羅立群，陳敏，楊鋮，徐俊，劉斌

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鮞狀赤鐵礦的磁化焙燒特性與轉(zhuǎn)化過(guò)程分析

羅立群，陳敏，楊鋮，徐俊，劉斌

(1. 武漢理工大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢，430070；2. 武漢理工大學(xué) 礦物資源加工與環(huán)境湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢，430070)

以鄂西某鮞狀赤鐵礦為研究對(duì)象，考察焙燒溫度、焙燒時(shí)間和物料粒度等因素對(duì)磁化焙燒效果的影響，利用X線衍射(XRD)定量分析技術(shù)，結(jié)合顯微鏡下觀察統(tǒng)計(jì)等手段，探討鮞狀赤鐵礦物的磁化焙燒特性、相態(tài)轉(zhuǎn)化及焙燒變化規(guī)律。研究結(jié)果表明：含鐵鮞粒多數(shù)由粒徑為1~2 μm的致密同心外形殼和10 μm的多孔狀、似針鐵礦的小顆粒包裹而成，中間夾帶有黏土狀的高嶺石；對(duì)含鐵(TFe) 49.02%的鮞狀赤鐵礦，在800 ℃和60 min的焙燒條件下獲得含鐵為56.74%，鐵回收率為95.54%的較優(yōu)結(jié)果，物料粒度對(duì)磁化焙燒礦的質(zhì)量有較大影響。當(dāng)溫度≤800 ℃時(shí)，很少發(fā)生過(guò)還原生成FeO和Fe2SiO4，但含磷與含硅礦物均有相變；當(dāng)溫度為900 ℃時(shí)，生成FeO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)23.61%，形成弱磁性的Fe3O4-FeO固熔體，不利于焙燒礦的弱磁選分離。磁化焙燒過(guò)程僅改變鐵相，而鮞粒結(jié)構(gòu)未變，磁化還原由表及里受擴(kuò)散作用控制，與鮞粒粒徑和致密度密切相關(guān)。

鮞狀赤鐵礦；磁化焙燒；XRD定量分析；相態(tài)變化

鋼鐵被稱為工業(yè)的“骨骼”，鐵礦是鋼鐵工業(yè)的支柱。鮞狀赤鐵礦是我國(guó)分布最廣、儲(chǔ)量最多的沉積型鐵礦石，其鮞粒外形主要呈從球形至橢球形的卵石 形，典型的鮞粒結(jié)構(gòu)多為褐鐵礦內(nèi)核被具有深淺不一的棕色物質(zhì)呈5~10 μm厚的同心外殼交替排列而 成[1?3]；因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鐵礦物嵌布粒度極細(xì)，易泥化，而難以分選。利用常規(guī)選礦方法得到的鐵精礦品位和回收率都不高，將造成資源的嚴(yán)重浪費(fèi)[4?5]。磁化焙燒是解決復(fù)雜難選鐵礦石選礦的最有效技術(shù)之一，目前對(duì)其磁化焙燒的研究集中在工藝參數(shù)的考察與優(yōu)化，分選效果因原料產(chǎn)地不同、入選品位高低而異，鮞狀赤鐵礦焙燒?磁選總體結(jié)果是鐵品位為56%~59%，鐵回收率為87%~77%，并含有一定的有害雜質(zhì)磷[6?7]。一些學(xué)者進(jìn)行深度還原或直接還原，可以得到含鐵達(dá)90%~92%的產(chǎn)品，同時(shí)帶來(lái)了能耗高和添加物用量較大等問(wèn)題[8?9]；直接還原機(jī)理認(rèn)為包含化學(xué)反應(yīng)、新核生成和晶體成長(zhǎng)階段[10]。因鮞狀赤鐵礦的特殊結(jié)構(gòu)，其磁化焙燒過(guò)程的特性和轉(zhuǎn)化機(jī)理研究較少[11?13]。本文作者以我國(guó)鄂西某鮞狀赤鐵礦為研究對(duì)象，在充分考察磁化焙燒條件的基礎(chǔ)上，利用X線衍射(XRD)定量分析技術(shù)，結(jié)合顯微鏡下觀察鑒定與統(tǒng)計(jì)分析，探討了鮞狀赤鐵礦物的磁化焙燒特性、晶態(tài)轉(zhuǎn)化及焙燒變化規(guī)律，以期掌握鮞狀赤鐵礦磁化焙燒工藝的操作參數(shù)，為有效開(kāi)發(fā)該類鐵礦石提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)樣品與試劑

試樣來(lái)自鄂西某地的鮞狀赤鐵礦(記為YD)，為洞采坑道，經(jīng)刻槽取樣法采取的礦樣(0~150 mm)。經(jīng)過(guò)顎式開(kāi)路破碎至粒度小于6.0 mm，混勻縮分后再用對(duì)輥閉路流程破碎至粒度小于2.0 mm，經(jīng)混勻分樣后備用。研究試樣的多元素化學(xué)成分分析結(jié)果見(jiàn)表1，礦石中全鐵(TFe)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為49.02%，其中Fe2O3為64.34%，F(xiàn)eO為5.17%，Al2O3為11.03%，SiO2為6.52%，P為1.18%，燒失量(Ig)為6.54%。

表1 YD原礦試樣的多元素分析結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù))

Table 1 Chemical analysis results of sample YD %

TFeFeOFe2O3SiO2Al2O3CaO 49.025.1764.346.5211.037.53 MgOSPMn燒失量(Ig) 3.060.0601.180.226.54

表2所示為YD原礦試樣鐵物相分析結(jié)果。由表2可知：該鮞狀赤鐵礦中鐵以赤褐鐵、磁性鐵、碳酸鐵和硅酸鐵等形式存在，以赤褐鐵為主，赤褐鐵礦中的鐵占TFe的91.11%，磁性鐵、碳酸鐵、硅酸鐵中的鐵依次占TFe的0.12%，3.45%和5.20%。礦石中可回收的鐵主要為磁性鐵和赤褐鐵中的鐵，二者理論回收率可達(dá)91.23%。另外，還可回收部分碳酸鐵(鐵白云石)，而以鮞綠泥石形式存在的硅酸鐵無(wú)法回收。

表2 YD原礦試樣鐵物相分析結(jié)果

磁化焙燒所采用的還原劑為武鋼燒結(jié)廠的煤粉，添加粒度小于1.0 mm，其主要指標(biāo)的工業(yè)分析結(jié)果見(jiàn)表3。從表3可知：煤粉的固定碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，達(dá)到78.42%，揮發(fā)分和水分含量都較低，此類煤粉適合作還原煤粉[5, 14]。

表3 實(shí)驗(yàn)用煤粉工業(yè)分析結(jié)果

1.2 試樣的礦物組成與特性

YD原礦試樣的X線衍射(XRD)譜如圖1所示。由圖1可知：該鮞狀赤鐵礦的主要礦物是赤鐵礦(Hematite)、鐵白云石(Ankerite)、鮞綠泥石(Chlorite)、膠磷礦(Collophanite)、少量的高嶺石(Kaolinite)和石英(Quartz)，與顯微鏡下觀察的結(jié)果基本一致，前三者的礦物量分別為64%，13%和10%。

圖1 YD原礦試樣的XRD譜

赤鐵礦以鮞粒為主，鮞粒由赤鐵礦和黏土礦物分層排列，鮞粒中的脈石呈圈層狀分布。含鐵鮞粒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)依賴于鮞粒的粒徑，多數(shù)由粒徑為1~2 μm的致密同心外形殼和10 μm的多孔狀、似針鐵礦的小顆粒包裹而成，中間夾帶有黏土狀的高嶺石等脈石礦 物[14?15]。YD原礦中鮞狀赤鐵礦鮞粒顯微照片如圖2所示。

圖2 YD原礦中鮞狀赤鐵礦鮞粒顯微照片

1.3 測(cè)試方法

對(duì)影響磁化焙燒因素的條件試驗(yàn)，采用KSY?12D?16馬弗爐進(jìn)行磁化焙燒，而后用磁選管對(duì)焙燒產(chǎn)品進(jìn)行焙燒效果分選驗(yàn)證。

礦石的物相分析采用X線衍射法，用日本理學(xué)Rigaku D/max?3c型X線衍射儀進(jìn)行XRD定量分析，采用Cu靶，K輻射源，石墨單色濾波器，步進(jìn)掃描。實(shí)驗(yàn)參數(shù)為：電壓40 kV，電流50 mA，掃描速度15 (°)/min，光散狹縫1°，接收狹縫0.30 mm，放散射狹縫1°。

采用顯微鏡觀察與計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)不同焙燒條件下焙燒礦中不同粒級(jí)鮞粒進(jìn)行還原面積比值統(tǒng)計(jì)，以獲得鮞狀赤鐵礦的還原焙燒統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

2 結(jié)果與討論

2.1 試樣磁化焙燒的總體效果

通常磁化焙燒溫度和焙燒時(shí)間對(duì)磁化焙燒過(guò)程中的還原反應(yīng)是最重要的因素[16?17]。首先考察不同焙燒溫度與焙燒時(shí)間對(duì)鮞狀赤鐵礦的影響，固定條件為：物料粒度小于2.0 mm，試樣用量300 g/次，還原劑用量8%，磁化焙燒時(shí)間選擇60 min。磁化焙燒完成后的入選粒度小于0.045 mm的質(zhì)量分?jǐn)?shù)占80%±1%，焙燒溫度分別取700，750，800和850 ℃，焙燒溫度對(duì)鮞狀赤鐵礦磁化焙燒效果的影響如圖3所示。選擇焙燒溫度800 ℃，以50~80 min不同焙燒時(shí)間考察鮞狀赤鐵礦磁化焙燒效果的影響如圖4所示。

1—鐵回收率；2—鐵精礦品位

圖3 焙燒溫度對(duì)鮞狀赤鐵礦磁化焙燒效果的影響

Fig. 3 Effect of roasting temperature on magnetic roasting results of oolitic iron ore

1—鐵回收率；2—鐵精礦品位

圖4 焙燒時(shí)間對(duì)鮞狀赤鐵礦磁化焙燒效果的影響

Fig. 4 Effect of roasting time on magnetic roasting results of oolitic iron ore

從圖3與圖4中焙燒溫度與焙燒時(shí)間對(duì)試樣磁化焙燒的總體效果可知：YD試樣焙燒溫度以800 ℃、焙燒時(shí)間以60 min條件試驗(yàn)結(jié)果較優(yōu)，此時(shí)磁化焙燒的精礦鐵品位(TFe)為56.74%，鐵回收率為95.54%。焙燒溫度與時(shí)間變化對(duì)鐵回收率的影響較大，當(dāng)焙燒時(shí)間較短時(shí)，礦粒受擴(kuò)散反應(yīng)控制使磁化焙燒還原反應(yīng)不完全；若延長(zhǎng)焙燒時(shí)間，易過(guò)還原生成弱磁性的FeO，或Fe3O4-FeO固熔體，降低了弱磁選過(guò)程的鐵回收率。

2.2 原料粒度對(duì)焙燒效果的影響

影響赤鐵礦的磁化焙燒因素雖然較為復(fù)雜，但一般認(rèn)為Fe2O3顆粒的磁化過(guò)程受擴(kuò)散作用控制為主。待燒顆粒的粒度，直接影響焙燒過(guò)程中還原反應(yīng)速度的快慢，影響磁化焙燒的生產(chǎn)效率。為此，考察了粒度小于2.0 mm物料中各粒級(jí)的分級(jí)焙燒效果，YD原礦不同粒度磁化焙燒-磁選管試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。由表4表明：忽略物料結(jié)晶粒度的影響，0.5~1.0 mm粒級(jí)的礦粒磁化焙燒后的產(chǎn)率和回收率都比較高，說(shuō)明該粒級(jí)的礦石最適合磁化焙燒；當(dāng)物料粒度較大時(shí)，焙燒過(guò)程中顆粒的傳熱傳質(zhì)效果差；當(dāng)物料粒度較小時(shí)，物料的透氣性差，影響了傳熱傳質(zhì)效果。另外，細(xì)粒物料本身含鐵結(jié)晶度與孔隙度的影響較大?？傊?，物料粒度對(duì)磁化焙燒礦的質(zhì)量具有較大影響[18?19]。

表4 YD原礦不同粒度磁化焙燒?磁選管分選結(jié)果

2.3 氧化鐵磁化焙燒反應(yīng)過(guò)程分析

赤鐵礦磁化焙燒過(guò)程中的還原反應(yīng)是一個(gè)吸熱反應(yīng)，焙燒溫度不僅是影響焙燒過(guò)程中的還原反應(yīng)速度的主要因素，而且溫度直接影響焙燒礦的產(chǎn)物相態(tài)與成分含量。

根據(jù)還原氧化鐵的熱力學(xué)數(shù)據(jù)及熱力學(xué)平衡圖可知[20?21]：在氧化鐵的磁化焙燒中，-Fe2O3與還原性氣體CO(或H2)在一定條件下易生成Fe3O4，進(jìn)而生成FeO，可形成3Fe2O3→2Fe3O4→6FeO，如式(1)和式(2)所示。在843 K左右時(shí)生成的磁鐵礦與SiO2反應(yīng)的吉布斯自由能Δrm為正值，并且隨溫度的升高而增加，這說(shuō)明Fe3O4在此溫度范圍內(nèi)不與SiO2反應(yīng)而能穩(wěn)定存在。在CO存在時(shí)，F(xiàn)e3O4，SiO2和CO三者反應(yīng)生成FeO·SiO2的吉布斯自由能Δrm為正值，說(shuō)明三者反應(yīng)不能生成FeO·SiO2；而三者反應(yīng)生成2FeO·SiO2吉布斯自由能為負(fù)值，隨溫度升高而增大，到達(dá)1 000 K時(shí)數(shù)值變?yōu)檎?，即在較低溫度下，F(xiàn)e3O4，SiO2和CO有反應(yīng)生成式(3)中2FeO·SiO2的趨勢(shì)，易造成磁鐵礦轉(zhuǎn)變?yōu)殍F橄欖石而損失。

3-Fe2O3+CO→2Fe3O4+CO2(1)

Fe3O4+CO→3FeO+CO2(2)

2Fe3O4+3SiO2+2CO→3(2FeO?SiO2)+2CO2(3)

值得注意的是Fe2O3, Fe3O4和 FeO的還原行為受還原體系的溫度、時(shí)間和壓力影響較為顯著，還原過(guò)程呈現(xiàn)出反應(yīng)的非均勻性和物料的它異性[19]。

2.4 磁化焙燒產(chǎn)品的XRD及定量分析

針對(duì)氧化鐵磁化焙燒反應(yīng)過(guò)程分析，對(duì)不同溫度焙燒條件下的鮞狀赤鐵礦焙燒試樣進(jìn)行XRD定量分析，深入了解在焙燒過(guò)程中鐵礦物的相變與其他物質(zhì)的變化情況，以從微觀層面研究焙燒過(guò)程反應(yīng)機(jī)理進(jìn)一步探討影響磁化焙燒?弱磁選分選效果的內(nèi)在因素。固定磁化焙燒時(shí)間為60 min、還原劑用量為8%，鮞狀赤鐵礦在不同磁化焙燒溫度的XRD譜如圖5所示。

圖5 鮞狀赤鐵礦在不同磁化焙燒溫度的XRD譜

為定量查明各主要物質(zhì)的變化特征，對(duì)600~900 ℃磁化焙燒產(chǎn)品進(jìn)行XRD定量分析和鐵物相化學(xué)分析。表5所示為不同焙燒條件下焙燒礦的各物相XRD定量含量，鮞狀赤鐵礦磁化焙燒800 ℃的XRD定量分析圖譜如圖6所示；在600~900 ℃磁化焙燒產(chǎn)品鐵物相化學(xué)分析結(jié)果如表6所示。

表5 不同焙燒溫度條件下焙燒礦中各物相XRD定量結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù))

Table 5 Each mineral phase amount of roasted iron ore at different temperatures %

物相結(jié)構(gòu)式600 ℃700 ℃800 ℃900 ℃ 氟磷灰石Ca5(PO4)3F 7.58 8.14 10.58 15.68 硅酸鐵Fe2SiO400 0.11 8.42 鐵橄欖石FeO00 4.32 23.62 磁鐵礦Fe3O4 5.30 46.97 63.91 41.38 方解石CaCO3 2.27 18.14 14.09 2.87 赤鐵礦Fe2O3 55.27 19.94 3.47 3.57 鐵白云石CaMg0.32Fe0.68(CO3)2 22.58 1.40 0.170 石英α-SiO2 7.00 5.41 3.35 4.46 總計(jì)100.00100.00100.00100.00

圖6 鮞狀赤鐵礦磁化焙燒800 ℃的XRD定量分析圖譜

表6 600~900 ℃磁化焙燒產(chǎn)品鐵物相化學(xué)分析結(jié)果

由圖5、圖6和表5可知：隨著焙燒溫度的增加，F(xiàn)e2O3的含量逐漸減少，表明Fe2O3在高溫下被還原消耗，但直至900 ℃仍未能反應(yīng)完全；磁鐵礦Fe3O4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著溫度的升高，先增加后減少，在800 ℃時(shí)質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，達(dá)到63.91%。在900 ℃時(shí)，F(xiàn)e3O4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)反而減少，降至41.38%。當(dāng)溫度為600 ℃或700 ℃時(shí)，焙燒產(chǎn)品中沒(méi)有出現(xiàn)FeO，表明沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)還原現(xiàn)象；當(dāng)溫度為800 ℃時(shí)，有少量的FeO生成，表明發(fā)生了輕微的過(guò)還原現(xiàn)象；當(dāng)溫度為900 ℃時(shí)，生成了質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)23.61%的FeO，即鐵橄欖石，表明發(fā)生了較大程度的過(guò)還原反應(yīng)，這也是在900 ℃時(shí)，F(xiàn)e3O4的含量減少的原因，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與前述的熱力學(xué)分析相態(tài)相符；出現(xiàn)過(guò)還原反應(yīng)生成弱磁性的FeO的現(xiàn)象，這是由于Fe3O4能熔入FeO，生成弱磁性的Fe3O4-FeO固熔體，即富氏體或波斯奇熔融體，不利于焙燒礦的弱磁選分選。當(dāng)溫度≤800 ℃時(shí)，焙燒產(chǎn)品中幾乎沒(méi)有弱磁性的硅酸鐵(Fe2SiO4)生成；當(dāng)溫度為900 ℃時(shí)，硅酸鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加至8.42%，硅酸鐵的生成不利于焙燒礦的弱磁選分離，將嚴(yán)重影響焙燒礦的質(zhì)量[22?23]。

表6所示為600~900 ℃磁化焙燒產(chǎn)品鐵物相化學(xué)分析結(jié)果。由表6可知：從600~700 ℃時(shí)的磁性鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著升高，到800 ℃左右時(shí)達(dá)到峰值點(diǎn)94.72%，焙燒溫度繼續(xù)提高時(shí)，磁性鐵含量下降而全鐵含量卻提高，表明已有部分磁性鐵轉(zhuǎn)化為富氏體，其變化趨勢(shì)與XRD定量分析結(jié)果相符；赤褐鐵含量則隨焙燒溫度的增加穩(wěn)步下降，表明鮞狀赤鐵礦的磁化還原程度更高，至900 ℃時(shí)有少許增加，XRD定量分析的結(jié)果鮞狀赤鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)也從3.47%增加到3.57%，可能是還原劑消耗完全的原因造成。硅酸鐵含量隨焙燒溫度的提高先減少后增加，但化學(xué)分析的結(jié)果比XRD定量分析結(jié)果低。表6中全鐵(TFe)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低的原因是還原劑煤粉焙燒后粉灰殘留在焙燒礦中。

隨著焙燒溫度的升高，鐵白云石的含量逐漸減少，鐵白云石[CaMg0.32Fe0.68(CO3)2]分解的產(chǎn)物還有方解石CaCO3，這是在焙燒過(guò)程中方解石質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加的原因。在900 ℃時(shí)，方解石含量又大幅減小，表明在該焙燒溫度條件下，方解石會(huì)分解而減少。在不同焙燒溫度條件下，焙燒過(guò)程中氟磷灰石Ca5(PO4)3F的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均穩(wěn)定增加，表明在焙燒過(guò)程中，P元素主要存在于高熔點(diǎn)的氟磷灰石Ca5(PO4)3F物相中；而Si元素則主要以高熔點(diǎn)的石英和弱磁性的硅酸鐵物相存在。磁化焙燒產(chǎn)物Fe3O4與SiO2不能發(fā)生反應(yīng)，但在有CO 存在時(shí)，可以反應(yīng)生成2FeO·SiO2，將會(huì)降低磁化焙燒的效率。

2.5 鮞狀赤鐵礦的相變與磁化特性分析

試樣中金屬礦物主要以鮞粒狀赤鐵礦為主，赤鐵礦呈極細(xì)小的晶粒集合體與黏土、褐鐵礦及硅質(zhì)、碳酸鹽粉晶等一同分布，鮞粒內(nèi)部包裹有黏土礦物、鮞綠泥石、石英和微細(xì)粒的膠磷灰石等脈石礦物，因成分差異構(gòu)成互成膠環(huán)狀的鮞粒，大部分鮞粒外圍圈層或多或少發(fā)生還原反應(yīng)。焙燒礦中一些粒度大于0.5 mm的大鮞粒外圍圈層分布著粒度為0.01~0.03 mm的人工磁鐵礦圈層，大多數(shù)鮞粒沒(méi)有出現(xiàn)還原現(xiàn)象，鮞粒內(nèi)部赤鐵礦富集圈層偶見(jiàn)還原?？梢?jiàn)還原2/5的鮞粒(如圖7(a)所示)，細(xì)鮞粒完全還原成磁鐵礦(如圖7(b)所示)，以不同還原面積比例的顆粒進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，在 800 ℃和60 min的焙燒條件下，焙燒礦鮞粒還原面積比值統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表7所示。鮞核內(nèi)部的黏土礦物、鮞綠泥石、石英和微細(xì)粒的磷灰石的轉(zhuǎn)化與相變有待進(jìn)一步研究。鮞狀赤鐵礦的磁化特征如下。

1) 磁化焙燒過(guò)程僅改變鐵相，但鮞粒結(jié)構(gòu)未變。從焙燒礦顯微結(jié)構(gòu)圖可知：鮞狀赤鐵礦經(jīng)過(guò)磁化焙燒后，只是改變了鐵物相，使弱磁性的Fe2O3變成強(qiáng)磁性的Fe3O4，并沒(méi)有破壞鮞粒結(jié)構(gòu)，即沒(méi)有改變礦石中含鐵礦物的嵌布粒度與嵌布關(guān)系，焙燒礦繼承了原礦的礦石結(jié)構(gòu)與鮞狀構(gòu)造。

2) 磁化還原秩序由表及里受擴(kuò)散作用控制。表5中的還原統(tǒng)計(jì)規(guī)律表明：當(dāng)焙燒溫度為800 ℃時(shí)，各個(gè)粒級(jí)的鮞粒還原反應(yīng)均比較充分，且均由外至內(nèi)逐步還原轉(zhuǎn)化，但多數(shù)赤鐵礦鮞粒未完全磁化還原，表明鮞狀赤鐵礦的磁化焙燒受吸熱反應(yīng)和擴(kuò)散作用支配控制。

3) 鮞粒粒度與致密度密切相關(guān)。對(duì)于粒級(jí)小于0.3 mm的細(xì)粒級(jí)鮞粒，還原面積比值在3/5以上的致密度達(dá)到了71.83%，而對(duì)于0.3~0.5 mm粒級(jí)，致密度僅有47.46%，表明單個(gè)顆粒的磁化還原轉(zhuǎn)化率與粒度密切相關(guān)，細(xì)粒級(jí)的鮞粒還原程度較高，而粗粒級(jí)的鮞粒難于磁化還原。這些均是制約磁化焙燒?弱磁選分選效果的關(guān)鍵因素。

(a) 鮞粒還原面積為2/5(顆粒粒徑=1.00~1.20 mm)；(b) 鮞粒還原面積為5/5(顆粒粒徑=0.85~1.02 mm)

Mt為磁鐵礦；Hm為赤鐵礦

圖7 鮞狀赤鐵礦磁化焙燒后的顯微照片圖(800 ℃，60 min)

Fig. 7 Microscope picture on oolitic iron ore after magnetic roasting at 800 ℃ for 60 min

表7 焙燒礦鮞粒還原面積比值統(tǒng)計(jì)結(jié)果(800 ℃，60 min)

3 結(jié)論

1) 試樣為含鐵(TFe) 49.02%的鮞狀赤鐵礦，赤鐵礦鮞粒由赤鐵礦和黏土礦物分層排列、圈層狀分布；含鐵鮞粒多數(shù)由粒度為1~2 μm的致密同心外形殼和10 μm的多孔狀、似針鐵礦的小顆粒包裹而成，中間夾帶有黏土狀的高嶺石等脈石礦物。

2) 在800 ℃和60 min的焙燒條件下，獲得了含鐵為56.74%，鐵回收率為95.54%的磁選管分選產(chǎn)品；以0.5~1.0 mm粒級(jí)的結(jié)果為好，物料粒度對(duì)磁化焙燒礦的質(zhì)量有較大影響。

3) 當(dāng)溫度≤800 ℃時(shí)，很少發(fā)生過(guò)還原生成FeO和Fe2SiO4，含磷與含硅礦物均有不同程度的相態(tài)轉(zhuǎn)變；當(dāng)溫度為900 ℃時(shí)，生成的FeO質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)23.61%，形成弱磁性的Fe3O4-FeO固熔體；此時(shí)，硅酸鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加至8.42%，不利于焙燒礦的弱磁選分離。

4) 鮞狀赤鐵礦的磁化焙燒僅改變鐵相，鮞粒結(jié)構(gòu)未變；赤鐵礦鮞粒均由外至內(nèi)逐步還原轉(zhuǎn)化，但多數(shù)顆粒未完全磁化還原，表明鮞狀赤鐵礦的磁化焙燒受吸熱反應(yīng)和擴(kuò)散控制支配，單個(gè)顆粒的磁化還原轉(zhuǎn)化率與粒度密切相關(guān)。

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Characteristics of magnetic roasting and analysis of phase transformation process of oolitic iron ore

LUO Liqun, CHEN Min, YANG Cheng, XU Jun, LIU Bin

(1. College of Resources and Environmental Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China;2. Mineral Resources Processing and Environment Laboratory of Hubei, Wuhan University of Technology,Wuhan 430070, China)

Magnetic roasting accompanied by different temperatures, roasting time and samples’ particles were carried out for the beneficiation of an oolitic iron ore in west of Hubei Province. Characteristics of magnetic roasting, iron minerals’ phase transformation and their composition variation on oolitic iron ore were investigated using X-ray diffraction (XRD) quantitative analysis, combining microscope observation with roasting particles statistics data. The results indicate that mineral particles containing iron are mainly composed of different oolitic concentric shells from 1 μm to 2 μm and closely enwrapped by tiny particles about 10 μm and porous, like goethite sandwiching clayey kaolinite. An iron ore concentrate with total iron content of 56.74% at a recovery rate of 95.54% can be obtained, performed at 800 ℃ for 60 min under a little of reduction atmosphere condition and iron content of 49.02% to raw sample. Meanwhile, it strongly influences magnetic roasting processing by particle size of samples. The phase transformation of wuestite FeO and iron silicate Fe2SiO4is hardly formed below 800 ℃ and the traces of those minerals transformation of contenting phosphorus and silicon may be detected. At 900 ℃, the formation of wuestite FeO is experimentally confirmed up to 23.61%, forming weakly magnetically solidified-melted mixture Fe3O4-FeO and making against weakly magnetic separation after magnetic roasting samples. Magnetic roasting processing of oolitic iron ore can achieve iron phase transformation and the configuration of oolitic particles does not change. Magnetization transformation is mainly controlled by chemical diffusion from surface to interior in turn and has compact relation of oolitic particles’ size and porosity.

oolitic iron ore; magnetic roasting; XRD quantitative analysis; phase transformation

TD92；TD924

A

1672?7207(2015)01?0006?08

2014?01?20；

2014?03?16

國(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2013BAB03B03)；武漢理工大學(xué)本科生創(chuàng)新計(jì)劃團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(126708001) (Project(2013BAB03B03) supported by National Science and Technology Pillar Program during the 12th Five-Year Plan Period; Project(126708001) supported by Undergraduate Innovation Team Project of Wuhan University of Technology)

羅立群，博士，高級(jí)工程師，從事礦物資源的高效利用與清潔生產(chǎn)研究；E-mail: lqluollq@hotmail.com

10.11817/j.issn.1672?7207.2015.01.002

(編輯 楊幼平)