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        含鐵銅尾礦選冶聯(lián)合分選提鐵研究①

        2022-09-09 05:17:26肖軍輝高德強(qiáng)鐘楠嵐
        礦冶工程 2022年4期
        關(guān)鍵詞:鐵精礦磁場強(qiáng)度磁選

        陳 濤,肖軍輝,3,4,鄒 凱,高德強(qiáng),鐘楠嵐

        (1.西南科技大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院,四川綿陽 621010;2.西南科技大學(xué)四川省非金屬礦粉體改性與高質(zhì)化利用工程實(shí)驗(yàn)室,四川綿陽 621010;3.中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)綜合利用研究所,四川 成都 610041;4.東方電氣集團(tuán)東方鍋爐股份有限公司,四川 自貢 643001)

        尾礦是金屬或非金屬經(jīng)過選別后暫時留存的固體廢渣,截止2020年,我國尾礦累計(jì)堆存量超600億噸。在黑色金屬及有色金屬選礦中,銅尾礦是僅次于鐵尾礦的第二大有回收利用價(jià)值的尾礦資源[1?3]。有色金屬尾礦排放量占其礦石總產(chǎn)量的90%以上,其中銅尾礦年產(chǎn)量約2億噸,綜合利用率低且呈逐年增長的趨勢[4?6]。由于資源緊缺和選礦水平不斷提高,銅尾礦的回收利用成為可能且回收價(jià)值日益凸顯。我國西南地區(qū)某選廠通過浮選流程選出銅精礦和硫精礦,留下的尾礦仍然含有部分鐵。本文對該選銅尾礦中鐵礦物特性進(jìn)行了研究,并采用強(qiáng)磁選預(yù)選富集?焙燒?弱磁選工藝回收該銅尾礦中鐵。

        1 原料性質(zhì)及試驗(yàn)方法

        1.1 原料性質(zhì)

        某含鐵銅尾礦化學(xué)成分分析結(jié)果見表1,鐵物相分析結(jié)果見表2,粒度分析結(jié)果見表3。尾礦中能進(jìn)一步回收的有價(jià)元素為鐵,含量為31.77%,硫、磷含量較低,鐵主要賦存于菱鐵礦中,少量以硅酸鐵和赤褐鐵礦形式存在。X射線、鏡下鑒定及能譜分析結(jié)果表明,脈石礦物以石英為主,尚見綠泥石、鎂橄欖石和水鈣沸石,偶見絹云母、白云石分布,部分錳與鐵緊密共生。

        表1 含鐵銅尾礦化學(xué)成分分析結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %

        表2 含鐵銅尾礦鐵物相分析結(jié)果

        表3 含鐵銅尾礦粒度分析結(jié)果

        1.2 試驗(yàn)方法

        為避免直接焙燒處理時礦石量大、選礦能耗高、經(jīng)濟(jì)成本高的問題,先進(jìn)行強(qiáng)磁選預(yù)選富集,再進(jìn)行焙燒?弱磁選。強(qiáng)磁選時首先預(yù)先分出部分合格物料,不合格物料再磨至一定細(xì)度,兩者混勻后進(jìn)行一段磁選;焙燒?弱磁選時將30 g強(qiáng)磁選精礦烘干加入100 mL陶瓷坩堝中,蓋好坩堝蓋并將坩堝置于已達(dá)到預(yù)定溫度的焙燒爐爐膛內(nèi),經(jīng)預(yù)定時間焙燒后取出水冷,水冷后的焙燒礦經(jīng)磨礦、磁選管磁選、過濾、干燥獲得鐵精礦和尾礦。試驗(yàn)原則流程見圖1。

        圖1 試驗(yàn)原則流程

        2 結(jié)果與討論

        2.1 強(qiáng)磁選工藝條件對鐵預(yù)富集的影響

        2.1.1 磨礦細(xì)度對鐵預(yù)富集效果的影響

        磁場強(qiáng)度0.6 T,研究了磨礦細(xì)度對強(qiáng)磁選預(yù)富集鐵效果的影響,結(jié)果見表4。由表4可知,隨著磨礦細(xì)度增加,鐵品位逐漸升高但回收率下降,當(dāng)磨礦細(xì)度達(dá)到-0.06 mm粒級占90%后,繼續(xù)增大磨礦細(xì)度,品位上升幅度不大。綜合考慮,選擇磨礦細(xì)度-0.06 mm粒級占90%以上為宜,此時鐵品位和回收率分別為36.54%及88.06%。

        表4 磨礦細(xì)度對強(qiáng)磁選鐵預(yù)富集效果的影響

        2.1.2 磁場強(qiáng)度對鐵預(yù)富集效果的影響

        磨礦細(xì)度-0.06 mm粒級占90%,進(jìn)行了強(qiáng)磁選磁場強(qiáng)度條件試驗(yàn),結(jié)果見圖2。隨著磁場強(qiáng)度提高,鐵回收率逐漸增加,但磁場強(qiáng)度超過0.8 T時,鐵回收率增加得很緩慢,鐵品位下降幅度變大。綜合考慮,確定強(qiáng)磁選磁場強(qiáng)度0.8 T為宜,此時鐵品位和回收率分別為36.32%及90.95%。

        圖2 磁場強(qiáng)度對強(qiáng)磁選鐵預(yù)富集效果的影響

        2.2 強(qiáng)磁選鐵精礦焙燒?弱磁選工藝條件試驗(yàn)

        對磨礦細(xì)度-0.06 mm粒級占90%、磁場強(qiáng)度0.8 T條件下強(qiáng)磁選預(yù)富集得到的鐵精礦進(jìn)行焙燒?弱磁選條件試驗(yàn)。該鐵精礦TFe品位為36.32%。

        2.2.1 焙燒溫度對鐵品位及回收率的影響

        焙燒時間20 min、弱磁選磨礦細(xì)度-0.06 mm粒級占90%、弱磁選磁場強(qiáng)度0.16 T時,考察了焙燒溫度對鐵精礦品位及回收率的影響,結(jié)果如圖3所示。隨著焙燒溫度升高,鐵精礦品位和回收率均逐漸增加,可以認(rèn)為磁鐵礦相在增加;焙燒溫度高于750℃后,鐵精礦品位開始降低,但降幅不大,回收率仍在增加。綜合考慮,選擇焙燒溫度800℃。

        圖3 焙燒溫度對弱磁選鐵精礦鐵品位及回收率的影響

        2.2.2 焙燒時間對鐵品位及回收率的影響

        焙燒溫度800℃,其他條件不變,考察了磁化焙燒時間對鐵精礦品位及回收率的影響,結(jié)果見圖4。鐵精礦品位隨著焙燒時間增加先逐漸增加后下降,在焙燒時間30 min時鐵品位達(dá)到最大值54.21%;回收率總體上隨著焙燒時間增加先升高再降低,在焙燒時間20 min時達(dá)到最大值91.54%。選擇焙燒時間20 min。

        圖4 焙燒時間對弱磁選鐵精礦鐵品位及回收率的影響

        2.2.3 弱磁選磨礦細(xì)度對鐵品位及回收率的影響

        對焙燒溫度800℃、焙燒時間20 min條件下所得焙燒礦進(jìn)行弱磁選,磁場強(qiáng)度0.12 T,磨礦細(xì)度對弱磁選效果的影響見表5。磨礦細(xì)度增加,鐵品位變化不明顯,而鐵回收率逐步下降,選擇弱磁選磨礦細(xì)度-0.06 mm粒級占90%。

        表5 磨礦細(xì)度對弱磁選鐵精礦鐵品位及回收率的影響

        2.2.4 弱磁選磁場強(qiáng)度對鐵品位及回收率的影響

        弱磁選磨礦細(xì)度-0.06 mm粒級占90%,其他條件不變,進(jìn)行了弱磁選磁場強(qiáng)度條件試驗(yàn),結(jié)果見圖5。由圖5可見,磁場強(qiáng)度超過0.12 T后,鐵回收率逐步上升,但鐵品位下降幅度較大。綜合考慮,選擇弱磁選磁場強(qiáng)度0.12 T。

        圖5 磁場強(qiáng)度對弱磁選鐵精礦鐵品位及回收率的影響

        2.3 全流程試驗(yàn)

        在條件試驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行了強(qiáng)磁選?焙燒?弱磁選全流程試驗(yàn),結(jié)果見圖6。該含鐵銅尾礦經(jīng)強(qiáng)磁選預(yù)富集?焙燒?弱磁選工藝,在磨礦細(xì)度-0.06 mm粒級占90%、磁場強(qiáng)度0.8 T條件下強(qiáng)磁選,焙燒溫度800℃、焙燒時間20 min條件下磁化焙燒,磨礦細(xì)度-0.06 mm粒級占90%、磁場強(qiáng)度0.12 T條件下弱磁選,獲得的鐵精礦TFe品位、產(chǎn)率及鐵回收率分別為58.38%、44.14%及81.11%。

        圖6 強(qiáng)磁選?焙燒?弱磁選全流程數(shù)質(zhì)量流程

        3 焙燒過程鐵的物相轉(zhuǎn)變機(jī)制

        3.1 菱鐵礦的分解熱力學(xué)分析

        FeCO3熱解過程中,F(xiàn)eCO3可以一步反應(yīng),直接分解為Fe3O4(式(1)),還可以逐步反應(yīng),先分解為FeO、再被CO2氧化為Fe3O4(式(2)~(3))[7?10]:

        分解反應(yīng)在空氣中進(jìn)行,則分解產(chǎn)物可能會被氧化為Fe2O3。根據(jù)菱鐵礦分解反應(yīng)過程中的吉布斯自由能與溫度的變化規(guī)律,300~1 200 K范圍內(nèi)ΔGθ與T的關(guān)系曲線如圖7所示。

        圖7 菱鐵礦分解反應(yīng)式的ΔGθ?T關(guān)系曲線

        根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能變化與溫度的計(jì)算數(shù)據(jù),F(xiàn)eCO3的分解無論是一步反應(yīng)還是逐步反應(yīng),其起始溫度均處于400~450 K范圍內(nèi)。溫度低于843 K時FeO相不穩(wěn)定,故在高于FeO穩(wěn)定存在的溫度下,分解生成Fe3O4和FeO都可能發(fā)生。

        分解反應(yīng)發(fā)生在空氣氣氛中時,ΔGθ負(fù)值較大說明生成Fe2O3的反應(yīng)越容易發(fā)生。實(shí)際焙燒過程中,應(yīng)該加蓋密封以使反應(yīng)處于相對密閉的體系內(nèi)。

        3.2 磁化焙燒過程鐵的物相變化規(guī)律

        升溫速率10℃/min、氮?dú)饬髁?0 mL/min條件下,強(qiáng)磁選鐵精礦熱分解的TG?DTG曲線如圖8所示,強(qiáng)磁選鐵精礦在被加熱到434℃前失重較少,質(zhì)量減少與部分礦物失去吸附水和結(jié)晶水有關(guān)。434~542℃是菱鐵礦的受熱分解過程,菱鐵礦在434℃時開始分解,在511℃左右熱分解速率達(dá)到最大,在542℃時結(jié)束。

        圖8 強(qiáng)磁選鐵精礦在氮?dú)鈿夥障碌腡G?DTG曲線

        焙燒時間20 min,不同焙燒溫度下所得焙燒礦的XRD譜圖如圖9所示。由圖9可以看出,焙燒時間20 min,焙燒溫度達(dá)到700℃時,F(xiàn)eCO3已基本完成向Fe3O4的轉(zhuǎn)變。

        圖9 不同焙燒溫度下所得焙燒礦XRD圖譜

        焙燒溫度800℃,不同焙燒時間下所得焙燒礦的XRD譜圖如圖10所示。焙燒時間10 min時,F(xiàn)eCO3已經(jīng)完成分解,繼續(xù)延長焙燒時間到40 min,出現(xiàn)了Fe2O3的衍射峰,這是少量Fe3O4被氧化的緣故。

        圖10 不同焙燒時間下所得焙燒礦XRD圖譜

        4 結(jié) 論

        1)我國西南某地區(qū)含鐵銅尾礦中鐵主要以菱鐵礦形式存在于鐵礦物中,鐵含量低,僅31.77%,脈石礦物大部分為石英,細(xì)粒級(-0.075 mm)含量較多。

        2)在強(qiáng)磁選磨礦細(xì)度-0.06 mm粒級占90%、磁場強(qiáng)度0.8 T,焙燒溫度800℃、焙燒時間20 min,弱磁選磨礦細(xì)度-0.06 mm粒級占90%、磁場強(qiáng)度0.12 T條件下,經(jīng)強(qiáng)磁選預(yù)富集?磁化焙燒?弱磁選工藝獲得的鐵精礦TFe品位及鐵回收率分別為58.38%和81.11%。

        3)TG分析結(jié)果表明,434~542℃范圍內(nèi),強(qiáng)磁選鐵精礦失重明顯;紅外光譜分析結(jié)果表明,菱鐵礦在700℃下焙燒20 min基本轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3O4,升高溫度有利于磁鐵礦晶體的發(fā)育;800℃下焙燒40 min時,有少量赤鐵礦出現(xiàn)。

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