錢功明 趙新澤 王 帥 夏 節(jié) 盧義飛 趙德世

(武漢科技大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院)

微波處理對(duì)鮞狀赤鐵礦解離的影響試驗(yàn)

錢功明 趙新澤 王 帥 夏 節(jié) 盧義飛 趙德世

(武漢科技大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院)

直接采用傳統(tǒng)的選礦方法進(jìn)行鮞狀赤鐵礦的選別，效果不理想。為探究微波處理對(duì)鮞狀赤鐵礦解離的影響，分別對(duì)微波處理的礦石量、微波功率及處理時(shí)間進(jìn)行了試驗(yàn)研究，同時(shí)分析了微波對(duì)磨機(jī)生產(chǎn)能力的影響。結(jié)果表明：微波處理鮞狀赤鐵礦礦石量宜為50 g，礦石升溫幅度隨微波功率和處理時(shí)間的增加而增加；微波預(yù)處理可促進(jìn)鮞狀赤鐵礦的解離，并提高磨機(jī)的生產(chǎn)能力，最高增量可達(dá)23.51%，具有明顯的助磨效果，但微波功率不宜過低，處理時(shí)間不宜過長(zhǎng)。該研究結(jié)果可為微波預(yù)處理鮞狀赤鐵礦以改善選礦效果提供依據(jù)。

鮞狀赤鐵礦 微波預(yù)處理 解離

鮞狀赤鐵礦儲(chǔ)量豐富，約占我國鐵礦石資源總量的1/9[1]。然而因其構(gòu)造特征特殊、嵌布粒度極細(xì)，有用礦物與脈石礦物密切共生，解離困難，直接采用傳統(tǒng)的選礦工藝難以獲得理想的選別效果。目前，國內(nèi)外針對(duì)鮞狀赤鐵礦選礦的研究已有一定的進(jìn)展，選礦方法主要集中在浮選、選擇性絮凝分選、磁化焙燒等方面[2]。鮞狀赤鐵礦的解離程度成為影響最終選礦指標(biāo)的關(guān)鍵性因素。關(guān)于鮞狀赤鐵礦解離的研究，開始得到人們的重視[3-5]。

微波是一種具有選擇性加熱和穿透性的高頻電波，在很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。鐵礦石中不同物質(zhì)的介質(zhì)損耗因素不同，對(duì)微波的吸收程度不同，微波對(duì)不同成分可進(jìn)行選擇性加熱。加之不同成分的熱膨脹性不同，勢(shì)必就會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力差，從而降低礦石的機(jī)械強(qiáng)度[6]，為之后鮞狀赤鐵礦礦石的細(xì)碎、磨礦等作業(yè)創(chuàng)造有利條件。對(duì)微波預(yù)處理鮞狀赤鐵礦進(jìn)行研究，以揭示微波處理礦石量、微波功率及處理升溫時(shí)間等因素對(duì)其解離的影響規(guī)律，為鮞狀赤鐵礦的進(jìn)一步開發(fā)利用提供參考。

1 試驗(yàn)原料及設(shè)備

1.1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)所用鮞狀赤鐵礦取自鄂西某地，主要鐵礦物為赤鐵礦，礦石斷裂處有明顯的鮞粒狀結(jié)構(gòu)；主要脈石礦物為石英和碳酸鹽，多分布在赤鐵礦的間隙中。試驗(yàn)所用礦石粒度為2～8 mm。礦樣的主要化學(xué)成分分析結(jié)果見表1。

表1 礦樣主要化學(xué)成分分析結(jié)果 %

成分TFeAl2O3SiO2PCaOMgO含量41.4310.1118.430.394.353.27

由表1可知，礦石鐵品位為41.43%，有害元素磷含量較高。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備及流程

試驗(yàn)所用到的設(shè)備有：BWG2S-01型微波高溫實(shí)驗(yàn)爐，0～9 kW功率非連續(xù)可調(diào)，頻率2 450 MHz，煙臺(tái)北方微波技術(shù)有限公司生產(chǎn)；XMB-68型φ160 mm×200 mm球磨機(jī)，容積4.02 L，轉(zhuǎn)速120 r/min。

試驗(yàn)時(shí)，將礦石置于工業(yè)微波高溫加熱裝置內(nèi)進(jìn)行微波處理，記錄礦石處理量、微波功率，每隔一段時(shí)間記錄礦石溫度。處理后的礦石在球磨機(jī)內(nèi)進(jìn)行磨礦，控制礦漿濃度為40%，磨礦產(chǎn)品經(jīng)0.074 mm篩孔直徑的篩子篩分，考察-0.074 mm粒級(jí)的產(chǎn)品產(chǎn)率。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 微波處理試驗(yàn)

2.1.1 礦石處理量試驗(yàn)

在微波功率為3 000 W的條件下，改變礦石用量，考察處理量對(duì)升溫行為的影響，結(jié)果見圖1。

由圖1可知，微波處理等質(zhì)量的塊礦時(shí)，隨著微波處理時(shí)間的延長(zhǎng)，礦石溫度不斷升高；在微波處理時(shí)間一定的情況下，隨著礦石處理量的增加，礦石溫度呈先升高后降低的趨勢(shì)。在處理量為50 g時(shí)，礦石溫度升到最高。少于50 g時(shí)，礦石在加熱過程中的熱量散失較多，溫度不能及時(shí)迅速升高；高于 50 g，礦石難以上升到最高溫度，并且升高到相應(yīng)溫度所需的時(shí)間延長(zhǎng)，不利于試驗(yàn)的進(jìn)行。在較低溫度下，膨脹產(chǎn)生的熱應(yīng)力差就會(huì)相對(duì)較小，不足以破壞礦石的鮞狀結(jié)構(gòu)，促進(jìn)礦石解離作用不明顯。隨著處理量的增加，要使礦石在相同時(shí)間內(nèi)，達(dá)到同樣高的溫度，需要較大的微波功率。因此，后續(xù)試驗(yàn)礦石的處理質(zhì)量選擇50 g為宜。

圖1 礦石處理量對(duì)升溫行為的影響

2.1.2 微波功率對(duì)礦石升溫的影響

在礦石處理量為50 g的條件下，微波高溫加熱裝置選用不同的功率處理礦石，考察微波功率對(duì)礦石升溫行為的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 不同微波功率對(duì)礦石升溫行為的影響

由圖2可知，礦石的溫度整體隨著微波處理時(shí)間的增加而升高。在不同功率的微波處理下，礦石的升溫行為不相同。微波功率為1 000 W時(shí)，礦石整體升溫速率要明顯低于功率為3 000和4 000 W時(shí)。說明微波功率越高，礦石升溫越快。這表明礦石中吸收微波的物質(zhì)所吸收的能量隨功率的增大而增加，相應(yīng)的膨脹速率也越大，從而使不同成分間的熱應(yīng)力差變大，易于產(chǎn)生更多的裂隙，有利于在磨礦過程的粉碎解離。

2.1.3 微波處理前后礦石SEM觀察結(jié)果

50 g礦石在微波功率為3 000 W條件下處理 50 s。處理前后的礦石在掃描電鏡下觀察結(jié)果見圖3。

對(duì)比微波處理前后的礦石，可以明顯看出：處理后的礦石的粒度比未處理的要小，經(jīng)微波處理后的部分礦石的鮞狀球形結(jié)構(gòu)被破壞，這說明微波處理有助于鮞狀赤鐵礦的解離。

圖3 礦石經(jīng)微波處理前后的SEM照片

2.2 微波處理對(duì)礦石磨礦效果的影響試驗(yàn)

對(duì)經(jīng)過不同微波功率處理后的礦石在錐形球磨機(jī)中磨礦5 min，產(chǎn)品采用標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行篩分，以 -0.074 mm 粒級(jí)產(chǎn)率作為衡量指標(biāo)，考察微波處理對(duì)礦石磨礦效果的影響，結(jié)果見圖4。

圖4 不同微波處理功率對(duì)礦石磨礦效果影響

由圖4可知，除功率為1 000 W的微波外，不同微波處理功率對(duì)鮞狀赤鐵礦礦石磨礦產(chǎn)品中 -0.074 mm 粒級(jí)的產(chǎn)率的影響趨勢(shì)相似。當(dāng)微波功率為1 000 W時(shí)，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，-0.074 mm產(chǎn)率不斷減小。當(dāng)微波功率大于等于2 000 W時(shí)，隨著微波功率的增加，-0.074 mm粒級(jí)產(chǎn)率先增加后減小，并且微波功率越高，-0.074 mm產(chǎn)率達(dá)到最大值所需的時(shí)間越短，即達(dá)到最大解離度的時(shí)間越短。

高功率的微波處理礦石，短時(shí)間內(nèi)礦石中吸收微波能力強(qiáng)的成分被迅速加熱，產(chǎn)生明顯膨脹。而吸收微波能力弱的成分短時(shí)間內(nèi)升溫較慢，產(chǎn)生的膨脹較小。這就會(huì)產(chǎn)生巨大的應(yīng)力差，從而在短時(shí)間內(nèi)使顆粒破裂，破壞鮞狀赤鐵礦的鮞狀球形結(jié)構(gòu)，促進(jìn)礦石的解離。當(dāng)使用低功率微波處理礦石時(shí)，微波僅起到緩慢加熱的作用，礦石整體升溫慢、膨脹小，無法使礦石解離。但微波加熱時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，過高的溫度會(huì)使礦石組分發(fā)生相變，不同組分會(huì)重新粘連、聚結(jié)在一起，導(dǎo)致礦石解離又變得困難。因此，要想達(dá)到微波助磨礦石的最佳效果，必須權(quán)衡微波加熱功率與處理時(shí)間之間的關(guān)系。

2.3 微波對(duì)磨機(jī)生產(chǎn)能力的影響分析

不同微波處理該鮞狀赤鐵礦后，磨機(jī)對(duì)該礦石的生產(chǎn)能力有所變化。試驗(yàn)以-0.074 mm粒級(jí)的變化，來衡量球磨機(jī)的生產(chǎn)能力，計(jì)算公式[7]為：

q=Q(β2-β1)/V ，

式中,q為按礦石磨礦產(chǎn)物中新生成的-0.074 mm粒級(jí)的含量來計(jì)算球磨機(jī)的生產(chǎn)能力，t/(m3/ h)；Q為球磨機(jī)的處理量，t/h；β2為磨礦后產(chǎn)物中 -0.074 mm粒級(jí)的含量，%；β1為球磨機(jī)給礦中 -0.074 mm 粒級(jí)的含量，%；V為球磨機(jī)的有效容積，m3。試驗(yàn)時(shí)礦石處理量為50 g，球磨機(jī)有效容積為0.004 02 m3，磨礦時(shí)間5 min。考察不同功率的微波處理該礦石后，磨機(jī)對(duì)該礦石生產(chǎn)能力的影響，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 不同功率微波對(duì)磨機(jī)生產(chǎn)能力的影響

由表2可知，隨著微波處理功率的提高，磨機(jī)生產(chǎn)能力呈先增大后降低的趨勢(shì)。在微波處理功率為6 000 W時(shí)，生產(chǎn)能力達(dá)到最大，為0.099 6 t/(m3·h)，比礦石未經(jīng)微波處理時(shí)，磨機(jī)生產(chǎn)能力提高了23.57%，達(dá)到最大值。說明微波處理該鮞狀赤鐵礦礦石能促進(jìn)其解離，可提高球磨機(jī)的生產(chǎn)能力，且有一個(gè)能使磨機(jī)生產(chǎn)能力達(dá)到最大值的功率。

3 結(jié) 論

(1)微波預(yù)處理試驗(yàn)結(jié)果表明：微波功率越高、處理時(shí)間越長(zhǎng)，礦石溫度越高；功率越高，礦石達(dá)到最大解離程度所需的時(shí)間越短。

(2)微波預(yù)處理有助于提高磨礦生產(chǎn)能力，最大可達(dá)23.57%。

(3)過長(zhǎng)的微波處理時(shí)間會(huì)使礦石已解離的組分重新粘連、聚結(jié)。因此，必須綜合考慮，選擇適宜的微波處理功率和時(shí)間。

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2015-08-05)

錢功明(1977—)，男，副教授，博士，430081 湖北省武漢市青山區(qū)和平大道947號(hào)。