遼寧某菱褐鐵礦磁化焙燒-磁選試驗研究

王 東，毛擁軍，陳澤宗，陳滬飛

（長沙礦冶研究院有限責(zé)任公司，長沙 410006）

鐵礦石是鋼鐵工業(yè)的重要原料，然而我國高品位鐵礦石資源短缺，供不應(yīng)求，國內(nèi)鋼鐵行業(yè)所需的鐵礦石絕大部分依賴進口，且這種狀況將持續(xù)較長一段時間[1-2]。有關(guān)資料顯示，預(yù)計2018年我國鐵礦石進口量將達到9.69億t，對外依存度達到72.05%[3]。我國儲存著非常豐富的菱、褐鐵礦資源，但是其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，鐵品位較低，采用常規(guī)機械物理選礦方法很難得到品位較高的鐵精礦[4-5]。菱、褐鐵礦在還原氣氛下磁化焙燒可將弱磁性鐵礦物轉(zhuǎn)變?yōu)榇盆F礦，再經(jīng)磁選選別可實現(xiàn)磁鐵礦礦物與脈石礦物的有效分離[6]。為緩解我國鐵礦石資源緊缺的形勢，高效利用我國低品位鐵礦，人們必須加強對我國復(fù)雜難選鐵礦石的開發(fā)利用[7]。

遼寧省野豬溝地區(qū)擁有豐富的低品位鐵礦，是該省重要的鐵礦資源蘊藏區(qū)域，但其礦相成分復(fù)雜，利用率比較低[8-9]。許多學(xué)者對其礦石礦物學(xué)性能及開發(fā)利用技術(shù)進行了研究。呂振福等針對遼寧野豬溝鐵礦石進行了詳細的工藝礦物學(xué)研究，研究表明，該礦石為鐵氧化礦石，鐵礦物主要以赤鐵礦、褐鐵礦形式存在，錳礦物主要是氧化錳，脈石礦物主要有石英、長石等[10]。陸歡歡等對野豬溝鮞狀赤鐵礦的焙燒-磁化工藝進行了詳細研究，研究表明，焙燒溫度為750℃，焙燒時間為30 min，還原煤:礦為1:5，磨礦細度-0.074 mm含量為85%時為最佳工藝條件，可獲得精礦品位為49.09%、精礦回收率為87.53%的焙燒樣[11]。

為綜合開發(fā)利用該地區(qū)菱褐鐵礦資源，本文對該地區(qū)礦石進行了較全面的磁化焙燒-磁選試驗，具體研究了焙燒溫度、焙燒時間、還原煤用量以及礦石粒度組成對其磁化焙燒-磁選效果的影響，并采用三段磨礦-磁選工藝對焙燒礦進行了礦石回收利用研究。

1 試驗

1.1 試驗原料

1.1.1 化學(xué)分析

本研究采用的原料是由遼寧某礦業(yè)公司提供的菱褐鐵礦，礦石總體呈紅褐色，礦石的主要化學(xué)成分如表1所示。

表1 礦石化學(xué)成分

由表1可知，礦石主要成分是鐵的氧化物Fe2O3、SiO2、Al2O3等，其中Fe2O3含量占到43.99%，礦石中可回收的總鐵含量為31.47%，TFe/FeO為34.97%， 堿 性 系 數(shù)（CaO+MgO）/（SiO2+Al2O3）=0.04，該礦石屬酸性氧化鐵礦石，礦石中磷、硫等含量很低，不會對礦石質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。

1.1.2 X射線衍射分析

采用X射線衍射法對原料礦石進行物相分析，XRD衍射圖譜如圖1所示，礦石中主要礦物含量如表2所示。

圖1 原料綜合礦樣XRD圖

表2 礦石中主要礦物含量

結(jié)合圖1和表2可知，礦石的礦物組成較為簡單，鐵礦物主要為褐鐵礦及赤鐵礦，含量占50%；脈石礦物主要為石英，其次有白云母、絹云母、綠泥石及高嶺石的黏土礦物；此外，有少量氧化錳礦物。

1.2 試驗方法

工藝礦物學(xué)研究表明，該地區(qū)菱褐鐵礦中鐵礦物大都以赤鐵礦、褐鐵礦形式存在，且以褐鐵礦為主。其中，赤、褐鐵礦中的鐵占該礦物總鐵中的比例為96.09%，可將其還原為磁鐵礦進行磁選回收。取一定質(zhì)量的礦石，并配入一定比例的煤，將混合料放入電阻爐中進行一定溫度、時間下的磁化焙燒試驗。焙燒結(jié)束后，將部分焙燒礦水冷并磨細，在磁選管中對焙燒樣進行磁選回收鐵精礦，考察焙燒溫度、保溫時間、還原煤用量和礦石粒度組成對焙燒樣鐵精礦品位、鐵回收率等的影響；由于鐵礦物嵌布粒度很細，要想獲得高品位的鐵精礦，必須采用超細磨磁選法，所以另一部分焙燒礦經(jīng)磨礦后，采用三段磨礦-磁選工藝對其進行礦石回收利用研究。

2 結(jié)果與討論

2.1 焙燒溫度及時間對焙燒樣磁選結(jié)果的影響

根據(jù)還原焙燒試驗一般規(guī)律，焙燒溫度與時間之間有著互補關(guān)系，溫度高時，焙燒時間可縮短，溫度低時需延長焙燒時間，進行焙燒溫度從700℃變化到800℃的系列焙燒時間試驗。試驗焙燒給礦粒度-3 mm，給煤粒度-2 mm，礦樣600 g，配煤10%。焙燒礦磨礦細度至-0.045 mm占67.28%，采用磁選管場強H=1 600高斯條件下對焙燒礦進行磁選分析。焙燒溫度分別為700℃、750℃、800℃條件下與不同焙燒時間的磁選管試驗結(jié)果依次如表3、表4和表5所示。

由表3可知，在焙燒溫度為700℃條件下，隨著焙燒時間的延長，焙燒樣品中，鐵精礦的品位先增大后減小，鐵精礦回收率也呈現(xiàn)增大的趨勢，當(dāng)焙燒時間為60 min時，可取得較好的焙燒效果，磁選獲得的鐵精礦品位和鐵精礦回收率分別為52.62%、64.05%。

由表4可知，在焙燒溫度為750℃條件下，隨著焙燒時間的延長，焙燒樣品中，鐵精礦的品位逐漸增大，鐵精礦回收率呈現(xiàn)先增大后減小趨勢，當(dāng)焙燒時間為40 min時，可取得較好的焙燒效果，磁選獲得的鐵精礦品位和鐵精礦回收率分別為53.32%、63.71%。

表3 礦石焙燒溫度為700℃焙燒-磁選試驗結(jié)果

表4 礦石焙燒溫度為750℃焙燒-磁選試驗結(jié)果

表5 礦石焙燒溫度為800℃焙燒-磁選試驗結(jié)果

由表5可知，在焙燒溫度為800℃條件下，隨著焙燒時間的延長，焙燒樣品中，鐵精礦的品位逐漸增大，鐵精礦回收率呈現(xiàn)逐漸減小趨勢，當(dāng)焙燒時間為20 min時，可取得較好的焙燒效果，磁選獲得的鐵精礦品位和鐵精礦回收率分別為52.79%、65.45%。

在磁化焙燒溫度為700～800℃，焙燒時間為20～60 min條件下，綜合考慮焙燒溫度、焙燒時間、磁選獲得的鐵精礦品位及鐵精礦回收率，本研究選取最佳焙燒溫度及時間為750℃/40 min。

2.2 還原煤用量對焙燒樣磁選回收的影響

本著降低還原煤用量但不能影響焙燒礦質(zhì)量的原則，進行了焙燒溫度為750℃，焙燒時間為40 min條件下，不同還原煤用量對焙燒-磁選鐵精礦品位、鐵精礦回收率等的影響研究。焙燒后礦磨礦細度至-0.075 mm占75%進行磁選分析，試驗結(jié)果如表6所示。

試驗結(jié)果表明，隨著還原煤用量的增加，鐵精礦品位逐漸增加，鐵精礦的回收率逐漸降低。綜合考慮精礦品位、回收率以及節(jié)約能源等因素，本研究確定還原煤最佳用量為6%，此條件下，焙燒樣品鐵精礦品位和鐵精礦回收率分別為53.42%、67.93%。

2.3 礦石粒度對焙燒樣磁選回收的影響

為動態(tài)磁化焙燒及焙燒工業(yè)化探索條件，試驗進行了不同粒度（-12～0 mm、-3～0 mm）礦石的焙燒試驗，焙燒后磨礦細度至-0.075 mm占75%進行磁選分析，試驗結(jié)果如表7所示。

表6 不同還原煤用量焙燒-磁選試驗結(jié)果

表7 不同礦石粒度焙燒-磁選試驗結(jié)果

試驗發(fā)現(xiàn)，-12 mm原礦按-3 mm原礦最佳焙燒條件（750℃/40 min）進行焙燒后，有部分大顆粒有“夾心”現(xiàn)象，即沒有燒透。要使-12 mm原礦的大顆粒也燒透，需要延長焙燒時間，試驗延長10 min，大顆粒也完全燒透。試驗結(jié)果表明，-12 mm原礦的最佳焙燒條件為750℃/40 min，此條件下得到的最佳試驗結(jié)果為：精礦品位為53%左右，回收率為71%左右。

2.4 焙燒礦三段磁選試驗對礦石回收利用影響

礦石經(jīng)磁化焙燒后，要想得到更高品位的鐵精礦，需將磁化焙燒礦先磨至-500目99%的超細磨，再在磁選管場強H=4 000 Gs條件下進行磁選。因為磁化焙燒礦全部采用超細磨將會導(dǎo)致磨礦量大，磨礦成本增加，所以本研究采用了三段磨礦-磁選流程：第一段先將焙燒礦磨至-200目75%進行磁選；將第一段得到的鐵精礦進一步磨細至-400目約97%時進行第二段磁選；將第二段得到的磁選精礦進一步磨細，分別磨至-500目97%和-500目99%進行第三段磁選。全試驗流程結(jié)果如表8所示。

表8 焙燒樣三段全流程磁選結(jié)果

由表8可以看出，在全流程磁選試驗中，隨著磁選鐵精礦粒度變小，磁選獲得的鐵精礦產(chǎn)品越高，鐵精礦回收率降低，當(dāng)?shù)诙蔚玫降拇胚x精礦磨細至-500目99%時，磁選獲得鐵精礦品位56.27%、鐵精礦回收率71.63%的產(chǎn)品。

3 結(jié)論

本研究采用煤作為還原劑，對遼寧某菱褐鐵礦石進行了磁化焙燒-磁選研究，分析了焙燒樣磁選后的鐵精礦品位及鐵精礦回收率等，并對焙燒溫度、焙燒時間、還原煤用量和礦石粒度組成對焙燒樣品的磁選效果進行了研究。結(jié)果表明，磁化焙燒溫度為750℃、時間為40 min、還原煤用量為6%、綜合礦樣粒度為-12～0 mm時，磁化焙燒-磁選后的鐵精礦品位和回收率均達到最佳值，分別為52.73%、71.35%；采用三段磨礦磁選流程處理磁化焙燒樣后，得到鐵精礦品位為56.27%、鐵精礦回收率為71.63%的產(chǎn)品。磁化焙燒對礦石的磁選是有利的，但是要使磁選效果更好，獲得品位更高的精礦，人們需先將焙燒礦進行超細磨再進行磁選。