冷卻方式對(duì)焙燒鮞狀赤鐵礦磨礦性能影響

張漢泉，付金濤，路漫漫，李雪強(qiáng)，詹忠杰

武漢工程大學(xué)資源與土木工程學(xué)院,湖北 武漢430074

0 引 言

寧鄉(xiāng)式沉積型鮞狀赤鐵礦主要分布在我國(guó)湖北、湖南、四川、貴州等地，已探明的工業(yè)儲(chǔ)量達(dá)30多億t[1].鮞狀赤鐵礦是目前國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的最難選的鐵礦石之一.鮞狀赤鐵礦的化學(xué)成分為Fe2O3，屬三方晶系的氧礦物，與等軸晶系的磁鐵礦成同質(zhì)多象[2].因其典型的鮞狀、腎狀結(jié)構(gòu)，礦物嵌布粒度極細(xì)很不利于礦石的單體解離[3]、原礦性質(zhì)復(fù)雜[4]等特點(diǎn)，長(zhǎng)期以來(lái)被認(rèn)為是“呆礦”.國(guó)內(nèi)外鮞狀赤鐵礦選礦研究包括脫磷、脫硫、脫硅、反浮選、選擇性聚團(tuán)-反浮選、高梯度磁選、直接還原法、酸浸、焙燒、新設(shè)備和新技術(shù)等[5].鄂西鮞狀赤鐵礦儲(chǔ)量豐富，目前開發(fā)利用難度大.對(duì)于這部分難選礦石，由于嵌布粒度極細(xì)，不易單體解離，磁化焙燒-磁選是目前選別此類礦石最高效的途徑[6-7]，磁化焙燒將其中的非磁性物質(zhì)還原為磁性物質(zhì)，進(jìn)而通過(guò)磁選進(jìn)行選別.磁化焙燒不僅改變了該鐵礦的磁性，將Fe2O3還原成Fe3O4，鐵礦可磨性也會(huì)發(fā)生變化[8].冷卻介質(zhì)和冷卻速度[9]對(duì)焙燒礦選礦效果有重要影響，目前焙燒礦都采用水淬冷，可以防止新生成的磁鐵礦接觸空氣發(fā)生氧化[10]，但用水量大，不適用于缺水地區(qū).由于冷卻介質(zhì)與高溫焙燒礦表面直接接觸可能發(fā)生反應(yīng)，而對(duì)礦物表面性質(zhì)產(chǎn)生影響，從而對(duì)磨礦產(chǎn)生影響，本文研究了鄂西鮞狀赤鐵礦磁化焙燒前后可磨性的變化情況以及不同冷卻方式對(duì)焙燒礦磨礦的影響，以期選擇適宜的冷卻方法.

1 礦石性質(zhì)分析

鄂西鮞狀赤鐵礦全鐵品位為43.76%，最主要的鐵礦物是赤鐵礦，占全鐵的95.11%，微細(xì)的赤鐵礦呈細(xì)脈狀、網(wǎng)脈星散狀的形式嵌布在脈石中，嵌布粒度0.01～0.07 mm，故傳統(tǒng)的物理選礦方法較難選別.脈石礦物以石英(見圖1)為主，有害元素磷含量很高，占0.84%，遠(yuǎn)高于煉鋼煉鐵對(duì)磷含量的要求，因此開發(fā)此類礦石的重難點(diǎn)在于提高鐵品位和降低磷的含量.由于磷主要以磷灰石形式存在(見圖2)，以不規(guī)則團(tuán)塊狀、環(huán)狀等形式與赤鐵礦鮞粒共生，共生關(guān)系復(fù)雜.

圖1 微細(xì)的赤鐵礦(白色)彌散分布在石英(Q)中

圖2 膠磷礦(A)、石英和帶狀赤鐵礦(H)緊密共生

2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

根據(jù)文獻(xiàn)[11]的研究成果，鄂西鮞狀赤鐵礦磁化焙燒的條件選擇為還原粉煤配比8%，溫度為750 ℃，保溫60 min.分別在密閉、水冷和自然冷卻3種方式下冷卻焙燒礦，冷卻后篩析.再分別焙燒，冷卻，進(jìn)行磨礦試驗(yàn)，磨礦時(shí)間為5、8、11、14、17 min，水篩篩析.應(yīng)重點(diǎn)描述3種冷卻方式及冷卻過(guò)程，特別是密閉冷卻和自然冷卻，如：是否隔絕空氣，冷卻速度，及不同速度下的冷卻效果.(注：密閉冷卻是將產(chǎn)品和容器一起埋入濕煤中隔絕空氣冷卻；水冷是直接將焙燒產(chǎn)品倒入冷水中；自然冷卻是將產(chǎn)品拿出焙燒爐，置于空氣中冷卻.)

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 試樣磁化焙燒的效果

原礦焙燒礦鐵物相分析結(jié)果見表1.

表1 原礦、焙燒礦鐵物相分析結(jié)果

由表1可見，原礦經(jīng)焙燒后，磁性鐵含量明顯增多，由0.20%增長(zhǎng)到了39.70%，磁性鐵分布率也由原來(lái)的0.46%增長(zhǎng)到91.56%，說(shuō)明焙燒磁化效果明顯，這將有利于磁選選別.從焙燒礦外觀看，自然冷卻時(shí)，產(chǎn)品有所氧化，表面呈淺紅色.水冷時(shí)冷卻速度最快，密閉冷卻時(shí)冷卻速度最慢.

3.2 焙燒前后礦石粒度分析

對(duì)原礦、焙燒礦粒度組成分析結(jié)果見表2.

表2 原礦、焙燒礦粒度篩析

由表2可知，經(jīng)過(guò)焙燒之后，顆粒平均粒徑由0.069 9 mm增加到0.08 mm以上，且粗粒級(jí)增多，細(xì)粒級(jí)減少，以+0.25 mm為例，原礦含量為41.05%，而焙燒后含量均在46%以上；對(duì)于-0.045 mm，原礦含量為24.07%，焙燒礦含量均在17%左右.焙燒后鐵元素向粗顆粒中富集，如原礦中+0.25 mm中鐵分布率為41.17%，焙燒后+0.25 mm中鐵分布率均大于46%.由粒度分析可知，焙燒后礦石粒度變化規(guī)律相同，即平均粒徑增大，粗顆粒增多，細(xì)顆粒減少.

3.3 不同冷卻方式對(duì)磨礦效果的影響

根據(jù)已有的報(bào)道，鄂西鮞狀赤鐵礦選礦磨礦的最佳粒度范圍為-0.045 mm80%以上[13-15]，故選擇-0.045 mm進(jìn)行磨礦結(jié)果比較.由圖3可知，原礦磨礦曲線自始至終都高于其他曲線，說(shuō)明鄂西鮞狀赤鐵礦經(jīng)過(guò)磁化焙燒后可磨性變差.由圖4可知，密閉冷卻磨礦效果相對(duì)較好，如磨礦14 min時(shí)，密閉冷卻、水冷、自然冷卻-0.045 mm含量分別為83.89%、76.51%、77.14%，水冷和自然冷卻的磨礦效果基本相同.

圖3 原礦、焙燒礦磨礦曲線

圖4 冷卻方式對(duì)磨礦的影響

3.4 結(jié)果討論

a.掃描電鏡形貌分析結(jié)果見圖5～圖8，從總體看，鮞狀赤鐵礦經(jīng)焙燒后粗顆粒粒徑增大且含量增多，這是焙燒加熱過(guò)程中細(xì)顆粒軟化、萎縮產(chǎn)生少量液相，導(dǎo)致顆粒間粘結(jié)所致[16]，焙燒加入了礦石量8%的煤粉，煤的灰分為25.06%，可排除煤粉對(duì)粒度及粒度分布的影響.一般而言，礦石經(jīng)過(guò)焙燒后，會(huì)變得疏松多孔，可磨性會(huì)得以提高，變得更容易磨，而本試驗(yàn)中鄂西鮞狀赤鐵礦經(jīng)過(guò)磁化焙燒后，反而更難磨，可磨性降低，原因是鮞狀赤鐵礦經(jīng)過(guò)磁化焙燒后，礦物成分由赤鐵礦轉(zhuǎn)變?yōu)榱舜盆F礦，其莫氏硬度由鮞狀赤鐵礦的2～4變成了磁鐵礦的5.5～6.5[7]，硬度升高很多，而原礦燒失僅為3.57%，焙燒過(guò)程中分解，蒸發(fā)跑掉的成分少，礦石疏松性變化小，從圖6～圖8SEM照片看，礦石疏松性基本無(wú)變化，且焙燒后礦物顆粒變粗也可能使礦石結(jié)構(gòu)變的致密[4]，故而焙燒后礦石可磨性降低.

b.觀察圖6～圖8可知，焙燒礦經(jīng)密閉冷卻后比經(jīng)水冷和自然冷卻后顆粒要粗且含量也多，這與篩析結(jié)果一致，其平均粒徑分別為0.088 2 mm、0.084 3 mm、0.087 0 mm，+0.25 mm含量分別為50.35%、46.7%和49.98%，在磨礦曲線中隨著粒徑的變小斜率越小，磨礦效率越低，故粒徑較粗的密閉冷卻的焙燒礦磨礦效率要高一些.由表3可見，原礦密度最大，且冷卻方式不同，焙燒礦密度存在差別，密閉冷卻密度最小、水冷最大、自然冷卻居中，且分別為3.356 g/cm3、3.456 g/cm3、3.384 g/cm3.由于礦石密度越大礦石就越致密，所以密閉冷卻的焙燒礦磨礦效果最好，水冷和自然冷卻相當(dāng)，且自然冷卻稍微好磨.

表3 焙燒礦密度

圖5鮞狀赤鐵礦SEM照片(×1000)

Fig.5 SEM images of oolitic hematite

圖6密閉冷卻焙燒礦SEM照片(×1000)

Fig.6 SEM images of roasted ore by closed cooling

圖7 水冷焙燒礦SEM照片(×1000)

圖8 自然冷卻焙燒礦SEM照片(×1000)

5 結(jié) 語(yǔ)

a.鄂西鮞狀赤鐵礦鐵品位為43.76%，赤鐵礦嵌布粒度細(xì)，為0.01～0.07 mm.單體解離困難，可能使其過(guò)磨、泥化，所以選別此類礦石的關(guān)鍵是磨礦的研究.

b.鄂西鮞狀赤鐵礦焙燒后，礦石變粗，如原礦、密閉冷卻、水冷和自然冷卻焙燒礦的平均粒徑分別為0.069 9 mm、0.088 2 mm、0.084 3 mm、0.087 0 mm.且礦物中粗顆粒增多，細(xì)顆粒減少，以+0.25 mm含量為例，原礦為41.05%，而焙燒后含量均在46%以上；-0.045 mm含量，原礦為24.07%，焙燒礦含量均在18%左右.焙燒后鐵元素向粗顆粒中富集，如原礦中+0.25 mm中鐵分布率為41.17%，焙燒后+0.25 mm中鐵分布率均大于46%.

c.鄂西鮞狀赤鐵礦經(jīng)過(guò)磁化焙燒后可磨性變差，3種冷卻方式中密閉冷卻磨礦效果最好，如磨礦14 min時(shí)，密閉冷卻、水冷、自然冷卻-0.045 mm含量分別為83.89%、76.51%、77.14%，水冷和自然冷卻的磨礦效果基本相同，由于水冷消耗水量大，自然冷卻會(huì)導(dǎo)致焙燒礦表面新生成的赤鐵礦被O2氧化而磁性降低，綜合考慮鄂西鮞狀赤鐵礦焙燒礦應(yīng)該采用密閉冷卻.

致 謝

感謝中國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)和武漢工程大學(xué)的經(jīng)費(fèi)支持，感謝武漢工程大學(xué)礦物加工實(shí)驗(yàn)室齊全的試驗(yàn)設(shè)施與濃厚的科研氛圍.

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