用磁化焙燒－磁選工藝從粗鈮精礦中回收鐵富集鈮的試驗研究

許 嘉，布林朝克，趙瑞超

（1.內蒙古科技大學 分析測試中心，內蒙古 包頭 014010；2.內蒙古科技大學 冶金研究院，內蒙古 包頭 014010）

我國白云鄂博稀土礦富含稀土、鈮、鐵和螢石，是世界第二大鈮資源基地。礦石中的鈮貧、細、雜［1－4］，綜合回收難度很大。

從礦石中回收鈮已得到廣泛研究，并取得了一些成果。如，20世紀80年代末，長沙礦冶研究院針對貧氧化礦設計出“弱磁—強磁—浮選”工藝［5］，包鋼曾用其生產鐵精礦和稀土，在稀土選礦尾礦中，鐵、稀土、Nb2O5含量較高，Nb2O5富集了近1倍。包鋼也曾采用“高爐—轉爐—電爐—電爐”鈮鐵冶煉工藝［6］富集鈮，該工藝雖技術上可行，但工藝流程復雜，冗長，成本高且產量小。CO／CO2選擇性還原—磁選—酸洗工藝可以將Nb2O5品位為1.77%的包頭白云鄂博稀土礦中的鐵礦物還原成鐵，經磁選后尾礦中Nb2O5品位達到6.91%，再酸浸后浸渣中Nb2O5品位接近30%。但此工藝存在如下不足：首先，作為還原劑的CO／CO2混合氣體不如固體炭廉價；其次，為選擇性還原鐵礦物而不還原鈮礦物，需采用1 000℃以上的高溫，與低溫磁化焙燒相比，對設備和能耗的要求更高。為此，針對包鋼在“八五”、“九五”期間獲得的粗鈮精礦，提出了“還原磁化焙燒—磁選—酸洗”工藝，以廉價的活性炭作還原劑，鹽酸作洗滌劑，從粗鈮精礦中回收鐵并富集鈮。

1 試驗部分

1.1 試驗原料

試驗原料取自包鋼，為粗鈮精礦，其化學成分和礦物物相組成分別見表1、2。

表1 粗鈮精礦化學成分的質量分數 %

表2 粗鈮精礦的主要礦物物相的質量分數 %

粗鈮精礦中鐵的質量分數較高，為38.9%，且鐵主要以赤鐵礦形式存在，磁鐵礦和其他鐵礦物的質量分數都比較低，故可通過磁化焙燒—磁選回收鐵。鐵礦物磁選后，大部分鈮留在尾礦中，用鹽酸洗滌尾礦中的脈石礦物使轉化為可溶性鹽，鈮礦物留在渣中，被進一步富集。

還原劑為活性炭，由山東淄博華光化工廠提供，其中，炭質量分數為98%，灰分質量分數＜1%。

1.2 試驗方法

粗鈮精礦中配適量活性炭，用水作粘結劑，在壓片機上壓片。將壓片在150℃烘箱中烘4h，使其脫除水分。烘干后的壓片裝入剛玉坩堝并置于真空炭管爐中。用油泵抽真空至爐內壓力＜10 Pa，往爐中通入保護氣氬氣至約3.04Pa。打開真空碳管爐，在設定好的時間和溫度下進行還原。還原礦用XCGS磁選管磁選得到鐵精礦。磁選尾礦用濃度為8mol／L的鹽酸在高壓反應釜中酸浸，固液分離后，將浸渣洗滌、干燥，得到富鈮渣。

2 試驗結果及討論

2.1 溫度和時間對粗鈮精礦還原度的影響

分別在700、750、800、850℃下進行還原焙燒，試驗結果如圖1所示。

圖1 溫度和時間對粗鈮精礦還原度的影響

從圖1看出，在0～45min范圍內，還原度R隨反應時間的延長而迅速增大；焙燒時間超過45 min后，還原度趨于平緩，表明此時還原反應已基本結束；還原時間相同時，溫度越高，還原度越高；700℃下，還原度小于20%，這是由于溫度較低時固體炭沒有完全發生氣化，體系中CO的量不足所致。普通炭粉的氣化反應起始溫度一般為800～900℃，依活性炭的種類、粒度、比表面積等不同而異。由于活性炭的氣化反應是吸熱反應，提高溫度對氣化反應有利，故溫度越高，粗鈮精礦的還原度也越高。赤鐵礦的理論還原度（即赤鐵礦全部被還原成磁鐵礦）為42.85%。750℃、45 min還原焙燒條件下，粗鈮精礦的還原度為42.91%，非常接近理論還原度；800℃、45min和850℃、45min還原焙燒條件下，粗鈮精礦的還原度分別為55.08%和59.94%，高于理論還原度，表明磁鐵礦可能被進一步還原為FeO。

2.2 激磁電流對精礦磁選指標的影響

圖2為激磁電流對鐵精礦磁選指標的影響。可以看出，激磁電流增大，鐵收率明顯增大；磁激電流增至1.2A時，鐵收率達90%以上；磁激電流繼續增大，鐵收率增大不明顯，而精礦中鐵品位呈下降趨勢。激磁電流越大，磁力越強，進入精礦中的磁性物質越多，而磁性物質除磁鐵礦外，原礦中的螢石、白云石等低熔點脈石礦物在還原過程中熔融并與部分磁鐵礦發生燒結，當磁選電流足夠大時，這些脈石也會進入精礦中，使精礦品位下降。綜合考慮，激磁電流以1.2A為宜。

圖2 激磁電流強度對磁選指標的影響

2.3 還原溫度和時間對磁選指標的影響

圖3為不同還原時間條件下，還原溫度對磁選指標的影響試驗結果。可以看出：還原時間為25min時，隨還原溫度升高，鐵收率升高；還原時間為45min、還原溫度為750℃時，鐵收率最高，繼續升高溫度，鐵收率保持穩定，說明此條件下，磁化還原已經基本完全，此時還原礦中的主要物相為磁鐵礦；還原時間超過65min、還原溫度超過750℃后，隨溫度升高，鐵收率下降，表明此條件下發生了過還原反應。還原溫度對磁選指標的影響有兩個方面：在不發生磁鐵礦過還原前提下，溫度升高，可促進赤鐵礦的磁化還原，對提高收率有利；但溫度升高會強化低熔點脈石礦物與磁性鐵的燒結，導致精礦品位下降。綜合考慮，確定還原溫度以750℃為最佳。

圖3 還原焙燒溫度對磁選指標的影響

圖4為750℃下焙燒不同時間的還原焙燒精礦的磁選指標。可以看出，還原25min，鐵收率僅為55.77%；還原45min，鐵收率達到98.81%，此時還原度為42.91%，接近理論還原度42.85%，表明此時絕大部分赤鐵礦已被還原成磁鐵礦；還原時間超過45min，精礦品位和收率同時下降，說明磁鐵礦發生進一步還原。綜合考慮，在750℃下還原焙燒45min，然后在1.2A激磁電流下進行磁選，可獲得最佳指標，精礦鐵品位為60.8%，收率為98.81%。

圖4 還原時間對粗鈮精礦磁選指標的影響

2.4 磁選尾礦酸洗富集鈮

對于750℃下還原焙燒45min的粗鈮精礦在不同激磁電流下磁選所得尾礦用8mol／L鹽酸溶液進行酸洗，固液分離后，分析洗渣中的Nb2O5。結果見表3。可以看出，在不同激磁電流下磁選后，尾礦中Nb2O5品位達到8.72%～12.46%，收率為53.07%～94.13%，富集比為2.85～4.07。

表3 激磁尾礦中Nb2O5富集指標

3 結論

以活性炭為還原劑，在750℃下還原焙燒45 min，粗鈮精礦中的絕大部分赤鐵礦被還原為磁鐵礦，還原度接近理論值；還原礦在1.2A激磁電流下磁選可得鐵精礦，鐵品位為60.80%，收率為98.81%；還原礦磁選回收鐵后，79.36%的鈮留在尾礦中，經酸洗后，Nb2O5品位達12.46%，富集比達4.07。

［1］姬俊梅.包頭礦鈮礦物的綜合回收研究［J］.礦業快報，2005（10）：18－20.

［2］張去非.白云鄂博礦鈮資源礦物學基本特征的分析［J］.有色金屬，2005，57（2）：111－113.

［3］呂憲俊，陳炳辰.包頭鈮資源中鈮的賦存狀態研究［J］.稀有金屬，1996，20（1）：1－5.

［4］陳泉源，于永富，豐于惠，等.白云鄂博鈮資源選礦新工藝工業分流試驗［J］.礦冶工程，1996，16（1）：22－24.

［5］余永富，陳泉源.白云鄂博鈮選礦研究現狀及展望［J］.礦冶工程，1992（1）：62－65.

［6］任俊，徐廣堯，王文梅.鈮－鈮礦冶工藝學及應用［M］.南京：南京大學出版社，1992：12－75.