肖敏，邱小英，藍橋發(fā)

（國家離子型稀土資源高效開發(fā)利用工程技術研究中心, 江西離子型稀土工程技術研究有限公司, 江西 贛州 341000）

我國多個地區(qū)分布著大量的鮞狀赤鐵礦，據(jù)估計儲量可以達到近76 億t，可以形成非常細小的嵌布顆粒，并且較易跟某些磷礦物成分、鮞綠泥石等以共生方式形成包裹的狀態(tài)，這使其成為現(xiàn)階段較難篩選的一類鐵礦石[1]。我國最早是在上世紀50 年代末發(fā)現(xiàn)了鄂西高磷鐵礦，其儲量接近24 億t，F(xiàn)e 含量介于40% ～ 50% 之間，同時含有約0.8% 的磷，經測試發(fā)現(xiàn)嵌布可尺寸約2 μm?？紤]到無法高效分離Fe 與P 兩種元素，導致上述鐵礦石一直沒有形成規(guī)?；a[2-4]。

到目前為止，國內學者針對高磷鮞狀赤鐵礦開展了大量的開發(fā)研究，包括浮選、物理分選以及焙燒- 磁選等多種方式，也有一些研究人員將上述幾種工藝進行聯(lián)合優(yōu)化的情況[8-15]，對上述各種處理方法進行組合使用可以獲得含P 0.25% 以及Fe 含量達到61.2% 的參數(shù)要求，不過鐵精礦中存在6.5% 的氧化硅與6.2% 的氧化鋁，只能回收約70% 的Fe，此外還需對其實施重復磨礦；采用反浮選、焙燒以及磁選的組合工藝可以獲得含0.18% P 與含60% Fe 的效果，不過這一方法只能回收68% 的Fe，并且同樣需對其重復磨礦處理。上述各處理方案都沒有實現(xiàn)最優(yōu)效果，這對開發(fā)高磷鐵礦具有明顯抑制作用。近些年以來，有學者設計更加高效的直接還原處理方式[16-20]，通過隧道窯直接還原并結合磁選方式處理含磷鮞狀赤鐵礦，得到的精礦中Fe 含量提高到了93%，并使P 含量降低至0.075% 以下，可以滿足回收83% Fe 的要求，不過該方法需要使用大量的脫磷劑，并且需要花費大量處理時間，顯著增加了能耗[21]。

根據(jù)以上分析，本文選擇金屬化還原焙燒-磁選- 熔分的組合處理方式，實現(xiàn)對P、Al、Si 各元素的全面去除，獲得磷比例在0.01% 以內的高品質鐵水，為實現(xiàn)高效利用此類礦石資源創(chuàng)造了有利條件。

1 試驗原料

1.1 試驗原料

本試驗選擇來自鄂西的高磷鮞狀赤鐵礦作為測試對象，表1 給出了對各元素進行表征所得的結果，同時在表2 中列出了各項礦物成分。

>表1 原礦化學分析結果/%Table 1 Chemical composition analysis results of the raw ore

>表2 原礦的礦物組成及相對含量/%Table 2 Mineral composition and relative content of the raw ore

對礦石組織形態(tài)進行表征，可以看到赤鐵礦通常跟鮞綠泥石之間以同心環(huán)帶的交錯形態(tài)存在，鮞核的成分主要由石英構成，經觀察可知產生了許多相互聚集的鮞綠泥石以及明顯團聚的膠磷礦，基本都嵌入在鮞綠泥石和赤鐵礦共同構成的同心環(huán)帶區(qū)域內，同時可以看到赤鐵礦與石英形成了具有致密結構的連生組織。

>表3 原礦中赤鐵礦粒度特征Table 3 Hematite particle size characteristics of the raw ore

對表3 表明，礦物成分主要以細小的赤鐵礦形式存在，約有50% 的微粒赤鐵礦，并且細粒比例達到了35.61，應對此礦石進行細磨處理后才能實施直接分選。

1.2 還原煙煤

本試驗選擇山西煙煤作為還原劑，經過破碎后粒徑達到2 mm，表4 給出了對其進行成分測試的結果。本試驗選擇自配混合物作為復合促進劑，其組成包含了鈉基、鈣基化合物與各類粘接劑成分。

>表4 還原煤成分分析結果/%Table 4 Industrial analysis of reducing coal

2 試驗方法

采用自然晾干的方式處理原礦與煤試樣，對其實施破碎篩分后使其粒徑介于0 ～ 2 mm 之間，根據(jù)設定質量比稱量得到由原礦、煤與促進劑并將三者進行充分混合，通過加入合適含量的水再制備 尺寸在12 ～ 18 mm 之間的顆粒。上升到500℃后再保持恒溫狀態(tài)進行焙燒，最后對其進行水淬達到快速冷卻的效果。以含有74 μm 粒徑顆粒比例95% 以上的焙砂進行濕磨，施加99.9 mT的磁場環(huán)境下對礦漿完成磁選分離的過程，之后對各元素進行了含量表征，計算得到Fe 回收比例、精礦的產率與雜質的去除效率。

依次添加氧化鈣、煤粉，經過充分混合后再將其放入坩堝中并加蓋密封，利用高溫電阻爐完成熔分過程，經過緩冷處理使金屬跟渣料形成分離狀態(tài)，并對P 與Fe 的比例進行了測試。

3 結果討論

3.1 促進劑的影響

在原礦中加入20% 的煙煤制粒與8% 的促進劑，以980℃對粒料進行3 h 還原，采用磁選方法實現(xiàn)焙砂磨礦的分離過程，重點研究了不同促進劑加入量下獲得的焙砂磁選效果，見圖3。

圖1 促進劑量影響Fig .1 Effect of promoters dosage

根據(jù)圖1 可知，加入促進劑之后可以使磁選精礦獲得更高的Fe 品位，并使其選出率得到提升，同時減小P 的比例。當加入5% 的促進劑后，P 在精礦內的比例為 0.18%，實現(xiàn)了高效脫磷作用，同時P 在精礦內的比例也出現(xiàn)了升高，這主要是因為提高促進劑的添加比例后能夠提升Fe 微粒的聚合程度，從而對磷灰石產生包裹作用。

圖2 顯示了對焙砂進行XRD 表征得到的譜圖數(shù)據(jù)，其中Fe 在焙砂內基本都是屬于單質狀態(tài)，當加入促進劑球團的情況下再進行焙燒時產生了非常顯著的Fe 單質衍射峰，并沒有形成其他鐵組織相，同時檢測出了由石英于硅酸鹽組成的雜質成分。

圖2 焙砂XRD 分析Fig .2 XRD patterns of the calcines

由焙砂與精礦的SEM 圖，可以發(fā)現(xiàn)，此時焙砂內的鮞粒已發(fā)生破壞，形成了單質Fe。沒有加入促進劑的情況下進行焙燒時，獲得了非常細小的分散態(tài)Fe 顆粒，其尺寸基本都是在微米級，顆粒沒有發(fā)生遷移與聚合的情況；控制促進劑球團的加入量為5% 再進行焙燒時形成了乳滴形的Fe顆粒，出現(xiàn)了顯著遷移并長大的結果，其尺寸接近20 μm，因此能夠使磨礦更易發(fā)生解離；當球團加入比例為5% 時進行焙燒與磁選，此時存在許多棒條組織，長度可以達到近40 μm。

3.2 焙燒溫度的影響

在原礦中加入體積比為5% 的促進劑，在1200℃條件下對試樣進行2 h 還原，采用焙砂磨礦磁選測試方法，分析了焙砂磁選狀態(tài)和焙燒溫度之間的關系，得到圖3 的結果。

圖3 焙燒溫度影響Fig .3 Effect of roasting temperature

根據(jù)圖3 可知，處于900 ～ 975℃之間進行焙燒時，當溫度升高后，可以獲得更高品味的精礦類海綿鐵粉，同時回收率也表現(xiàn)為不斷增大的變化現(xiàn)象，而P 在精礦內的比例發(fā)生了不斷減小的現(xiàn)象；當溫度到達 980 ～ 1300℃范圍內時，提高焙燒溫度后，可以獲得更高的精礦Fe 品位并增大Fe 的選出比例，不過在精礦內也形成了更高比例的P，經測試可知，在1025℃下進行焙燒可以達到輕微的燒結程度，經過1300℃燒結后則會形成明顯的顆粒狀鐵，此時在Fe 組織相中融入了大量的P，難以完成分離的過程。應將焙燒溫度控制在970℃的合適狀態(tài)。

3.3 焙燒時間的影響

在960℃下進行焙燒，其中促進劑的添加量為5%，并加入25% 的煤粉，測試了經過不同時間焙燒后的試樣磁選狀態(tài)，見圖4。

圖4 焙燒時間影響Fig .4 Effect of the roasting time

根據(jù)圖4 可知，增加焙燒時間后，可以獲得更高品位的精礦Fe 并提高Fe 的選出比例，同時有效控制精礦中的P，到達2.5 h 時表現(xiàn)為相對穩(wěn)定的狀態(tài)。

3.4 總體分析

脫雜過程由二個反應階段組成，首先原礦與促進劑一起發(fā)生還原，對鮞粒造成破壞作用，還原得到的Fe 顆粒并發(fā)生聚集的現(xiàn)象，通過磁選獲得海綿狀的鐵粉精礦，實現(xiàn)跟雜質的相互分離過程；之后加入高溫造渣劑實現(xiàn)深度脫雜的狀態(tài)。

對整個流程的工藝實施優(yōu)化，促進劑加入比例為5%，煙煤顆粒添加比例為20%，在970℃溫度下經過4 h 焙燒；之后實施水淬并對其進行研磨使74 μm 的顆粒比例超過95%，以99.9 mT 的磁場完成磁選過程。根據(jù)表5 結果可以發(fā)現(xiàn)，經過金屬化還原焙燒后可以獲得80% 的產出比例。

>表5 工藝過程主要組元分析Table 5 Component analysis of the main technological process

4 結 論

（1）加入促進劑之后可以使磁選精礦獲得更高的Fe 品位，并使其選出率得到提升，同時減小P 的比例。加入促進劑再進行焙燒產生了非常顯著的Fe 單質衍射峰?？刂拼龠M劑球團的加入量為5%再進行焙燒時形成了乳滴形的Fe 顆粒，出現(xiàn)了顯著遷移并長大的結果，使磨礦更易發(fā)生解離。

（2）應將焙燒溫度控制在970℃的合適狀態(tài)，焙燒時間到達2.5 h 時表現(xiàn)為相對穩(wěn)定的狀態(tài)。

（3）過磁選獲得海綿狀的鐵粉精礦，實現(xiàn)跟雜質的相互分離過程；之后加入高溫造渣劑實現(xiàn)深度脫雜的狀態(tài)。經過金屬化還原焙燒后可以獲得80% 的產出比例。