细粒铁物料闪速磁化焙烧前后的性质表征.pdf
第3 l 卷第2 期 2 0 1 1 年0 4 月 矿冶工程 M I N I N GA N DM E T A L L U R G I C A LE N G I N E E R I N G V 0 1 .3 I №2 A p r i l2 0 1 I 细粒铁物料闪速磁化焙烧前后的性质表征① 黄红1 一,罗立群1 ’3 1 .武汉理工大学资源与环境工程学院,湖北武汉4 3 0 0 7 0 ;2 .武汉理工大学西院图书馆,湖北武汉4 3 0 0 7 0 ;3 .矿物资源加工与环境湖北省重点 实验室,湖北武汉4 3 0 0 7 0 摘要对一o .3 0 Ⅱ瑚洒钢富含镜铁矿、褐铁矿和镁 锰 菱铁矿的难选铁粉料进行了闪速磁化焙烧研究,在弱还原气氛和7 4 0 8 0 0 ℃下,通过闪速磁化焙烧处理,获得了铁品位为5 5 .6 7 %- 5 5 .2 1 %、铁作业回收率为8 1 .6 6 %一8 6 .5 7 %的弱磁选铁精矿。闪速 焙烧前后物料的x 射线衍射、磁性能测定和穆斯堡尔谱分析表明弱磁性细粒铁矿物的相均转变为龟裂较为发育的人造磁铁矿,化 学成分为F e ,0 4 ,其比饱和磁矩较焙烧前增加3 3 ~4 2 倍不等,计算表明闪速磁化焙烧的速度较常规的磁化焙烧时间快几十至数百 倍;在闪速磁化焙烧过程中,菱铁矿的磁化转变过程主要由化学反应速度控制,而镜铁矿的磁化转变过程受扩散控制影响,部分未 转化完全。 关键词红铁矿;闪速磁化焙烧;镜铁矿;褐铁矿;菱铁矿 中图分类号T D 9 2 4文献标识码A文章编号0 2 5 3 6 0 9 9 2 0 1 1 0 2 0 0 6 1 0 4 C h a r a c t e r i z a t i o na n dP r o p e r t i e so fF i n eI r o nM i n e r a l sb e f o r ea n d a f t e rF l a s hM a g n e t i cR o a s t i n g H U A N GH o n 9 1 一.L U OL i .q u n l 3 1 .C o l l e g eo fR e s o u r c e sa n dE n v i r o n m e n t a lE n g i n e e r i n g ,W u h a nU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y ,W u h a n4 3 0 0 7 0 ,H u b e i , C h i n a ;2 .L i b r a r yo fW e s tC a m p u s ,W u h a nU n h e r s i t yo fT e c h n o l o g y ,W u h a n4 3 0 0 7 0 ,H u b e i ,C h i n a ;3 .H u b e i P r o v i n c i a lK e yL a b o r a t o r yo fM i n e r a lR e s o u r c e sP r o c e s s i n ga n dE n v i r o n m e n t ,W u h a n4 3 0 0 7 0 ,H u b e i ,C h i n a A b s t 嘣F l a s hm a g n e t i cm a s t i n g F M R t e c h n i q u ew a si n t r o d u c e dt ot r e a ta 一0 .3 0m mr e f r a c t o r yi r o np o w d e r c o n t a i n i n gs p e c u l a r i t e 。l i m o n i t ea n dM g M ns i d e r i t ef r o mJ l S C O .A f t e raF M Rp r o c e s sa t7 4 0 8 0 0 ℃i nas l i g h t l yr e d u c i n ga t m o s p h e r e ,a ni r o nc o n c e n t r a t ew i t haF eg r a d ea n dr e c o v e r yo f5 5 .6 7 %~5 5 .2 l %a n d8 1 .6 6 %一8 6 .5 7 %, r e s p e c t i v e l y ,c a nb eo b t a i n e da f t e raf u r t h e rl o wi n t e n s i t ym a g n e t i cs e p a r a t i o n .C h a r a c t e r i z a t i o no ft h ep o w d e rb e f o r ea n d a f t e rF M Rw i t h X .r a yd i f f r a c t i o n ,m a g n e t i cd e t e c t i o n a n dM 琶s s b a u e rs p e c t r ai n d i c a t et h a t 。t h es p e c i f i cs a t u r a t i o n m a g n e t i cm o m e n tc a nb ei n c r e a s e db y3 3 4 2t i m e sa m i dF M R ,a n dt h ew e a k l ym a g n e t i ci r o nm i n e r a l sc a nb ec o n v e r t e d i n t oa r t i f i c i a lm a g n e t i t ew i t hm a i nc h e m i c a lc o m p o n e n to fF e 30 4w i t hw e l l d e v e l o p e dc r a c k i n g .A c c o r d i n gt ot h ec a l c u l a - t i o n ,t h er o a s t i n gs p e e dw i t hF M Ri sa b o u td o z e n st os e v e r a lh u n d r e dt i m e sf a s t e rt h a nt h a tw i t ho r d i n a r ym a g n e t i c m a s t i n g .I nt h ep r o c e s so fF M R ,m a g n e t i z a t i o nt r a n s f o r m a t i o no fM g - M ns i d e r i t ei sm a i n l yc o n t r o l l e db yc h e m i c a lr e a c - t i o n ,w h i l et h a to fs p e c u l a r i t ei sd e t e r m i n e dm a i n l yb yd i f f u s i o n ,p a r to fw h i c hh a sn o tb e e nm a g n e t i z e d . K e yw o r d s r e di r o no r e ;f l a s h i n gm a g n e t i cr o a s t i n g ;s p e c u l a r i t e ,l i m o n i t e ;s i d e r i t e 中国全面建设小康社会和资源节约型社会,极大 地刺激了钢铁工业的迅速发展。2 0 0 9 年中国粗钢产 量已达5 .6 7 亿吨,年铁矿石进口量达到了6 .2 8 亿吨, 自给率不足4 7 %,而且进口铁矿石价格居高不下,急 需采用选矿新技术来提高国内铁矿石的资源利用 率‘1 .4 j 。 针对我国每年数亿吨“收之不能、弃之可惜”的低 品位难选强磁精矿、中矿和伴生弱磁性铁物料难以分 选和利用问题,近年来,在余永富院士的领衔下,开发 出了数以秒计的闪速磁化焙烧新技术,为直接处理细 粒粉状铁物料开辟了新的有效利用途径,并在闪速磁 化焙烧还原工艺和前期工程技术等方面做了许多开拓 性的研究工作归卅J 。 本文对我国著名的难选“红铁矿”酒钢镜铁山 铁矿粉料进行了闪速磁化焙烧处理,并用X 射线衍射、 磁性能测试和穆斯堡尔谱等手段表征了物料的性质。 ①收稿日期2 0 1 0 1 1 一1 3 基金项目教育部博{ 点基金新教师课题 2 0 0 7 0 4 9 7 0 4 8 ;国家“十五”科技攻关项目 2 0 0 4 B A 6 1 5 A 一1 7 作者简介黄红 1 9 6 9 一 ,女,湖南长沙人。主要从事矿业信息技术与管理工作。 万方数据 矿冶工程 第3 l 卷 1 试样性质及试验方法 1 .1 试验样品 试样为酒泉钢铁集团公司镜铁山桦树沟矿石的粉 矿 1 5 0m m 经过工业生产磨机磨碎后的物料,称之 为原矿 J Y ,以及由原矿经过“粗选拿精”和“扫选丢 尾”后的中矿 J Z 。酒钢铁矿石中的主要有用矿物铁 品位低,矿物嵌布粒度细,脉石含量较高;矿石结构十 分复杂,具有条带状、块状和浸染状构造。可分选回收 的3 种铁矿物为弱磁性的镜铁矿、镁 锰 菱铁矿和褐 铁矿,目前3 种铁矿物之比约为2 .4 l 1 .4 ,粉矿的铁 品位一般为2 9 %~3 1 %;脉石矿物主要为碧玉、石英、重 晶石和铁白云石等,围岩为千枚岩,其中大部分为铁质 千枚岩。各矿物的破碎磨矿性质及选别性质的差异较 大,脉石矿物中碧玉和千枚岩等严重影响选矿作业的分 选效果,致使酒钢粉矿的选别难度大,分选效率较 低‘1 0 1 l 。试样多元素化学分析结果见表1 ,铁物相分析 结果见表2 ,主要矿物磁性能检测结果见表3 。 表l 试样多元素化学分析结果 质量分数 /% 铁相含量/%铁分布率/% 表3 试样的主要矿物比磁化系数骱/ 1 0 。9m 3 k g ‘1 1 .2 闪速磁化焙烧试验 闪速磁化焙烧系统热态反应装置中的还原性气氛 发生炉以焦炭或木炭为原料,以一定压力的空气为气 化介质,产生以C O 为主的还原性气体,其中C O 的含 量主要通过调节风量来控制;闪速磁化焙烧试验时,当 煤气发生炉煤气出口温度达6 0 0 ℃以上,管道电热器 和主加热炉处金属壁温升至6 0 0o C 时,可进入焙烧实 验操作。将具有一定温度的还原性气体经电加热器控 温后,进人流态化闪速磁化还原炉,对待还原铁物料进 行闪速磁化焙烧,以获得人造磁铁矿;磁铁矿由一定压 力的惰性气体保护并由收集系统出料,经水淬后得到 磁化焙烧样品旧。。 1 .3 试样仪器及分析方法 采用V S M 振动样品磁强计测定焙烧前后试样的 磁矩与磁场强度关系,以揭示物料闪速磁化焙烧后的 磁性变化规律,分析物料的磁选性能。用日本理学 R i g a k uD /m a x 一3 e 型x 射线衍射仪进行X R D 分析。 用德国O x f o r d 公司的M S S 0 0 型常规等加速谱仪测定 穆斯堡尔谱。 2 结果与讨论 2 .1 闪速磁化焙烧试验 7 4 0 ℃下,对粒级为0 .2 5 0m m 的原矿 J Y 在 弱还原气氛和流态化焙烧,通过“加入即出” 3 ~5s 至6 0s 不同时间的磁化焙烧处理,可将难选复杂铁粉 料闪速磁化,再采用磁选管进行分选,磁场强度为8 0 k A /m ,获得了磁性产品的产率5 0 .9 2 %一5 4 .9 4 %,铁 品位为5 5 .2 l %~5 8 .4 7 %,回收率为8 6 .5 7 %一 8 2 .5 l %的弱磁选精矿,结果见表4 。因酒钢物料性质 复杂难选 且矿石中镁、锰含量较高 ,即使是通过焙 烧磁选t 艺,其铁精矿品位仍然只有5 5 %一5 6 % 试 验室结果略高一点,可达5 7 %一5 8 % ,这点可用酒钢 矿样研究文献和多年的生产实践结果来验证。 表4 原矿 J Y 闪速磁化焙烧结果 8 0 0q c 下,粒级为0 .3 0 0m m 的中矿 j z 闪速磁 化焙烧试验结果见表5 。结果表明,经磁化焙烧处理, 同样实现了难选复杂中矿铁物料闪速磁化,得到了磁 性产品产率为5 5 .5 6 %~6 3 .5 6 %,铁品位为5 5 .0 6 % 一5 5 .8 9 %,铁作业回收率为7 6 .6 4 %~8 1 .6 6 %的弱 磁选精矿,表明复杂中矿粉料的磁化焙烧同样可以实 表5 中矿 J Z 闪速磁化焙烧结果 万方数据 * a ≮目 * ∞ 月{ m * 镕* 目n ∞r E 自g Ⅱ 现闪速化,自主设计具有知识产权的热卷闲速磁化焙 烧i 遗驻装置是成功的。 铁物料闪遘磁化焙烧的条件试验袅明,在投料时 分布板温度6 5 0 8 0 0 ℃,C O 的体积宙量45 %~O % 的范围内,闪速磁化焙烧的效果较好。焙烧矿磁性产 品的铁回收率随分布板温度的升高币提高,提高的幅 度先太后小;当分布板温度从6 5 0 ℃升高到7 4 0 ℃时, 铁回收率提高1 0 %一1 2 %,而当分布板温度从7 4 0 ℃ 升高到8 0 0 ℃时,铁同收率提高4 %一6 %。铁回收牢 随还原反应气氛q 1C O 的古馈降低而提高.在分布板 温度7 4 0 ℃时投料,C O 的含_ 艟为45 %~32 %时,铁 回收率仪6 17 5 %~6 60 9 %.而C O 的含苴为06 % 一O %时,铁回收率逃到7 23 8 %一7 94 3 %,升高幅度 达到1 1 一1 3 个百分点。枉“加入即出”到6 0s 的磁化 焙烧时间内,铁回收率总的趋势是增加的,一般为3 5 个百分点。初步表明.回收牢增加幅度的显著性并 没有仆布扳温度和C O 舍虽枘蟛响太,表明物料鼬硅 化焙烧过程主要是通过投料后的“蹦谜时段”完成转 化的,磁化反应前期与后期的反应建度是小相l 爿的,磁 化过程的前期受化学反应控制,| 1 l 『后期的磁化转变与 扩散控制有关。因铁物料r I 铁矿物种类有多种,很可 能控制磁化反应速度的机理是不同的。 22 闪速磁化焙烧产物的X R D 分析 样品闪速磁化焙烧前后的x 射线衍射分析结果 见图l 。 样具有强磷性特征的1 一F e t O ,特征峰并来出现,说明 试样通过闪述磁化焙烧以后.闲速磁化焙烧过程是弱 磁性铁矿物被还原转变为强磁性的F e ⋯O 23 闪速磁化焙烧前后磁性能的变化 盛矩的大小是衡昔矿物磁性强弱的一个重要物理 化学参数。在一定的磁化强度条件下,矿物的磁矩越 大,比磁化系数托也越大,物料就越容易用磁选方法 进行分离。 为丁清楚地慢现闪速醴化焙烧前后磁性能的显著 变化与规律,选定闲速磁化焙烧具有一定铁回收率级 差的试样作为磁性能测定样品。磁场强度为8 0k A /m 时,磁选符选* 4 结果见表6 ;原矿 J Y 和中矿 J Z 闳 述磁化焙烧前、后磁性能测定曲线分* 4 见幽2 和图3 。 兰 兰竺兰竺苎苎 戮w * q8 磐4 鞣繁镶。8 繁8 一 .2 竺。。⋯⋯ 田2 原矿 J Y 目违磁化焙烧磁性能测定曲拽 围l 闲速磁化焙烧前后试样的X 射线衍射围谙 一 由罔l 可见.弱磁性铁物料在末焙烧| j { 『.含铁矿物 的特征峰主要有菱铁矿,赤铁矿 酒钢斌样即为镜铁 矿 等;但揭铁矿特征峰F e O O H 小明硅,却可见白云 石的特征峰二原矿试样十束发现有强磁性铁矿物的特 征蜂,表明试样中没有强磁性铁矿物或含址极少。经 过闲速磁化焙烧后,原矿 J Y 与中矿 .I Z 的焙烧试样 中均具有强磁性磁铁矿的明垃特征峰,且磁铁矿特征 峰的晦形尖锐.峰值高耸,表明试样经过闪速磁化焙烧 过程产_ 二了大量强磁性物质,而且结晶程度较高;而同 田3 中矿fJ z 闪逮磁化焙烧磁性能测定曲线 万方数据 矿冶工程第3 l 卷 通过闪速磁化焙烧后,不管是原矿 J Y ,还是中 矿 J z ,其磁矩都显著增大,与比磁化系数‰的变化 一样,试样表现出强磁性矿物的特性,且磁矩增加量的 大小与磁选管的选别结果一致,即试样的饱和磁矩越 大,则闪速磁化焙烧后磁选铁回收率相应越高,它们之 间存在一定的相关性。弱磁性铁物料主要是转变为比 饱和磁矩与比磁化系数较高的F e ,0 4 ,且铁回收率高 低与比饱和磁矩的大小一致。 从闪速磁化焙烧前后磁性能参数测定结果计算可 知,弱磁性物料经焙烧处理后,比饱和磁矩的增加值较 焙烧前增加3 3 ~4 2 倍不等;同时还可发现,当焙烧物 料的弱磁选铁回收率相同时,原矿与中矿的饱和磁矩 并不相同,这主要是与物料中弱磁性铁矿物的种类与 含量不同有关。 2 .4 闪速磁化焙烧前后的穆斯堡尔谱测定 闪速磁化焙烧前后典型试样的室温穆斯堡尔谱测 试结果用最小二乘法拟合,所测得的闪速磁化焙烧前 后试样的穆斯堡尔参数见表7 。 表7室温条件下闪速磁化焙烧试样的穆斯堡尔参数 样品 j 鬻冀/ 慧删os - I ,脯 M A 黝.m - 强1 戆 穆斯堡尔谱测试结果表明闪速磁化焙烧前,穆斯 堡尔谱线由一组六峰和一组双峰组成,矿物组成主要 是菱铁矿 F e C O , 和镜铁矿 F e 0 , ,且组成比为5 8 ,磁化焙烧以后,穆斯凭尔谱线呈三组六线谱,且其中 有两组六线谱非常明显,矿物中主要是磁铁矿 F e ,0 。 ,还含有少量的赤铁矿,F e “、F e 3 两种价态原 子的比为1 9 3 1 。焙烧过程中F e C O ,已完全转化为 F e ,0 。,说明F e C O ,的转化按照化学反应快速进行。而 F e O ,的转化除了化学反应外,推测出还有扩散作用。 进一步分析表明还原F e O ,的过程开始于 F e O ,外表能值最有利的地方;粒子表面上的化学反 应造成了各种成分的浓度梯度,并在F e O ,的表层堆 积有过剩的原子。反应中发生的是铁原子的扩散,还 原是按照由高价铁到低价铁顺序进行,但粒子的深部 并不是全部的高价铁都能够被还原。因此,发现焙烧 样品颗粒四周焙烧完全,而中心有部分未焙烧完全。 这点从闪速磁化焙烧后产品的X 射线衍射图谱中得 到验证。 2 .5 焙烧效果的比较 由于磁化焙烧反应是在高温条件下完成的,反应 时间的快慢直接影响到能源消耗的多少,若物料在高 温反应区间停留时间长,则理所当然地需要消耗比较 多的能源;若减少物料在高温反应区间的停留时间,则 可以减少能源消耗,达到节能降耗的目的。不同的磁 化焙烧设备,处理物料的粒度也不相同,致使物料完全 磁化所需的时间也不一样。为了说明细粒物料磁化焙 烧过程的闪速性,达到闪速磁化焙烧的节能降耗目的, 铁物料在不同磁化焙烧装备中的焙烧效果比较见表8 。 表8 不同磁化焙烧装备中焙烧效果的比较 从表8 可知,对细粒级物料 一0 .3 0m i l l 中矿 进 行磁化焙烧处理,若能实现磁化焙烧的闪速化,则能极 大地提高磁化转变速度。由于细粒级物料在磁化焙烧 时处于高速流化状态,磁化转变速度比竖炉和回转窑 焙烧则要快数百倍,比沸腾炉焙烧还要快十几至几十 倍,其磁化过程可以说是瞬I ’日J 完成的,达到了闪速磁化 焙烧的目的,能够达到节能的效果幢J 。 3 结语 1 在我国经济快速发展和建设资源节约型社会 的今天,研究提高我国铁矿资源的利用率具有重要的 现实意义。针对我国铁矿资源贫、细、杂的赋存状态和 加工过程中特点,研究了利用闪速磁化焙烧技术提高 细粒铁矿资源利用率的新技术。 2 对酒泉钢铁 集团 公司镜铁山矿桦树沟矿区 的原矿与中矿,其粒度为一0 .3 0m i l l 的富含镜铁矿、褐 铁矿和镁 锰 菱铁矿难选铁粉料,在弱还原气氛和7 4 0 ~8 0 0 ℃下,通过闪速磁化焙烧处理,试验获得了铁品 位为5 5 .6 7 %一5 5 .2 1 %、铁作业回收率为8 1 .6 6 %一 8 6 .5 7 %的弱磁选铁精矿,闪速磁化焙烧效果良好。 3 闪速焙烧前后物料的X R D 分析和磁性能测定 结果表明,弱磁性铁物料主要是转变为比饱和磁矩与 比磁化系数较高的强磁性物质F e ,O 。,且磁选精矿中 铁回收率的高低与比饱和磁矩的大小一致;弱磁性物 料经焙烧处理后,比饱和磁矩的增加值较焙烧前增加 下转第6 7 页 万方数据 第2 期曾科等蒙自多金属硫化矿砷硫分离技术研究 6 7 硫精矿 图4 闭路试验流程 表4 闭路试验结果 闭路试验获得如下指标硫精矿中硫品位 4 3 .0 5 %、含砷0 .5 1 %,硫回收率为7 9 .5 3 %;砷精矿含 硫9 .0 3 %、含砷9 .2 1 %,质量不合格,如要考虑回收利 用,需进一步处理。 3 结语 1 蒙自某矿区富锡多金属硫化矿选矿尾矿中硫 矿物主要成分为黄铁矿和毒砂,毒砂的单体解离度较 低,部分与黄铁矿及其他矿物连生,导致产出硫精矿含 砷高,建议适当细磨,提高毒砂解离度。 2 依据矿样工艺矿物学研究结果,采用“砷硫混 浮- 砷硫分离”的工艺流程,选择高效低毒药剂丙基黄 原酸钠作砷抑制剂,能较好的实现砷硫分离,可获得硫 品位4 3 .0 5 %、含砷0 .5 1 %、回收率为7 9 .5 3 %的硫 精矿。 参考文献 [ 1 ] 熊道陵,贺治国,湛雪辉.无机抑制剂在硫化矿浮选中抑制毒砂 的研究进展[ J ] .化工矿物与加工。2 0 0 4 8 3 6 3 7 . 【2 ]冯其明,陈荩.硫化矿浮选电化学【M ] .长沙中南工业大学出 版社,1 9 9 2 . 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