李艷軍 袁 帥

(東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，遼寧沈陽(yáng)110004)

目前，我國(guó)貧細(xì)雜難選鐵礦石儲(chǔ)量巨大，采用傳統(tǒng)選礦工藝，難選鐵礦石不能被利用或雖能被利用但利用率較低［1-5］。通過(guò)采用深度還原工藝處理，嵌布粒度細(xì)的赤鐵礦等難選鐵礦石可得到有效還原，但此類礦石的深度還原熟料中鐵產(chǎn)物的粒度相對(duì)較細(xì)［6-9］，致使后續(xù)的選別困難［10］，因此還原熟料需要一定的磨礦使金屬鐵顆粒與其他物料分離，不同的磨礦細(xì)度對(duì)分選指標(biāo)影響很大。適宜的磨礦細(xì)度既能保證有用礦物較完全解離，又不至于造成過(guò)粉碎而惡化選別效果［11］。為了進(jìn)一步確定還原熟料的高效分選工藝，進(jìn)行了深度還原熟料的分選條件試驗(yàn)研究。

1 礦石性質(zhì)

試驗(yàn)礦樣為赤鐵礦石，取自某大型礦山，礦石的化學(xué)多元素分析結(jié)果見(jiàn)表1，礦物組成分析結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 鐵礦石化學(xué)多元素分析結(jié)果Table1 M ain chem ical composition analysis of iron ore %

表2 礦石礦物組成分析結(jié)果Table2 Main m ineral composition analysis of the ore%

表1表明，礦石全鐵品位為52.03%，礦石中有用鐵礦物以Fe2O3為主，磁性鐵(FeO)含量低。該礦石中鋁和硅元素的含量比較高，說(shuō)明礦石中除石英外，可能有一定量的鋁硅酸鹽脈石礦物。表2表明，金屬礦物主要為赤鐵礦，其次為針鐵礦，非金屬礦物主要為石英，其次為黑云母。有少量的鐵存在于黑云母等硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)中，采用常規(guī)的選礦方法不能加以回收和利用。此外，鐵物相分析結(jié)果表明，此礦石中約有93.6%的鐵存在于赤鐵礦中，另約6.4%的鐵存在于針鐵礦中。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 分選工藝流程探索性試驗(yàn)

通過(guò)該鐵礦石深度還原的單因素條件試驗(yàn)［8］，確定較適宜的深度還原條件見(jiàn)表3。

表3 適宜深度還原條件Table3 Optimal conditions for deep reduction

在表3深度還原條件下，針對(duì)2種不同的工藝流程進(jìn)行還原產(chǎn)物高效分選探索性試驗(yàn)研究，為選擇適宜的分選流程提供依據(jù)。試驗(yàn)工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 高效分選探索性試驗(yàn)工藝流程Fig.1 Process of exp loratory high efficient separation technology

探索性試驗(yàn)Ⅰ:在還原時(shí)間50 min、料層厚度30 mm、配煤過(guò)剩倍數(shù)2.0、礦石粒度－2.0 mm和還原煤粒度－2.0 mm的條件下，選取不同的還原溫度1200℃和1250℃進(jìn)行探索性試驗(yàn)。預(yù)先磁選和一段磁選都選用220 mm×110 mm的弱磁選機(jī)，磁選柱精選選用100 mm的磁選柱，一段磨礦和二段磨礦均采用240 mm×90 mm的錐形球磨機(jī)。還原后熟料的金屬化率達(dá)到了90%以上，已滿足了深度還原熟料產(chǎn)品的金屬化率要求。選取還原溫度1200℃，磁選柱精選水流量90 mL/s和還原溫度1250℃，磁選柱精選水流量110 mL/s 2條件下進(jìn)行探索性試驗(yàn)Ⅰ。試驗(yàn)工藝流程如圖1所示，其中一段磨礦時(shí)間為10 min，二段磨礦時(shí)間為40 min，預(yù)先磁選和一段磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度為115 kA/m，磁選柱精選磁場(chǎng)強(qiáng)度7.3 kA/m。試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 分選工藝探索性試驗(yàn)Ⅰ試驗(yàn)結(jié)果Table4 The result of exp loratory high efficient separation technologyⅠ

表4中的試驗(yàn)結(jié)果表明，在較大的精選水流量下，鐵品位有所增加，但鐵回收率大幅度降低。這主要因?yàn)樵诖朔诌x工藝流程中一段和二段的磨礦產(chǎn)品粒度較小，導(dǎo)致磁選過(guò)程中部分較細(xì)粒級(jí)的鐵粉產(chǎn)品進(jìn)入到磁選尾礦中，使最終深度還原鐵粉產(chǎn)品中鐵的回收率較低。因此應(yīng)適當(dāng)?shù)乜s短磨礦時(shí)間，以保證高效分選過(guò)程中深度還原鐵粉產(chǎn)品的鐵回收率達(dá)標(biāo)。

探索性試驗(yàn)Ⅱ:通過(guò)分析探索性試驗(yàn)I的試驗(yàn)結(jié)果，將一段和二段磨礦的磨礦時(shí)間分別縮短至3.5 min和20 min，以期適當(dāng)?shù)卦黾幽サV產(chǎn)品粒度，并在磁選過(guò)程中將精選過(guò)程的水流量適當(dāng)降低。精選水流量低于70 mL/s無(wú)法獲得品位合格的精礦，故選擇精選水流量70mL/s條件下，進(jìn)行深度還原后熟料的高效分選探索性試驗(yàn)的研究。深度還原高效分選探索性試驗(yàn)Ⅱ的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

由表5可見(jiàn)，在縮短磨礦時(shí)間和減少磁選柱精選水流量的條件下，利用圖1所示的工藝流程可以獲得性能相對(duì)較好的深度還原鐵粉產(chǎn)品，此時(shí)深度還原鐵粉產(chǎn)品的品位和回收率分別為84.89%和90.63%。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，較短的磨礦時(shí)間和較低的精選水流量可以有效地降低分選過(guò)程的生產(chǎn)成本。因此高效分選探索性試驗(yàn)所采用的階段磨礦階段選別工藝流程可作為此種鐵礦石深度還原熟料高效分選的流程。

表5 分選工藝探索性試驗(yàn)Ⅱ試驗(yàn)結(jié)果Table5 The result of exploratory high efficient separation technologyⅡ

2.2 預(yù)選磁選試驗(yàn)研究

在表3所示的適宜深度還原條件下，在單向加熱爐(50 kW)中對(duì)與還原劑均勻混合的10 kg鐵礦石進(jìn)行深度還原，以遼寧松樹(shù)溝洗精煤為還原劑，該洗精煤固定碳含量較高，揮發(fā)分和灰分含量比較低，有害雜質(zhì)含量低，屬于品質(zhì)比較好的還原劑。還原熟料經(jīng)水淬后，采用型號(hào)為220 mm×110 mm和磁場(chǎng)強(qiáng)度為115 kA/m的磁選機(jī)進(jìn)行磁選以期脫除過(guò)剩的還原劑。磁選所得精礦和尾礦產(chǎn)品經(jīng)過(guò)烘干、稱重和取樣化驗(yàn)，同時(shí)，精礦經(jīng)過(guò)混勻、縮分和取樣，以備高效分選過(guò)程最佳磨礦條件和磁選條件的選取試驗(yàn)使用。該礦石的預(yù)選工藝流程如圖2所示。主要試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

圖2 預(yù)選試驗(yàn)工藝流程Fig.2 The process of pre-separation technology

表6 預(yù)選磁選試驗(yàn)結(jié)果Tab le 6 The resu lt of prem agnetic separation technology %

表6所示的試驗(yàn)結(jié)果表明，還原熟料經(jīng)過(guò)預(yù)先磁選后，基本除去了還原熟料中未反應(yīng)的還原劑。預(yù)選后所得精礦產(chǎn)品中鐵回收率較高，但鐵品位相對(duì)較低，進(jìn)一步進(jìn)行一段磨礦—磁選試驗(yàn)研究，以期提高磁選精礦的產(chǎn)品性能。

2.3 一段磨礦細(xì)度條件試驗(yàn)

將縮分、取樣后所得的預(yù)選精礦分別細(xì)磨到－0.074 mm占11.00%、16.29%、21.61%、31.16%，并采用型號(hào)為220mm×110 mm和磁場(chǎng)強(qiáng)度為115 kA/m的磁選機(jī)，對(duì)4種細(xì)磨產(chǎn)品進(jìn)行磁選試驗(yàn)。一段細(xì)磨條件磁選試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 一段磨礦細(xì)度條件試驗(yàn)結(jié)果Fig.3 Test result at different first-stage grinding fineness

圖3所示試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著磨礦細(xì)度變細(xì)，還原鐵粉產(chǎn)品的回收率和金屬化率緩慢減小。當(dāng)一段磨礦細(xì)度由－0.074 mm占11.00%變化到－0.074 mm占16.29%，一段磨礦細(xì)度條件試驗(yàn)中精礦產(chǎn)品的全鐵品位變細(xì)，當(dāng)磨礦細(xì)度繼續(xù)變細(xì)，精礦產(chǎn)品中全鐵品位基本保持恒定，穩(wěn)定在69%左右。在一段磨礦—磁選后所得精礦產(chǎn)品中鐵回收率較高，但鐵品位相對(duì)較低，應(yīng)進(jìn)行二段磨礦—精選，以期提高最終深度還原鐵粉的鐵品位。一段磨礦的適宜細(xì)度為－0.074 mm占11%。

2.4 二段磨礦細(xì)度條件試驗(yàn)

在一段磨礦細(xì)度為－0.074 mm占11%的條件下所獲得的磨礦產(chǎn)品進(jìn)行磁選分離后，所得產(chǎn)品作為二段磨礦—精選的給料。將一段磨礦—磁選試驗(yàn)所得精礦經(jīng)混勻、縮分和取樣后，分別細(xì)磨到－0.074 mm占26.95%、58.57%、77.00%和93.00%。并采用型號(hào)為100 mm的磁選柱精選，磁場(chǎng)強(qiáng)度為7.3 kA/m，水流量為70 mL/s，對(duì)以上4種細(xì)磨產(chǎn)品進(jìn)行精選試驗(yàn)研究，二段磨礦條件試驗(yàn)的結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 二段磨礦細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果Fig.4 Test result at different second grinding fineness

從圖4試驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著磨礦細(xì)度減小，還原鐵粉產(chǎn)品的鐵回收率減小，而鐵品位逐漸提高，這主要是因?yàn)殡S著磨礦產(chǎn)品粒度減小，鐵的單體解離度增大，絕大多數(shù)與脈石成分相膠結(jié)的鐵產(chǎn)品被解離出來(lái)，導(dǎo)致精礦產(chǎn)品中鐵品位提高。隨著磨礦產(chǎn)品粒度的減小，解離出來(lái)的鐵產(chǎn)品粒度較細(xì)，在精選過(guò)程中極易隨著沖洗水溢流到尾礦中，從而導(dǎo)致精礦產(chǎn)品的回收率降低。精礦的金屬化率變化較大，理論上隨著磨礦細(xì)度的減小鐵產(chǎn)品的金屬化率應(yīng)逐漸增加，當(dāng)磨礦細(xì)度低于80%時(shí)，基本符合這一規(guī)律，但實(shí)際操作過(guò)程中，隨著粒度的減小，鐵產(chǎn)品的比表面積增大，導(dǎo)致較細(xì)的產(chǎn)品在空氣中加熱烘干過(guò)程中極易被空氣中的氧所氧化，因此，在試驗(yàn)過(guò)程中，粒度較細(xì)鐵產(chǎn)品的金屬化率不升反降。

當(dāng)二段磨礦細(xì)度為－0.074 mm占77%～93%時(shí)，二段磁選精礦產(chǎn)品的指標(biāo)可以達(dá)到深度還原鐵粉產(chǎn)品要求(鐵品位大于85%)。當(dāng)磨礦細(xì)度為77%時(shí)，鐵品位、鐵回收率和金屬化率分別為85.67%、 88.88%和85.63%;當(dāng)磨礦細(xì)度為93%時(shí)，鐵品位和鐵回收率分別為87.3%和83.08%。因此，確定較為適宜的二段磁選細(xì)度為－0.074 mm占77%～93%，在此條件下，可以獲得合格的深度還原鐵粉產(chǎn)品。并在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行下一步選取適宜精選磁場(chǎng)強(qiáng)度的試驗(yàn)研究，以期優(yōu)化分選工藝條件得到性能指標(biāo)更好的深度還原鐵粉產(chǎn)品。

2.5 精選磁場(chǎng)強(qiáng)度條件試驗(yàn)研究

將一段磁選精礦樣，分別細(xì)磨到－0.074 mm占77%和93%。具有相同細(xì)度的磨礦產(chǎn)品分別在磁場(chǎng)強(qiáng)度為7.3 kA/m和8.0 kA/m，水流量為70 mL/s的條件下進(jìn)行精選試驗(yàn)，其主要試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 精選磁場(chǎng)強(qiáng)度條件試驗(yàn)結(jié)果Table7 Test result at differentmagnetic field intensity for concentration

表7所示試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)磨礦細(xì)度－0.074 mm占77%和93%時(shí)，隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增大，精礦鐵品位和回收率增大。當(dāng)磨礦細(xì)度相同時(shí)，隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增大，精礦中鐵品位有所下降，而鐵的回收率則提高幅度較大。當(dāng)磨礦細(xì)度為－0.074 mm占93%時(shí)，在樣品烘干過(guò)程中，金屬鐵氧化速度相對(duì)較快，故金屬鐵含量大幅度降低，進(jìn)而導(dǎo)致－0.074 mm精礦中金屬化率明顯降低。

當(dāng)電磁精選磁場(chǎng)強(qiáng)度為7.3 kA/m，磨礦細(xì)度為－0.074 mm占77%或93%時(shí)，均可獲得合格的深度還原鐵粉產(chǎn)品，其中，當(dāng)磨礦細(xì)度－0.074 mm占77%時(shí)，深度還原鐵粉產(chǎn)品的鐵品位和鐵的回收率分別為86.17%和86.11%。當(dāng)磨礦細(xì)度為－0.074mm占93%時(shí)，深度還原鐵粉產(chǎn)品的鐵品位和鐵回收率相對(duì)較高，其值均為87.83%。

3 結(jié)論

(1)還原熟料經(jīng)磨礦—磁選試驗(yàn)研究，確定了適宜的磨礦粒度和磁選工藝流程。階段磨礦階段選別工藝流程可作為細(xì)粒赤鐵礦石深度還原熟料高效分選的流程。

(2)預(yù)先選別可以有效脫除還原熟料中過(guò)剩的還原劑，并使金屬鐵顆粒和磁性鐵礦物得到有效富集。在適宜的磨礦粒度下，采用電磁精選機(jī)進(jìn)行精選可充分拋除夾雜在鐵顆粒之間的脈石。

(3)在一段磨礦磨礦細(xì)度為 －0.074 mm占11%，二段磨礦磨礦細(xì)度為－0.074 mm占77%或93%時(shí)，電磁精選磁場(chǎng)強(qiáng)度為7.3 kA/m條件下分選深度還原熟料，均可獲得性能優(yōu)異的深度還原鐵粉產(chǎn)品。

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