朱德慶，薛鈺霄，潘 建，周仙霖(.中南大學(xué)資源加工與生物工程學(xué)院，長(zhǎng)沙40083，.武漢科技大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，武漢430083)

高鋁鐵礦和高錳鐵礦共還原行為的研究

朱德慶1，薛鈺霄1，潘 建1，周仙霖2
(1.中南大學(xué)資源加工與生物工程學(xué)院，長(zhǎng)沙410083，2.武漢科技大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，武漢430083)

高鋁鐵礦和高錳鐵礦是兩種儲(chǔ)量豐富但又極難分選的鐵礦資源，實(shí)現(xiàn)鐵、錳、鋁的高效綜合利用具有重要意義.本文研究了這兩種鐵礦石工藝礦物學(xué)，考查了單礦種及兩者的混合礦種的直接還原行為及還原過(guò)程中的礦物組成演變，揭示了相應(yīng)的還原機(jī)理.結(jié)果表明：高鋁鐵礦難還原，其機(jī)理為經(jīng)還原后僅部分鐵氧化物轉(zhuǎn)化為金屬鐵，其余的鐵與鋁、硅礦物形成難還原的鐵橄欖石和鐵尖晶石；高錳鐵礦易還原，其中的鐵氧化物大部分被還原成金屬鐵，錳氧化物與鋁、硅礦物結(jié)合形成錳尖晶石和錳橄欖石，促進(jìn)了鐵氧化物的還原.而且在相同還原條件下，高錳鐵礦球團(tuán)金屬化率比高鋁鐵礦高30個(gè)百分點(diǎn)，前者還原性明顯優(yōu)于后者.兩種礦進(jìn)行共還原，當(dāng)高錳鐵礦配比達(dá)到60%時(shí)，球團(tuán)金屬化率就可大于90%.錳氧化物的存在對(duì)高鋁鐵礦石中鐵氧化物的還原具有顯著的促進(jìn)作用.

高鋁鐵礦；高錳鐵礦；共還原

高鋁鐵礦及高錳鐵礦儲(chǔ)量豐富，但其中各種礦物嵌布粒度微細(xì)，賦存狀態(tài)復(fù)雜，鐵和鋁、鐵和錳有相當(dāng)比例是以類質(zhì)同象存在，難以分離，是典型的復(fù)雜難選鐵礦石資源[1-5].此外，還有一種高鋁含鐵二次資源—赤泥，我國(guó)每年排放赤泥高達(dá)數(shù)百萬(wàn)t，但綜合利用率僅4%[6]；世界錳資源金屬儲(chǔ)量約為6.2億t，我國(guó)儲(chǔ)量高達(dá) 4 400萬(wàn)t，在已勘查的礦床中，鐵含量超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的高鐵錳礦資源占73%[7].因此，研究如何綜合利用高鋁及高錳鐵礦資源對(duì)緩解我國(guó)鋼鐵行業(yè)的壓力及降低對(duì)進(jìn)口礦的依賴度有著重要意義.

高鋁鐵礦因Al2O3含量太高，不能直接用于高爐冶煉鐵水，而配加少量高鋁鐵礦用于燒結(jié)時(shí)，一方面配加比例太低，導(dǎo)致該類資源利用程度極低，另外又會(huì)對(duì)燒結(jié)礦質(zhì)量產(chǎn)生不利影響，增加燃料消耗，影響高爐生產(chǎn).因此，高鋁鐵礦中鐵鋁高效分離是實(shí)現(xiàn)其高效利用的前提.由于常規(guī)物理選礦工藝不能處理該類資源，大多采用火法工藝進(jìn)行分離.但大多數(shù)火法工藝需要加入大量鹽類添加劑，使生產(chǎn)成本大幅度增加，不利于設(shè)備順行[8-13].高錳鐵礦由于鐵和錳的性質(zhì)相近，兩者往往緊密共生或類質(zhì)同象形態(tài)存在，常規(guī)選礦工藝難以實(shí)現(xiàn)鐵、錳分離，較有效的手段是將其作為高爐爐料生產(chǎn)富錳渣，而富錳渣工藝需要以焦炭為燃料和還原劑.隨著焦煤資源的不斷減少，需要配套煉焦工藝以生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)焦炭，但煉焦工藝環(huán)境污染大[14-19].因此，需開(kāi)發(fā)一種具有金屬回收率高、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)的熔融還原工藝，以實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵和鋁、鐵和錳的高效分離，從而達(dá)到對(duì)這兩種資源的高效利用.本文以這兩種鐵礦石為原料，在研究?jī)煞N單礦種物化性能、工藝礦物學(xué)特征及還原行為的基礎(chǔ)上，對(duì)兩種礦的混合礦共還原行為進(jìn)行深入研究，以高錳鐵礦促進(jìn)高鋁鐵礦的還原，為實(shí)現(xiàn)鐵、鋁、錳在熔融還原中的高效分離提供理論依據(jù).

1 原料性能及研究方法

1.1 含鐵原料性能

1.1.1 物化性能

為保證原料的均勻性，兩種鐵礦干燥后破碎至 -1 mm，并充分混勻取樣.兩種鐵礦化學(xué)成分見(jiàn)表1.高鋁鐵礦鐵品位為41.92%，鋁、硅含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))達(dá)13.74%和13.96%；高錳鐵礦鐵品位為42.32%，錳、鋁、硅含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))分別為9.24%、6.60%和4.22%，兩者燒損(LOI)均較大，分別為7.20%和11.05%.兩種鐵礦分別烘干、磨細(xì)到-0.074 mm占80%后備用.

表1 含鐵原料化學(xué)成分分析(質(zhì)量分?jǐn)?shù))

1.1.2 礦物組成及賦存狀態(tài)

兩種鐵礦的XRD分析結(jié)果見(jiàn)圖1.結(jié)果顯示：高鋁鐵礦的礦物組成以赤鐵礦、針鐵礦、高嶺石和三水鋁石為主；高錳鐵礦的礦物組成以赤鐵礦、針鐵礦、軟錳礦、高嶺石和三水鋁石為主.

圖1 試驗(yàn)礦樣X(jué)RD分析結(jié)果Fig.1 XRD patterns of the raw materials

表2為鐵礦主要元素賦存狀態(tài).兩種鐵礦中鐵、鋁、硅的賦存形式相似，鐵均主要賦存于赤鐵礦、針鐵礦中，比例分別達(dá)98.59%和98.87%；鋁均以含鋁硅酸鹽類礦物(高嶺石)和獨(dú)立的鋁礦物(三水鋁石和一水鋁石)為主，兩者三種礦物分布率分別為62.66%和41.36%、26.20%和51.06%及11.14%和41.36%；硅均以硅酸鹽類礦物為主，分布率分別達(dá)94.99%和85.78%，少量為游離的石英.另外，高錳鐵礦中錳以氧化錳為主，分布率達(dá)72.73%，其次為錳鐵礦物(類質(zhì)同象)，達(dá)19.70%.

1.2 還原劑性能

對(duì)試驗(yàn)所用還原劑進(jìn)行工業(yè)分析、灰分成分及軟熔特性分析，結(jié)果見(jiàn)表3、表4.還原劑含固定碳52.12%，揮發(fā)分為30.41%，全硫含量較低，為0.58%，灰分僅4.49%，主要含硅、鈣、鐵、鋁等，具有較高的軟化溫度，達(dá)1 376 ℃，是一種理想的還原劑.還原煤破碎到-3 mm、烘干備用.

表2 原料中主要元素的賦存狀態(tài)及分布(質(zhì)量分?jǐn)?shù))

表3 還原煤工業(yè)分析及其灰分軟熔特性

注：Fcad—空氣干燥基固定碳；Mad—空氣干燥基水分；Ad—干燥基灰分；Vdaf—干燥無(wú)灰基揮發(fā)分；St.ad/%—空氣干燥基全硫.

表4 還原煤灰分成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))

1.3 研究方法

采用豎式電阻爐作為還原設(shè)備，其示意圖見(jiàn)圖2.加熱室內(nèi)徑為80 mm，最高可調(diào)溫度 1 350 ℃，溫控精度±5 ℃，還原罐為φ65 mm×150 mm 的不銹鋼反應(yīng)罐.試驗(yàn)時(shí)首先在圓盤造球機(jī)上制備φ10-12 mm 的鐵礦球團(tuán)(成球性好，無(wú)需添加膨潤(rùn)土)，干燥后備用；每次稱取50g干燥球團(tuán)，按配用量依次裝入1/3還原煤、干燥球團(tuán)和剩余的2/3還原煤，然后把還原罐放入已達(dá)到目標(biāo)溫度的豎式加熱爐中，待升至設(shè)定溫度時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)；還原結(jié)束后，把還原罐取出并立即蓋上煤粉以防止還原球團(tuán)被氧化，冷卻至室溫.

圖2 豎式電阻爐直接還原試驗(yàn)裝置Fig.2 Vertical furnace for direct reduction

檢測(cè)球團(tuán)的全鐵品位及金屬鐵含量，計(jì)算其金屬化率，計(jì)算公式如下：

(1)

式中：mFe為還原產(chǎn)品金屬化率，%；w(Fe)為還原產(chǎn)品金屬鐵含量，%；w(TFe)為還原產(chǎn)品全鐵品位，%.

礦物組成采用日本理學(xué)D/max 2500型X射線衍射儀檢測(cè)，開(kāi)始角度10°，結(jié)束角度80°，步長(zhǎng)0.02°，計(jì)數(shù)時(shí)間0.15 s，CuKα輻射，電壓40 kV，電流250 mA.主要元素賦存狀態(tài)參照相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)采用化學(xué)分析方法測(cè)定.

2 高鋁鐵礦和高錳鐵礦還原行為研究

2.1 單種鐵礦還原行為

考察了直接還原制度對(duì)高鋁鐵礦及高錳鐵礦球團(tuán)金屬化率、礦物組成的影響，包括直接還原溫度、時(shí)間及還原劑用量(以C/Fe比表示，即還原煤與礦物球團(tuán)的質(zhì)量比)的影響.

2.1.1 直接還原溫度的影響

在還原時(shí)間60 min、C/Fe比1.5的條件下調(diào)節(jié)直接還原溫度，結(jié)果見(jiàn)圖3.隨還原溫度的提高，兩種鐵礦球團(tuán)還原行為呈現(xiàn)較大差別，高鋁鐵礦球團(tuán)鐵的金屬化率隨著還原溫度的升高而升高，在還原溫度為 1 050 ℃ 時(shí)，鐵的金屬化率達(dá)到最大值(53.68%)，進(jìn)一步將還原溫度升至 1 100 ℃ 時(shí)，金屬化率反而下降至36.44%.由此表明，高鋁鐵礦難還原；而高錳鐵礦球團(tuán)鐵的金屬化率隨著還原溫度的升高而持續(xù)上升，并在 1 050 ℃ 時(shí)達(dá)到90%以上，繼續(xù)提高還原溫度則鐵的金屬化率趨于平穩(wěn).比較不難發(fā)現(xiàn)，高錳鐵礦球團(tuán)的還原性遠(yuǎn)優(yōu)于高鋁鐵礦球團(tuán).

圖3 直接還原溫度對(duì)還原球團(tuán)金屬化率的影響(還原時(shí)間60 min，C/Fe比1.5)Fig.3 Effect of direct reduction temperature on metallization ratios of the pellets with high-aluminum and high-manganese

圖4 直接還原溫度對(duì)高鋁及高錳鐵礦還原過(guò)程礦物組成的影響(還原時(shí)間60min，C/Fe比1.5)Fig.4 Effects of direct reduction temperature on phase composition of high-aluminum and high-manganese ores in the reduction (60min,C/Fe mass ratio of 1.5)

為揭示高鋁及高錳鐵礦還原行為的差別，對(duì)不同還原溫度下還原后球團(tuán)的礦物組成進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)圖4.在800～ 1 050 ℃ 范圍內(nèi)，隨著還原溫度的升高，高鋁鐵礦及高錳鐵礦球團(tuán)中金屬鐵的特征峰均逐漸增強(qiáng)，浮氏體的峰值隨之減弱直至消失，表明隨還原溫度升高，更多的鐵氧化物被還原成金屬鐵，但800～900 ℃時(shí)，高鋁鐵礦球團(tuán)中始終有少量磁鐵礦特征峰，高錳鐵礦球團(tuán)中則沒(méi)有，進(jìn)一步說(shuō)明前者鐵氧化物還原難度大；當(dāng)還原溫度達(dá)到 1 100 ℃ 時(shí)，高鋁鐵礦球團(tuán)中的金屬鐵的峰值反而下降，更多的鐵橄欖石和鐵尖晶石出現(xiàn)，說(shuō)明還原溫度過(guò)高時(shí)鐵氧化物更多地轉(zhuǎn)化為難還原的鐵橄欖石和鐵尖晶石，從而阻礙鐵氧化物進(jìn)一步還原.而高錳鐵礦球團(tuán)在 1 100 ℃ 還原時(shí)鐵錳橄欖石特征峰被錳橄欖石取代，表明升高還原溫度時(shí)氧化錳礦物的存在進(jìn)一步促進(jìn)了鐵礦物的還原.

2.1.2 直接還原時(shí)間的影響

在還原溫度1 050 ℃、C/Fe比1.5的條件下考察還原時(shí)間對(duì)高鋁鐵礦及高錳鐵礦球團(tuán)鐵的金屬化率的影響，結(jié)果見(jiàn)圖5.當(dāng)還原時(shí)間從15 min延長(zhǎng)至30 min時(shí)，高鋁鐵礦球團(tuán)鐵的金屬化率提高較明顯，繼續(xù)延長(zhǎng)還原時(shí)間，金屬化率緩慢上升，還原時(shí)間為90 min時(shí)，其金屬化率為62.72%，還原時(shí)間延長(zhǎng)至120 min時(shí)，鐵的金屬化率僅66.49%，遠(yuǎn)低于高品位鐵精礦球團(tuán).可見(jiàn)高鋁鐵礦球團(tuán)中鐵氧化物難還原.而高錳鐵礦球團(tuán)在還原時(shí)間僅為15 min時(shí)，其金屬化率即達(dá)79.83%，延長(zhǎng)至30 min時(shí)，即超過(guò)90%，繼續(xù)延長(zhǎng)還原時(shí)間則鐵的金屬化率變化不大.在相同還原條件下，高錳鐵礦還原球團(tuán)鐵的金屬化率比高鋁鐵礦高30個(gè)百分點(diǎn)以上，表明高錳鐵礦球團(tuán)中的鐵氧化物較易被還原.

圖5 直接還原時(shí)間對(duì)還原球團(tuán)金屬化率的影響(還原溫度1050℃，C/Fe比1.5)Fig.5 Effects of direct reduction time on metallization ratio of the pellets of high-aluminum and high-manganese iron ores (1 050 ℃, C/Fe mass ratio of 1.5)

不同還原時(shí)間條件下高鋁及高錳鐵礦還原球團(tuán)中的礦物組成見(jiàn)圖6.結(jié)果表明，當(dāng)還原時(shí)間從 15 min 延長(zhǎng)至30 min，高鋁鐵礦球團(tuán)中金屬鐵的衍射峰逐漸增強(qiáng)，鐵橄欖石和鐵尖晶石的峰值有所減弱，浮氏體特征峰消失，說(shuō)明有更多的鐵礦物被還原，金屬化率升高.延長(zhǎng)還原時(shí)間至60 min時(shí)，各礦物衍射峰強(qiáng)度變化不大，仍有鐵橄欖石和鐵尖晶石存在，進(jìn)一步說(shuō)明了高鋁鐵礦難還原，可能是高鋁含量對(duì)鐵氧化物還原不利.而高錳鐵礦較易還原，還原15 min時(shí)就有大量金屬鐵生成.還原時(shí)間延長(zhǎng)至60 min時(shí)，金屬鐵的峰值繼續(xù)增強(qiáng)，鐵橄欖石和鐵尖晶石被錳橄欖石和錳尖晶石取代，鐵錳氧化物的特征峰則被MnO取代，說(shuō)明鐵氧化物被進(jìn)一步還原成金屬鐵，錳的存在可能對(duì)鐵氧化物還原具有促進(jìn)作用.

圖6 直接還原時(shí)間對(duì)高鋁及高錳鐵礦還原過(guò)程物相變化的影響(還原溫度1 050 ℃，C/Fe比1.5)Fig.6 Effects of direct reduction time on phase composition of high-aluminum and high-manganese ores in the reduction (1 050 ℃,C/Fe mass ratio of 1.5)

2.1.3 還原劑用量的影響

還原劑用量對(duì)球團(tuán)鐵的金屬化率的影響見(jiàn)圖7.對(duì)于高鋁鐵礦，C/Fe比增加時(shí)，鐵的金屬化率略有提高，但總體來(lái)說(shuō)依舊偏低，最佳值僅62.72%，可見(jiàn)增加還原劑用量并不能改善高鋁鐵礦的還原.而當(dāng)C/Fe比從0.5提高至1.0時(shí)，高錳鐵礦還原球團(tuán)鐵的金屬化率即從87.14%升至91.26%，繼續(xù)增加還原劑用量則變化不大.在相同還原條件下，其金屬化率遠(yuǎn)高于高鋁鐵礦.

圖7 C/Fe比對(duì)還原礦金屬化率的影響(還原溫度1 050 ℃，還原時(shí)間90 min)Fig.7 Effects of C/Fe mass ratio on metallization ratio of the pellets (1 050 ℃ for 90 min)

由上述還原制度優(yōu)化結(jié)果可知，高鋁鐵礦難以還原，在最佳條件下僅能獲得金屬化率為62.72%的還原球團(tuán)，未被還原的鐵礦物與鋁、硅礦物結(jié)合形成難還原的鐵尖晶石和鐵橄欖石，阻礙了鐵的進(jìn)一步還原.相比于高鋁鐵礦，高錳鐵礦還原性能較優(yōu)，在較短還原時(shí)間內(nèi)即可獲得金屬化率超過(guò)90%的還原球團(tuán)，錳氧化物與鋁、硅礦物結(jié)合形成錳尖晶石和錳橄欖石，促進(jìn)了鐵氧化物的還原.

2.2 高鋁鐵礦和高錳鐵礦共還原行為

鑒于高錳鐵礦還原性能優(yōu)于高鋁鐵礦，因此考慮利用高錳鐵礦強(qiáng)化高鋁鐵礦的還原，考察這兩種鐵礦石混合后的共還原行為.表5為不同高錳鐵礦配比條件下混勻礦的主要成分的理論計(jì)算值，當(dāng)高錳鐵礦配比為60%時(shí)，混勻料中TMn含量提高至6.67%，Al2O3和SiO2分別降低至10.45%和8.97%，但仍比普通鐵礦石高.

表5 高錳鐵礦配比對(duì)混合礦主要成分的影響(質(zhì)量分?jǐn)?shù))*

*扣除燒損

基于前述研究結(jié)果，設(shè)定共還原溫度為 1 050 ℃、還原時(shí)間 30～120 min，考察不同高錳鐵礦配比對(duì)高鋁鐵礦還原效果的影響，結(jié)果見(jiàn)圖8.隨高錳鐵礦配比的提高，金屬化率明顯上升，同時(shí)延長(zhǎng)還原時(shí)間有利于金屬化率的提高，當(dāng)還原時(shí)間超過(guò)90 min后則變化不明顯.當(dāng)高錳鐵礦配比為60%、還原溫度 1 050 ℃、還原時(shí)間90 min時(shí)，球團(tuán)金屬化率達(dá)90%以上.

圖8 高錳鐵礦配比對(duì)還原球團(tuán)金屬化率的影響(還原溫度1 050 ℃， C/Fe比1.5)Fig.8 Effects of ratio of high-manganese iron ore on metallization ratio of the pellets (1 050 ℃, C/Fe ratio of 1.5)

不同配比高錳鐵礦還原球團(tuán)的XRD結(jié)果見(jiàn)圖9.高鋁鐵礦還原后僅部分鐵礦物被還原成金屬鐵，鐵尖晶石和鐵橄欖石的衍射峰明顯，說(shuō)明大量鐵礦物與鋁、硅礦物結(jié)合；隨高錳鐵礦配比的提高，鐵橄欖石和鐵尖晶石特征峰的強(qiáng)度減弱，當(dāng)高錳鐵礦配比為40%時(shí)，鐵橄欖石特征峰被錳鐵橄欖石取代，說(shuō)明隨原料中錳含量的提高，部分錳與鐵橄欖石反應(yīng)，將鐵置換出來(lái)，強(qiáng)化了還原效果；繼續(xù)增加高錳鐵礦配比至60%時(shí)，雜質(zhì)礦物仍以鐵尖晶石和錳鐵橄欖石為主，但含量較低；高錳鐵礦配比為80%時(shí)，錳鐵橄欖石的特征峰消失，出現(xiàn)錳橄欖石的特征峰，同時(shí)鐵尖晶石的特征峰被錳尖晶石取代，較高錳鐵礦配比為60%時(shí)的鐵尖晶石峰值弱，說(shuō)明更多的鐵礦物被還原；當(dāng)全部為高錳鐵礦時(shí)，出現(xiàn)少量氧化亞錳特征峰，鐵尖晶石特征峰十分微弱.

圖9 不同高錳鐵礦配比下還原球團(tuán)XRD檢測(cè)結(jié)果(還原溫度1 050 ℃，還原時(shí)間90 min， C/Fe比1.5)Fig.9 XRD results of the pellets with different ratios of high-manganese iron ore (1 050 ℃, 90 min, C/Fe ratio of 1.5)

綜上，采用高錳鐵礦與高鋁鐵礦的混合礦進(jìn)行共還原時(shí)，高錳鐵礦中的錳氧化物可有效地促進(jìn)鐵尖晶石和鐵橄欖石的分解，將FeO置換出來(lái)，提高其活度，從而強(qiáng)化了高鋁鐵礦的還原.

3 結(jié) 論

(1)高鋁鐵礦鐵品位為41.92%，鋁、硅含量高達(dá)13.74%和13.96%；高錳鐵礦鐵品位為42.32%，錳、鋁、硅含量分別為9.24%、6.60%和4.22%.高鋁鐵礦及高錳鐵礦中鐵、鋁、硅的賦存形式相似，鐵均主要賦存于赤鐵礦、針鐵礦中，鋁均以含鋁硅酸鹽類礦物(高嶺石)和獨(dú)立的鋁礦物(三水鋁石和一水鋁石)為主，硅均以硅酸鹽類礦物為主，少量為游離的石英，而高錳鐵礦中錳主要賦存于軟錳礦，以氧化錳為主.

(2)單種鐵礦直接還原行為研究表明：高鋁鐵礦遠(yuǎn)比高錳鐵礦難還原.高鋁鐵礦球團(tuán)經(jīng)還原后部分鐵氧化物轉(zhuǎn)化為金屬鐵，其余則與雜質(zhì)礦物形成難還原的鐵橄欖石和鐵尖晶石，表明高鋁含量不利于鐵氧化的還原.高錳鐵礦中鐵氧化物大部分可被還原成金屬鐵，錳氧化物與鋁、硅礦物結(jié)合形成錳尖晶石和錳橄欖石，表明錳的存在促進(jìn)了鐵氧化物的還原.

(3)高鋁鐵礦與高錳鐵礦的混合礦共還原行為研究表明：高錳鐵礦能促進(jìn)高鋁鐵礦的還原，隨著高錳鐵礦配比的提高，球團(tuán)中鐵的金屬化率明顯提高.當(dāng)高錳鐵礦配比達(dá)到60%時(shí)，球團(tuán)中鐵的金屬化率就可達(dá)到90%以上.進(jìn)一步表明錳氧化物的存在促進(jìn)高鋁鐵礦中鐵氧化物的還原.

[1]Raghukumar C, Kumar Tripathy S, Mohanan S. Beneficiation of Indian high alumina iron ore fines-a case study[J]. International Journal of Mining Engineering and Mineral Processing, 2012, 1(2): 94-100.

[2]春鐵軍.低品位微細(xì)粒赤鐵礦高效富集技術(shù)及機(jī)理研究[D]. 中南大學(xué), 2010. (Chun Tiejun. Study on the process and mechanism of effective beneficiation on the superfine low grade Hematite[D]. Central South University, 2010.)

[3]Das B, Prakash S, Das S K,etal. Effective beneficiation of low grade iron ore through jigging operation[J]. Journal of Minerals & Materials Characterization & Engineering, 2008, 07(1): 27-37.

[4]Rao K H, Narasimhan K S. Selective flocculation applied to Barsuan iron ore tailings[J]. International Journal of Mineral Processing, 1985, 14(1): 67-75.

[5]張涇生, 周光華. 我國(guó)錳礦資源及選礦進(jìn)展評(píng)述[J]. 中國(guó)錳業(yè), 2006, 24: 1-5. (Zhang Jingsheng, Zhou Guanghua. A review of manganese ore resources in China and its processing technology progress[J]. China’s Manganese Industry, 2006, 24: 1-5.)

[6]工業(yè)和信息化部, 科技技術(shù)部. 赤泥綜合利用指導(dǎo)意見(jiàn)[CP/OL]. (2010-11-26)[2016-04-01]. http://www.miit.gov.cn/n11293472/n11293832/n11294042/n11302360/13644816.html. (Ministry of industry and information technology, Ministry of science and technology. Guidance on the comprehensive utilization of red mud[CP/OL]. (2010-11-26)[2016-04-01]. http://www.miit.gov.cn/n11293472/n 11293832/n11294042/n11302360/13644816.html.)

[7] Geological Survey U S. Mineral commodity summaries 2016[G]. Reston, Virginia: U.S. Geological Survey, 2016.

[8]李光輝, 劉牡丹, 姜濤, 等.高鋁鐵礦石工藝礦物學(xué)特征及鋁鐵分離技術(shù)[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2009, 40(5): 1165-1171. (Li Guanghui, Liu Mudan, Jiang Tao,etal. Mineralogy characteristics and separation of aluminum and iron of high-aluminum iron ores[J]. Journal of Central South University( Science and Technology), 2009, 40(5): 1165-1171.)

[9]Chun T J, Zhu D Q, Pan J,etal. Preparation of metallic iron powder from red mud by sodium salt roasting and magnetic separation[J]. Canadian Metallurgical Quarterly, 2014, 53(2): 183-189.

[10]梅賢功.高鐵三水鋁礦拜耳法溶出及赤泥直接還原工藝與理論研究[D].中南工業(yè)大學(xué)中南大學(xué), 1993. (Mei Xiangong. Study on the technology and theory of Bayer digestion process of high-iron gibbsitic bauxite and direct reduction of red mud [D]. Central South University of Technology Central South University, 1993.)

[11]Chun T, Zhu D, Pan J,etal. Recovery of alumina from magnetic separation tailings of red mud by Na2CO3solution leaching[J]. Metallurgical & Materials Transactions B, 2014, 45(3): 827-832.

[12]Zhu D Q, Chun T J, Pan J,etal. Recovery of iron from high-iron red mud by reduction roasting with adding sodium salt[J]. Journal of Iron & Steel Research International, 2012, 19(8): 1-5.

[13]Zhou X, Zhu D, Pan J,etal. Upgrading of high-aluminum hematite-limonite ore by high temperature reduction-wet magnetic separation process[J]. Metals, 2016, 6(3): 57.

[14]黃柱成, 柴斌, 趙鵬, 等. 高鐵錳礦直接還原及其還原行為[J]. 中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2014, (01): 9-15. (Huang Zhucheng, Chai Bin, Zhao Peng,etal. Reduction of high iron content manganese ore and its mechanism [J]. Journal of Central South University (Science and Technology), 2014, (01): 9-15.)

[15]徐棟梁. 高結(jié)晶水錳礦粉球團(tuán)還原冶煉高碳錳鐵合金工藝及機(jī)理研究[D].中南大學(xué), 2009. (Xu Dongliang. Investigation on technology and mechanism of high carbon ferromanganese alloys by pelletization-reducing smelting process using manganese ore fines containing high combined water [D]. Central South University, 2009.)

[16]Zhang H, Zhu G, Yan H,etal. Reduction of low-grade manganese dioxide ore pellets by biomass wheat stalk[J]. Acta Metallurgica Sinica (English Letters), 2013, 26(2): 167-172.

[17]黃柱成, 趙鵬, 姜濤, 等. 某高鐵錳礦煤基直接還原—磁選試驗(yàn)研究[J]. 金屬礦山, 2012 (3): 74-77. (Huang Zhucheng, Zhao Peng, Jiang Tao,etal. Process for coal-based direct reduction and magnetic separation of a high-iron manganese ore [J]. Metal Mine, 2012 (3): 74-77.)

[18]Zhu D, Yu W, Zhou X,etal. Strengthening pelletization of manganese ore fines containing high combined water by high pressure roll grinding and optimized temperature elevation system[J]. Journal of Central South University, 2014, 21(9): 3485-3491.

[19]朱德慶, 徐棟梁, 潘建, 等.高結(jié)晶水錳礦粉制備高性能球團(tuán)研究[J].鋼鐵, 2009, 44(5): 11-15. (Zhu Deqing, Xu Dongliang, Pan Jian,etal. Study on high properties pellets produced by manganese ore fines containing high combined water [J]. Iron and Steel, 2009, 44(5): 11-15.

Research on co-reduction of high-manganese and high-aluminum iron ores

Zhu Deqing1, Xue Yuxiao1, Pan Jian1, Zhou Xianlin2

(1.School of Minerals Processing and Bioengineering, Central South University, Changsha 410083, China;2. School of Resource and Environmental Engineering, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430083, China)

It is of great significance to realize the efficiently and comprehensively utilization of iron, manganese and aluminum from extremely refractory high-aluminum iron ores and high-manganese iron ores with abundant reserves. Aimed at the two types of low grade refractory iron ores, mineralogical characteristics were studied. The direct reduction behaviors and evolution of mineral compositions of single iron ores and their blended ones were analyzed, and the corresponding reduction mechanisms were demonstrated. The results showed that high-aluminum iron ore possesses poor reducibility because only part of the iron oxides are reduced to metallic iron with a lower metallization degree after reduction, while the other react with aluminum and silicon to form fayalite and hercynite which are difficult to be reduced. For the high-manganese iron ore, better reducibility is achieved because most of the iron oxides can be reduced to metallic iron with high metallization degree and manganese oxides are combined with aluminum-silicate minerals to form galaxite and tephroite, promoting the reduction of iron oxides. Under the same conditions for reduction, the metallization degree of the high-manganese iron ore pellets is higher by 30% than that of high-aluminum iron ore pellets. Co-reduction of the blends of the two types of iron ores demonstrated that the metallization degree of the pellets could be more than 90% at the ratio of 60% high-manganese iron ore in the pellet feed, which proves that manganese oxides can obviously promote the reduction of iron oxides in high-alumina iron ores.

high-aluminum iron ore; high-manganese iron ore; co-reduction

10.14186/j.cnki.1671-6620.2017.01.001

TD 981

A

1671-6620(2017)01-0001-07