韋 東 郭 澤 張鵬飛 路漫漫 張漢泉

(1.武鋼資源集團(tuán)有限公司,湖北 武漢 430082;2.武漢工程大學(xué)資源與安全工程學(xué)院,湖北 武漢 430073)

鄂西高磷鮞狀赤鐵礦為典型“寧鄉(xiāng)式”沉積型鐵礦,探明儲(chǔ)量20多億t,其最大特征是礦石具有鮞狀結(jié)構(gòu),且雜質(zhì)含量高,赤鐵礦與磷灰石呈鮞粒層狀結(jié)構(gòu)嵌布[1-3]。鮞狀赤鐵礦的鐵品位與鮞粒數(shù)量相關(guān),鮞粒多則礦石鐵品位高,鮞粒中的主要成分為赤鐵礦、菱鐵礦與磷灰石等[4]。工藝礦物學(xué)研究表明鮞粒一般呈橢圓狀、介殼狀,粒度一般在0.6 mm以下[5-6],鮞粒中的赤鐵礦和磷灰石層厚度僅為幾個(gè)微米,造成鐵礦物與脈石礦物單體解離困難,且在磨礦過程中易產(chǎn)生泥化現(xiàn)象[7]。正是由于高磷鮞狀赤鐵礦的特殊結(jié)構(gòu),使得該類鐵礦石一直得不到有效利用,目前屬于國內(nèi)極難選的鐵礦石之一。隨著國內(nèi)優(yōu)質(zhì)鐵礦資源的日益枯竭,我國的鐵礦石進(jìn)口量和對(duì)外依存度不斷上升,如何開發(fā)利用國內(nèi)難處理鐵礦,提高國內(nèi)鐵礦石自給率成為擺在選礦研究者面前的一道難題。

針對(duì)高磷鮞狀赤鐵礦綜合利用,國內(nèi)外選礦研究者做了大量的工作,采用的選別方法主要有重選、磁選、浮選、選擇性絮凝和濕法冶金等,這些方法具有成本高、脫磷率低和鐵損失率大等缺點(diǎn)[8-12]。磁化焙燒—磁選是利用難處理弱磁性鐵礦最常用的方法,其主要機(jī)理是將弱磁性鐵礦物在還原氣氛下焙燒,鐵礦物由弱磁性礦物轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)磁性的Fe3O4,而脈石礦物磁性則變化不大,后續(xù)再通過弱磁選手段分離[13]。由于高磷鮞狀赤鐵礦鮞粒中鐵礦物的鮞環(huán)厚度薄,且與磷灰石交替鑲嵌在一起,因此在使用磁化焙燒工藝處理該類礦石時(shí),極易出現(xiàn)“過還原”或“欠還原”的現(xiàn)象,即鮞粒外層赤鐵礦被還原為無磁性的浮氏體,內(nèi)部赤鐵礦仍未還原為Fe3O4。本文采用煤基磁化焙燒工藝,對(duì)鄂西高磷鮞狀赤鐵礦進(jìn)行提鐵試驗(yàn)研究,通過磁化焙燒溫度、焙燒時(shí)間、還原劑用量和磨礦細(xì)度條件試驗(yàn)和磁選流程試驗(yàn),為使用磁化焙燒—磁選工藝低成本利用傳統(tǒng)焙燒和強(qiáng)磁技術(shù)無法處理的極難選鮞狀赤鐵礦提供了理論支撐和技術(shù)參考。

1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)原料取自鄂西武鋼恩施鐵礦涼水井—大莊礦區(qū),破碎至-2 mm進(jìn)行磁化焙燒試驗(yàn),原料主要化學(xué)成分和鐵物相分析結(jié)果見表1及表2。磁化焙燒所用的還原劑為煙煤,工業(yè)分析數(shù)據(jù)見表3。

表3 還原劑的工業(yè)分析結(jié)果Table 3 The results of industrial analysis of reducing agent %

由表1可以看出,原料鐵品位為47.71%,無法直接作為高爐爐料使用,需要通過選礦手段來提高鐵品位,有害成分磷的含量高達(dá)0.874%,不利于后續(xù)冶煉。原料磁性率m(TFe)/m(FeO)為11.10,鐵礦物主要賦存于赤鐵礦中,脈石組分主要為SiO2、Al2O3、CaO,含量分別為10.96%、4.93%、5.52%,四元堿度m(CaO+MgO)/m(SiO2+Al2O3)為 0.41＜0.5,屬酸性氧化礦石[14]。

由表2可以看出,原料中鐵的賦存狀態(tài)較為簡單,主要以Fe2O3的形式分布在赤(褐)鐵礦中,而其他鐵物相所占比例很低,分布率均不足1%。

從表3可以看出,試驗(yàn)用煙煤揮發(fā)分含量較高,有利于磁化焙燒過程中還原劑的氣化,為鐵礦物還原創(chuàng)造合適氣氛。

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

本研究采用靜態(tài)磁化焙燒法,將鐵礦粉與還原劑混勻后,靜置于馬弗爐內(nèi)進(jìn)行焙燒,磁化焙燒得到的焙燒產(chǎn)品經(jīng)過磨礦后,采用磁選管進(jìn)行選別,重點(diǎn)考察焙燒溫度、還原時(shí)間及還原劑用量對(duì)磁化焙燒效果的影響。磁選流程試驗(yàn)中,采用濕式磁選機(jī)對(duì)焙燒產(chǎn)品進(jìn)行選別。

磁化焙燒時(shí),原料用量300 g/次,還原劑按試樣用量的百分比配加,原料與還原劑混勻后裝入馬弗爐(SX2-8-13),在設(shè)定條件下進(jìn)行焙燒,焙燒完成后取出水淬烘干后即得焙燒產(chǎn)品。焙燒產(chǎn)品采用XMQ-φ150×50錐形球磨機(jī)進(jìn)行磨礦,隨后采用XCGS-φ50磁選管進(jìn)行選別。磁選流程試驗(yàn)中,焙燒產(chǎn)品采用XMQ-φ240×90錐形球磨機(jī)進(jìn)行磨礦,隨后采用RK/CRSφ400×300濕式弱磁選機(jī)進(jìn)行選別。

2.1 磁化焙燒工藝試驗(yàn)

2.1.1 焙燒時(shí)間試驗(yàn)

焙燒時(shí)間是影響礦物還原程度的重要因素。固定焙燒溫度800℃、還原劑煤粉添加量15%進(jìn)行焙燒時(shí)間試驗(yàn)。焙燒產(chǎn)品在磨礦細(xì)度-0.045 mm占76.53%條件下,采用磁選管進(jìn)行弱磁選,磁場強(qiáng)度為120 kA/m,不同焙燒時(shí)間下精礦鐵品位和回收率如圖1所示。

1、深化財(cái)政體制改革需要具體的財(cái)政事權(quán)清單。深化財(cái)政體制改革應(yīng)在收入劃分既定的基礎(chǔ)上，列出財(cái)政事權(quán)的具體清單，將財(cái)政事權(quán)按照中央事權(quán)、地方事權(quán)和中央地方共擔(dān)事權(quán)進(jìn)一步劃分，根據(jù)財(cái)政事權(quán)劃分的屬性原則，盡可能劃分出具體清晰的事權(quán)清單。財(cái)政事權(quán)的清單，是與行政部門的行政事權(quán)清單有機(jī)統(tǒng)一，是“錢”與“事”的有機(jī)統(tǒng)一，所以每個(gè)領(lǐng)域的事權(quán)清單都要體現(xiàn)業(yè)務(wù)管理部門的主體責(zé)任，體現(xiàn)行業(yè)的特殊屬性，與此相結(jié)合，形成錢事統(tǒng)一的事權(quán)清單。

從圖1可知,磁化焙燒磁選精礦鐵品位隨焙燒時(shí)間變化不大,總體在57.31%～57.75%范圍內(nèi)波動(dòng)。當(dāng)焙燒時(shí)間達(dá)到90 min時(shí),精礦鐵回收率達(dá)到最高,為91.29%,同時(shí)鐵品位沒有大幅下降,為57.31%。隨著焙燒時(shí)間的延長,赤鐵礦顆粒內(nèi)部逐漸完成磁化過程,原料整體磁化率上升,使得精礦鐵回收率升高。隨后,再繼續(xù)延長焙燒時(shí)間,礦物顆粒表面部分赤鐵礦發(fā)生了過還原反應(yīng),生成了無磁性的富氏體,導(dǎo)致鐵回收率下降。綜上,選取焙燒時(shí)間為90 min。

圖1 焙燒時(shí)間對(duì)磁選精礦指標(biāo)的影響Fig.1 Effect of roasting time on indexes of magnetic concentrate

2.1.2 焙燒溫度試驗(yàn)

固定焙燒時(shí)間90min、還原劑用量15%進(jìn)行磁化焙燒。焙燒產(chǎn)品在磨礦細(xì)度-0.045 mm占76.53%條件下,采用磁選管進(jìn)行弱磁選,磁場強(qiáng)度為120 kA/m,考察不同焙燒溫度對(duì)鐵精礦品位及鐵回收率的影響,試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 焙燒溫度對(duì)磁選精礦指標(biāo)的影響Fig.2 Effect of roasting temperature on indexes of magnetic concentrate

由圖2可知,當(dāng)焙燒溫度由700℃提高至850℃后,弱磁選精礦鐵品位隨焙燒溫度的升高而升高,從55.24%提高到60.80%。另一方面,鐵回收率隨著焙燒溫度呈先升后降的趨勢,在800℃時(shí)達(dá)到最高值,為90.73%。當(dāng)焙燒溫度升高至850℃時(shí),鐵回收率反而下降至84.01%,主要原因是當(dāng)焙燒溫度升高至850℃后,鮞狀赤鐵礦顆粒外層鐵礦物有部分發(fā)生了過還原現(xiàn)象,生成了無磁性的浮氏體,降低了鐵回收率。綜上,選取焙燒溫度為800℃。

2.1.3 還原劑用量試驗(yàn)

固定焙燒時(shí)間90min、焙燒溫度800℃進(jìn)行磁化焙燒。焙燒產(chǎn)品在磨礦細(xì)度-0.045 mm占76.53%條件下,采用磁選管進(jìn)行弱磁選,磁場強(qiáng)度為120 kA/m,考察不同還原劑用量對(duì)鐵精礦品位及鐵回收率的影響,試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 還原劑用量對(duì)磁選精礦指標(biāo)的影響Fig.3 Effect of reducant dosage on indexes of magnetic concentrate

從圖3可以看出,精礦鐵品位隨還原劑用量變化不大,而鐵回收率從75.86%增加到87.12%。主要原因是隨著還原劑用量的增加,反應(yīng)物濃度增加促使還原反應(yīng)正向進(jìn)行,促進(jìn)了Fe2O3向Fe3O4的轉(zhuǎn)變。但是,當(dāng)還原劑使用過量后,很難進(jìn)一步提高精礦鐵回收率,同時(shí),未反應(yīng)的煤粉進(jìn)入尾礦,會(huì)降低尾礦的鐵品位。綜上,選擇還原劑用量為15%。

2.2 磁化焙燒—弱磁選流程試驗(yàn)

2.2.1 磨礦細(xì)度試驗(yàn)

圖4 磨礦細(xì)度對(duì)磁選精礦指標(biāo)的影響Fig.4 Effect of grinding fineness on indexes of magnetic concentrate

從圖4可以看出,當(dāng)給料粒度從-0.045 mm占比57.10%增加到98.97%時(shí),精礦鐵品位從58.81%增加至60.21%,但是,鐵回收率從90.96%下降到66.70%。主要原因是磁鐵礦磁性與礦物粒度呈負(fù)相關(guān)性,當(dāng)焙燒產(chǎn)品粒度減小后,其磁性下降,降低了鐵回收率。綜合考慮,選擇磨礦細(xì)度為-0.045 mm占74.53%。此時(shí),獲得的精礦鐵品位(TFe)為58.36%,鐵回收率為87.20%。

2.2.2 磁化焙燒—弱磁選流程試驗(yàn)

為了考察磁場強(qiáng)度對(duì)焙燒產(chǎn)品磁選效果的影響。固定焙燒溫度為800℃、焙燒時(shí)間為90 min、還原劑用量15%,焙燒產(chǎn)品磨細(xì)至-0.045 mm占74.53%后,對(duì)焙燒產(chǎn)品按圖5所示流程進(jìn)行磁選試驗(yàn)研究,結(jié)果見表3。

圖5 磁選試驗(yàn)流程Fig.5 The flow chart of magnetic separation experiments

由表3可知,當(dāng)綜合精礦鐵品位達(dá)到60.00%時(shí),其鐵精礦產(chǎn)率為58.50%,鐵回收率只有72.06%。當(dāng)鐵回收率達(dá)到最高值87.68%時(shí),精礦產(chǎn)率為71.77%,鐵品位為59.51%,尾礦鐵品位21.26%。

表3 磁化焙燒—磁選流程試驗(yàn)結(jié)果Table 3 The results of magnetization roasting-magnetic separation process experiments

需要說明的是,由于焙燒產(chǎn)品中磁鐵礦為赤鐵礦還原轉(zhuǎn)化形成,晶格缺陷多,比磁化系數(shù)存在一定的波動(dòng)范圍,不為恒定值,而且較天然磁鐵礦的比磁化系數(shù)低。因而在進(jìn)行磁選時(shí),需要更高的磁場強(qiáng)度。另一方面,由于焙燒產(chǎn)品中存在部分未轉(zhuǎn)化完全的弱磁性鐵礦,因此適當(dāng)提高磁選磁場強(qiáng)度可以增加鐵回收率,降低尾礦鐵品位。

采用最佳焙燒條件(焙燒溫度為800℃、焙燒時(shí)間為90 min、還原劑用量15%)批量制備焙燒產(chǎn)品,隨后使用弱磁選機(jī)采用1粗1精的磁選流程進(jìn)行磁選選別。由于該流程試驗(yàn)采用大規(guī)模批量磨礦,磨礦條件與前文條件試驗(yàn)有所區(qū)別,焙燒產(chǎn)品磨礦細(xì)度選擇-0.045 mm占87.84%,焙燒產(chǎn)品不同磁場強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果列于表4。

表4 焙燒產(chǎn)品弱磁選指標(biāo)Table 4 The indexes of low intensity magnetic separation on roasted products

從表4可知,當(dāng)粗選磁場強(qiáng)度較弱(239 kA/m),精選磁場強(qiáng)度較強(qiáng)(199 kA/m)時(shí),綜合精礦鐵品位59.70%,鐵回收率82.19%。選用粗選磁場強(qiáng)度278 kA/m、精選磁場強(qiáng)度159 kA/m時(shí),其精礦鐵品位為59.66%,鐵回收率為78.66%。當(dāng)粗選磁場強(qiáng)度為239 kA/m、精選磁場強(qiáng)度為159 kA/m時(shí),綜合精礦鐵品位59.01%,鐵回收率85.76%。精選流程對(duì)精礦鐵品位提升不大,鐵品位僅能提升1個(gè)百分點(diǎn)左右。同時(shí),精選后,鐵回收率均有一定幅度下降。主要原因是,弱磁選機(jī)精選時(shí),磁磁場強(qiáng)度度不高,產(chǎn)生了產(chǎn)率7.17%～12.01%,含鐵46.52～53.88%的中礦,這部分中礦鐵回收率為7.79%～13.72%。為了進(jìn)一步提高精礦鐵回收率,將上一步磁選試驗(yàn)得到的中礦混勻作為中礦綜合樣(鐵品位50.92%),使用磁選管進(jìn)行中礦再磨再選試驗(yàn),磨礦細(xì)度-0.045 mm占90%,具體試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 中礦再磨再選試驗(yàn)結(jié)果Table 5 The results of re-grinding and re-separation of medium ore

由表5可知,通過磁場強(qiáng)度為167 kA/m的弱磁選,可以獲得鐵品位56.35%的精礦產(chǎn)品,此時(shí)鐵回收為90.39%。該結(jié)果說明,通過中礦再磨再選,可以在精礦鐵品位幅降不大的前提下,有效回收其中的鐵礦物,進(jìn)一步提高鐵回收率。

2.2.3 連續(xù)磨礦—再磨再選流程

根據(jù)前文弱磁選條件試驗(yàn)結(jié)果,確定焙燒產(chǎn)品的連續(xù)磨礦—再磨再選試驗(yàn)中焙燒產(chǎn)品磨礦細(xì)度為-0.045 mm占87.84%,采用1粗1精,磁選精選尾礦再磨掃選流程,粗選磁場強(qiáng)度239 kA/m,精選磁場強(qiáng)度199 kA/m,再磨掃選磁場強(qiáng)度159 kA/m。中礦再磨粒度-0.045 mm占92.50%,連續(xù)磨礦—再磨再選數(shù)質(zhì)量流程如圖6所示。

圖6 焙燒產(chǎn)品連續(xù)磨礦—再磨再選流程Fig.6 The flow chart of continuous grinding re-grinding and re-separation of roasted products

由圖6可知,采用連續(xù)磨礦1粗1精磁選,精選尾礦再磨掃選流程,最終精礦鐵品位為59.42%,鐵回收率為89.23%,綜合尾礦的鐵品位僅為17.02%,可結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際,開展階段磨礦—再磨再選流程探索與優(yōu)化[14-15]。

3 結(jié) 論

(1)鄂西鮞狀赤鐵礦中鐵礦物與脈石礦物嵌布關(guān)系復(fù)雜、有害元素含高,屬于極難選鐵礦。針對(duì)全鐵品位47.71%的鮞狀赤鐵礦完成了磁化焙燒條件和磁選流程試驗(yàn)。在最佳焙燒條件:焙燒溫度800℃、焙燒時(shí)間90 min、還原劑用量15%的條件下,原礦磁化還原轉(zhuǎn)化率在90%以上。在此最佳條件下,精鐵礦鐵品位可達(dá)58%以上,鐵回收率為90%左右。

(2)焙燒產(chǎn)品磨礦細(xì)度-0.045 mm占87.84%時(shí),采用連續(xù)磨礦1粗1精磁選,精選尾礦掃選再磨流程,最終獲得鐵品位59.42%的鐵精礦,鐵回收率達(dá)到89.23%,綜合尾礦鐵品位僅為17.02%,分選指標(biāo)較好。