低品位褐铁矿生物质_炭磁化焙烧—磁选研究.pdf

中图分类号T D 9 8 1 U D C6 0 0 硕士学位论文 学校代码1 0 5 3 3 密级公开 低品位褐铁矿生物质／炭磁化焙烧一磁选研究 R e s e a r c ho nt h eB i o m a s s ／C h a r c o a lM a g n e t i c R o a s t i n g M a g n e t i cS e p a r a t i o no fL o w - G r a d eL i m o n i t e 沈光坤 矿物加工工程 资源综合利用 资源加工与生物工程学院 陈许玲副教授 论文答辩日期塑生b 垫答辩委员会主席 中南大学 二。一三年五月 名业向院师 姓专方 教 者科究 导作学研学指 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致 谓} 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材 料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均己在论文中作了明 确的说明。 作者签名 日期型L 姓月卫日 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校 有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论 文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或 部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授 权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全 文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名_ 三啦导师签名仝丝日期绰年工月粤日 低品位褐铁矿生物质／炭磁化焙烧一磁选研究 摘要近年来，我国钢铁产量持续上升，铁矿石对外依存度居高不 下，开发利用自有低品位铁矿资源迫在眉睫。我国褐铁矿己探明储 量约为1 2 ．3 亿t ，大部分还没有得到有效利用。磁化焙烧一磨选分离 技术处理褐铁矿，可获得较好的分离效果，但传统磁化焙烧过程主 要以化石燃料作还原剂，其消耗大、成本高，且污染严重。本文以 生物质／炭替代煤粉作还原剂，研究了其对低品位褐铁矿磁化焙烧一 磁选效果的影响。 还原剂的元素分析、工业分析和热分析研究表明，无烟煤的挥 发分含量最低，其次为白炭、黑炭，花生壳、秸秆的挥发分含量最 高。生物质挥发分远高于无烟煤，易于燃烧，开始燃烧反应的温度 比无烟煤低很多。白炭和黑炭的燃烧开始反应温度比无烟煤低1 0 0 ℃ 以上，而花生壳和秸秆燃烧开始反应温度比无烟煤低2 0 0 ℃以上。 生物质和生物质炭为还原剂的磁化焙烧工艺研究表明，在焙烧 温度7 5 0 ℃、焙烧时间1 5 m i n 条件下，能达到较佳的磁化效果。磨 选结果表明，可获得铁品位 6 0 ％的铁精矿，高于无烟煤所得的铁精 矿品位 5 8 ．6 6 ％ 。 热力学分析表明在7 5 0 ℃的条件下，无烟煤和生物质燃烧或 裂解产生的还原气体都可使褐铁矿还原成磁铁矿，但生物质裂解、 燃烧产生的C O 、C 0 2 的含量都远高于无烟煤，生物质产生还原气体 的能力都比无烟煤强，有利于还原磁化过程。焙烧矿的X R D 图和显 微镜像分析表明，焙烧后铁矿物主要是磁铁矿。图4 1 幅，表1 3 个， 参考文献6 6 篇。 关键字生物质；生物质炭；还原焙烧；低品位褐铁矿；磁选 分类号T D 9 8 1 R e s e a r c h0 1 1t h eB i o m a s s ／C h a r c o a lM a g n e t i c R o a s t i n g - M a g n e t i cS e p a r a t i o no f L o w - - G r a d eL i m o n i t e A b s t r a c t I nr e c e n ty e a r s ，C h i n a ’Ss t e e l p r o d u c t i o nc o n t i n u e dt or l s e w i t hh i 曲d e p e n d e n c eo nf o r e i g ni r o no r er e s o u r c e s ，w h i c hm a d et h e u t i l i z a t i o no fi t so w nl o w g r a d ei r o no r er e s o u r c e sn e c e s s a r y ．L i m o n i t e i nC h i n ah a sp r o v e nr e s e r v e so fa p p r o x i m a t e l y1 ．2 3b i l l i o nt o n s ，m o s to f w h i c hh a v en o tb e e ne f f e c t i v e l yu t i l i z e d ．M a g n e t i cr o a s t i n gi so n eo ft h e m o s te f f e c t i v el i m o n i t ep r o c e s s i n gm e t h o d s ．H o w e v e r ，u s i n gc o a lo rc o a l g a sa sr e d u c i n ga g e n t s ，t r a d i t i o n a lm a g n e t i cr o a s t i n gp r o c e s sl e a d st o h i 曲c o n s u m p t i o no ff o s s i lr a wm a t e r i a l sa n ds e r i o u sp o l l u t i o n ．I nt h i s d i s s e r t a t i o n ，b i o m a s s ／c h a r c o a li np l a c eo fc o a lw e r eu s e da sr e d u c i n g a g e n t si nt h em a g n e t i cr o a s t i n ga n dm a g n e t i cs e p a r a t i o no fl o w g r a d e l i m o n i t e ． T h ee l e m e n t a la n a l y s i s 、i n d u s t r i a la n a l y s i sa n dt h e r m a la n a l y s i so f t h er e d u c t a n t ss h o w e dt h a ta n t h r a c i t eh a dt h el o w e s tv o l a t i l ec o n t e n t ， f o l l o w e db yh a r dc h a r c o a l 、b l a c kc h a r c o a l ，w h i l ep e a n u ts h e l l sa n ds t r a w h a dt h eh i g h e s tv o l a t i l e ．W i t hm u c hh i g h e rv o l a t i l et h a na n t h r a c i t e ， b i o m a s si se a s i e rt ob u r na n dt h ec o m b u s t i o nr e a c t i o nt e m p e r a t u r ei s m u c hl o w e r ．T h ec o m b u s t i o nr e a c t i o nt e m p e r a t u r ef o rh a r dc h a r c o a la n d b l a c kc h a r c o a li s10 0 ℃l o w e rt h a na n t h r a c i t e ．w h i l ef o rp e a n u ts h e l l s a n ds t r a w , t h et e m p e r a t u r ei s2 0 0 “ Cl o w e rt h a na n t h r a c i t e ． W i t hb i o m a s sa n db i o m a s sc h a r c o a la sr e d u c i n ga g e n tr e s p e c t i v e l y i nt h em a g n e t i cr o a s t i n g ，u n d e rt h ec o n d i t i o n so f r o a s t i n gt e m p e r a t u r eo f 7 5 0 。C ，r o a s t i n gt i m eo fl5m i n u t e s ，g o o dm a g n e t i cr e s u l t sw a sa c h i e v e d ． G r i n d i n ga n dm a g n e t i cs e p a r a t i o no ft h er o a s t e do r es h o w e dt h a tu s i n g b i o m a s sa n db i o m a s sc h a r c o a la sr e d u c i n ga g e n t s ，t h er e s u l t a n ti r o no r e c o n c e n t r a t e sh a dr e l a t i v e l yh i g hi r o ng r a d e 6 0 ％ t h a na n t h r a c i t ea s r e d u c t a n t 5 8 ．6 6 ％1 ． T h e r m o d y n a m i ca n a l y s i ss h o w e dt h a tl i m o n i t eC a nb er e d u c e dt o m a g n e t i t eb yt h er e d u c i n gg a sg e n e r a t e dd u r i n g t h ec o m b u s t i o n 、 p y r o l y s i so fa n t h r a c i t eo rb i o m a s sa t7 5 0 。C ，b u tC O 、C 0 2g e n e r a t e db y t h ec o m b u s t i o no rp y r o l y s i so fb i o m a s sa r em u c hm o r et h a nt h a to f 1 1 1 a n t h r a c i t e ．T h eb i o m a s sh a ss t r o n g e ra b i l i t yt op r o d u c er e d u c i n gg a s t h a na n t h r a c i t e ，w h i c hi sc o n d u c i v et ot h em a g n e t i z a t i o np r o c e s s ．X R D p a t t e r n so ft h er o a s t e do r ea n dm i c r o s t r u c t u r ea n a l y s i ss h o w e dt h a tt h e m a i ni r o nm a t e r i a la f t e rr o a s t i n gi sm a g n e t i t e ． K E Y W O R D S b i o m a s s ；m a g n e t i cr o a s t i n g ；l o w g r a d e l i m o n i t e ； m a g n e t i cs e p a r a t i o n C i a s s i f i e a t i o n T D 9 8l I V 目录 原创性声明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．I I 目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．V l 文献综述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1 铁矿资源现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．1 ．1 全球铁矿石储量现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1 ．2 我国铁矿资源现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l 1 ．1 ．3 褐铁矿资源情况及特点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．2 褐铁矿选矿工艺研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一3 1 ．2 ．1 重选⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 1 ．2 ．2 磁选⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一3 1 ．2 ．3 浮选⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 1 ．2 ．4 磁化焙烧．磨选⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 1 ．3 磁化焙烧研究与应用现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。4 1 ．0 1 磁化焙烧技术原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 ．3 ．2 磁化焙烧技术应用现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 ．4 生物质／炭研究应用现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 1 ．4 ．1 生物质还原剂特点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 1 ．4 ．2 生物质还原铁矿石研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 1 ．5 本论文的提出⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 原料性能及研究方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 2 ．1 原料性能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 2 ．1 ．1 褐铁矿的物化性能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 2 ．1 ．2 褐铁矿的物相分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 2 ．1 ．3 褐铁矿的热重分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 2 2 ．1 ．2 还原剂的物化性能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 3 2 ．2 研究方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 5 2 ．2 。1 磁化焙烧．磨选分离试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l5 2 ．2 ．2 还原剂特性检测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 6 2 ．2 ．3 矿相分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 7 3 褐铁矿磁化焙烧．磨选分离研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．18 V 3 ．1 褐铁矿磁化焙烧热力学基础⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 8 3 ．2 褐铁矿磁化焙烧工艺研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 0 3 ．2 ．1 以无烟煤作还原剂⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 0 3 ．2 ．2 以白炭作还原剂⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 2 3 ．2 ．3 以黑炭作还原剂⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 4 3 ．2 ．4 以花生壳作还原剂⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 5 3 ．2 ．5 以秸秆作还原剂⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 8 3 ．3 焙烧矿磨选分离试验研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 9 3 ．3 ．1 磨矿粒度对磁选结果的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 9 3 ．3 ．2 不同还原剂焙烧矿磁选分离效果对比⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 1 3 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 l 4 磁化焙烧机理研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 3 4 ．1 还原剂特性研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 3 4 ．1 ．1 热重曲线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 3 4 ．1 ．2 燃烧气体特性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 6 4 ．1 ．3 热解气体特性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 9 4 。2 焙烧矿物相及显微镜像分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 l 4 3 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 3 5 结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 4 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 5 攻读学位期间主要的研究成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 9 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 0 V 1 硕士学位论文I 文献综述 1 文献综述 1 。1 铁矿资源现状 从地球含有的金属元素含量看，铝第一，铁第二，铁占地球质量的5 ％，是 地球上分布最为广阔的金属。目前金属总消耗量的9 5 ％来源于铁。铁是世界上 最早发现，最广利用，最多用量的一种金属。并且由于炼铁比铝等其他金属容 易，因此铁自然成为对人类现实社会实用价值最大的金属。今天我们正生活在 铁的时代里。因为铁是一种最广，最重要的金属，因此铁矿也被看成是～个国 家极重要的财富。铁矿石是钢铁工业最主要的支撑原料。可用做炼铁原料来源 的主要铁矿石有赤铁矿 V e t 0 3 、磁铁矿 F e 3 0 4 、褐铁矿F e O O H n H 2 0 、菱铁 矿 F e C 0 3 和黄铁矿 F e S 2 。这些铁矿石经冶炼加工后，可制成生铁、铁合金 熟铁、合金钢、碳素钢、特种钢等。 1 ．1 ．1 全球铁矿石储量现状 全球铁矿石资源丰富，但不同国家对资源的占有量差别极大 见表1 1 。 铁矿石三大储地俄罗斯，巴西，澳洲拥有目前全球总储量的1 7 ．5 ％、2 0 ％和 2 1 ．2 ％。以上三个区域铁金属储量之和约为全球总储量的5 8 ．7 ％。近年全球铁 矿石产量较高，且呈不断一k Y t - 趋势，其中2 0 1 1 年的产量为2 9 ．4 亿吨，2 0 1 2 年产 量为3 0 亿吨。铁矿石产量排名前几位的国家依次为中国、澳大利亚、巴西和印 度。这四个国家的产量占世界铁矿石总产量的7 9 ．6 ％【1 ‘2 J 。 和我国相比，国外对铁矿石的利用有很多不同之处国外铁矿资源大国的 大矿，富矿和稳定矿床多，如澳大利亚某铁矿床占该国总储量的9 l ％，平均铁 品位达N 6 0 ，8 ％，巴西的两个矿区储量几乎占全国的9 9 ％，平均铁品位约为 6 1 ．8 ％，印度铁矿的平均铁品位也有6 0 ．3 ％[ 5 6 1 。由于矿石资源集中，资源开发 利用历史悠久，行业发展成熟，数个矿业巨头控制着绝大多数铁矿资源。澳大 利亚的资源几乎是哈默思利公司、B H P 公司和罗布河公司的天下；巴西铁矿基 本被淡水河谷公司和M B R 公司所控制。 1 ．1 ．2 我国铁矿资源现状 我国铁矿资源较丰富，但极大多数铁矿品位低、杂质含量高而且嵌布粒度 细，导致难以被高效利用。我国查明铁矿资源储量平均品位为3 3 ％，与国外铁 矿大国6 0 ％以上的平均品位对比相差甚远f 3 1 。我国绝大部分铁矿品位在3 0 ％～ 硕士学位论文1 文献综述 4 0 ％，品位大于4 8 ％的富铁矿查明资源储量仅占1 ．9 ％。中国探明的铁矿石资源 中，按矿床特点看，大部分为沉积岩、变质岩 约占5 7 ．1 0 ％ ，这种矿石铁品 位低【4 】。按铁矿石矿物组成看，赤铁矿和褐铁矿分别占全国铁矿石总资源储量 的1 8 ．1 ％和2 ．3 0 ％【引。 表I - 1 世界铁矿生产量和储量 T a b ．1 1T h ew o r l di r o no r ep r o d u c t i o na n dr e s e r v e s 数据来源U n i t e dS t a t e sG e o l o g i c a lS u r v e y M i n e r a lC o m m o d i t yS u m m a r i e s 2 013 1 ．1 ．3 褐铁矿资源情况及特点 我国已探明褐铁矿储量约为1 2 ．3 亿吨，石英、方解石等构成褐铁矿的主要 脉石矿物，很多褐铁矿含大量粘土质，泥化现象严重【5 。6 J 。褐铁矿物理性质可变， 但总是呈各种色调的褐色，条痕黄褐色。黄土的颜色主要就是因为含有它们而形 成。褐铁矿除了能提炼铁外，还可用作颜料。早先认为褐铁矿是一种独立矿物， 化学成分为2 F e 2 0 3 “ 3 H 2 0 ，但X 射线衍射分析表明，褐铁矿是一种混合矿物，结 晶程度分散，常发育于赤铁矿、针铁矿裂隙和晶洞中。它们主要成分是隐晶质 硕士学位论文1 文献综述 的针铁矿 Q F e O O H ，还含混有纤铁矿 Y F e O O H 、赤铁矿、石英、粘土等， 含吸附水及毛细管水，成分可变，但基本上为F e O O H n H 2 0 t 7 1 。褐铁矿的密 度为3 ．3 ～4 ．3 9 9 ／c m 3 ，显弱磁性，硬度较低[ 引。 1 ．2 褐铁矿选矿工艺研究现状 褐铁矿石因含大量结晶水，结构较疏松，因此容易破碎、泥化，单使用 物理选矿方法很难使铁精矿品位达到6 0 ％以上，回收率也难以保证。由于含 有较高的水分，褐铁矿高温焙烧后，结晶水会全部散发丢失，使得焙烧矿铁 品位会有较大幅度的升高【9 。0 1 。褐铁矿资源的选矿技术研究较多，有单一选 矿法如重、磁、浮选以及这些方法的联合运用【1 1 1 。 1 ．2 ．1 重选 薛伟将铁品位为3 7 ．1 6 ％的原矿磨至0 ．0 7 4 m m 以下粒度占8 5 ％，采用摇 床重选，得到铁品位为5 8 ％的铁精矿，精矿铁回收率为5 4 ．3 ％，损失于中矿 和尾矿中的铁含量较高，分别为3 9 ．7 ％和3 5 ．2 ％[ 1 2 1 。 卢东方对某脉石主要为高岭石和伊利云母的褐铁矿重选【l3 1 。原矿含铁 3 7 ．2 ％，磨至0 ．0 7 4 m m 以下占7 5 ％，采用刻槽摇床，得到铁精矿品位为 4 9 ．9 6 ％，铁回收率为5 6 。7 4 ％，该矿经重选所得精矿品位较低。 与褐铁矿连生的常见脉石矿物有硅酸盐、石英、方解石、高岭土、绿泥 石等，它们的密度为2 ．6 ～3 ．5 9 ／c m 3 ，与褐铁矿的密度相差较小，因此褐铁矿 属于重选过程难选的矿石1 1 8 1 。 1 ．2 ．2 磁选 褐铁矿的比磁化系数为2 5 ～2 0 0 x 1 0 击c m 3 ／g ，常见的与褐铁矿连生的脉石 矿物硅酸盐，石英，方解石的比磁化系数为2 ～2 5 x 1 0 。6 c m 3 ／g ，两者磁性都很 弱，但有一定的差异，采用强磁选方法分选褐铁矿在理论上有可行性【l 8 1 。 江仁麟【1 9 】对俄罗斯某含粘土石英型褐铁矿用分级强磁选和阶段磨矿强 磁选法进行分选，得到精矿铁品位为5 4 ％～5 6 ％，铁回收率为7 2 ％．5 3 ％，所 得铁精矿经煅烧后铁品位可达6 0 ％以上。 某褐铁矿在磨矿细度为0 ．0 7 6 m m 以下粒级占9 0 ％的条件下，经强磁粗选 后，对粗精矿和粗尾矿进行再次强磁选，最终铁精矿的产率为2 6 ％，铁品位 为5 3 ．2 ％，回收率为3 4 ％I 川1 。 硕士学位论文 1 文献综述 某褐铁矿在磨矿细度为0 ．0 7 4 m m 以下粒级占8 5 ％的条件下，先经弱磁 选得到弱磁精矿，再对弱磁尾矿进行强磁选得强磁精矿，其中弱磁精矿品位 为5 9 ．3 ％，回收率为1 0 ％，强磁选精矿品位为5 1 ．8 9 ％，回收率为6 8 ．4 9 ％t 1 2 1 。 褐铁矿粒度较细，磨矿细度足够时才可达到单体解离，而强磁选对微细 粒矿物分离效果较差【1 5 】。 1 ．2 ．3 浮选 对某铁品位为3 7 ．3 ％的褐铁矿分别进行正浮选和反浮选，所得铁精矿品 位分别为5 2 ．O ％、4 6 ．5 ％，回收率分别为5 1 ．7 ％、4 7 ．3 ％【1 3 l 。 新余钢铁公司某褐铁矿T F e 含量为3 7 ．0 ％，石英含量高达3 7 ．8 3 ％，在 O ．0 7 4 m m 以下粒度占9 0 ％的磨矿细度下，先进行强磁选，抛弃尾矿后，对强磁 精矿再进行反浮选，得到最终铁精矿品位为5 6 ．7 ％、回收率接近6 0 ％1 25 | 。 高春庆针对宁夏某褐铁矿，进行了不同磨矿粒度强磁选一反浮选试验后，反 浮开路流程试验得到精矿铁品位5 5 ．7 3 ％，回收率6 3 ．1 0 ％【”1 。 1 ．2 ．4 磁化焙烧．磨选 在高温条件下，褐铁矿的吸附水和结晶水被脱去后变成三氧化二铁，在还原 气氛中，三氧化二铁可被碳或一氧化碳还原为磁铁矿，而磁铁矿的磁性极强，可 用弱磁选方法富集【2 8 I 。王中明对俄罗斯某褐铁矿采用磁化焙烧一磁选，在还原焙烧 温度为9 0 0 。C 、煤用量为1 5 ％、焙烧时间为1 h 的条件下，焙烧矿经磨矿、弱磁选 后所得磁选精矿铁品位6 4 ．7 ％、铁回收率8 6 ％1 29 】。 1 ．3 磁化焙烧研究与应用现状 1 ．3 ．1 磁化焙烧技术原理 磁化焙烧技术主要应用于赤铁矿、褐铁矿等磁性很弱的铁矿石，用煤炭、 天然气等还原剂，在一定的温度和气氛条件下，将这些矿石还原成磁铁矿， 经还原磁化后，矿石物相发生改变，赤、褐铁矿变成磁铁矿，磁性可增加多 个数量级，而与这些矿物相连生的脉石，如石英等，磁性没有如此大的变化， 利用焙烧后铁矿与脉石的巨大磁性差异，可以用弱磁选分离出铁矿[ 3 5 】。 磁化焙烧过程铁矿物的转变原理可用图1 ．1 表示，其中右侧氧含量高的 c 、L 、A 分别代表弱磁性矿物菱铁矿、褐铁矿和赤铁矿[ 3 6 - ”] 。图的横坐标表 4 硕士学位论文 1 文献综述 示铁矿中铁、氧的相对含量变化范围，在一定的条件下，铁矿中的氧含量可 在2 2 ％～7 0 ％问变动，不同的氧含量对应不同的铁矿物。图的下部分表示在 一定的条件下，弱磁性矿物随温度升高，氧含量变低，铁物相依次沿菱铁矿、 褐铁矿～F e 2 0 3 ～F e 3 0 4 ～F e O ～F e 的变化规律。图的上部分中，纵坐标表示 比磁化系数，该图表示在一定的条件下，随温度不同，磁铁矿可转变为赤铁 矿或富氏体以及不同铁物相对应的比磁化系数。 鎏1 盖 墨 璧 援 O o f 0 0 l 舢 l Ⅸ 0 1 0 0 1 0 磁铁矿 f ＼‘ 一 7 5 ％ 的铁精矿，品位 优于以无烟煤作还原剂时所得精矿指标 T F e 为5 8 ．6 6 ％ 。 五种还原剂中，在磁化焙烧和磨选条件相同的情况下，以黑炭作还原剂 时所得精矿铁品位最高。 3 ．4 本章小结 硕士学位论文 3 褐铁矿磁化焙烧．磨选分离研究 1 以无烟煤、生物质炭和生物质为还原剂时，焙烧温度和时间对磁化 效果都有着重要的影响。在焙烧温度7 5 0 。C 、焙烧时间1 5 m i n 的条件下，F e O 含量较高，转化率较高。 2 在相同的焙烧和磨选条件下，生物质、生物质炭所得精矿铁品位比 无烟煤高，其中黑炭最高，但是铁的回收率比其它的还原剂略低。 硕士学位论文4 磁化焙烧机理研究 4 磁化焙烧机理研究 4 ．1 还原剂特性研究 4 ．1 ．1 热重曲线 为研究五种还原剂在磁化焙烧过程中的的燃烧行为和反应特性，对这些 还原剂进行了热分析。五种还原剂的热分析分别如下图。 从无烟煤的热分析 图4 ．1 看出，在温度为2 0 ℃～4 5 0 ℃时，无烟煤在空 气中失重较小，约为4 ％，此温度范围内主要是所含水分的脱除，少量的挥发 分也可能析出。温度从4 5 0 ℃继续上升时，无烟煤的失重开始变大，且在6 0 0 ℃ 左右有放热峰，说明此阶段无烟煤在大量燃烧。 1 0 02 0 03 0 0 温度馏 5 0 06 0 0 图4 - 1 无烟煤的燃烧特性曲线 F i g ．4 - 1A n t h r a c i t ec o m b u s t i o nc h a r a c t e r i s t i cc u r v e 从白炭的热重分析 图4 2 可看出，在温度8 0 ℃左右，D S C 曲线有一个吸 热峰，此时失重速率也较大，在温度1 0 0 ℃时，失重约为1 0 ％，这说明白炭在 1 0 0 ℃之前所含的大量水分蒸发吸热，1 0 0 ℃～3 0 0 ℃之间的一段温度范围失重 曲线变化较小，3 0 0 ℃之后，失重开始明显的变化，失重急剧变化的温度范围 为3 5 0 ℃～6 5 0 ℃，重量减少达8 0 ％，此时D S C 曲线对应着强的放热峰，说明白 炭燃烧放热。 硕士学位论文4 磁化焙烧机理研究 1 0 02 0 03 0 0 4 0 0 温度，℃5 0 0 6 0 07 0 08 0 0 图4 - 2 白炭的燃烧特性曲线 F i g ．4 - 2H a r dc h a r c o a lc o m b u s t i o nc h a r a c t e r i s t i cc u r v e 1 0 02 0 03 ∞ 诘l 度{ 粤 5