許 嘉，布林朝克，趙瑞超

（1.內(nèi)蒙古科技大學(xué) 分析測試中心，內(nèi)蒙古 包頭 014010；2.內(nèi)蒙古科技大學(xué) 冶金研究院，內(nèi)蒙古 包頭 014010）

我國白云鄂博稀土礦富含稀土、鈮、鐵和螢石，是世界第二大鈮資源基地。礦石中的鈮貧、細(xì)、雜［1－4］，綜合回收難度很大。

從礦石中回收鈮已得到廣泛研究，并取得了一些成果。如，20世紀(jì)80年代末，長沙礦冶研究院針對貧氧化礦設(shè)計(jì)出“弱磁—強(qiáng)磁—浮選”工藝［5］，包鋼曾用其生產(chǎn)鐵精礦和稀土，在稀土選礦尾礦中，鐵、稀土、Nb2O5含量較高，Nb2O5富集了近1倍。包鋼也曾采用“高爐—轉(zhuǎn)爐—電爐—電爐”鈮鐵冶煉工藝［6］富集鈮，該工藝雖技術(shù)上可行，但工藝流程復(fù)雜，冗長，成本高且產(chǎn)量小。CO／CO2選擇性還原—磁選—酸洗工藝可以將Nb2O5品位為1.77%的包頭白云鄂博稀土礦中的鐵礦物還原成鐵，經(jīng)磁選后尾礦中Nb2O5品位達(dá)到6.91%，再酸浸后浸渣中Nb2O5品位接近30%。但此工藝存在如下不足：首先，作為還原劑的CO／CO2混合氣體不如固體炭廉價(jià)；其次，為選擇性還原鐵礦物而不還原鈮礦物，需采用1 000℃以上的高溫，與低溫磁化焙燒相比，對設(shè)備和能耗的要求更高。為此，針對包鋼在“八五”、“九五”期間獲得的粗鈮精礦，提出了“還原磁化焙燒—磁選—酸洗”工藝，以廉價(jià)的活性炭作還原劑，鹽酸作洗滌劑，從粗鈮精礦中回收鐵并富集鈮。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)原料取自包鋼，為粗鈮精礦，其化學(xué)成分和礦物物相組成分別見表1、2。

表1 粗鈮精礦化學(xué)成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù) %

表2 粗鈮精礦的主要礦物物相的質(zhì)量分?jǐn)?shù) %

粗鈮精礦中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，為38.9%，且鐵主要以赤鐵礦形式存在，磁鐵礦和其他鐵礦物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)都比較低，故可通過磁化焙燒—磁選回收鐵。鐵礦物磁選后，大部分鈮留在尾礦中，用鹽酸洗滌尾礦中的脈石礦物使轉(zhuǎn)化為可溶性鹽，鈮礦物留在渣中，被進(jìn)一步富集。

還原劑為活性炭，由山東淄博華光化工廠提供，其中，炭質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%，灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)＜1%。

1.2 試驗(yàn)方法

粗鈮精礦中配適量活性炭，用水作粘結(jié)劑，在壓片機(jī)上壓片。將壓片在150℃烘箱中烘4h，使其脫除水分。烘干后的壓片裝入剛玉坩堝并置于真空炭管爐中。用油泵抽真空至爐內(nèi)壓力＜10 Pa，往爐中通入保護(hù)氣氬氣至約3.04Pa。打開真空碳管爐，在設(shè)定好的時(shí)間和溫度下進(jìn)行還原。還原礦用XCGS磁選管磁選得到鐵精礦。磁選尾礦用濃度為8mol／L的鹽酸在高壓反應(yīng)釜中酸浸，固液分離后，將浸渣洗滌、干燥，得到富鈮渣。

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 溫度和時(shí)間對粗鈮精礦還原度的影響

分別在700、750、800、850℃下進(jìn)行還原焙燒，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 溫度和時(shí)間對粗鈮精礦還原度的影響

從圖1看出，在0～45min范圍內(nèi)，還原度R隨反應(yīng)時(shí)間的延長而迅速增大；焙燒時(shí)間超過45 min后，還原度趨于平緩，表明此時(shí)還原反應(yīng)已基本結(jié)束；還原時(shí)間相同時(shí)，溫度越高，還原度越高；700℃下，還原度小于20%，這是由于溫度較低時(shí)固體炭沒有完全發(fā)生氣化，體系中CO的量不足所致。普通炭粉的氣化反應(yīng)起始溫度一般為800～900℃，依活性炭的種類、粒度、比表面積等不同而異。由于活性炭的氣化反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，提高溫度對氣化反應(yīng)有利，故溫度越高，粗鈮精礦的還原度也越高。赤鐵礦的理論還原度（即赤鐵礦全部被還原成磁鐵礦）為42.85%。750℃、45 min還原焙燒條件下，粗鈮精礦的還原度為42.91%，非常接近理論還原度；800℃、45min和850℃、45min還原焙燒條件下，粗鈮精礦的還原度分別為55.08%和59.94%，高于理論還原度，表明磁鐵礦可能被進(jìn)一步還原為FeO。

2.2 激磁電流對精礦磁選指標(biāo)的影響

圖2為激磁電流對鐵精礦磁選指標(biāo)的影響。可以看出，激磁電流增大，鐵收率明顯增大；磁激電流增至1.2A時(shí)，鐵收率達(dá)90%以上；磁激電流繼續(xù)增大，鐵收率增大不明顯，而精礦中鐵品位呈下降趨勢。激磁電流越大，磁力越強(qiáng)，進(jìn)入精礦中的磁性物質(zhì)越多，而磁性物質(zhì)除磁鐵礦外，原礦中的螢石、白云石等低熔點(diǎn)脈石礦物在還原過程中熔融并與部分磁鐵礦發(fā)生燒結(jié)，當(dāng)磁選電流足夠大時(shí)，這些脈石也會進(jìn)入精礦中，使精礦品位下降。綜合考慮，激磁電流以1.2A為宜。

圖2 激磁電流強(qiáng)度對磁選指標(biāo)的影響

2.3 還原溫度和時(shí)間對磁選指標(biāo)的影響

圖3為不同還原時(shí)間條件下，還原溫度對磁選指標(biāo)的影響試驗(yàn)結(jié)果?？梢钥闯觯哼€原時(shí)間為25min時(shí)，隨還原溫度升高，鐵收率升高；還原時(shí)間為45min、還原溫度為750℃時(shí)，鐵收率最高，繼續(xù)升高溫度，鐵收率保持穩(wěn)定，說明此條件下，磁化還原已經(jīng)基本完全，此時(shí)還原礦中的主要物相為磁鐵礦；還原時(shí)間超過65min、還原溫度超過750℃后，隨溫度升高，鐵收率下降，表明此條件下發(fā)生了過還原反應(yīng)。還原溫度對磁選指標(biāo)的影響有兩個(gè)方面：在不發(fā)生磁鐵礦過還原前提下，溫度升高，可促進(jìn)赤鐵礦的磁化還原，對提高收率有利；但溫度升高會強(qiáng)化低熔點(diǎn)脈石礦物與磁性鐵的燒結(jié)，導(dǎo)致精礦品位下降。綜合考慮，確定還原溫度以750℃為最佳。

圖3 還原焙燒溫度對磁選指標(biāo)的影響

圖4為750℃下焙燒不同時(shí)間的還原焙燒精礦的磁選指標(biāo)?？梢钥闯?，還原25min，鐵收率僅為55.77%；還原45min，鐵收率達(dá)到98.81%，此時(shí)還原度為42.91%，接近理論還原度42.85%，表明此時(shí)絕大部分赤鐵礦已被還原成磁鐵礦；還原時(shí)間超過45min，精礦品位和收率同時(shí)下降，說明磁鐵礦發(fā)生進(jìn)一步還原。綜合考慮，在750℃下還原焙燒45min，然后在1.2A激磁電流下進(jìn)行磁選，可獲得最佳指標(biāo)，精礦鐵品位為60.8%，收率為98.81%。

圖4 還原時(shí)間對粗鈮精礦磁選指標(biāo)的影響

2.4 磁選尾礦酸洗富集鈮

對于750℃下還原焙燒45min的粗鈮精礦在不同激磁電流下磁選所得尾礦用8mol／L鹽酸溶液進(jìn)行酸洗，固液分離后，分析洗渣中的Nb2O5。結(jié)果見表3?？梢钥闯?，在不同激磁電流下磁選后，尾礦中Nb2O5品位達(dá)到8.72%～12.46%，收率為53.07%～94.13%，富集比為2.85～4.07。

表3 激磁尾礦中Nb2O5富集指標(biāo)

3 結(jié)論

以活性炭為還原劑，在750℃下還原焙燒45 min，粗鈮精礦中的絕大部分赤鐵礦被還原為磁鐵礦，還原度接近理論值；還原礦在1.2A激磁電流下磁選可得鐵精礦，鐵品位為60.80%，收率為98.81%；還原礦磁選回收鐵后，79.36%的鈮留在尾礦中，經(jīng)酸洗后，Nb2O5品位達(dá)12.46%，富集比達(dá)4.07。

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