褐鐵礦提鐵脫砷試驗研究

摘要：砷元素對于鐵的危害是不可忽視的，所以褐鐵礦提鐵脫砷試驗對于提高鐵的質量有著重要作用，本文主要通過磨礦一強磁選試驗法對于褐鐵礦提鐵脫砷進行了分析研究。

關鍵詞：褐鐵礦；提鐵脫砷試驗

一、我國含砷鐵礦資源及鋼鐵業脫砷研究現狀

1、砷元素作用及危害

砷是一種著名的有毒元素，而且有許多同素異形體。砷化合物廣泛分布于自然界，目前有數百種砷礦物被發現。砷在元素周期表中位于第VA族，原子序數33，原子量47.29，有灰、黃、黑三種異構體，密度5.772g/cm3，熔點717℃，在613℃升華。

砷在構成地殼元素中排第20位，含量約為2-5mg/kg。通常在大部分土壤、水和植物中都有微量砷。砷在人體中作為微量元素存在。

地殼中的砷有多種形式：比如雌黃，雄黃等。在礦石中砷主要以硫化物形式存在，同時砷也有氧化物形態和少量的單質形態。

砷單質很活潑，可發生如下反應：

1.1 砷可以被O2、F2等氧化：

；

1.2 砷作為非金屬，也可發生如下反應：

同時Mg3As2可以發生水解反應：

單質砷無毒性，砷化合物均有毒性。且三價砷毒性為五價砷的60倍，有毒物質砒霜即為三氧化二砷，人口服5-50mg就會中毒，其致死量為70-180mg。人吸入三氧化二砷致死濃度為0.16mg/m3（吸入4h），長期少量吸入或口服可產生慢性中毒。

砷化合物基本都有毒性。常被用來做除草劑，殺蟲劑等，同時也被用于涂料，半導體或者陶器的制作。

2、砷對鋼鐵的危害

鐵產品中的砷主要來源于鐵礦石，再生生鐵和廢鋼。砷元素由于其氧化勢小于鐵，且熔點較低，在鑄坯高溫冷卻、二次加熱過程中，鐵的優先氧化速度明顯大于砷元素向基體內擴散的速度，砷元素會在鋼基體與氧化層之間析出并逐漸富集，形成低熔點的富集相。礦石中的砷在燒結過程中只能除去一小部分，在高爐冶煉過程中則全部還原進入生鐵中，而生鐵中的砷在煉鋼電爐冶煉過程中，不能去掉，全部進入鋼坯中。而且隨著廢鋼的循環使用，砷會逐漸積累在鋼中，繼續形成上述的富集相，在一般軋制溫度下（1100℃-1200℃），這種液態的富集相向鑄坯基體晶粒的晶界滲透，將在軋鋼過程中擴展成表面網狀裂紋即“熱脆”裂紋。己經證實，砷在晶界偏聚造成晶界脆性是產生回火脆性，特別是高溫回火脆性的首要因素。

同理，由于薄板坯兩側具有較強的氧化性氣氛，邊部氧化更嚴重，在軋制過程中邊部受到較大拉應力作用下，易產生邊裂等缺陷。砷元素會在在鑄坯凝固過程中產生凝固偏析，易造成中心偏析等內部缺陷，從而降低鑄坯的內部致密性和軋材的機械性能；而且在晶界的偏聚會降低晶界表面能，弱化晶界，增大沿晶界脆性斷裂的傾向，從而使鋼的沖擊韌性顯著下降，惡化超低碳鋼的深沖性能。砷元素在晶界上的晶界富集因數為250，它是一個無量綱量，定義為晶界濃度與晶內濃度之比；當鋼中砷含量大于0.200%時，會導致鋼嚴重偏析，改變鋼中的晶粒結構，破壞金屬的連續性。砷在鋼基體與氧化層之間析出并逐漸富集，惡化鋼坯及鋼材的表面質量，增加熱脆傾向，降低連鑄坯的熱塑性。Stephenson E.T的研究也得出了同樣的結論，即含砷鋼在氧化性氣氛加熱過程中，砷不斷被排列到氧化層下的金屬中，當砷含量超出在鐵中的溶解極限時，就會在氧化層和金屬界面間形成溶融的液相，在熱加工拉應力作用下，這些液相則會濕潤晶界而產生表面熱脆裂紋。北京重型機器廠在研究真空精煉的35號鋼錠鍛造熱脆時，認為應取As<0.0035%。砷還會在含氫氣氛中引起應力腐蝕；同時嚴重降低耐熱鋼持久壽命及熱塑性等。

二、褐鐵礦提鐵脫砷試驗分析

1、原料

試驗所用原料為貴州赫章某含砷褐鐵礦，所用無煙煤粒度為-5mm，無粘結性，干燥無灰基氫含量為3.6%，發熱量為28MJ/kg由煤炭分類國標GB/T5751-2009可知，該無煙煤為3號無煙煤。

2、磨礦-強磁選試驗

為了觀察強磁選對礦物分離及脫砷的效果，首先進行了磨礦強磁選試探試驗。先將礦物磨制一定細度，后進行磁選分離。試驗從磨礦細度和磁選磁場強度兩方面進行考察。試驗在XCSQ-50*70型強磁選機上進行，每次磨礦之后檢測細度，后進行磁選試驗。每次試驗用量100g。

2.1 強磁選磨礦細度試驗

首先對礦物進行磨礦強磁選試驗，每次取100g礦樣，在xN1Q-6}型球磨機上磨至不同細度，磁選試驗所用設備為XCSQ-50*70型濕式強磁選機，試驗得知：用強磁選處理原礦，磨礦細度-0.074mm由76.27%變化到91.27%的過程中，精礦品位先升高后下降，回收率則一直升高，當磨礦細度達到-0.074mm占86.94%時，強磁選精礦品位可以達到54%，回收率達到了69%，再提高磨礦細度，精礦品位會逐漸降低，同時回收率沒有明顯變化，主要因為過磨使部分非磁性顆粒夾雜在精礦當中，降低了精礦品位，這是目前強磁選過程中經常遇到的情況。綜合考慮，將磨礦細度定為一0.074mm占86.94%o

在磨礦細度一0.074mm由76.27%變化到91.27%的過程中，精礦中的砷品位一直保持在0.1%以上，基本沒有多大的變化。回收率隨著細度的提高逐漸增加。當磨礦細度為90.25%時，強磁選精礦中的砷品位達到了最低點。由圖中可以看出，雖然磨礦細度一直在增加，但是精礦中的砷品位并沒有降低，根據礦相分析可知，原礦中砷礦物嵌布粒度達到了一0.03mm，但是將原礦磨制-0.03mm會增加很多能耗，同時也會影響鐵精礦的品位和回收率，這些在正常工業生產中是不實際的，因此將磨礦細度定為一0.074mm占86.94%，此時精礦鐵品位為54.08%，鐵回收率為68.95%，砷品位為0.109%，砷回收率為66.37%.

2.2 強磁選磁場強度試驗

在磨礦細度達到一0.074mm占86.94%時，進行強磁選磁場強度試驗，磁場強度分別為O.ST，0.7T，0.9T，1.1T，1.3T，1.5T。總體上來說，磨礦一強磁選過程并不能有效提高精礦中的鐵品位，砷品位也并沒有降低，表明磨礦一強磁選對于該礦石是沒有效果的，不過作為一種簡潔有效的選礦方法，隨著技術的發展，磨礦一強磁選過程在鐵礦選礦過程中還有很大的作用。

2.3 試驗方法及技術路線

焙燒一磁選一造球一氧化焙燒試驗主要分為兩個過程進行，第一步為磁化焙燒-磁選過程，第二步為造球一氧化焙燒過程。

將試驗礦樣200g與無煙煤煤粉按一定比例（無煙煤與礦樣質量比）混勻后，加入鐵罐中，待SX2-10-13型馬弗爐內溫度達到預設溫度后，將裝有反應物的鐵罐放入爐內反應一定時間，焙燒產物經水淬冷卻、烘干，用XMQ-67型磨機磨礦（磨礦濃度為60%），CXG-99型磁選管磁選，后將精礦造球，并氧化焙燒，考查氧化焙燒時間和焙燒溫度對脫砷效果的影響。

結束語

總之，上文通過磨礦一強磁選試驗的方法對于褐鐵礦提鐵脫砷試驗進行了分析研究，對于鐵的質量水平有著重要的作用。

參考文獻：

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