山东某赤泥磁化焙烧—磁选提铁初探_柳晓.pdf

山东某赤泥磁化焙烧磁选提铁初探 柳晓 1， 2 韩跃新 1， 2 李艳军 1， 2 高鹏 1， 2 张淑敏 1， 2 查泽鹏 1， 2 （1. 东北大学资源与土木工程学院， 辽宁 沈阳 110819； 2. 难采选铁矿资源高效开发利用技术国家地方联合工程研究中心， 辽宁 沈阳 110819） 摘要随着我国氧化铝产量的不断增大， 排放的赤泥量也日益增加， 普通堆存处置的方式所带来的污染生 态环境、 占用土地资源等问题越来越突出。为有效富集赤泥中的铁， 以山东某赤泥为研究对象， 在矿石性质分析的 基础上， 进行了磁化焙烧弱磁选工艺流程试验。结果显示 赤泥铁品位为37.37， 赤泥中铁主要存在于赤、 褐铁 矿中， 赤、 褐铁矿中铁占总铁的98.23； 赤泥在CO浓度30、 焙烧温度620 ℃、 焙烧时间为20 min的条件下磁化焙 烧， 焙烧产品磨细至-0.038 mm含量70， 在磁场强度为85.6 kA/m条件下进行弱磁选， 可获得铁品位47.01、 作业 回收率73.01的最终铁精矿。对获得的铁精矿进行铁物相分析、 XRD分析和磁性分析可知， 赤泥中的赤、 褐铁矿 在磁化焙烧过程中大部分被还原成磁铁矿， 铁矿物磁性增强， 进而可以通过弱磁选实现铁矿物与脉石矿物的分 离。但是针对铁精矿中铁品位的继续提升与铝的脱除需要进一步的研究。 关键词赤泥赤铁矿磁铁矿磁化焙烧物相 中图分类号TD925.7文献标志码A文章编号1001-1250 （2019） -02-060-06 DOI10.19614/ki.jsks.201902011 Primary Study on Magnetizing Roasting-Magnetic Separation of Red Mud in Shandong Liu Xiao1， 2Han Yuexin1， 2Li Yanjun1， 2Gao Peng1， 2Zhang Shumin1， 2Zha Zepeng1， 22 （1. School of Resources and Civil Engineering, Northeastern University, Shenyang 110819, China； 2. National-Local Joint Engineering Research Center of Refractory Iron Ore Resources Efficient Utilization Technology， Shenyang 110819, China） AbstractWith the continuous increase of alumina production in China，the discharged amount of red mud is also in⁃ creasing day by day. The problems of ecological environment pollution and land resource occupation caused by common meth⁃ ods of storage and disposal are becoming more and more prominent. In order to effectively enrich iron in red mud， the techno⁃ logical process of magnetizing roasting-magnetic separation was adopted taken a red mud in Shandong Province as the re⁃ search object，based on the analysis of ore properties. The results indicated that the iron grade of red mud was 37.37，and the iron in red mud mainly existed in hematite and limonite，which accounted for 98.23 of the total iron. Iron concentrate with iron grade of 47.01 and recovery of 73.01 could be obtained under the conditions of CO concentration 30， magnetiz⁃ ing roasting temperature 620 ℃ and roasting time 20 min， roasted products ground to 70 passing 0.038 mm， then via low in⁃ tensity magnetic separation at magnetic field intensity of 85.6 kA/m. The iron phase analysis，X-ray diffraction analysis and magnetism analysis on iron concentrate indicated that most of the hematite and limonite in red mud could be transed into magnetite during the magnetizing roasting，the magnetization of iron ore is increased, and the separation of iron minerals and gangue minerals can be realized by low intensity magnetic separation.but further research should be taken aiming at increase of iron grade and decrease of aluminum. KeywordsRed mud， Hematite， Magnetite， Magnetizing roasting， Phase 收稿日期2018-11-28 基金项目国家自然科学基金项目 （编号51734005， 51674065） 。 作者简介柳晓 （1987） ， 女， 博士研究生。 总第 512 期 2019 年第 2 期 金属矿山 METAL MINE Series No. 512 February 2019 我国是氧化铝生产大国， 赤泥是生产氧化铝时 排放的废渣， 大多堆存处置。随着氧化铝产量的不 断增大， 排放的赤泥量也日益增加， 普通堆存处置的 方法所带来的污染生态环境、 占用土地资源等问题 越来越突出。并且， 赤泥中含有丰富的铁、 铝、 钛等 有价金属元素， 这些有用组分因得不到利用而造成 了严重的资源浪费。 根据赤泥中的铁含量， 可分为高铁赤泥和低铁 60 ChaoXing 赤泥。高铁赤泥铁含量一般在30以上， 多为高铁型 铝土矿使用拜耳法制取氧化铝所产生的残渣； 低铁 赤泥铁含量一般低于 30， 国内大部分低铁赤泥 Fe2O3含量低于15， 多为低铁型铝土矿使用烧结法 或联合法制取氧化铝所产生的残渣。其中， 高铁型 铝土矿多产自国外及国内的广西、 山西等地。 针对高铁赤泥中铁的回收， 国内外机构和学者 进行了大量试验研究 ［1-5］。赣州有色冶金研究所和平 果铝业公司针对平果铝赤泥进行了强磁选选铁研 究， 采用1粗1精全磁选流程处理TFe品位为18.99 的赤泥， 可获得TFe品位为54.65、 回收率为35.28 的铁精矿 ［6］； 高建军等［7］采用赤泥配碳制备含碳球团 直接还原生产金属铁熔渣自粉化浸出氧化铝的 方法分别回收赤泥中铁和氧化铝， 效果良好。美国 科罗拉多矿业大学使用还原焙烧的方法处理铁含量 较高的赤泥， 在还原气氛下焙烧干赤泥， 经磁选分离 可获得铁金属化率94的冶金团块 ［8］； 高建阳［9］以高 铁赤泥为原料， 先采用煤基直接还原焙烧处理， 再对 焙烧样进行渣铁磁选分离， 最后冷固成型， 经此工艺 可从海绵铁中得到铁品位为 93.7、 回收率为 94.42、 金属化率为92.9的铁精矿； 梅贤功等 ［10］采 用煤基直接还原焙烧磁选分离冷固成型工艺处 理含铁量较高的赤泥， 可直接产出海绵铁， 再经磁选 可获得铁品位为91.79、 金属化率为91.15的铁精 矿。上述赤泥提铁的研究中， 虽然都获得了指标较 好的铁精矿， 但是大都采用高温处理方式， 将赤泥中 的大部分赤铁矿还原成了金属铁， 能耗较高 ［11］。因 此， 本文进行了在较低温度下进行还原焙烧处理赤 泥的初步探索。 1试验原料及试验方法 1. 1试验原料 试验用原料取自山东某赤泥堆场， 为拜耳法生 产氧化铝产生的赤泥。其主要化学成分见表1。 由表1可知， 赤泥中主要有用元素为铁， 且该赤 泥中铁含量较高， TFe品位为37.37， 为高铁赤泥； 主 要杂质成分为Al2O3和SiO2， 有害元素P、 S含量不高， 可以忽略其影响。 由赤泥的XRD衍射图谱 （图1） 和铁物相分析结 果 （表2） 可知 赤泥中主要脉石矿物为钙霞石、 石榴 石等钠硅渣以及石英、 金红石； 赤泥中铁元素主要存 在的矿物形式是赤、 褐铁矿， 赤、 褐铁矿中铁的含量 为36.71， 占全部铁元素含量的98.23； 磁性铁占全 部铁含量的0.14； 碳酸铁占全部铁含量的0.22， 赤 泥中硫化铁和硅酸铁含量相对较低， 分别占全部铁 含量的0.27、 1.14， 这部分铁难以回收， 将影响最 终产品指标。 1. 2试验设备 试验所用的主要设备和仪器如表3所示。 1. 3试验方法 以N2作为保护气体、 CO作为还原剂， 总气量为 500 mL/min， 每次取30 g赤铁矿样进行磁化焙烧试 验。磁化焙烧产品经水淬、 烘干后， 混匀， 取10 g样 品， 在磁选管磁场强度为85.6 kA/m条件下进行弱磁 选获得最终铁精矿。磁化焙烧磁选试验流程如图 2所示。 2试验结果与讨论 2. 1磁化焙烧条件试验 以赤泥为原料进行磁化焙烧试验， 焙烧产品磨 细至-0.038 mm占70进行弱磁选， 分别考察焙烧温 2019年第2期柳晓等 山东某赤泥磁化焙烧磁选提铁初探 61 ChaoXing 度、 焙烧时间和还原剂CO浓度对磁化焙烧效果的影 响。 2. 1. 1焙烧温度试验 焙烧温度的高低会影响还原反应的效率。焙烧 温度过低会导致反应速率缓慢， 而焙烧温度过高， 则 容易发生过还原反应， 从而生成弱磁性的浮氏体， 并 且会增加能量损耗， 增加生产成本。因此， 需控制焙 烧温度， 以达到最佳的焙烧效果 ［12-14］。在CO浓度为 30， 焙烧时间为10 min条件下进行焙烧温度试验， 焙烧温度对焙烧产品分选指标的影响如图3所示。 由图3可知 随着磁化焙烧温度的上升， 磁选精 矿铁品位整体呈现缓慢上升的趋势， 在焙烧温度为 580 ℃到620 ℃时， 铁品位随着磁化焙烧温度的上 升增幅相对较大， 从44.21上升到45.40； 而回收 率随焙烧温度升高先是波动上升， 在焙烧温度为 600 ℃时达到最大， 为82.22， 焙烧温度继续升高， 回收率开始下降。这种现象说明反应过程很可能生 成了部分浮氏体， 降低了铁精矿的指标 ［12］。综合考 虑铁精矿品位和回收率， 确定最佳的焙烧温度为 620 ℃。 2. 1. 2焙烧时间试验 固定焙烧温度620 ℃， CO浓度30， 在焙烧时间 分别为5、 10、 15、 20、 25 min条件下进行试验。焙烧时 间对焙烧产品分选指标的影响如图4所示。 由图 4 可知 随着焙烧时间从 5 min 增加到 10 min， 精矿铁品位逐渐下降， 在超过10 min后， 随着焙 烧时间的增加， 铁品位缓慢增加， 并在焙烧时间为20 min后趋于稳定； 在焙烧时间从5 min增加到10 min 时， 铁回收率随焙烧时间增加大幅升高， 从71.80增 加到82.48， 并在超过10 min以后继续升高， 但增幅 较小。出现这种现象的主要原因是， 当还原时间较 短时， 部分赤、 褐铁矿未能还原成磁铁矿， 还原不充 分； 随着磁化焙烧时间的增长， 赤、 褐铁矿的磁化还 原反应趋于充分。但如果磁化反应时间过长， 则会 导致过还原， 生成弱磁性的浮氏体 （FeO） 。综合考虑 品位和回收率， 确定焙烧时间为20 min， 在此条件下 获得的铁精矿的品位为45.03、 回收率为83.49。 2. 1. 3CO浓度试验 固定焙烧温度620 ℃， 焙烧时间20 min， 在此条 件下进行CO浓度条件试验。CO浓度对焙烧产品分 选指标的影响如图5所示。 由图5可知， 随着CO浓度的逐渐增加， 精矿铁品 位在44.5～45.5间波动， 变化不大， 最高点出现在 CO浓度为30时， 为45.36； 而回收率则随着CO浓 度的逐渐增加先急剧上升， 之后在波动中趋于稳 定。分析可知， 当还原剂CO的浓度不足30％时， 由 于还原剂使用量不足， 磁化效果不好， 导致反应不充 分， 选别指标差； 若还原剂用量过剩， 则导致部分新 生成的磁铁矿发生过还原反应生成浮氏体， 从而降 低了物料的磁性， 选别指标降低， 同时也会造成成本 的提高和资源的浪费。综上所述， 确定CO浓度为 30， 此时精矿铁品位和回收率均达到最高， 分别是 45.36和86.97。 因此， 确定赤泥磁化焙烧的最优条件为 焙烧温 金属矿山2019年第2期总第512期 62 ChaoXing 度620 ℃、 焙烧时间20 min、 CO浓度30。 2. 2磨矿细度条件试验 焙烧产品的磨矿细度是影响铁精矿品位的重要 因素， 磨矿的目的是使矿石中全部或者大部分有用 矿物实现单体解离， 但又不产生 “过磨” 现象。所以 磨矿细度影响着磁选产品的铁品位和回收率等技术 指标。对最佳还原焙烧条件下得到的焙烧产品分别 磨细至-0.038 mm 占 60、 70、 75、 80、 85、 90， 在磁场强度为85.6 kA/m条件下进行弱磁选。 磨矿细度对焙烧产品分选指标的影响如图6所示。 由图6可知 在-0.038 mm含量小于80时， 随着 磨矿细度的增加， 铁精矿品位和回收率均呈小幅波 动， 变化不大； 在-0.038 mm含量大于80时， 铁品位 迅速增加， 最高可达49.87， 回收率则与品位相反， 呈现急剧下降的趋势， 在-0.038 mm含量为95时降 低到45.17。分析可知， 磨矿粒度越细， 焙烧产品铁 矿物的单体解离度越高， 但磁铁矿的比磁化系数随 矿物颗粒粒度的减小而减小， 即粒度减小， 磁性减 弱， 在磁场中所受磁力减小。在弱磁选过程中， 细粒 矿物易被介质包入尾矿中， 造成选矿效率下降， 铁损 失严重。综合考虑精矿指标和磨矿成本， 确定磨矿 细度为-0.038 mm含量70， 此时获得的精矿铁品位 为47.01、 回收率为73.01。 2. 3产品分析 对最佳试验条件下获得的铁精矿产品进行分 析。 2. 3. 1化学元素分析 铁精矿产品的化学元素分析结果如表4所示。 由表4可知 铁精矿的TFe品位为47.01， 与赤 泥TFe品位 （37.37） 相比有了很大的提高， 不过仍然 偏低； FeO的含量为11.38， 与赤泥FeO含量 （小于 1） 相比较， 有大幅度的提高， 说明磁化焙烧效果良 好； 同时， 杂质成分Al2O3、 SiO2的含量仍然较高， 这表 明这些物质在磁化焙烧过程中并没有发生明显变 化， 这可能是由于赤泥中铁矿物单体解离度较低， 与 其他矿物连生情况严重， 并且可能存在铁、 铝元素以 类质同象形式或者胶结状态存在的情况， 无法通过 物理选矿方法分离， 因此， 针对铁精矿中铁品位的继 续提升与铝的脱除需要进一步的研究。 2. 3. 2铁物相分析 对铁精矿产品进行了铁物相分析。最终铁精矿 产品的物相分析结果如表5所示。 由表5可知， 赤泥经过磁化焙烧磁选后， 铁的 赋存状态发生了较大改变， 磁铁矿含量由0.05上升 到43.07， 占有率由0.14上升到91.63， 与之对应 的赤、 褐铁矿中铁所占的比例明显降低， 说明焙烧过 程赤泥中绝大部分赤、 褐铁矿都已转化为磁铁矿。 2. 2. 3X射线衍射分析 为进一步查明铁精矿中矿物的存在形式， 对其 进行了X射线衍射分析， 结果如图7所示。 由图7可知， 赤泥经磁化焙烧磁选后的铁精矿 XRD图谱中主要为磁铁矿的衍射峰， 而赤泥原样中 赤铁矿的特征峰消失， 这表明赤泥经磁化焙烧后， 铁 矿物基本由赤铁矿和褐铁矿转化为磁铁矿。 2. 2. 4磁性分析 赤泥原样及铁精矿磁性分析曲线如图8所示。 由图8可知， 赤泥原样的单位质量磁距与磁化磁 场强度整体上呈线性关系， 这表明该产品是弱磁性 2019年第2期柳晓等 山东某赤泥磁化焙烧磁选提铁初探 63 ChaoXing ［1］ ［2］ ［3］ ［4］ ［5］ ［6］ 物质； 经过磁化焙烧的磁选铁精矿产品的单位质量 磁距与磁化磁场强度呈曲线关系， 这表明该产品属 于铁磁性矿物。铁精矿在外磁场强度增强时， 单位 质量磁矩随之增大， 并且增大的幅度越来越小， 即其 比磁化系数均随着外磁场强度的增大而减小， 这是 因为在外磁场强度较低时， 随着磁化磁场强度的增 大， 磁铁矿中的磁畴壁立即发生位移， 磁距同时转向 磁场方向， 直至达到饱和状态， 磁饱和后继续增加外 磁场强度， 此时磁距不变， 磁化磁场强度不断增大， 使得比磁化系数不断降低 ［13］。综上所述， 赤泥原矿 中的铁矿物经磁化焙烧后转变为强磁性铁矿物。 3结论 （1） 赤泥磁化焙烧弱磁选试验结果表明， 赤泥 在 总 气 量 500 mL/min、 CO 浓 度 30 、 焙 烧 温 度 620 ℃、 焙烧时间20 min的条件下进行磁化焙烧， 焙 烧产品磨细至-0.038 mm 含量 70， 在磁场强度为 85.6 kA/m条件下进行弱磁选， 可获得铁品位47.01、 作业回收率73.01的最终铁精矿。 （2） 经磁化焙烧， 赤泥中的赤、 褐铁矿大部分转 化为磁铁矿， 铁矿物与脉石矿物的磁性差异也因此 扩大， 此时可通过弱磁选进行分离。最终精矿产品 中铁矿物主要为磁铁矿， 杂质成分主要为 Al2O3和 SiO2。 （3）采用磁化焙烧弱磁选技术处理赤泥进行 选铁是一种较新的方式， 本文只是进行了初步的探 索， 并未进行流程优化， 得到的精矿铁品位较低， 且 精矿中Al2O3的含量较高， 这可能是由于铝元素在铁 矿物中以类质同象形式存在， 在磁化焙烧过程中并 没有发生明显变化， 无法通过物理选矿方法分离。 因此， 针对铁精矿中铁品位的继续提升与铝的脱除 需要进一步的详细研究。 参 考 文 献 刘少名. 赤泥的综合利用 ［D］ .沈阳 东北大学， 2011. 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