氣基還原焙燒—弱磁選回收赤泥中鐵礦物試驗(yàn)

張淑敏 袁 帥 韓躍新 李艷軍 劉 杰 尹 衡

（東北大資源與土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110819）

赤泥是氧化鋁生產(chǎn)工業(yè)中的廢棄物，每生產(chǎn)1 t氧化鋁就會排放0.3～2.5 t赤泥，過去10 a在中國累積排放堆存的赤泥總量已超過2億t，而且現(xiàn)在仍以每年3 000萬t的速度增加［1-2］。堆存的赤泥破壞生態(tài)環(huán)境，造成大氣、土地、水源污染，危害人們健康。同時赤泥中的許多可利用組分也得不到合理利用，造成了資源的嚴(yán)重浪費(fèi)［3］。赤泥呈現(xiàn)紅褐色主要是因?yàn)槠渲泻谐噼F礦、針鐵礦、褐鐵礦等鐵礦物。隨著國內(nèi)優(yōu)質(zhì)鐵礦資源的消耗，可以考慮將赤泥作為二次資源進(jìn)行鐵礦物綜合回收利用［4-5］。

現(xiàn)有研究表明采用常規(guī)選礦技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)赤泥中弱磁性鐵礦物的有效回收，需開發(fā)創(chuàng)新技術(shù)進(jìn)行鐵礦物綜合回收利用［6］。還原焙燒技術(shù)近年來獲得了一定的突破性進(jìn)展，尤其是采用還原性氣體對鐵礦物進(jìn)行還原，相比配碳等還原呈現(xiàn)出明顯優(yōu)勢［7-9］。本文采用氣基還原焙燒處理赤泥，考察了焙燒溫度、焙燒時間、CO濃度等條件對焙燒效果的影響，為高效綜合利用赤泥中鐵礦物提供新的技術(shù)途徑。

1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)所用原料為山東某赤泥預(yù)富集精礦，試樣化學(xué)多元素分析結(jié)果如表1所示。

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從表1可以看出，試樣能夠回收的元素主要是鐵，有害元素硫、磷的含量很低，可以不考慮其影響；試樣鐵含量較高，鐵品位為44.32%，但亞鐵含量較低，Al2O3和SiO2的含量分別為13.39%和3.23%。

試樣XRD分析結(jié)果如圖1所示。

從圖1可以看出，試樣主要鐵礦物為赤鐵礦，脈石礦物主要為三水鋁石、勃姆石和石英。

試樣鐵化學(xué)物相分析結(jié)果如表2所示。

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表2表明：試樣中鐵主要以赤（褐）鐵礦形式存在，赤（褐）鐵礦中鐵占全鐵的96.57%；磁鐵礦中鐵占全鐵的1.54%；碳酸鐵占全鐵的0.45%。由于試樣中赤鐵礦含量較高，導(dǎo)致赤泥采用常規(guī)選別方法難以獲得理想的分選指標(biāo)，因此需進(jìn)行還原焙燒將赤泥中的弱磁性鐵礦物轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)磁性礦物加以回收。

2 試驗(yàn)方法

在管式爐中進(jìn)行還原焙燒試驗(yàn)，首先通入N2排凈爐內(nèi)空氣，并將待焙燒物料給入爐內(nèi)，待焙燒爐升溫至預(yù)定溫度，然后將一定濃度比例的N2和CO混合氣體給入爐內(nèi)，進(jìn)行預(yù)定時間的還原焙燒。待物料完成焙燒后，關(guān)閉加熱系統(tǒng)并停止通入還原氣體CO，繼續(xù)通入N2使焙燒物料冷卻至室溫，得到焙燒產(chǎn)品。將焙燒產(chǎn)品細(xì)磨后，在磁選管磁場強(qiáng)度為85 kA/m條件下進(jìn)行弱磁選試驗(yàn)，分選產(chǎn)品烘干后進(jìn)行化驗(yàn)分析。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 焙燒溫度對分選指標(biāo)的影響

在焙燒時間為15 min，總氣體流量為500 mL/min，CO濃度為30%，焙燒溫度分別為500、520、540、560、580、600℃條件下，進(jìn)行還原焙燒試驗(yàn)。焙燒產(chǎn)品經(jīng)水淬、烘干后，磨至-0.038 mm占57%，進(jìn)行磁選管弱磁選試驗(yàn)。焙燒溫度對弱磁選精礦指標(biāo)的影響如圖2所示。

由圖2可知：焙燒溫度在500～540℃范圍內(nèi)，隨著焙燒溫度的升高，磁選精礦鐵品位和回收率變化均不大，分別維持在56%和89%左右；焙燒溫度大于540℃時，鐵品位隨焙燒溫度升高逐漸提高，由56.19%上升到57.02%，鐵回收率隨焙燒溫度升高先降低后小幅提高，焙燒溫度為580℃時鐵回收率下降至81.01%，在焙燒溫度大于580℃后，鐵回收率隨焙燒溫度升高又小幅提高。焙燒溫度過低時，還原反應(yīng)速度慢，部分赤鐵礦物不能充分還原成磁鐵礦，磁選精礦鐵品位較低，焙燒溫度超過560℃時，焙燒過程生成少量浮氏體使得鐵回收率降低［10］。綜合考慮，確定焙燒溫度為560℃。

3.2 CO濃度對分選指標(biāo)的影響

在焙燒溫度為560℃，焙燒時間為15 min，總氣體流量為500 mL/min，CO濃度分別為10%、20%、30%、40%、50%條件下，進(jìn)行管式爐還原焙燒試驗(yàn)。焙燒產(chǎn)品經(jīng)水淬、烘干后，磨至-0.038 mm占57%，進(jìn)行磁選管弱磁選試驗(yàn)。CO濃度對弱磁選精礦指標(biāo)的影響如圖3所示。

由圖3可知，當(dāng)CO濃度從10%增加到20%時，鐵品位略有下降，回收率由78.88%提高到90.31%，隨著CO濃度的繼續(xù)提高，鐵品位和回收率均呈現(xiàn)下降趨勢。在還原劑用量不足10%時，還原劑用量太少，還原氣氛不夠，還原效果低，導(dǎo)致鐵精礦回收率不高，還原劑用量過量時，會有少量浮氏體和金屬鐵生成，易與脈石連生難以解離，導(dǎo)致鐵品位和回收率均有所下降［11］。綜合考慮，確定CO濃度為20%。

3.3 焙燒時間對分選指標(biāo)的影響

在焙燒溫度為560℃，總氣體流量為500 mL/min，CO濃度為20%，焙燒時間分別為5、10、15、20、25 min條件下，進(jìn)行還原焙燒試驗(yàn)。焙燒產(chǎn)品經(jīng)水淬、烘干后，磨至-0.038 mm占57%，進(jìn)行磁選管弱磁選試驗(yàn)。焙燒時間對弱磁選精礦指標(biāo)的影響如圖4所示。

由圖4可知：隨著焙燒時間的延長，鐵精礦品位呈現(xiàn)緩慢下降趨勢，回收率呈先上升后緩慢下降至平穩(wěn)趨勢；當(dāng)焙燒時間由5 min增加至10 min時，磁選精礦鐵品位從57.38%下降到57.10%，回收率由79.40%增至90.47%；焙燒時間由10 min增加至15 min，磁選精礦鐵品位和回收率變化不大，焙燒時間由15 min增加至25 min時，磁選精礦鐵品位和回收率均呈下降趨勢，其中鐵品位由56.95%下降到56.05%，回收率由90.31%下降到85.20%。這主要是因?yàn)椋€原焙燒反應(yīng)開始時，F(xiàn)e2O3還原生成Fe3O4所需要的CO濃度較低，隨著還原焙燒時間的增長，F(xiàn)e2O3的還原反應(yīng)易于發(fā)生。但是還原焙燒時間大于10 min后會發(fā)生過還原反應(yīng)，生成弱磁性的浮氏體，使得精礦的產(chǎn)率和回收率在10 min以后出現(xiàn)下降的趨勢。綜合考慮，確定焙燒時間為10 min。

3.4 總氣體流量對分選指標(biāo)的影響

在焙燒溫度為560℃，焙燒時間為10 min，CO濃度為 20%，總氣體流量分別為 300、350、400、450、500、550 mL/min條件下，進(jìn)行管式爐還原焙燒試驗(yàn)。焙燒產(chǎn)品經(jīng)水淬、烘干后，磨至-0.038 mm占57%，進(jìn)行磁選管弱磁選試驗(yàn)。總氣體流量對弱磁選精礦指標(biāo)的影響如圖5所示。

結(jié)果表明，當(dāng)總氣體流量由300 mL/min增大到500 mL/min的過程中，磁選精礦的品位總體呈現(xiàn)上升趨勢，由56.22%上升到57.10%；同時，當(dāng)總氣體流量由500 mL/min增加到550 mL/min時，鐵品位和回收率均呈下降趨勢，鐵品位由57.10%下降到56.61%，回收率由90.47%下降到89.55%。綜合考慮，確定總氣體流量為500 mL/min。

3.5 焙燒產(chǎn)品磨礦細(xì)度對分選指標(biāo)的影響

在焙燒溫度為560℃，焙燒時間為10 min，CO濃度為20%，總氣體流量為500 mL/min的最佳還原焙燒條件下，進(jìn)行管式爐還原焙燒試驗(yàn)。焙燒產(chǎn)品經(jīng)水淬、烘干后，分別磨至-0.038 mm占50%、60%、70%、80%、90%，進(jìn)行磁選管弱磁選試驗(yàn)。磨礦細(xì)度對弱磁選精礦指標(biāo)的影響如圖6所示。

圖6結(jié)果表明：隨著磨礦細(xì)度的提高，精礦鐵品位先提高后下降，焙燒產(chǎn)品磨礦細(xì)度由-0.038 mm占50%提高至-0.038 mm占80%時，鐵品位由56.64%升高至57.27%，鐵回收率由92.09%下降至90.82%；當(dāng)磨礦細(xì)度由-0.038 mm占80%提高至-0.038 mm占90%時，磁選精礦鐵品位由57.27%下降至56.84%，鐵回收率也逐漸降低。磁鐵礦的比磁化系數(shù)隨礦物顆粒粒度的減小而降低，導(dǎo)致磁鐵礦顆粒受磁力減小，細(xì)粒鐵礦物易進(jìn)入尾礦中，降低了鐵回收率；同時粒度過細(xì)，磁團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重，脈石夾雜進(jìn)入精礦，降低了精礦鐵品位。綜合考慮，確定磨礦細(xì)度為-0.038 mm占80%，此時鐵精礦鐵品位為57.27%、回收率為90.82%。

4 結(jié)論

（1）山東某赤泥預(yù)富集精礦鐵品位為44.32%，Al2O3和SiO2的含量分別為13.39%和3.23%，有害元素硫、磷含量很低。鐵元素主要以赤（褐）鐵礦形式存在，鐵在赤（褐）鐵礦中分布率為96.57%，脈石礦物主要為三水鋁石、勃姆石和石英。

（2）試樣在還原焙燒溫度為560℃、焙燒時間為10 min、CO濃度為20%、總氣體流量為500 mL/min條件下進(jìn)行氣基還原焙燒，可以將大部分的弱磁性赤（褐）鐵礦轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)磁性的磁鐵礦，焙燒產(chǎn)品磨細(xì)至-0.038 mm占80%，在磁場強(qiáng)度為85 kA/m條件下進(jìn)行弱磁選，可以獲得鐵品位為57.27%、回收率為90.82%的鐵精礦。還原焙燒技術(shù)能有效富集赤泥中的鐵礦物，在該類型資源的開發(fā)中有廣闊的應(yīng)用前景。

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