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鲕状赤铁矿提铁降钾钠试验研究 ① 余 洪, 高王杰, 蔡 祥, 周 峰, 谢 蕾, 张汉泉 (武汉工程大学 资源与安全工程学院,湖北 武汉 430073) 摘 要 采用磁化焙烧-磁选-反浮选工艺回收某鲕状赤铁矿中的铁。 磁化焙烧最佳条件为焙烧温度 800 ℃,煤粉用量 8%,焙烧时间 65 min;反浮选最佳条件为矿浆温度 30 ℃,NaOH 用量 1 250 g/ t、淀粉用量 940 g/ t、CaO 用量 750 g/ t,捕收剂 915BM 用量 750 g/ t。 在最佳条件下最终得到产率 58.30%、TFe 品位 63.04%、P 含量 0.233%、K2O+Na2O 含量 0.22%、铁综合回收率 77.56%的铁精矿,实 现了该类铁矿石的综合利用。 关键词 鲕状赤铁矿; 磁化焙烧; 磁选; 反浮选; 铁精矿 中图分类号 TD92文献标识码 Adoi10.3969/ j.issn.0253-6099.2019.05.015 文章编号 0253-6099(2019)05-0056-04 Beneficiation of Oolitic Hematite with High Content of Phosphorous and Potassium Sodium YU Hong, GAO Wang-jie, CAI Xiang, ZHOU Feng, XIE Lei, ZHANG Han-quan (School of Resources & Safety Engineering, Wuhan Institute of Technology, Wuhan 430073, Hubei, China) Abstract A flowsheet of magnetic roasting-magnetic separation-reverse flotation was adopted to recover iron minerals from an oolitic hematite ore. From the closed-circuit test, the obtained optimum parameters for magnetic roasting include roasting temperature of 800 ℃, coal dosage of 8% and roasting time of 65 min; and the optimized parameters for reverse flotation include pulp temperature of 30 ℃, dosages for NaOH, modified starch, CaO and collector 915BM of 1250 g/ t, 940 g/ t, 750 g/ t and 750 g/ t, respectively. As a result, an iron concentrate with a yield of 58.30%, TFe grade of 63.04% and comprehensive iron recovery of 77.56% is obtained, while the content of P and K2O+Na2O therein are decreased respectively to 0.233% and 0.22%, indicating the comprehensive utilization of this kind of iron resource can be actualized. Key words oolitic hematite; magnetic roasting; magnetic separation; reverse flotation; iron concentrate 高磷、钾、钠鲕状赤铁矿储量较大,嵌布粒度细,有 害杂质 P、K、Na 等赋存状态复杂,属国内外难选铁矿石 类型之一,到目前为止,还没有处理该类型铁矿石的成 熟选矿工艺及大规模工业开发利用的先例[1-3]。 近年 来,随着选冶技术的不断进步,使该类型铁矿资源的经 济合理开发利用成了可能。 本文采用“还原磁化焙烧- 磁选-反浮选”新工艺研究了该类铁矿石的综合回收,取 得了较好的效果,为此类矿石的综合利用提供了参考。 1 试验原料及方法 1.1 试验原料 高磷、钾、钠鲕状赤铁矿元素组成见表 1,其铁物 相分析结果见表 2。 由表 1 可见,矿石中可供选矿回 收的主要组分是铁,矿石 TFe/ FeO 比为 21.19;碱性系 数 0.181 9,为酸性氧化铁矿石。 有害杂质硫含量较 低,磷含量高达1.06%,碱金属 K2O+Na2O 含量 0.661 8%, 超过 0.25% 的冶炼标准,属于低硫高磷、钾、钠的 酸性氧化铁矿石。从表2可见,该铁矿石中铁主要以 表 1 高磷、钾、钠鲕状赤铁矿元素组成(质量分数) / % TFeFeOP SiO2Al2O3 CaOMgO 47.052.221.0617.645.123.460.68 MnKNaSAs烧失K2O+Na2O 0.1370.510.0350.1440.004 83.010.661 8 ①收稿日期 2019-04-12 基金项目 国家自然科学基金(51974204) 作者简介 余 洪(1986-),男,四川达州人,博士,讲师,主要研究方向为化学选矿。 通讯作者 张汉泉(1971-),男,湖北黄冈人,博士,教授,主要研究方向为矿物加工、造块理论与工艺研究。 第 39 卷第 5 期 2019 年 10 月 矿矿 冶冶 工工 程程 MINING AND METALLURGICAL ENGINEERING Vol.39 №5 October 2019 万方数据 表 2 高磷、钾、钠鲕状赤铁矿中铁物相分析结果 铁物相金属量/ %分布率/ % 磁铁矿中铁0.0120.02 赤(褐)铁矿中铁45.3394.85 碳酸盐中铁1.453.03 硫化物中铁0.0840.20 硅酸盐中铁0.911.90 合计47.79100.00 赤(褐)铁矿为主,占比高达 94%,属于难选铁矿石。 还原剂煤粉热值为 26.786 kJ/ g,煤粉工业分析结 果见表 3。 表 3 试验用还原煤粉工业分析结果(质量分数) / % 水分挥发分灰分固定碳硫 5.1330.248.8855.750.48 1.2 试验方法及药剂 还原磁化焙烧在马弗炉中进行,磁化焙烧条件试验 采用磁选管磁选,浮选给料磁精矿以及闭路试验磁选采 用湿式滚筒磁选机,浮选采用单槽 500 mL 浮选机。 浮选药剂氢氧化钠、氧化钙为分析纯,阴离子捕收 剂 915BM、苛化淀粉为自制,其中脂肪酸类阴离子复 配捕收剂 915BM 是由化工副产品塔尔油、棉籽油等为 原料,经脱水、氯化反应、氧化等一系列反应后,复配得 到的长链不饱和脂肪酸类捕收剂。 2 试验结果及讨论 2.1 磁化焙烧-磁选试验 高磷、钾、钠鲕状赤铁矿直接通过浮选难以回收其 中的铁。 常采用还原磁化焙烧,将其中的赤铁矿还原 成磁铁矿,再通过磁选回收其中的铁[4-8]。 2.1.1 焙烧时间 原矿粒度-2.0 mm,配入8%的煤粉,焙烧温度800 ℃, 焙烧矿磨矿细度-0.038 mm 粒级占 89.10%,采用磁选 管在磁场强度 88 kA/ m(磁选管电流 0.2 A)下进行磁 选,磁化焙烧时间条件试验结果见表 4。 由表4 可以看 出,精矿品位、回收率随焙烧时间延长而增加。 综合考 虑铁精矿品位和回收率,选择最佳焙烧时间为 65 min。 2.1.2 焙烧温度 焙烧时间 65 min,其他条件不变,焙烧温度条件试 验结果见表 5。 由表 5 可知,650~800 ℃,精矿回收率 先增后减,但是精矿品位随着温度增加而增加,虽然 850 ℃时精矿品位达到 60.80%,但是回收率大幅度降 低,表明 850 ℃时矿样已经出现过还原,生成富氏体、 橄榄石等弱磁性物质。 适宜的焙烧温度为 800 ℃。 表 4 焙烧时间试验结果 焙烧时间 / min 产品 名称 产率 / % TFe 品位 / % 回收率 / % 精矿74.5856.3089.24 20尾矿25.4219.9210.76 合计100.0047.05100.00 精矿73.8156.7889.07 35尾矿26.1919.6410.93 合计100.0047.05100.00 精矿74.0057.4690.37 50尾矿26.0017.439.63 合计100.0047.05100.00 精矿73.9158.6692.15 65尾矿26.0914.167.85 合计100.0047.05100.00 精矿78.8957.6796.70 80尾矿21.117.363.30 合计100.0047.05100.00 表 5 焙烧温度试验结果 焙烧温度 / ℃ 产品 名称 产率 / % TFe 品位 / % 回收率 / % 精矿63.7255.5775.26 650尾矿36.2832.0824.74 合计100.0047.05100.00 精矿71.3555.2683.80 700尾矿28.4726.7716.20 合计100.0047.05100.00 精矿77.0256.4792.44 750尾矿22.9815.487.56 合计100.0047.05100.00 精矿74.1158.2891.8 800尾矿25.8914.908.20 合计100.0047.05100.00 精矿59.5860.8076.99 850尾矿40.4226.7823.01 合计100.0047.05100.00 2.1.3 还原剂用量 焙烧温度 800 ℃,其他条件不变,煤配比条件试验 结果见表 6。 表 6 还原剂用量试验结果 还原剂用量 / % 产品 名称 产率 / % TFe 品位 / % 回收率 / % 精矿73.7257.5990.23 6尾矿26.2817.499.77 合计100.0047.05100.00 精矿73.6858.1090.98 8尾矿26.3216.129.02 合计100.0047.05100.00 精矿65.4558.8881.91 10尾矿34.5524.6318.09 合计100.0047.05100.00 精矿64.4159.6481.65 12尾矿35.5924.2618.35 合计100.0047.05100.00 精矿63.4859.6980.53 14尾矿36.5225.0819.47 合计100.0047.05100.00 75第 5 期余 洪等 鲕状赤铁矿提铁降钾钠试验研究 万方数据 由表 6 可以看出,随着煤粉配比增加,精矿品位呈 小幅度上升趋势,回收率则先增加后降低,但精矿产率 下降,这可能是由于配加煤粉过多,煤粉燃烧导致局部 温度过高发生过还原现象。 综合考虑焙烧成本、精矿 品位和回收率,适宜的煤粉用量为 8%。 2.1.4 焙烧矿磨矿细度试验 为了实现矿物充分单体解离,提高分选效果,焙烧 矿应进行适当的磨矿。 磨矿粒度较粗时,矿物不能充 分单体解离,磁选效果差;磨矿粒度过细,人工磁铁矿 磁性急剧降低,不利于弱磁选,且磨矿成本高,故需要 找到最佳的磨矿细度。 煤粉添加量 8%,在 800 ℃ 下 焙烧 65 min,磁选管磁场场强 88 kA/ m,焙烧矿磨矿细 度试验结果见表 7。 由表 7 可知,随着矿物变细,精矿 产率和回收率下降,精矿品位先升高后降低,尾矿品位 先降低后升高。 此矿石的磁选精矿后续需要反浮选脱 磷,为了保证单体解离度,确定磨矿细度-0.038 mm 粒 级占 94.10%。 表 7 焙烧矿磨矿细度试验结果 磨矿 细度 产品 名称 产率 / % TFe 品位 / % 回收率 / % -0.074 mm 62.77% 精矿81.8853.7893.59 尾矿18.1216.646.41 合计100.0047.0510000 -0.045 mm 74.53% 精矿76.6356.9792.79 尾矿23.3714.527.21 合计100.0047.05100.00 -0.038 mm 89.10% 精矿75.8557.4992.68 尾矿24.1514.267.32 合计100.0047.05100.00 -0.038 mm 94.10% 精矿71.7959.4390.68 尾矿28.2115.549.32 合计100.0047.05100.00 -0.038 mm 98.17% 精矿63.6458.4078.99 尾矿36.3627.1921.01 合计100.0047.05100.00 2.1.5 磁化焙烧综合试验 经过磁化焙烧试验,确定最佳焙烧条件为焙烧温 度 800 ℃,煤粉用量 8%,焙烧时间 65 min。 焙烧矿在磨 矿细度-0.038 mm 粒级占 94.10%、磁场强度 88 kA/ m 条件下磁选,可得磁选精矿铁品位 59.43%,铁回收率 90.68%。 2.2 磁选铁精矿反浮选试验 磁选铁精矿化学多元素分析结果见表 8。 磁选铁 精矿中铁品位不高,杂质 S、P、K、Na 含量较高,因此需 进一步采用浮选法去除杂质 S、P、K、Na,提高铁精矿 品位[9-12]。 浮选原则流程见图 1。 浮选给矿粒度 -0.045 mm 粒级占 69.85%,浮选温度 30 ℃。 表8 磁化焙烧-磁选铁精矿化学多元素分析结果(质量分数)/ % TFeSPSiO2Al2O3CaOMgOK2O+Na2O 59.430.1220.6598.145.321.570.1730.438 *23 NaOH -, CaO 915BM , - 3 图 1 磁铁精矿反浮选原则流程 2.2.1 NaOH 用量 淀粉用量 600 g/ t,CaO 用量 600 g/ t,915BM 用量 750 g/ t,NaOH 用量条件试验结果见表 9。 由表 9 可 知,随着 NaOH 用量增加,精矿品位升高,回收率不断 下降。 综合考虑 NaOH 用量对品位和回收率的影响, 确定 NaOH 用量为 1 250 g/ t。 表 9 NaOH 用量试验结果 NaOH 用量 / (gt -1 ) 铁精矿产率 / % 铁精矿 TFe 品位 / % 铁回收率 / % 50097.1560.1198.26 75095.2060.3496.66 1 00091.8160.3293.18 1 25086.1261.5289.15 2.2.2 改性淀粉用量试验 NaOH 用量 1 250 g/ t,其他条件不变,改性淀粉用 量条件试验结果见表 10。 由表 10 可见,随着淀粉用 量增加,TFe 品位一直上升,但铁回收率先上升后有所 下降,然后再上升。 当改性淀粉用量为 940 g/ t 时,浮 选指标最佳,故选择淀粉用量 940 g/ t 进行后续试验。 表 10 改性淀粉用量试验结果 改性淀粉用量 / (gt -1 ) 铁精矿产率 / % 铁精矿 TFe 品位 / % 铁回收率 / % 34083.3660.3584.65 54084.0860.4085.45 74082.5460.6584.23 94086.2461.5089.24 2.2.3 CaO 用量试验 改性淀粉用量 940 g/ t,其他条件不变,CaO 用量 条件试验结果见表 11。 在所选范围内,CaO 用量超过 85矿 冶 工 程第 39 卷 万方数据 750 g/ t 时,增加 CaO 用量对浮选效果影响较小,故考 虑 CaO 用量为 750 g/ t。 表 11 CaO 用量试验结果 CaO 用量 / (gt -1 ) 铁精矿产率 / % 铁精矿 TFe 品位 / % 铁回收率 / % 50087.4060.4488.89 75093.8561.4397.01 1 00094.1660.8596.41 1 25093.7360.9896.17 2.2.4 捕收剂 915BM 用量 CaO 用量 750 g/ t,其他条件不变,捕收剂 915BM 用量条件试验结果见表 12。 由表 12 可知,随着捕收 剂用量增加,精矿铁品位上升,但回收率有所下降。 综 合考虑捕收剂成本和回收率,选择捕收剂 915BM 用量 为 750 g/ t。 表 12 捕收剂 915BM 用量试验结果 915BM 用量 / (gt -1 ) 铁精矿产率 / % 铁精矿 TFe 品位 / % 铁回收率 / % 50098.5860.1999.84 75086.5661.6489.78 1 00071.3061.8774.23 1 25056.2862.2458.94 2.3 闭路试验 根据条件试验确定的最佳工艺参数进行了闭路试 验。 闭路试验所得铁精矿化学元素分析结果见表13,闭 路试验数质量流程见图 2。 闭路试验最终得到铁精矿 产率 58.30%、TFe 品位 63.04%、P 含量 0.233%、K2 O+ Na2O 含量 0.22%,铁综合回收率 77.56%。 表 13 闭路试验铁精矿化学元素分析结果(质量分数) / % TFeSP SiO2Al2O3 CaOMgO K2O+Na2O 63.040.0960.2336.955.070.5910.1660.22 3 结 论 采用磁化焙烧-磁选-反浮选工艺回收高磷、钾、钠 鲕状赤铁矿中的铁,磁化焙烧最佳条件为焙烧温度 800 ℃,煤粉用量 8%,焙烧时间 65 min;反浮选最佳条 件为矿浆温度 30 ℃,NaOH 用量 1 250 g/ t、淀粉用量 940 g/ t、CaO 用量 750 g/ t,捕收剂 915BM 用量 750 g/ t。 最终可以得到产率 58.30%、TFe 品位 63.04%、P 含量 0.233%、K2O+Na2O 含量 0.22%、铁综合回收率 77.56% 的铁精矿,实现了该类铁矿石的综合利用。 NaOH 2/, CaO 915BM 1250 600 500 800 B6 * 47.38 100.00;100.00 56.47 7.88;9.39 88 kA/m 88 kA/m 88 kA/m 41.03 7.02;6.08 58.07 106.63;130.68 48.68 26.62;27.35 41.26 12.02;10.47 58.56 7.86;9.70 63.04 58.30;77.56 62.51 66.16;87.28 56.21 21.71;25.75 54.79 14.60;19.89 55.64 36.31;42.64 61.19 80.01;103.33 60.95 87.87;113.03 * * 57.66 77.34;94.12 12.32 22.66;5.89 19.11 29.68;11.97 25.49 41.70;22.44 B3 TFe8 5;/;5 3 3 * 2 59.68 62.44;78.65 59.32 70.32;88.04 49.20 14.90;15.47 -0.038 mmC68.86 -0.038 mmC91.13 63 85, 800 65 min -0.045 mmC82.41 ,- * g/t 图 2 闭路试验数质量流程 参考文献 [1] 刘 杰,聂巧巧,韩跃新. 鲕状赤铁矿悬浮焙烧的粒度影响研究[J]. 中国矿业大学学报, 2018(2)415-420. 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(下转第 62 页) 95第 5 期余 洪等 鲕状赤铁矿提铁降钾钠试验研究 万方数据 5) 安装方便,用途广泛。 新型磁选管不需要高位 水箱,节约了安装和操作空间。 供水可以直接接自来 水管,阀门在给矿漏斗旁边,给水量轻松可控;给水也 可以配置独立的简易供水机构。 磁选管仅需要 1 个人 就能轻松操作;而传统磁选管,液位调整、关停给水,有 时需要 2 人配合。 新型磁选管对于学生深层次认识磁选原理有特殊 的效果,磁系可以按照需要加装特殊的异形磁极,验证 不同磁场分选效果。 新型磁选管可以作为一台微型磁 选机连续使用,超长时间使用也不用担心线圈发热烧 毁。 也可以作为物相分析磁选仪快速分离磁性铁、粉 状物中除铁,比如小麦粉等粮食类粉体中磁性金属物 的测定是小麦粉质量检验的一项重要强制指标,可以 采用该设备;含铁屑的液体脱除铁屑等物质,可以采用 该设备。 6) 新型磁选管还能够验证不同矿物应该选用的 磁选管合理参数,为特定物质的分选设定较合理的选 别参数,比如适宜的倾角和频率。 戴维斯当初设计磁 选管的一些理念得到了验证。 综上所述,新型磁选管解决了传统磁选管在电气 控制、磁场调整、机械安装、设备维护等方面的问题,真 正实现了磁选管的升级换代。 3 磁选管分选指标对比 为了验证新型磁选管的分选效果,在场强 125 mT、 分选频率 72 Hz/ min、底流水量 22 mL/ s 条件下,对某 选矿厂原矿品位41.05%的焙烧磁铁矿磨至-0.125 mm 后进行了磁选管对比试验,结果见表 1。 表 1 磁选管对比试验结果/ % 磁选管类型 精矿指标/ % 产率品位回收率 尾矿品位 / % 传统磁选管58.6056.8781.1818.66 新型磁选管58.7056.7881.1918.69 从表 1 可知,在相同的分选条件下,新型磁选管同 传统磁选管分选指标相近。 4 结 语 1) 新型磁选管质量只有国内传统磁选管质量的 10%,其功率不到传统磁选管的 10%;具有分选管运动 频率动态可调、倾角大幅度可调等新功能。 2) 模块化设计大幅度降低了运输和安装费用;场 强精度高、噪音低、维护成本低。 3) 新型磁选管解决了传统磁选管在电气控制、磁 场调整、安装维护等方面的问题,实现了磁选管的升级 换代。 参考文献 [1] 樊爱东,贾晓龙. 磁选管玻璃管中国, CN203355753U[P]. 2013- 12-25. 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