少，大多為貧鐵鮞粒，而在邊緣膠結(jié)物中鐵礦物有時(shí)較富集，嵌布粒度較細(xì)。

綜合主要鐵礦物的產(chǎn)出形式，礦石中鐵礦物粒度微細(xì)，集合體中常包裹微細(xì)的脈石，礦物形態(tài)極不規(guī)則，與脈石礦物石英嵌布關(guān)系十分復(fù)雜，鐵礦物與含鐵集合體常呈過(guò)度狀態(tài)，常與微細(xì)泥質(zhì)物膠結(jié)，這對(duì)鐵礦物有效富集帶來(lái)較大困難，其它形式的鐵礦物含量較少;脈石礦物主要為石英。該礦石雖具有選鐵工藝的較高理論回收率，但因其復(fù)雜的構(gòu)造和嵌布關(guān)系，有效富集鐵礦物十分困難。

2 實(shí)驗(yàn)主要設(shè)備

本實(shí)驗(yàn)通過(guò)PEX60×100顎式破碎機(jī)進(jìn)行粗破碎，采用SX2－12－10型箱式電阻爐實(shí)現(xiàn)磁化焙燒，通過(guò)XMB－Φ200×240棒磨機(jī)控制磨礦細(xì)度，在XCG(Q)S73－Φ50磁選管及自制中磁筒式磁選機(jī)進(jìn)行磁選。輔助設(shè)備如101－3型電熱鼓風(fēng)干燥箱，MS－450礦漿分配器等。

3 工藝因素探討

由礦石性質(zhì)可知，該礦石雖具有較高的理論回收率，但因有用礦物與脈石無(wú)明顯界限且構(gòu)造復(fù)雜，嵌布粒度極細(xì)，直接采用傳統(tǒng)的選礦工藝難以實(shí)現(xiàn)鐵礦物與脈石的有效分離，本研究采用選冶聯(lián)合工藝，考察了焙燒工藝因素及磨礦細(xì)度等因素對(duì)分選指標(biāo)的影響。試驗(yàn)流程為:原礦破碎至－2 mm，配入適量的還原煤，混勻后磁化焙燒，獲得的焙燒礦經(jīng)水冷后磨礦(磨礦濃度1∶1)磁選富集。還原煤固定碳含量58.88%，揮發(fā)分31.90%，灰分5.34%。

3.1 磁化焙燒溫度及時(shí)間對(duì)焙燒效果的影響

稱取一定量的原礦，配以7%的還原煤混勻后，分別在溫度650℃、700℃、750℃、800℃、850℃下進(jìn)行不同時(shí)間的磁化焙燒試驗(yàn)，在磨礦細(xì)度為－74 μm占80%條件下進(jìn)行磁選管試驗(yàn)(H=2 000 Gs)，各溫度下的最佳試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 不同溫度下最佳焙燒時(shí)間試驗(yàn)數(shù)據(jù)%

由表4中得知，褐鐵礦經(jīng)磁化焙燒磁選管磁選后，原礦鐵品位提高約1.7倍，隨著焙燒溫度的提高，最佳的焙燒時(shí)間逐漸縮短;當(dāng)焙燒溫度超過(guò)800℃，焙燒時(shí)間大于40 min時(shí)，鐵精礦的產(chǎn)率和回收率有下降趨勢(shì)，而鐵精礦及尾礦的鐵品位有增加趨勢(shì)，表明當(dāng)超過(guò)800℃磁化焙燒，該礦石會(huì)出現(xiàn)過(guò)還原現(xiàn)象，導(dǎo)致尾礦鐵品位升高，有用礦物流失。綜合考慮，在焙燒溫度750℃，焙燒時(shí)間50 min條件下進(jìn)行下一步試驗(yàn)。

3.2 還原劑用量對(duì)焙燒效果的影響

稱取一定量的原礦，分別配以3%，5%，7%，8%，10%的還原煤，混勻后在溫度750℃、焙燒時(shí)間50 min試驗(yàn)條件還原焙燒，在磨礦細(xì)度為－74 μm占80%條件下進(jìn)行磁選管(H=2 000 Gs)試驗(yàn)，不同還原煤用量試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 不同還原劑用量試驗(yàn)數(shù)據(jù) %

試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)還原煤配比增加到7%后，鐵精礦品位變化較小，而其回收率呈下降趨勢(shì)。在還原煤用量為7%時(shí)，磁化焙燒磁選指標(biāo)較好，精礦鐵品位 53.12%，鐵回收率 65.04%，尾礦鐵品位21.16%，鐵回收率34.96%。

3.3 原礦粒度對(duì)焙燒效果的影響

在－2 mm、－6 mm、－12 mm粒度條件下，分別稱取一定量的原礦，配以7%還原煤，混勻后在溫度750℃、焙燒時(shí)間50 min試驗(yàn)條件還原焙燒，在磨礦細(xì)度為－74 μm占80%條件下進(jìn)行磁選管(H= 2 000 Gs)試驗(yàn)，不同原礦粒度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)原礦粒度在從－2 mm變化到－12 mm時(shí)，磁化焙燒磁選指標(biāo)變化較小。

表6 不同原礦粒度試驗(yàn)數(shù)據(jù) %

3.4 磨礦細(xì)度的影響

從上述條件試驗(yàn)可初步得知，利用磁選管在焙燒礦磨礦細(xì)度－74 μm含量80%左右很難獲得良好的選別指標(biāo)，一方面是礦石本身的復(fù)雜特性，另一方面弱磁選別對(duì)細(xì)粒級(jí)強(qiáng)磁性礦物具有一定的局限性，因此在考察磨礦細(xì)度的試驗(yàn)中，采用磁場(chǎng)強(qiáng)度為4 000 Gs的中磁磁選機(jī)。其試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 不同原礦粒度試驗(yàn)數(shù)據(jù) %

試驗(yàn)結(jié)果表明:隨著磨礦細(xì)度的變細(xì)，精礦鐵品位逐漸升高，回收率逐漸下降，當(dāng)磨礦細(xì)度為－37 μm85%時(shí)精礦鐵鐵品位為 54.11%，回收率為83.59%，這表明原礦中可以回收的鐵礦物嵌布粒度極細(xì)，采用一段磨礦磁選很難達(dá)到理想的選別指標(biāo)。

3.5 磁化焙燒磁選流程試驗(yàn)

結(jié)合條件試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)焙燒礦進(jìn)行階段磨礦階段磁選流程試驗(yàn)，工藝流程如圖3所示，試驗(yàn)結(jié)果列于表8。一段粗磨(－74 μm占75%)拋尾，實(shí)現(xiàn)尾礦“能丟早丟”的原則，再進(jìn)入二段細(xì)磨(－37 μm占90%)磁選再拋尾，保證強(qiáng)磁性礦物最大程度的回收，由于人工磁鐵礦磁性較天然磁鐵礦弱，且磨礦粒度較細(xì)，所以磁選流程試驗(yàn)均采用了磁場(chǎng)強(qiáng)度為4 000 Gs的永磁中磁磁選機(jī)。每段磁選作業(yè)流程采用一粗一精一掃流程，并對(duì)粗精礦給予必要的脫磁。最終鐵精礦產(chǎn)率43.11%，鐵品位56.59%，鐵回收率為74.60%。

圖3 階段磨礦－階段磁選試驗(yàn)流程

表8 階段流程－階段磁選試驗(yàn)流程數(shù)據(jù)%

4 產(chǎn)品檢查

對(duì)焙燒礦鏡下檢查表明，原礦經(jīng)過(guò)磁化焙燒，其中鐵礦物產(chǎn)生了較明顯相變。原礦中的褐鐵礦和赤鐵礦大多轉(zhuǎn)變?yōu)榇盆F礦或磁赤鐵礦，但仍有部分赤鐵礦和少量褐鐵礦殘留。脈石礦物仍以石英為主，次為結(jié)晶程度較差的硅酸鹽類礦物。如圖4所示，其中M為磁鐵礦，G為脈石礦物，與原礦相比，焙燒產(chǎn)品中鐵礦物的種類發(fā)生了明顯變化，但鐵礦物的粒度大小及與脈石的嵌布關(guān)系基本保持了焙燒前鐵礦物與脈石復(fù)雜的構(gòu)造的特征，有效富集難度仍較大。

圖4 焙燒礦鏡下圖片

全磁選流程下鐵精礦多元素分析結(jié)果見(jiàn)表9，分析結(jié)果表明，鐵精礦中SiO2含量為9.88%，S、P、As含量均較低。

表9 精礦多元素分析 %

5 結(jié)論

1.原礦中可回收利用的主要的鐵礦物為赤褐鐵礦及少量的磁鐵礦，脈石主要為石英，其次有云母、綠泥石及高嶺土等粘土類礦物，屬低硫磷的酸性鐵礦石。

2.通過(guò)對(duì)磁化焙燒過(guò)程各因素的考察，在優(yōu)化焙燒條件下，即溫度750℃，焙燒時(shí)間50 min，還原煤用量為7%，進(jìn)行階段磨礦中磁磁選，可以獲得鐵品位56.59%，回收率74.60%的鐵精礦指標(biāo)。

3.該弱磁性鐵礦石，有用礦物褐鐵礦及赤鐵礦構(gòu)造及嵌布極為復(fù)雜，經(jīng)磁化焙燒，原礦發(fā)生明顯的鐵物相轉(zhuǎn)變，但仍保持鐵礦物與脈石礦物的復(fù)雜構(gòu)造關(guān)系，磨礦有效解離難度較大，影響選別指標(biāo)。

［1］ 謝興中，王毓華.褐鐵礦研究現(xiàn)狀與思考［J］.金屬礦山，2010，(1):6－10.

［2］ 方啟學(xué)，盧壽慈.世界弱磁性鐵礦石資源及其特征［J］.礦產(chǎn)資源保護(hù)與利用，1995，(4):44－46.

［3］ 周建軍，朱慶山，王華軍，等.某鮞狀褐鐵礦磁化焙燒－磁選工藝［J］.過(guò)程工程學(xué)報(bào)，2009，9(2):309－312.