摘要：砷元素對(duì)于鐵的危害是不可忽視的，所以褐鐵礦提鐵脫砷試驗(yàn)對(duì)于提高鐵的質(zhì)量有著重要作用，本文主要通過磨礦一強(qiáng)磁選試驗(yàn)法對(duì)于褐鐵礦提鐵脫砷進(jìn)行了分析研究。

關(guān)鍵詞：褐鐵礦；提鐵脫砷試驗(yàn)

一、我國含砷鐵礦資源及鋼鐵業(yè)脫砷研究現(xiàn)狀

1、砷元素作用及危害

砷是一種著名的有毒元素，而且有許多同素異形體。砷化合物廣泛分布于自然界，目前有數(shù)百種砷礦物被發(fā)現(xiàn)。砷在元素周期表中位于第VA族，原子序數(shù)33，原子量47.29，有灰、黃、黑三種異構(gòu)體，密度5.772g/cm3，熔點(diǎn)717℃，在613℃升華。

砷在構(gòu)成地殼元素中排第20位，含量約為2-5mg/kg。通常在大部分土壤、水和植物中都有微量砷。砷在人體中作為微量元素存在。

地殼中的砷有多種形式：比如雌黃，雄黃等。在礦石中砷主要以硫化物形式存在，同時(shí)砷也有氧化物形態(tài)和少量的單質(zhì)形態(tài)。

砷單質(zhì)很活潑，可發(fā)生如下反應(yīng)：

1.1 砷可以被O2、F2等氧化：

；

1.2 砷作為非金屬，也可發(fā)生如下反應(yīng)：

同時(shí)Mg3As2可以發(fā)生水解反應(yīng)：

單質(zhì)砷無毒性，砷化合物均有毒性。且三價(jià)砷毒性為五價(jià)砷的60倍，有毒物質(zhì)砒霜即為三氧化二砷，人口服5-50mg就會(huì)中毒，其致死量為70-180mg。人吸入三氧化二砷致死濃度為0.16mg/m3（吸入4h），長期少量吸入或口服可產(chǎn)生慢性中毒。

砷化合物基本都有毒性。常被用來做除草劑，殺蟲劑等，同時(shí)也被用于涂料，半導(dǎo)體或者陶器的制作。

2、砷對(duì)鋼鐵的危害

鐵產(chǎn)品中的砷主要來源于鐵礦石，再生生鐵和廢鋼。砷元素由于其氧化勢(shì)小于鐵，且熔點(diǎn)較低，在鑄坯高溫冷卻、二次加熱過程中，鐵的優(yōu)先氧化速度明顯大于砷元素向基體內(nèi)擴(kuò)散的速度，砷元素會(huì)在鋼基體與氧化層之間析出并逐漸富集，形成低熔點(diǎn)的富集相。礦石中的砷在燒結(jié)過程中只能除去一小部分，在高爐冶煉過程中則全部還原進(jìn)入生鐵中，而生鐵中的砷在煉鋼電爐冶煉過程中，不能去掉，全部進(jìn)入鋼坯中。而且隨著廢鋼的循環(huán)使用，砷會(huì)逐漸積累在鋼中，繼續(xù)形成上述的富集相，在一般軋制溫度下（1100℃-1200℃），這種液態(tài)的富集相向鑄坯基體晶粒的晶界滲透，將在軋鋼過程中擴(kuò)展成表面網(wǎng)狀裂紋即“熱脆”裂紋。己經(jīng)證實(shí)，砷在晶界偏聚造成晶界脆性是產(chǎn)生回火脆性，特別是高溫回火脆性的首要因素。

同理，由于薄板坯兩側(cè)具有較強(qiáng)的氧化性氣氛，邊部氧化更嚴(yán)重，在軋制過程中邊部受到較大拉應(yīng)力作用下，易產(chǎn)生邊裂等缺陷。砷元素會(huì)在在鑄坯凝固過程中產(chǎn)生凝固偏析，易造成中心偏析等內(nèi)部缺陷，從而降低鑄坯的內(nèi)部致密性和軋材的機(jī)械性能；而且在晶界的偏聚會(huì)降低晶界表面能，弱化晶界，增大沿晶界脆性斷裂的傾向，從而使鋼的沖擊韌性顯著下降，惡化超低碳鋼的深沖性能。砷元素在晶界上的晶界富集因數(shù)為250，它是一個(gè)無量綱量，定義為晶界濃度與晶內(nèi)濃度之比；當(dāng)鋼中砷含量大于0.200%時(shí)，會(huì)導(dǎo)致鋼嚴(yán)重偏析，改變鋼中的晶粒結(jié)構(gòu)，破壞金屬的連續(xù)性。砷在鋼基體與氧化層之間析出并逐漸富集，惡化鋼坯及鋼材的表面質(zhì)量，增加熱脆傾向，降低連鑄坯的熱塑性。Stephenson E.T的研究也得出了同樣的結(jié)論，即含砷鋼在氧化性氣氛加熱過程中，砷不斷被排列到氧化層下的金屬中，當(dāng)砷含量超出在鐵中的溶解極限時(shí)，就會(huì)在氧化層和金屬界面間形成溶融的液相，在熱加工拉應(yīng)力作用下，這些液相則會(huì)濕潤晶界而產(chǎn)生表面熱脆裂紋。北京重型機(jī)器廠在研究真空精煉的35號(hào)鋼錠鍛造熱脆時(shí)，認(rèn)為應(yīng)取As<0.0035%。砷還會(huì)在含氫氣氛中引起應(yīng)力腐蝕；同時(shí)嚴(yán)重降低耐熱鋼持久壽命及熱塑性等。

二、褐鐵礦提鐵脫砷試驗(yàn)分析

1、原料

試驗(yàn)所用原料為貴州赫章某含砷褐鐵礦，所用無煙煤粒度為-5mm，無粘結(jié)性，干燥無灰基氫含量為3.6%，發(fā)熱量為28MJ/kg由煤炭分類國標(biāo)GB/T5751-2009可知，該無煙煤為3號(hào)無煙煤。

2、磨礦-強(qiáng)磁選試驗(yàn)

為了觀察強(qiáng)磁選對(duì)礦物分離及脫砷的效果，首先進(jìn)行了磨礦強(qiáng)磁選試探試驗(yàn)。先將礦物磨制一定細(xì)度，后進(jìn)行磁選分離。試驗(yàn)從磨礦細(xì)度和磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度兩方面進(jìn)行考察。試驗(yàn)在XCSQ-50*70型強(qiáng)磁選機(jī)上進(jìn)行，每次磨礦之后檢測(cè)細(xì)度，后進(jìn)行磁選試驗(yàn)。每次試驗(yàn)用量100g。

2.1 強(qiáng)磁選磨礦細(xì)度試驗(yàn)

首先對(duì)礦物進(jìn)行磨礦強(qiáng)磁選試驗(yàn)，每次取100g礦樣，在xN1Q-6}型球磨機(jī)上磨至不同細(xì)度，磁選試驗(yàn)所用設(shè)備為XCSQ-50*70型濕式強(qiáng)磁選機(jī)，試驗(yàn)得知：用強(qiáng)磁選處理原礦，磨礦細(xì)度-0.074mm由76.27%變化到91.27%的過程中，精礦品位先升高后下降，回收率則一直升高，當(dāng)磨礦細(xì)度達(dá)到-0.074mm占86.94%時(shí)，強(qiáng)磁選精礦品位可以達(dá)到54%，回收率達(dá)到了69%，再提高磨礦細(xì)度，精礦品位會(huì)逐漸降低，同時(shí)回收率沒有明顯變化，主要因?yàn)檫^磨使部分非磁性顆粒夾雜在精礦當(dāng)中，降低了精礦品位，這是目前強(qiáng)磁選過程中經(jīng)常遇到的情況。綜合考慮，將磨礦細(xì)度定為一0.074mm占86.94%o

在磨礦細(xì)度一0.074mm由76.27%變化到91.27%的過程中，精礦中的砷品位一直保持在0.1%以上，基本沒有多大的變化?；厥章孰S著細(xì)度的提高逐漸增加。當(dāng)磨礦細(xì)度為90.25%時(shí)，強(qiáng)磁選精礦中的砷品位達(dá)到了最低點(diǎn)。由圖中可以看出，雖然磨礦細(xì)度一直在增加，但是精礦中的砷品位并沒有降低，根據(jù)礦相分析可知，原礦中砷礦物嵌布粒度達(dá)到了一0.03mm，但是將原礦磨制-0.03mm會(huì)增加很多能耗，同時(shí)也會(huì)影響鐵精礦的品位和回收率，這些在正常工業(yè)生產(chǎn)中是不實(shí)際的，因此將磨礦細(xì)度定為一0.074mm占86.94%，此時(shí)精礦鐵品位為54.08%，鐵回收率為68.95%，砷品位為0.109%，砷回收率為66.37%.

2.2 強(qiáng)磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)

在磨礦細(xì)度達(dá)到一0.074mm占86.94%時(shí)，進(jìn)行強(qiáng)磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)，磁場(chǎng)強(qiáng)度分別為O.ST，0.7T，0.9T，1.1T，1.3T，1.5T?？傮w上來說，磨礦一強(qiáng)磁選過程并不能有效提高精礦中的鐵品位，砷品位也并沒有降低，表明磨礦一強(qiáng)磁選對(duì)于該礦石是沒有效果的，不過作為一種簡潔有效的選礦方法，隨著技術(shù)的發(fā)展，磨礦一強(qiáng)磁選過程在鐵礦選礦過程中還有很大的作用。

2.3 試驗(yàn)方法及技術(shù)路線

焙燒一磁選一造球一氧化焙燒試驗(yàn)主要分為兩個(gè)過程進(jìn)行，第一步為磁化焙燒-磁選過程，第二步為造球一氧化焙燒過程。

將試驗(yàn)礦樣200g與無煙煤煤粉按一定比例（無煙煤與礦樣質(zhì)量比）混勻后，加入鐵罐中，待SX2-10-13型馬弗爐內(nèi)溫度達(dá)到預(yù)設(shè)溫度后，將裝有反應(yīng)物的鐵罐放入爐內(nèi)反應(yīng)一定時(shí)間，焙燒產(chǎn)物經(jīng)水淬冷卻、烘干，用XMQ-67型磨機(jī)磨礦（磨礦濃度為60%），CXG-99型磁選管磁選，后將精礦造球，并氧化焙燒，考查氧化焙燒時(shí)間和焙燒溫度對(duì)脫砷效果的影響。

結(jié)束語

總之，上文通過磨礦一強(qiáng)磁選試驗(yàn)的方法對(duì)于褐鐵礦提鐵脫砷試驗(yàn)進(jìn)行了分析研究，對(duì)于鐵的質(zhì)量水平有著重要的作用。

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