酒鋼-1 mm鏡鐵礦粉礦微波磁化焙燒—弱磁選試驗

馬 浩 陳鐵軍,2 劉 偉 黃獻寶 蘇 濤 屈萬剛

(1.武漢科技大學資源與環境工程學院，湖北 武漢 430081；2.冶金礦產資源高效利用與造塊湖北省重點實驗室，湖北 武漢 430081)

酒鋼-1 mm鏡鐵礦粉礦微波磁化焙燒—弱磁選試驗

馬 浩1陳鐵軍1,2劉 偉1黃獻寶1蘇 濤1屈萬剛1

(1.武漢科技大學資源與環境工程學院，湖北 武漢 430081；2.冶金礦產資源高效利用與造塊湖北省重點實驗室，湖北 武漢 430081)

鑒于酒鋼-1 mm鏡鐵礦粉礦采用常規選礦方法難以獲得好的分選指標，進行常規磁化焙燒—弱磁選又需解決球團問題，以哈密煙煤為還原劑，對該粉礦開展了微波磁化焙燒—弱磁選研究，考察了煤粉用量、微波功率、焙燒溫度、焙燒時間、焙燒產品磨礦細度和弱磁選磁場強度對所獲鐵精礦指標的影響。試驗結果表明，在煤粉與礦石的質量比為5%、微波功率為1 kW、焙燒溫度為550 ℃條件下將該粉礦微波磁化焙燒15 min，然后將焙燒礦磨細至-0.074 mm占85.65%，在92.16 kA/m磁場強度下進行1次磁選管選別，可獲得鐵精礦鐵品位為55.10%、鐵回收率為86.65%的較好指標，從而為該-1 mm鏡鐵礦粉礦中鐵礦物的高效回收提供了一種新思路。

酒鋼-1 mm鏡鐵礦粉礦 微波磁化焙燒 弱磁選

酒鋼鏡鐵礦粉礦品位低、礦物組成復雜、嵌布粒度較細，選別指標一直難以提高[1-2]。磁化焙燒是目前處理難選鐵礦石較典型、有效的方法[3-4]，武漢科技大學已完成了酒鋼-15 mm鏡鐵礦粉礦中15～5 mm粒級的磁化焙燒—弱磁選研究[5]，5～1 mm粒級的磁化焙燒—弱磁選研究也正在進行之中，但-1 mm粒級進行常規磁化焙燒需要制備含碳球團，面臨較大的技術難題[6]。

采用微波加熱的方式可以直接對含碳鐵礦粉進行碳熱還原，這樣可以省去球團制備過程；同時，由于鐵礦石吸收微波的能力較強以及微波可導致礦石顆粒內部產生微裂隙，使得微波加熱還具有可大大縮短焙燒時間和有利于焙燒產物磨礦解離的特點。本研究以哈密煙煤作為還原劑，對酒鋼-1 mm鏡鐵礦粉礦進行微波磁化焙燒—磨礦—弱磁選試驗，取得了較好的試驗結果。

1 試樣和試驗設備

1.1 試 樣

試樣主要化學成分分析結果見表1。由表1可知，試樣鐵品位僅為28.69%，SiO2含量達27.21%，有害元素S、P含量均不高。

表1 試樣主要化學成分分析結果

試樣X射線衍射圖譜見圖1。由圖1可以看出：試樣中鐵礦物主要是赤鐵礦(鏡鐵礦)，其次是菱鐵礦；脈石礦物以石英為主，其次是重晶石、白云母、白云石。

圖1 試樣XRD圖譜

試樣鐵物相分析結果見表2。由表2可知：試樣中的鐵主要賦存于赤褐鐵礦中，其次以碳酸鐵形式存在，有少量硅酸鐵、磁性鐵、硫化鐵。

表2 試樣鐵物相分析結果

試樣顯微鏡照片見圖2。由圖2可以看出，試樣中的鐵礦物主要呈稠密浸染狀或稀疏條帶狀分布于脈石礦物中，嵌布粒度較細，在0.02～0.2 mm之間，單體解離難度很大。

1.2 試驗設備

微波焙燒設備采用HAMiLab-C1500型高溫微波馬弗爐，額定功率為3 kW，輸入功率為0.2～1.4 kW連續可調；測溫設備采用Raytek型紅外測溫儀，量程為250～1 450 ℃；磨礦設備采用HLXMQ-φ240×90型錐形球磨機；弱磁選設備采用HLXCGS-φ50型磁選管。

圖2 試樣顯微鏡照片

2 試驗方法

(1)每次取300 g原礦，與一定比例的煤粉混合后裝入加蓋坩堝，置于微波馬弗爐中，并調整微波功率給微波馬弗爐升溫。

(2)待爐溫達到設定值后保溫焙燒一定時間，關閉微波爐，取出坩堝，將焙燒礦水淬冷卻。

(3)水淬樣經干燥后，在60%磨礦濃度下球磨一定時間，過濾、干燥，取20 g進行1次弱磁選，根據所得精礦的鐵品位、鐵回收率指標確定合適的煤粉用量、微波功率、焙燒溫度、焙燒時間、磨礦細度和弱磁選場強。

3 試驗結果及分析

3.1 微波焙燒條件的確定

3.1.1 微波功率對精礦指標的影響

在煤粉與礦樣的質量比為5%、焙燒溫度為550 ℃、保溫時間15 min、磨礦時間為3 min、磁場強度為92.16 kA/m的條件下考察微波功率對精礦指標的影響，試驗結果見圖3。

由圖3可知，隨著微波功率的增大，精礦的鐵品位和鐵回收率均先小幅波動后急劇降低。這是由于微波功率增大使物料升溫速率不斷提高，當溫度上升過快時物料會產生“熱失控”現象[7]，最終物料因局部溫度過高而燒結熔融，導致其孔隙率降低，阻礙還原反應的進行[8]；同時燒結熔融使已還原的鐵礦物與脈石礦物結合得更加緊密，影響磨礦和分選效率。

圖3 微波功率對精礦指標的影響

但微波功率太低時礦樣升溫時間過長，如微波功率為0.4 kW時升溫耗時達45 min，而微波功率為1 kW時升溫僅需15 min。綜合考慮，選擇微波功率為1 kW。

3.1.2 煤粉用量對精礦指標的影響

在微波功率為1 kW、焙燒溫度為550 ℃、保溫時間為15 min、磨礦時間為3 min、磁場強度為92.16 kA/m的條件下考察煤粉用量(與礦樣的質量比，下同)對精礦指標的影響，試驗結果見圖4。

由圖4可知，隨著煤粉用量的增加，精礦的鐵品位在55.79%～54.80%的小范圍內呈總體下降趨勢，鐵回收率則先由67.69%大幅度提高到86.65%，然后在煤粉用量超過5%后有所回落，同時可發現此時物料的升溫速率明顯加快。

煤粉是強吸波物質，隨著煤粉用量的增加，煤粉周邊的礦石因溫度較高而被優先還原[9]，當煤粉過量時，這部分礦石易發生過還原反應，這是煤粉用量超過5%后精礦鐵回收率發生回落的原因所在。

根據圖5結果，選擇煤粉用量為5%。

3.1.3 焙燒溫度對精礦指標的影響

在煤粉用量為5%、微波功率為1 kW、保溫時間為15 min、磨礦時間為3 min、磁場強度為92.16 kA/m的條件下考察焙燒溫度對精礦指標的影響，試驗結果見圖5。

圖5 焙燒溫度對精礦指標的影響

由圖5可以看出，隨著焙燒溫度的提高，精礦的鐵品位在55.75%～54.63%的小范圍內呈總體下降趨勢，鐵回收率則先由17.72%急劇上升到86.65%，之后趨于穩定。

焙燒溫度較低時，還原不夠充分，因此雖然精礦鐵品位較高，但鐵回收率很低；焙燒溫度較高時，生成的磁鐵礦會與脈石礦物發生黏結，因此雖然精礦鐵回收率較高，但精礦鐵品位會受到一定影響。

根據圖5結果，選擇焙燒溫度為550 ℃。

3.1.4 保溫時間對精礦指標的影響

在煤粉用量為5%、微波功率為1 kW、焙燒溫度為550 ℃、磨礦時間為3 min、磁場強度為92.16 kA/m的條件下考察保溫時間對精礦指標的影響，試驗結果見圖6。

圖6 保溫時間對精礦指標的影響

由圖6可以看出，隨著保溫時間的延長，精礦的鐵品位在55.54%～54.86%的小范圍內波動，鐵回收率則先上升后下降，最大值出現在保溫15 min時，為86.65%。因此，確定保溫時間為15 min。

3.2 弱磁選條件的確定

3.2.1 磨礦細度的確定

磨礦細度是影響選礦結果的重要因素之一。合適的磨礦細度既能保證大部分有用礦物的單體解離，又可避免泥化現象。將煤粉用量為5%、微波功率為1 kW、焙燒溫度為550 ℃、保溫時間為15 min條件下所得焙燒礦分別球磨2、2.5、3、3.5、4 min，然后在92.16 kA/m磁場強度下進行1次弱磁選，精礦指標的變化見圖7。

圖7 磨礦時間對產品指標的影響

從圖7可知，隨著磨礦時間的延長，精礦的鐵品位從52.68%上升至55.33%，而鐵回收率從88.64%下降至83.41%。兼顧精礦的鐵品位和鐵回收率，取磨礦時間為3 min，此時磨礦細度為-0.074 mm占85.65%。

3.2.2 弱磁選磁場強度的確定

將煤粉用量為5%、微波功率為1 kW、焙燒溫度為550 ℃、保溫時間為15 min條件下所得焙燒礦球磨至-0.074 mm占85.65%，分別在60.85、76.71、92.16、108.38、124.43 kA/m磁場強度下進行1次弱磁選，所得精礦指標的變化見圖8。

圖8 磁場強度對精礦指標的影響

從圖8可知：隨著磁場強度由60.85 kA/m提高到92.16 kA/m，精礦的鐵品位從55.62%小幅下降到55.10%，鐵回收率則從58.16%迅速上升到86.65%；之后繼續提高磁場強度，精礦的鐵品位下降顯著而鐵回收率變化不大。因此，選擇弱磁選磁場強度為92.16 kA/m。

4 結 論

(1)酒鋼-1 mm鏡鐵礦粉礦中的鐵主要以赤褐鐵礦(鏡鐵礦)形式存在，且鐵礦物嵌布粒度細，常規選礦方法分選難度大。

(2)在煤粉與礦石的質量比為5%、微波功率為1 kW、焙燒溫度為550 ℃條件下將該粉礦微波磁化焙燒15 min，然后將焙燒礦磨細至-0.074 mm占85.65%，在92.16 kA/m磁場強度下進行1次磁選管選別，可獲得鐵品位為55.10%、鐵回收率為86.65%的鐵精礦。

[1] 苗 梁，李國棟，姜永智，等.西北某難選鐵礦石選礦試驗[J].金屬礦山，2013(3)：73-76. Miao Liang，Li Guodong，Jiang Yongzhi，et al.Experimental research on beneficiation of a refractory iron ore at Northwest of China[J].Metal Mine，2013(3)：73-76.

[2] 伍喜慶，李國平，胡 聰，等.鏡鐵礦連生體可選性研究[J].金屬礦山，2012(5)：74-78. Wu Xiqing，Li Guoping，Hu Cong，et al.Separability of specularite intergrowth[J].Metal Mine，2012(5)：74-78.

[3] 任亞峰，余永富.難選紅鐵礦磁化焙燒技術現狀及發展方向[J].金屬礦山，2005(11)：20-21. Ren Yafeng，Yu Yongfu.Present status and development orientation of magnetization roasting technology for refractory red iron ores[J].Metal Mine，2005(11)：20-21.

[4] 張宗旺，李 健，李 燕，等.國內難選鐵礦的開發利用現狀及發展[J].有色金屬科學與工程，2012，03(1)：72-77. Zhang Zongwang，Li Jian，Li Yan，et al.The development and utilization status of China's refractory ore[J].Nonferrous Metals Science and Engineering，2012，03(1)：72-77.

[5] 丁春江，陳鐵軍，胡佩偉，等.鏡鐵山5～15 mm粒級鏡鐵礦石磁化焙燒—弱磁選試驗[J].金屬礦山，2014(3)：71-74. Ding Chunjiang，Cheng Tiejun，Hu Peiwei，et al.Magnetic roasting and low intensity magnetic separation experiment of specularite particles at 5～15 mm from Jingtie Mountain[J].Metal Mine，2014(3)：71-74.

[6] 陳 津，劉 瀏，曾加慶，等.微波加熱還原含碳鐵礦粉試驗研究[J].鋼鐵，2004，39(6)：1-5. Chen Jin，Liu Liu，Zeng Jiaqing，et al.Experimental research of microwave heating on iron ore concentrates containing coal and lime[J].Iron and Steel，2004，39(6)：1-5.

[7] 王 華.鐵氧化物微波場中升溫行為及其煤基直接還原研究[D].長沙：中南大學，2011. Wang Hua.Study on the Temperature Rising Behavior and Coal-based Direct Reduction of Iron Oxides in Microwave Field[D].Changsha：Central South University，2011.

[8] 王曉輝，彭金輝，夏洪應，等.云南惠民鐵礦微波磁化焙燒工藝[J].中南大學學報：自然科學版，2012，43(6)：2043-2047. Wang Xiaohui，Peng Jinhui，Xia Hongying，et al.Microwave magnetization roasting for iron ore of Huimin in Yunnan Province[J].Journal of Central South University：Science and Technology，2012，43(6)：2043-2047.

[9] Ishizaki K，Nagata K，Hayashi T.Localized heating and reduction of magnetite ore with coal in composite pellets using microwave irradiation[J].ISIJ International，2007，47(6)：817-822.

(責任編輯 孫 放)

ExperimentoftheProcessofMicrowaveMagnetizationRoastingandLowIntensityMagneticSeparationforFineSpeculariteat-1mmofJiugang

Ma Hao1Chen Tiejun1,2Liu Wei1Huang Xianbao1Su Tao1Qu Wan'gang1

(1.CollegeofResourceandEnvironmentEngineering，WuhanUniversityofScienceandTechnology，Wuhan430081，China；2.HubeiKeyLaboratoryforEfficientUtilizationandAgglomerationofMetallurgicMineralResources，Wuhan430081，China)

It is hard to obtain good separation index for the specularite at -1 mm in Jiugang company by conventional beneficiation process.In the conventional magnetic roasting-low intensity magnetic separation，the problem of pellets has to be solved.With Hami bituminous coal as reducing agent，the process of the microwave magnetization roasting-low intensity magnetic separation study for fine ore is carried out to investigate the effect of the dosage of pulverized coal，microwave power，roasting temperature，roasting time，grinding fineness of roasted products and low intensity magnetic field strength on the iron concentrate indexes.The test results showed that under the conditions of the mass ratio of pulverized coal to ore 5%，microwave power 1 kW，and calcined at 550 ℃，the raw fine ores were treated by the microwave magnetizing roasting for 15 min，and then the roasted products are ground to the fineness of -0.074 mm 85.65%.By this method，good indicators of iron concentrate with Fe grade of 55.10% and Fe recovery of 86.65% was achieved by adopting one-stage magnetic tube separation with magnetic field strength of 92.16 kA/m.The research provides a new idea for high efficient recovery of iron ore from fine specularite at -1 mm.

-1 mm fine specularite of Jiusteel，Microwave magnetizing roasting，Low intensity magnetic separation

2014-10-11

馬 浩(1989—)，男，碩士研究生。

TD951.1

A

1001-1250(2014)-12-066-04