李家林，陳 雯，劉小銀，陸曉蘇，劉 旭

（長沙礦冶研究院有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410012）

赤泥是氧化鋁生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的堿性高、比表面積大的工業(yè)廢棄料。拜耳法工藝中每生產(chǎn)1 t氧化鋁產(chǎn)品需排放赤泥1～1.5 t。隨著鋁工業(yè)迅猛發(fā)展，我國赤泥堆存量不斷增加。由于赤泥中含有大量的強堿性化學(xué)物質(zhì)且pH值極高，大量堆存將引起嚴(yán)重的環(huán)境污染［1］。因此，赤泥的綜合利用已成為氧化鋁工業(yè)亟須解決的難題［2］。磁化焙燒-磁選是回收赤泥中鐵的有效途徑［3-7］。本文采用預(yù)富集-閃速磁化焙燒-弱磁選工藝對某赤泥進行了選鐵試驗研究。

1 試驗礦樣及方法

1.1 試驗礦樣

試驗所用赤泥礦樣取自廣西某氧化鋁廠，為該氧化鋁廠洗礦車間赤泥礦漿經(jīng)濃縮過濾后所獲得樣品，其化學(xué)多元素分析和鐵物相分析結(jié)果分別見表1和表2。

由表1和表2可知，試樣中鐵品位26.06%，是主要的綜合回收組分；需要選礦排除的脈石組分主要是Al2O3、CaO和SiO2；磷和硫含量低，預(yù)計對鐵精礦質(zhì)量影響較小。礦樣中呈赤（褐）鐵礦形式產(chǎn)出的鐵占96.85%，加上分布在碳酸鹽中的鐵，合計分布率達98.38%，這即為選鐵的理論回收率。

表1 試樣化學(xué)多元素分析結(jié)果（質(zhì)量分數(shù)） %

表2 試樣鐵物相分析結(jié)果

1.2 試驗方法

閃速磁化焙燒擴大試驗過程中，入燒物料經(jīng)精準(zhǔn)計量后由焙燒系統(tǒng)頂部給入預(yù)熱器，經(jīng)多次氣固換熱和分離后進入反應(yīng)爐；由燃料燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)調(diào)質(zhì)后進入反應(yīng)爐，在反應(yīng)爐內(nèi)與預(yù)熱好的物料快速發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，實現(xiàn)焙燒原料的礦相轉(zhuǎn)化。反應(yīng)后的物料在收料器內(nèi)實現(xiàn)氣固分離后進入焙燒礦冷卻系統(tǒng)，冷卻并調(diào)漿后通過渣漿泵輸送至后續(xù)磨礦-磁選作業(yè)。

2 試驗結(jié)果及討論

2.1 強磁選預(yù)富集試驗

強磁選預(yù)富集試驗在ZH-1000型平環(huán)強磁選機上進行，原則流程為一次粗選一次掃選。試驗過程中控制下盤磁場強度為1.90 T，此時上盤磁場強度和中盤磁場強度分別為0.30 T和1.50 T；尾礦沖洗水壓力、精礦卸礦水壓力分別為0.12 MPa、0.15 MPa。強磁選預(yù)富集可獲得產(chǎn)率44.17%、TFe品位37.84%、鐵回收率65.08%的粗精礦，同時拋出產(chǎn)率55.83%、鐵損失率34.92%的強磁選尾礦。

預(yù)富集不僅將入燒原料的鐵品位由26.06%提高至37.84%，提升閃速磁化焙燒工藝的經(jīng)濟可行性的同時，還可拋除氧化鋁浸出過程中產(chǎn)生的難處理鐵礬及超細粒含鐵礦物，確保了閃速磁化焙燒反應(yīng)過程爐況的穩(wěn)定。

2.2 閃速磁化焙燒試驗

將預(yù)富集所得粗精礦進行過濾、烘干、碾細和打散等處理后，在閃速磁化焙燒擴大連續(xù)試驗裝置上進行焙燒溫度和焙燒氣氛的參數(shù)優(yōu)化試驗，并在適宜條件下進行連續(xù)穩(wěn)定驗證試驗。

2.2.1 焙燒溫度試驗

在閃速磁化焙燒擴大連續(xù)試驗裝置中，控制反應(yīng)爐入口CO含量1.5%左右，對預(yù)富集粗精礦進行了焙燒溫度優(yōu)化試驗，不同焙燒溫度條件下獲得的焙燒礦在0.22 T磁場強度條件下進行弱磁選，焙燒溫度對磁化焙燒效果的影響見圖1。

圖1 磁化焙燒溫度試驗結(jié)果

從圖1可知，在719～808℃溫度范圍內(nèi)，弱磁選精礦鐵回收率隨著焙燒溫度提高呈現(xiàn)逐漸升高趨勢，而鐵精礦TFe品位基本上在54%左右波動；焙燒溫度750℃左右時，閃速磁化焙燒-弱磁選工藝的鐵回收率已達88%左右；進一步提高焙燒溫度鐵回收率提高不明顯。綜合考慮弱磁選指標(biāo)及焙燒成本，選擇焙燒溫度750℃進行后續(xù)試驗。

2.2.2 焙燒氣氛試驗

控制反應(yīng)爐入口氣體溫度740～760℃，在閃速磁化焙燒擴大連續(xù)試驗裝置中，對赤泥預(yù)富集粗精礦進行了不同CO濃度的閃速磁化焙燒試驗，獲得的焙燒礦在0.22 T磁場強度的弱磁選機內(nèi)進行分選，焙燒氣氛對磁化焙燒效果的影響見圖2。

圖2 磁化焙燒氣氛試驗結(jié)果

從圖2可知，焙燒煙氣中CO體積濃度在1.45%～2.55%范圍內(nèi)，焙燒礦弱磁選精礦TFe品位在54%左右波動，精礦鐵回收率在86%左右波動，磁化焙燒效果均較理想。但焙燒氣氛中CO濃度越高，焙燒能耗大幅增加。綜合考慮生產(chǎn)成本及分選指標(biāo)，選擇焙燒氣氛中CO濃度2.0%左右為宜。

2.2.3 連續(xù)穩(wěn)定試驗

為考察礦樣磁化焙燒效果的可重復(fù)性和穩(wěn)定性，在閃速磁化焙燒擴大試驗裝置中，控制反應(yīng)爐入口氣體溫度740～760℃、反應(yīng)爐中煙氣CO含量1.8%～2.2%，對赤泥預(yù)富集粗精礦進行了閃速磁化焙燒擴大連續(xù)穩(wěn)定試驗。試驗過程中每隔30 min取樣一次，并將連續(xù)試驗取樣所得樣品在0.22 T磁場強度的弱磁選機內(nèi)進行分選，結(jié)果見圖3。

圖3 連續(xù)穩(wěn)定試驗結(jié)果

圖3結(jié)果表明，焙燒礦經(jīng)弱磁選所得粗精礦鐵品位及鐵回收率均波動較小，所得鐵精礦平均TFe品位54.32%、平均鐵回收率84.78%，閃速磁化焙燒效果較為理想。

2.2.4 焙燒礦質(zhì)量檢測結(jié)果

為表征赤泥預(yù)富集粗精礦在反應(yīng)爐入口溫度740～760℃、反應(yīng)爐內(nèi)煙氣CO含量1.8%～2.2%條件下經(jīng)閃速磁化焙燒后的焙燒效果，對擴大連續(xù)穩(wěn)定試驗所得焙燒礦進行了XRD分析，同時采用MLA（礦物解離分析儀）對焙燒礦中主要礦物含量進行了統(tǒng)計，結(jié)果見圖4和表3。

從圖4和表3可知，經(jīng)閃速磁化焙燒后的焙燒礦中主要為磁鐵礦，但仍有少量赤鐵礦殘余；脈石礦物以水鋁硅酸鈣、鈣霞石、一水硬鋁石和三水鋁石為主，其次是鈣鈦礦、石英、長石和方解石等。值得指出的是，雖然經(jīng)過還原焙燒處理，X射線衍射分析圖譜的背景值仍然較高，礦物衍射峰也較為彌散，說明樣品中結(jié)晶程度較差的礦物所占比例仍然較高。

圖4 焙燒礦XRD分析結(jié)果

表3 閃速磁化焙燒產(chǎn)品礦物含量（質(zhì)量分數(shù)） %

綜合考慮赤泥礦樣可選性及焙燒產(chǎn)品分析結(jié)果，認定預(yù)富集粗精礦經(jīng)閃速磁化焙燒工藝處理后礦樣磁化效果較為理想。

2.3 焙燒礦分選試驗

為考察焙燒礦的分選指標(biāo)，對反應(yīng)爐入口溫度740～760℃、反應(yīng)爐煙氣中CO含量1.8%～2.2%條件下經(jīng)閃速磁化焙燒后的焙燒產(chǎn)品，首先在0.22 T磁場強度條件下進行弱磁選，并對獲得的弱磁選粗精礦進行了磨礦細度及條件優(yōu)化后的全流程試驗。

礦物成功分選的前提是目的礦物盡量單體解離。磁場強度0.15 T條件下，對弱磁選粗精礦進行了一段磨礦細度試驗，結(jié)果如圖5所示。

圖5 弱磁選粗精礦磨礦細度試驗結(jié)果

從圖5可知，隨著一段弱磁選粗精礦磨礦細度逐漸變細，弱磁選精礦品位逐漸上升，鐵回收率略有下降。磨礦細度較粗時弱磁選鐵精礦品位偏低，而磨礦細度太細將大幅度增加磨礦費用。當(dāng)磨礦細度為－0.045 mm粒級占89.84%時，弱磁選可以獲得作業(yè)產(chǎn)率89.38%、TFe品位58.54%、鐵回收率95.86%的鐵精礦。綜合考慮，選擇磨礦細度－0.045 mm粒級占89.84%進行后續(xù)試驗。

2.4 全流程試驗

為驗證篩選的優(yōu)化條件及在優(yōu)化條件下可獲得的分選指標(biāo)，進行了閃速磁化焙燒-磨礦-弱磁選全流程試驗，試驗詳細條件和結(jié)果見圖6。

圖6 閃速磁化焙燒-磨礦-弱磁選數(shù)質(zhì)量流程

從圖6可知，采用閃速磁化焙燒-磨礦-弱磁選工藝處理，可獲得鐵精礦產(chǎn)率58.35%、TFe品位60.15%、鐵回收率82.08%的選別指標(biāo)。

2.5 產(chǎn)品質(zhì)量檢測

對閃速磁化焙燒-磨礦-弱磁選工藝獲得的鐵精礦產(chǎn)品進行了化學(xué)多元素分析，結(jié)果見表4。

本試驗所得產(chǎn)品為磁鐵礦精礦。從表4可知，鐵精礦TFe品位60.15%。依據(jù)現(xiàn)行的中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB／T 36704—2018［8］對鐵精礦級別的劃分標(biāo)準(zhǔn)，所得磁鐵礦精礦除Al2O3含量因赤泥本身含鋁較高超出質(zhì)量要求外，其余的理化指標(biāo)符合磁鐵精礦C60級別質(zhì)量要求。Al2O3因與鐵結(jié)合得太緊密，難以通過常規(guī)選礦方法進一步降低，可與Al2O3含量低的鐵精礦配礦使用。

3 結(jié) 論

1）工藝礦物學(xué)研究結(jié)果表明，試驗所用赤泥礦樣鐵含量26.06%，是主要的回收組分；需要選礦排除的脈石組分主要是Al2O3、CaO和SiO2；磷和硫含量低，對鐵精礦的質(zhì)量影響較小。礦石中呈赤（褐）鐵礦形式產(chǎn)出的鐵占96.85%，加上分布在碳酸鹽中的鐵，合計分布率達98.38%，這即為選鐵的理論回收率。

2）在反應(yīng)爐溫度740～760℃、爐內(nèi)煙氣中CO含量1.8%～2.2%條件下經(jīng)閃速磁化焙燒工藝處理，焙燒礦中鐵礦物主要為磁鐵礦，同時仍殘余少量赤鐵礦。綜合考慮赤泥可選性難度及焙燒產(chǎn)品分析結(jié)果，預(yù)富集粗精礦經(jīng)閃速磁化焙燒工藝處理，礦樣磁化效果較為理想。

3）赤泥預(yù)富集粗精礦經(jīng)閃速磁化焙燒-磨礦-弱磁選工藝處理，在一段弱磁選場強0.22 T、最終磨礦細度－0.045 mm粒級占89.84%，二段弱磁粗選場強0.15 T、二段弱磁精選場強0.15 T條件下，可獲得產(chǎn)率58.35%、TFe品位60.15%、鐵回收率82.08%的鐵精礦。