東鞍山某鮞狀赤鐵礦石懸浮焙燒試驗

張 茹 李艷軍 劉 杰 聶成梅 張裕書

(1.東北大學資源與土木工程學院，遼寧 沈陽110819;2.中國地質科學院礦產綜合利用研究所，四川 成都610041)

我國鮞狀赤鐵礦儲量豐富，僅鄂西高磷鮞赤鐵礦石已探明儲量20 億t，占我國赤鐵礦石總儲量的30%［1-3］。由于鮞狀赤鐵礦石鐵礦物嵌布粒度微細，且與其共生礦物形成層層包裹的結構，采用傳統的選礦方法較難取得良好的選別指標。對于傳統方法難以有效分選的低品位鐵礦石，國內外常采用磁化焙燒方法處理，但傳統磁化焙燒技術存在還原反應不均勻、成本高等缺點［4-6］。懸浮焙燒是將原料細磨后在懸浮狀態下與還原氣體接觸并發生反應，具有還原焙燒時間短、效率高、處理能力大、成本低等優點［7-10］。本研究針對東鞍山某鮞狀赤鐵礦石進行懸浮焙燒—磁選試驗，以期為該礦石的開發利用提供依據。

1 原礦性質

試驗礦樣為東鞍山某鮞狀赤鐵礦石，對其進行化學多元素分析，結果如表1 所示。

表1 原礦化學多元素分析結果Table 1 Chemical composition analysis results of run-of-mine ore %

從表1 可以看出:原礦主要有用元素為鐵，含量為44.53%;雜質成分主要為SiO2、Al2O3、CaO，有害元素磷含量較高，屬高磷鮞狀赤鐵礦石。

2 試驗方法

在實驗室間歇式懸浮焙燒爐中進行懸浮焙燒試驗，首先對懸浮焙燒爐進行預熱，當爐內溫度升至預定值時，向爐中通入預熱后的N2以排空反應爐內空氣，然后通入總氣體流量為8 m3/h 的N2和H2的混合氣體，將細磨后原礦從給礦管給入焙燒爐進行磁化焙燒，反應完成后將氣體切換為N2，焙燒物料在N2氣氛中冷卻至室溫。將焙燒產品磨細至－0.074 mm占95%，在磁場強度為85.1 kA/m 的條件下經磁選管1 次磁選得鐵精礦。試驗流程見圖1。

圖1 試驗流程Fig.1 Separation process

3 試驗結果與分析

3.1 給礦細度試驗

在焙燒溫度為700 ℃、H2濃度為40%(指H2占N2和H2混合氣體的體積分數，下同)、焙燒時間為15 s 條件下進行給礦細度試驗，結果如圖2 所示。

圖2 給礦細度對精礦指標的影響Fig.2 Iron concentrate index at different grinding fineness of the ore

從圖2 可以看出:隨著給礦細度的提高，精礦鐵品位逐漸降低，而鐵回收率先升高后緩慢降低。給礦粒度越細，顆粒比表面積越大，還原反應進行得越充分;但是粒度過細時會導致物料在爐內停留時間過短，反應不充分，精礦鐵品位與回收率降低。綜合考慮，確定給礦細度為－0.074 mm 占75%，此時獲得的精礦鐵品位和回收率分別為54.14%、45.78%。

3.2 H2 濃度試驗

在給礦細度為－0.074 mm 占75%，懸浮焙燒溫度為700 ℃，焙燒時間為15 s，H2濃度分別為20%、30%、40%、50%條件下進行試驗，結果如圖3 所示。

圖3 H2 濃度對精礦指標的影響Fig.3 Iron concentrate index for different concentration of H2

從圖3 可以看出:隨著H2濃度的提高，精礦鐵品位與回收率均先升高后降低。H2濃度較低時，還原反應不充分，精礦鐵品位和回收率較低;H2濃度過高時會發生過還原現象，降低精礦指標。綜合考慮，確定H2濃度為40%，此時獲得的精礦鐵品位和回收率分別為54.14%、45.78%。

3.3 懸浮焙燒溫度試驗

在給礦細度為－0.074 mm 占75%，焙燒時間為15 s，H2濃度為40%，焙燒溫度分別為550、600、650、700 ℃條件下進行試驗，結果如圖4 所示。

圖4 懸浮焙燒溫度對精礦指標的影響Fig.4 Iron concentrate index at different suspension roasting temperature

從圖4 可以看出:隨著焙燒溫度的升高，精礦鐵品位和回收率均先升高后降低。升高溫度可以提高焙燒反應速率，精礦鐵回收率也相應提高，但溫度過高時，會生成弱磁性的Fe3O4-FeO，降低精礦鐵回收率［11］。綜合考慮，確定懸浮焙燒溫度為650 ℃，此時獲得的精礦鐵品位和回收率分別為58.83%、55.54%。

3.4 懸浮焙燒時間試驗

在給礦細度為－0.074 mm 占75%，焙燒溫度為650 ℃，H2濃度為40%，焙燒時間分別為15、30、45、60、75 s 條件下進行試驗，結果如圖5 所示。

圖5 懸浮焙燒時間對精礦指標的影響Fig.5 Iron concentrate index for various length of suspension roasting time

從圖5 可以看出:隨著焙燒時間的延長，精礦鐵品位先降低，焙燒時間大于30 s 后，鐵品位隨焙燒時間延長變化不明顯，鐵回收率逐漸升高。綜合考慮精礦指標與生產成本，確定焙燒時間為75 s，此時獲得的精礦鐵品位和回收率分別為56.73%、83.96%，磷含量為0.78%。鐵精礦磷含量較高，需進一步進行降磷試驗研究。

4 結 論

(1)東鞍山某鮞狀赤鐵礦石鐵品位為44.53%、P2O5含量為2.25%，鐵主要以鮞狀集合體形式存在，嵌布粒度微細，屬高磷鮞狀赤鐵礦石。

(2)對給礦細度為－0.074 mm 占75%、總氣流量為8 m3/h、H2濃度為40%、懸浮焙燒溫度為650℃、焙燒時間為75 s 條件下獲得的焙燒產品磨細至－0.074 mm占95%，在磁場強度為85.1 kA/m 條件下磁選，獲得了鐵品位為56.73%、回收率為83.96%、磷含量為0.78%的精礦，該精礦磷含量較高，還需進一步進行降磷試驗研究。

［1］ 李廣濤，張宗華，張 昱，等. 某高磷鮞狀赤褐鐵礦的焙燒—磁選試驗研究［J］.礦業快報，2008(1):27-30.

Li Guangtao，Zhang Zonghua，Zhang Yu，et al. Test research on roasting-magnetic separation of high-phosphorus oolitic hematitelimonite ore［J］.Express Information of Mining Industry，2008(1):27-30.

［2］ 陳 超，李艷軍，張裕書，等. 鮞狀赤鐵礦懸浮焙燒試驗研究［J］.礦產綜合利用，2013(6):31-34.

Chen Chao，Li Yanjun，Zhang Yushu，et al. Study on suspension roasting for oolitic hematite［J］. Multipurpose Utilization of Mineral Resources，2013(6):31-34.

［3］ 楊 林.鮞狀赤鐵礦分選行為及磁化焙燒的基礎研究［D］. 長沙:中南大學，2010.

Yang Lin. The Beneficiation Behaviors and Magnetic Roasting Research of Oolitic Hematite Ores［M］. Changsha:Central South University，2010.

［4］ 童 雄，黎應書，周慶華，等. 難選鮞狀赤鐵礦石的選礦新技術試驗研究［J］. 中國工程科學，2005(7):324-326.

Tong Xiong，Li Yingshu，Zhou Qinghua，et al.Experiment of refractory oolitic hematite with ore processing［J］. Engineering Science，2005(7):324-326.

［5］ 孫炳泉.近年來我國復雜難選鐵礦石選礦技術進展［J］.金屬礦山，2006(3):11-13.

Sun Bingquan.Progress in China＇s beneficiation technology for complex refractory iron ore［J］. Metal Mine，2006(3):11-13.

［6］ 祁超英，余永富，張亞輝.鄂西鮞狀赤鐵礦還原焙燒機理及分選有效途徑探析［J］.金屬礦山，2010(10):57-60.

Qi Chaoying，Yu Yongfu，Zhang Yahui. Exploration of reduction roasting mechanism and effective beneficiation process for oolitic hematite ore from Western Hubei［J］. Metal Mine，2010(10):57-60.

［7］ 王國軍，王智化，楊 麗，等. 某鮞狀赤鐵礦循環流化床焙燒—磁選試驗研究［J］.金屬礦山，2010(2):57-61.

Wang Guojun，Wang Zhihua，Yang Li，et al.Expermients on roasting technology magnetic separation of oolitic hematite ore by the circulating fluidized bed［J］. Metal Mine，2010(2):57-61.

［8］ 張錦瑞，胡力可，梁銀英，等. 難選鮞狀赤鐵礦的研究利用現狀及展望［J］.中國礦業，2007(7):74-76.

Zhang Jinrui，Hu Like，Liang Yinying，et al.The research on refractory oolitic hematite and expectation［J］. China Mining Magazine，2007(7):74-76.

［9］ 梅光軍，饒 鵬，余永富，等. 河北某鮞狀(菱)赤鐵礦選礦試驗研究［J］.武漢理工大學學報，2008，30(12):63-66.

Mei Guangjun，Rao Peng，Yu Yongfu，et al. Beneficiation test on an oolitic hematite in Hebei［J］. Journal of Wuhan University of Technology，2008，30(12):63-66.

［10］ 張錦瑞，胡力可，梁銀英.我國難選鐵礦石的研究現狀及利用途徑［J］.金屬礦山，2007(11):6-9.

Zhang Jinrui，Hu Like，Liang Yinying.Status quo of utilization way research of refractory iron ore in China［J］. Metal Mine，2007(11):6-9.

［11］ 王 儒，韓躍新，李艷軍，等.湖北某鮞狀赤鐵礦石懸浮焙燒試驗研究［J］.金屬礦山，2015(6):65-69.

Wang Ru，Han Yuexin，Li Yanjun，et al. Experiment research on the suspension roasting of oolitic hematite ore from Hubei［J］. Metal Mine，2015(6):65-69.