＊張智聰

（太鋼集團(tuán)代縣礦業(yè)有限公司 山西 034207）

鮞狀赤鐵礦石是目前國內(nèi)外選礦界公認(rèn)的最難選的鐵礦石類型，其嵌布粒度較細(xì)，常與一些硅酸鹽類礦物相互交代結(jié)合，常規(guī)的磁選、浮選等工藝手段難以獲得高品位的鐵精礦。隨著我國鐵礦資源的供需矛盾加劇，以及日益嚴(yán)峻的國際環(huán)境，開發(fā)儲(chǔ)量豐富的鮞狀赤鐵礦資源意義重大。

通過還原焙燒－弱磁選工藝可提升鐵精礦的品位和回收率。1997年陳述文、曾永振、陳啟平等[1]對(duì)貴州赫章鮞狀赤鐵礦石采用還原焙燒-弱磁選工藝進(jìn)行研究，得到了較好的鐵精礦選別指標(biāo)。2003年紀(jì)軍[2]對(duì)“寧鄉(xiāng)式”鮞狀赤鐵礦石進(jìn)行了試驗(yàn)研究，得到了回收率高達(dá)90%以上的鐵精礦粉。由贛州有色冶金研究所研制的Slon立環(huán)脈動(dòng)高梯度磁選機(jī)[3]已被國內(nèi)外許多赤鐵礦選礦廠應(yīng)用，提高了技術(shù)指標(biāo)并取得了經(jīng)濟(jì)效益。

近年來對(duì)寧鄉(xiāng)式鮞狀赤鐵礦石選冶工藝研究取得了一定的進(jìn)展。然而，在選冶的工業(yè)化應(yīng)用和實(shí)踐等方面鮮有論及。本文以宣龍式鮞狀赤鐵礦為研究對(duì)象，利用回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行直接氣基還原，以期為鮞狀赤鐵礦的工業(yè)應(yīng)用提供積極意義。

1.實(shí)驗(yàn)

(1)原料

超細(xì)鐵精礦源自宣龍式鮞狀赤鐵礦，礦物主要為赤鐵礦占40%，其次為石英占30%，菱鐵礦占21%，其余為碳酸鹽礦物、粘土礦物和一些褐鐵礦，占9%。

表1 宣龍式鮞狀赤鐵礦成分分析

(2)中試裝置

本赤鐵礦焙燒磁化中試裝置采用外熱式回轉(zhuǎn)窯，加熱和還原均采用焦?fàn)t煤氣?；剞D(zhuǎn)窯內(nèi)筒體全長8m，直徑750mm，水平傾斜角2°，詳見圖1。

圖1 外熱式回轉(zhuǎn)窯示意圖

(3)實(shí)驗(yàn)方法

將粒度≤2mm的赤鐵礦粉加入磁化中試裝置中，升溫后通入焦?fàn)t煤氣進(jìn)行反應(yīng)；赤鐵礦粉中非/弱磁性Fe2O3還原為磁性Fe3O4，后續(xù)工序經(jīng)常規(guī)選別即可制得含鐵精礦。原礦仍采用廣靈赤鐵礦粉碎料，回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速為1r/min，提升爐膛溫度至600℃，給料量100kg/h，還原煤氣量減少至5Nm3/h；實(shí)際運(yùn)行爐膛平均溫度為631.5℃，給料量106.7kg/h，還原煤氣量5.0Nm3/h。

表2 煤氣成分分析

磁選工藝：采用一段磨礦、一段磁選工藝，磁化礦磨礦時(shí)間為20min，磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度為1520奧斯特（Oe）。

還原度計(jì)算公式：

式中：

R—還原度，R的理想值=0.45；

M1—還原t min后試樣中Fe2O3的質(zhì)量，g；

M2—還原t min后試樣中FeO的質(zhì)量，g。

(4)表征手段

采用日本Rigaku公司生產(chǎn)的D/MAX2500型X射線衍射儀對(duì)鐵精礦進(jìn)行X射線衍射分析，考察礦石結(jié)構(gòu)及變化規(guī)律。工作條件：Cu-Kα為輻射源，石墨為單色管（U=40kV，I=100mA），其掃描速率為4°/min，掃描范圍為5°～85°。礦石鐵成分分析采用ICP進(jìn)行分析。

2.結(jié)果與討論

(1)礦粉基本結(jié)構(gòu)特征研究

首先，對(duì)該礦進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析（圖2），可以看到，該礦物中主要物質(zhì)磁鐵礦為Fe2O3，主要脈石礦物為SiO2。

圖2 鐵礦XRD分析

繼而對(duì)礦石形貌進(jìn)行SEM分析（圖3、圖4）。

圖3 赤鐵礦與云母分布情況圖

圖4 赤鐵礦與石英分布情況圖

礦石中的主要有用礦物為赤鐵礦，其特點(diǎn)為：在含鐵石英砂巖中以膠結(jié)物的形式出現(xiàn)在基質(zhì)中，赤鐵礦呈隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，膠結(jié)石英碎屑，與石英碎屑的關(guān)系是顆粒支撐，孔隙式膠結(jié)。其間見隱晶質(zhì)赤鐵礦組成的圓形鮞粒，且被碳酸鹽脈穿切。

(2)冷態(tài)試驗(yàn)研究

對(duì)回轉(zhuǎn)窯礦石磁化中試裝置成功進(jìn)行了進(jìn)料量、回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速、礦粉停留時(shí)間、回轉(zhuǎn)窯氣密性等冷態(tài)試驗(yàn)。

①回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速

回轉(zhuǎn)窯驅(qū)動(dòng)電機(jī)調(diào)頻至50Hz時(shí)，筒體轉(zhuǎn)速為1r/min；最小可調(diào)至5Hz，即筒體轉(zhuǎn)速0.1r/min。正常轉(zhuǎn)速可在0.5～1r/min之間調(diào)整。

②給料機(jī)進(jìn)料量

回轉(zhuǎn)窯筒體轉(zhuǎn)速設(shè)定為1r/min，給料機(jī)調(diào)頻至40Hz，冷態(tài)條件下給料機(jī)進(jìn)料量為220kg/h。

③礦粉停留時(shí)間

從礦粉進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯開始計(jì)時(shí)，到物料從回轉(zhuǎn)窯出料口出來，計(jì)算所需時(shí)間，即為停留時(shí)間。在回轉(zhuǎn)窯筒體轉(zhuǎn)速1r/min、給料機(jī)調(diào)頻40Hz的條件下，礦粉停留時(shí)間實(shí)測(cè)為2.5h。

④回轉(zhuǎn)窯氣密性

在回轉(zhuǎn)窯處于冷態(tài)、兩端密封完好、給料機(jī)料倉滿料、還原尾氣排氣管水封已加水的情況下，開啟回轉(zhuǎn)窯，然后開啟羅茨風(fēng)機(jī)，用空氣測(cè)試回轉(zhuǎn)窯的氣密情況。經(jīng)測(cè)試，氣密情況較好，窯內(nèi)正壓可達(dá)300Pa。

(3)熱態(tài)試驗(yàn)結(jié)果

①礦粉加熱效果測(cè)試

由于回轉(zhuǎn)窯筒體內(nèi)礦粉實(shí)際溫度無法直接測(cè)試，只有通過尾部排料溫度間接測(cè)試。受排料頻率的影響，排料溫度波動(dòng)較大，筒體內(nèi)礦粉溫度也難以準(zhǔn)確測(cè)算。

回轉(zhuǎn)窯爐膛溫度加熱升溫至600℃，逐漸通入焦?fàn)t煤氣，控制還原煤氣量5Nm3/h，回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速為1r/min，給料量100kg/h，反應(yīng)時(shí)間60～180min，使赤鐵礦粉中非/弱磁性Fe2O3還原為磁性Fe3O4。

將運(yùn)行中的回轉(zhuǎn)窯停止排料約20min，尾部爐料集中于接料斗中，排料溫度逐漸上升，最終達(dá)到318℃（一般排料溫度在179～281℃之間，平均為209.7℃，見圖5），此時(shí)爐膛溫度為707℃?？梢钥隙?，回轉(zhuǎn)窯筒體內(nèi)礦粉溫度一定在400℃以上。

圖5 回轉(zhuǎn)窯礦石磁化中試裝置運(yùn)行溫度曲線圖

②礦粉磁化效果測(cè)試

給回轉(zhuǎn)窯筒體內(nèi)通入還原焦?fàn)t煤氣，煤氣流量13m3/h（實(shí)際波動(dòng)較大，介于8.6～16.9m3/h）設(shè)定回轉(zhuǎn)窯驅(qū)動(dòng)電機(jī)頻率為40Hz、轉(zhuǎn)速0.8r/min，給料機(jī)頻率20Hz，進(jìn)料量100kg/h，停留時(shí)間3h，分別取通氣后1h、2h、3h的排出料，留樣分析。試驗(yàn)前期為使進(jìn)料通暢，使用經(jīng)預(yù)先干燥脫水的粉碎料（≤2mm），后期使用未經(jīng)脫水的粉碎料（≤2mm），兩原料生產(chǎn)的磁化礦分別留樣分析。

③礦粉磁化效果測(cè)試

表3 磁化礦編號(hào)

磁化礦分別經(jīng)磨礦時(shí)間20min，磁場(chǎng)強(qiáng)度為1520奧斯特（Oe）下磁選。其化驗(yàn)結(jié)果詳見表4、表5。

表4 FeO含量及還原度測(cè)定

表5 產(chǎn)率、回收率、品位測(cè)定

從礦粉磁化分析結(jié)果可以看出，通煤氣1h后磁化產(chǎn)品（1#樣）的還原度R=0.15＜0.45，反應(yīng)不完全；通煤氣2h后磁化產(chǎn)品（2#樣）的還原度R=0.47≈0.45，反應(yīng)完全；通煤氣3h后磁化產(chǎn)品（3#樣）的還原度R=1.69＞0.45，反應(yīng)過還原。磁化產(chǎn)品4#～6#樣的還原度R均遠(yuǎn)大于0.45，均為過還原產(chǎn)品，6個(gè)樣中只有2#樣的還原度正常。因此，在爐膛溫度、給料量、還原煤氣流量不變的情況下，回轉(zhuǎn)窯驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速設(shè)定為1r/min、停留時(shí)間2h為最佳條件。

從1#～2#樣可以看出，隨著還原度R的增加，在精礦品位相近的情況下，鐵精礦產(chǎn)率和回收率都在增加。從2#～4#樣可以看出，隨著過還原程度的增加，鐵精礦產(chǎn)率和回收率反而在下降。從5#、6#樣可以看出，礦粉原料預(yù)干燥與否對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響不大，關(guān)鍵是礦粉原料預(yù)干燥后進(jìn)料通暢，有利于生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。

分別取9點(diǎn)、10點(diǎn)的還原尾氣樣，同時(shí)取焦?fàn)t煤氣樣，化驗(yàn)結(jié)果如下：

表6 還原尾氣成分分析

從上表看出，焦?fàn)t煤氣中有效還原氣體成分（CO+H2）為43.7%，還原尾氣剩余的有效還原氣體成分（CO+H2）為16.3%，有效還原氣體轉(zhuǎn)化率為62.8%。

3.結(jié)論

此鮞狀赤鐵礦嵌布粒度較細(xì)，為典型的沉積型鐵礦，其中赤鐵礦為主要的金屬礦物，石英砂為主要的非金屬礦物。

在爐膛溫度、給料量、還原煤氣流量不變的情況下，回轉(zhuǎn)窯驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速設(shè)定為1r/min、停留時(shí)間2h為最佳條件。礦粉原料預(yù)干燥與否對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響不大，關(guān)鍵是礦粉原料預(yù)干燥后進(jìn)料通暢，有利于生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。鐵精礦產(chǎn)率和回收率隨還原度的增大而增加。