莊 濤 黃武勝

（1.中國(guó)瑞林工程技術(shù)股份有限公司；2.中鋼設(shè)備有限公司）

高磷鮞狀鐵礦是世界性的難選鐵礦石，其鮞狀構(gòu)造，層層包裹，粒度微細(xì)，磷含量高且與鐵礦石共生緊密，不利于礦石的單體解離，選別難度極大，包括中國(guó)在內(nèi)的多個(gè)國(guó)家目前蘊(yùn)藏的類似高磷鮞狀鐵礦資源超過數(shù)十億噸。針對(duì)高磷鮞狀鐵礦的特點(diǎn)，目前提鐵降磷的工藝主要有磁選、浮選、焙燒、酸浸、微生物浸出、直接還原及其組合工藝等。經(jīng)過多年的選礦試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐，傳統(tǒng)的磁選、重選和浮選及其組合工藝都較難獲得合格產(chǎn)品，不僅降磷的效果不理想，選別指標(biāo)也不理想，難以達(dá)到資源的充分回收利用［1-3］。

國(guó)外某高磷鮞狀鐵礦屬于難選鐵礦石，為了盡快開發(fā)利用這一戰(zhàn)略資源，降低該國(guó)對(duì)海外進(jìn)口鐵礦石的依賴，促進(jìn)國(guó)家邊境地區(qū)的發(fā)展，對(duì)該礦同時(shí)開展了多種工藝流程的試驗(yàn)研究，以達(dá)到提鐵降磷的目標(biāo)。

1 礦石性質(zhì)

根據(jù)礦區(qū)地質(zhì)資源的分布特點(diǎn)，試驗(yàn)確定了多種試驗(yàn)礦樣，該研究主要選取占主要礦量的試樣為研究對(duì)象，并從常規(guī)選礦工藝、化學(xué)選礦、磁化焙燒、直接還原工藝進(jìn)行論述，并分析各自的優(yōu)缺點(diǎn)。原礦多元素及鐵、磷物相分析結(jié)果見表1～表3。

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由表1可知，原礦是以鐵礦物為主的鐵礦石，其他有用元素含量較低；有害雜質(zhì)硫含量較低，雜質(zhì)硅、鋁、磷含量較高，ω（CaO+MgO）/ω（SiO2+Al2O3）=0.274，為酸性鐵礦石。

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由表2可知，原礦中有用鐵礦物主要是磁鐵礦、假象赤鐵礦和赤褐鐵礦，其他鐵礦物含量較低，原礦中磁鐵礦之中的鐵分布率為51.78%。

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由表3可知，原礦中的磷主要以磷酸鹽中的磷和鐵礦物中的磷存在，鐵礦物中的磷分布率占43.04%，這部分磷很難剔除，會(huì)進(jìn)入最終的鐵精礦中。

礦石中的金屬礦物主要有磁鐵礦、赤鐵礦、假象赤鐵礦、磁赤鐵礦、褐鐵礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦等；脈石礦物主要有鮞綠泥石、磷灰石、膠磷礦、石英、黏土、碳酸鹽（方解石、菱鐵礦）、輝石、透閃石等。

對(duì)礦樣中的磁鐵礦鮞粒和赤鐵礦鮞粒進(jìn)行電鏡面掃描和線掃描。由掃描電子圖像可看出，鮞粒中鐵礦物與脈石呈圈層狀互嵌，兩者關(guān)系緊密，不易解離；由線掃描電子圖像可以看出Fe、P緊密共生，隨著Fe元素出現(xiàn)的頻率增大，P也同步升高，2種元素關(guān)系密切。磁鐵礦鮞粒和赤鐵礦鮞粒掃描圖像見圖1。

2 試驗(yàn)室小型試驗(yàn)研究

2.1 常規(guī)選礦工藝試驗(yàn)

試驗(yàn)采用傳統(tǒng)和成熟的鐵礦石選別工藝，對(duì)原礦進(jìn)行磨礦、弱磁選、強(qiáng)磁選、重選、浮選等選別工藝研究，分別對(duì)不同磨礦細(xì)度、弱磁與強(qiáng)磁的磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁選作業(yè)段數(shù)及浮選作業(yè)藥劑等作業(yè)參數(shù)進(jìn)行研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，由于礦石的特殊結(jié)構(gòu)，采用強(qiáng)磁、重選和浮選提鐵降磷的效果并不明顯，最終確定了階段磨礦、階段弱磁選工藝，試驗(yàn)流程見圖2，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

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由表4可知，最終鐵精礦品位達(dá)到了要求，但其磷含量高達(dá)17.61%，而且鐵回收率也僅有44.66%，資源綜合利用率較差，說明常規(guī)選礦工藝無法有效處理該種鐵礦石。

2.2 化學(xué)選礦工藝試驗(yàn)

采用常規(guī)的選別工藝將鐵精礦初步富集，富集后的弱磁粗精礦經(jīng)過焙燒后，礦物的組成變得較為單一，磁鐵礦幾乎全部轉(zhuǎn)化為赤鐵礦，礦石產(chǎn)生了明顯裂隙。磁鐵礦轉(zhuǎn)化為赤鐵礦的過程會(huì)吸收空氣中的氧氣，反應(yīng)會(huì)使其晶體構(gòu)造發(fā)生變化，產(chǎn)生裂隙；隨著溫度的升高，礦石熱脹冷縮也會(huì)產(chǎn)生裂隙；部分碳酸鹽礦物在灼燒時(shí)發(fā)生炸裂，也會(huì)產(chǎn)生裂隙。裂隙的產(chǎn)生大大促進(jìn)了浸出的效率，有利于將脈石從礦物中溶出，達(dá)到提鐵降磷的目的。

試驗(yàn)首先通過磨礦細(xì)度試驗(yàn)、強(qiáng)弱磁聯(lián)合試驗(yàn)確定了最佳磨礦條件和磁選選別工藝。在磨礦細(xì)度-0.074 mm67.5%的條件下，通過2次弱磁選可得到鐵品位62.63%，磷品位0.51%，鐵回收率68.29%的弱磁粗精礦；弱磁尾礦經(jīng)2次強(qiáng)磁選后可得到鐵品位51.16%，磷品位0.813%，鐵回收率8.40%的強(qiáng)磁粗精礦；然后分別對(duì)弱磁粗精礦和強(qiáng)磁粗精礦進(jìn)行直接浸出。

由于強(qiáng)磁粗精礦和弱磁粗精礦的降磷效果均不理想，進(jìn)行了磁粗精礦焙燒試驗(yàn)，高溫焙燒使得礦物產(chǎn)生了更大的裂隙，增加了浸出劑與磷的接觸，提高了降磷效果。通過條件試驗(yàn)確定了弱磁精礦和強(qiáng)磁精礦分別在900℃進(jìn)行焙燒后再磨至-0.053 mm66.37%時(shí)進(jìn)行浸出。弱磁粗精礦浸出獲得了鐵品位64.57%，磷品位0.143%，鐵回收率61.08%的試驗(yàn)結(jié)果；強(qiáng)磁粗精礦浸出試驗(yàn)雖然取得了較好的降磷效果，但由于其鐵品位較低，達(dá)不到合格鐵精礦的要求，因此強(qiáng)磁粗精礦不作為產(chǎn)品，不采用強(qiáng)磁選工藝。試驗(yàn)最終確定的試驗(yàn)流程為磨礦+弱磁選+焙燒+再磨+浸出工藝流程，試驗(yàn)流程見圖3，試驗(yàn)結(jié)果見表5。由表5可知，化學(xué)選礦工藝雖能獲得合格鐵、磷品位的精礦，但鐵回收率偏低。

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2.3 磁化焙燒工藝試驗(yàn)

預(yù)氧化—蓄熱還原—再氧化磁化焙燒新技術(shù)是首先將礦石在快速懸浮流動(dòng)態(tài)和氧化氣氛下加熱，使礦石中的鐵礦物（Fe2O3、FeCO3、Fe2O3·nH2O）全部氧化為赤鐵礦（Fe2O3），然后依靠氣力輸送方式使礦石快速通過體積較小的還原爐腔，懸浮態(tài)下利用礦石自身儲(chǔ)蓄熱量在還原氣氛下使Fe2O3還原為Fe3O4，最后進(jìn)入冷卻腔，通過控制溫度和氣氛使Fe3O4全部或部分氧化為強(qiáng)磁性γ-Fe2O3，并釋放出大量潛熱，回收后實(shí)現(xiàn)熱量的高效循環(huán)利用［3-4］。磁化焙燒熟料經(jīng)磨礦—磁選—浮選等聯(lián)合工藝最終獲得合格的鐵精礦。

試驗(yàn)進(jìn)行了焙燒溫度、焙燒時(shí)間、氣氛特征（還原介質(zhì)、還原濃度、氣體流量等）等條件試驗(yàn)；確定了最佳的操作參數(shù)與對(duì)應(yīng)的指標(biāo)范圍，查清了各影響因素與分選指標(biāo)的變化規(guī)律；分析焙燒產(chǎn)品化學(xué)成分、鐵化學(xué)物相等，確定了焙燒產(chǎn)品的磁選流程參數(shù)，分析了磁選產(chǎn)品的化學(xué)成分、粒度組成、鐵化學(xué)物相、沉降特性等。

在預(yù)氧化溫度1 050℃下，浸出精礦中的磷含量能降至0.2%以下，同時(shí)對(duì)比不同預(yù)氧化溫度750℃和1 050℃時(shí)的浸出精礦發(fā)現(xiàn)，浸出精礦的磷含量與鐵品位大致呈正相關(guān)性，即磷含量低，其精礦鐵品位也低，浸出精礦磷含量降低至0.2%以下時(shí)，其鐵品位很難升至65%以上。通過磁化焙燒工藝，結(jié)合磨礦—磁選—浸出等聯(lián)合工藝流程，可獲得鐵品位63.90%、含磷0.17%的合格鐵精礦，鐵回收率達(dá)93.19%。磁化焙燒試驗(yàn)工藝見圖4，試驗(yàn)結(jié)果見表6。

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表6 可知，高磷鮞狀赤鐵礦通過磁化焙燒、磁選、浸出等工藝后，可有效降低鐵精礦中的磷含量，達(dá)到了提鐵降磷的效果。

2.4 預(yù)直接還原工藝（PDRI）

直接還原工藝有別于其他選別工藝，其采用選冶聯(lián)合工藝，在高溫環(huán)境下通過還原媒介將鐵氧化物直接還原至金屬鐵，在同樣的環(huán)境下高磷礦物與降磷劑反應(yīng)，鮞狀結(jié)構(gòu)已完全被破壞，在鐵顆粒長(zhǎng)大的過程中磷分散到了脈石中，經(jīng)磨礦磁選后，實(shí)現(xiàn)金屬鐵與脈石的分離，同時(shí)實(shí)現(xiàn)金屬鐵與磷的分離，從而得到了優(yōu)質(zhì)直接還原鐵［5］。預(yù)直接還原化學(xué)式為

試驗(yàn)進(jìn)行了還原劑、降磷劑、還原劑和降磷劑配比、還原溫度、磨礦細(xì)度和磁選強(qiáng)度條件試驗(yàn)。試驗(yàn)確定秸稈炭為還原劑，用量12.5%；CaCO3為脫磷劑，用量25%；焙燒溫度1 200℃；一段磨細(xì)度-0.074 mm56.41%，磨礦濃度67%；一段磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度143.31 kA/m；二段磨礦細(xì)度-0.045 mm72.25%；二段磁場(chǎng)強(qiáng)度87.58 kA/m。在該試驗(yàn)條件下，可獲得鐵品位95.91%、磷含量0.077%、鐵回收率89.10%的粉末還原鐵，其他雜質(zhì)含量均很低。試驗(yàn)流程見圖5，試驗(yàn)結(jié)果見表7。

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試驗(yàn)效果表明，直接還原工藝能夠較好的處理高磷鮞狀鐵礦，采用較為高效、環(huán)保的技術(shù)手段將P的含量降到合格產(chǎn)品的要求范圍內(nèi)，雖在全世界范圍此工藝沒有生產(chǎn)案例，但是在其他礦種已有工業(yè)應(yīng)用的先例。

2.5 各種工藝優(yōu)缺點(diǎn)分析

各工藝的優(yōu)缺點(diǎn)分析結(jié)果見表8。

3 結(jié)語

國(guó)外某高磷鮞狀鐵礦通過不同工藝的試驗(yàn)結(jié)果表明，高磷鮞狀鐵礦由于其獨(dú)特的鮞核結(jié)構(gòu)，部分磷均勻地分布在鐵礦物中，而且與鐵礦的關(guān)系緊密，采用傳統(tǒng)的選礦工藝無法獲得較好的工藝指標(biāo)；化學(xué)選礦工藝雖能獲得合格鐵、磷品位的精礦，但鐵回收率偏低，試驗(yàn)采用酸性浸出，環(huán)境治理成本較高，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)高；磁化焙燒工藝在精礦品位和回收率上均獲得了較好的指標(biāo)，也充分體現(xiàn)了其在難選低磷鐵礦上的優(yōu)勢(shì)，但由于精礦中富集了部分磷，必須采用酸性浸出來降低磷含量，勢(shì)必產(chǎn)生環(huán)境治理的成本，存在一定的風(fēng)險(xiǎn)；直接還原工藝直接將鐵礦物還原為海綿鐵，在降磷劑的作用下進(jìn)一步降低了雜質(zhì)磷的含量，雖工藝較為復(fù)雜，生產(chǎn)成本較高，但提鐵降磷效果明顯，為該類礦產(chǎn)資源地開發(fā)提供了有效的工藝路線。同時(shí)，試驗(yàn)室小型試驗(yàn)結(jié)果為后續(xù)的半工業(yè)試驗(yàn)提供了技術(shù)方向，為礦山的資源回收利用提供了理論指導(dǎo)和基礎(chǔ)。

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