羅振勇,史英杰,倪 陽(yáng)

(貴陽(yáng)鋁鎂設(shè)計(jì)研究院有限公司,貴州 貴陽(yáng) 550081)

國(guó)內(nèi)赤泥選鐵應(yīng)用比較成熟的地區(qū),主要集中在廣西百色、云南文山等地,如中鋁廣西分公司、云南文山鋁業(yè)有限公司等。該區(qū)域赤泥含鐵量較高,赤泥中鐵礦物主要以赤鐵礦形態(tài)存在(含有少量磁鐵礦),一般采用高梯度濕法磁選工藝可直接回收其中的鐵,鐵精礦品位52%～55%時(shí),鐵的回收率為28%～32%。受?chē)?guó)內(nèi)鋁土礦資源供需矛盾日益增強(qiáng)的影響,國(guó)外三水鋁石型鋁土礦已成為新建氧化鋁企業(yè)的首要選擇。國(guó)外三水鋁石型鋁土礦大多采用低溫拜耳法,產(chǎn)生的赤泥中鐵礦物主要以褐鐵礦或者鋁針鐵礦形態(tài)存在,含鐵量高、磁性弱,直接采用傳統(tǒng)的高梯度濕法磁選工藝,鐵精礦的品位和鐵的回收率均較低,若采用赤泥磁化焙燒-濕法磁選工藝則可同時(shí)提高鐵精礦的品位和鐵的回收率。赤泥磁化焙燒-濕法磁選工藝是將赤泥中的弱磁性褐鐵礦或鋁針鐵礦通過(guò)磁化焙燒的方式轉(zhuǎn)化為強(qiáng)磁性的磁鐵礦(Fe3O4),再通過(guò)磁選的方式可高效的回收赤泥中的鐵[1-6]。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)赤泥磁化焙燒-濕法磁選工藝做了一些研究,但尚未進(jìn)行工業(yè)化應(yīng)用。本文首先對(duì)磁化焙燒-濕法磁選工藝進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證,然后在試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上以某港口氧化鋁項(xiàng)目為例,對(duì)磁化焙燒-濕法磁選工藝進(jìn)行工程應(yīng)用經(jīng)濟(jì)性分析。

1 理論分析

赤泥磁化焙燒是在一定溫度下加入還原劑,將赤泥中的弱磁性鐵礦物還原成強(qiáng)磁性的鐵礦物,本試驗(yàn)采用CO作為還原劑,根據(jù)表2赤泥中鐵礦物的物相組成,主要發(fā)生以下反應(yīng):

Fe2O3(s)+CO(g)=2FeO(s)+CO2(g)

(1)

3Fe2O3(s)+CO(g)=2Fe3O4(s)+CO2(g)

(2)

FeO(s)+CO(g)=Fe(s)+CO2(g)

(3)

2FeO·SiO2(s)+2CO(g)

=2Fe(s)+SiO2(s)+2CO2(g)

(4)

根據(jù)熱力學(xué)計(jì)算[7]繪制了溫度對(duì)上述反應(yīng)式ΔG的影響,如圖1所示。隨著溫度的升高,式(1)、(2)的ΔG負(fù)值越來(lái)越大,這說(shuō)明在溫度298～1 400 K的范圍內(nèi),以CO為還原劑,Fe2O3生成Fe3O4和FeO的反應(yīng)始終能進(jìn)行;隨著溫度的升高,式(3)、(4)的ΔG正值越來(lái)越大,這說(shuō)明以CO為還原劑無(wú)法還原FeO和2FeO·SiO2。

圖1 赤泥鐵礦物還原反應(yīng)熱力學(xué)計(jì)算

2 試驗(yàn)驗(yàn)證

2.1 試驗(yàn)原料

磁化焙燒試驗(yàn)用赤泥為國(guó)內(nèi)某港口氧化鋁廠三水鋁石型鋁土礦低溫溶出后赤泥,經(jīng)X 射線熒光光譜儀測(cè)定,其主要成分見(jiàn)表1。赤泥中主要包含F(xiàn)e2O3、Al2O3、SiO2和Na2O等。經(jīng)X-ray衍射分析,赤泥中鐵礦物的物相組成見(jiàn)表2,赤泥中鐵礦物主要以褐鐵礦(Fe2O3nH2O)形式存在,其次為硅酸鐵2FeO·SiO2,其它形式的鐵礦物含量低。

表1 赤泥主要成分分析結(jié)果 %

表2 赤泥中鐵礦物主要物相組成 %

2.2 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

本試驗(yàn)包括磁化焙燒試驗(yàn)和磁選試驗(yàn),磁化焙燒試驗(yàn)主要為了驗(yàn)證鐵礦物以褐鐵礦形式存在的赤泥(采用低溫拜耳法處理的三水鋁石鋁土礦產(chǎn)出赤泥),經(jīng)過(guò)磁化還原焙燒后,能否大部分轉(zhuǎn)化成磁性更強(qiáng)的磁鐵礦。磁選試驗(yàn)主要為了驗(yàn)證磁化焙燒后的赤泥經(jīng)磁選后,產(chǎn)生的鐵精礦品位和鐵的回收率是否能夠達(dá)到行業(yè)內(nèi)平均水平。

2.3 試驗(yàn)裝置及方法

2.3.1 磁化焙燒試驗(yàn)

本試驗(yàn)采用分散態(tài)焙燒裝置進(jìn)行磁化焙燒試驗(yàn),相比傳統(tǒng)的堆積態(tài),分散態(tài)焙燒氣固兩相接觸面積更大,具有能耗低、焙燒礦質(zhì)量均勻、傳熱傳質(zhì)快等優(yōu)點(diǎn)[8]。

分散態(tài)磁化焙燒裝置如圖2所示。試驗(yàn)時(shí),先通過(guò)U型硅碳棒進(jìn)行爐體升溫,同時(shí)將赤泥分散放入多層篩網(wǎng)裝料斗中,篩網(wǎng)共4層,每層放入赤泥4 g。待爐溫穩(wěn)定在750℃后,將多層篩網(wǎng)置入剛玉管內(nèi),然后通過(guò)調(diào)節(jié)玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì),開(kāi)始將還原性氣體(高純氮?dú)?5%和高純一氧化碳5%)通入剛玉管內(nèi),氣體流量最終控制在2.1 m3/h,始終保持赤泥在充分分散的狀態(tài)下進(jìn)行焙燒。自動(dòng)溫控儀根據(jù)檢測(cè)溫度和設(shè)定溫度的偏差實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)加熱功率,確保爐內(nèi)溫度穩(wěn)定,控制精度為±0.5℃。在剛玉管上安裝有石英玻璃觀察孔,用來(lái)觀察爐內(nèi)物料的焙燒情況。在溫度、還原氣體流量都達(dá)到試驗(yàn)設(shè)定值后,反應(yīng)60 s完成焙燒,等待物料冷卻后裝入密封袋中等待磁選試驗(yàn)。

圖2 分散態(tài)磁化焙燒裝置示意圖

2.3.2 磁選試驗(yàn)

磁選試驗(yàn)選用磁選管作為磁選設(shè)備,磁選管型號(hào):XCGS-Φ100 D=100 mm 200 kA/m 武漢探礦機(jī)械廠。磁選管可通過(guò)調(diào)節(jié)電流調(diào)節(jié)磁場(chǎng)強(qiáng)度,料漿中的磁性顆粒在磁力的作用下,被吸附在極間的玻璃管內(nèi)壁上(精礦),而非磁性礦粒則從玻璃管下端排出(尾礦)。

磁選試驗(yàn)分為粗選和精選,均采用磁選管作為磁選設(shè)備,區(qū)別是對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度不同。試驗(yàn)時(shí),取8 g烘干打散后的磁化焙燒赤泥,加水進(jìn)行調(diào)漿,使其充分分散,固含調(diào)整為10%。在磁場(chǎng)強(qiáng)度為1 550 oe的條件下,將漿化后的赤泥漿液通入到磁選管玻璃管中進(jìn)行粗選試驗(yàn),吸附在磁選管玻璃管內(nèi)壁上的為粗選精礦,從磁選管玻璃管排出的為粗選尾礦。粗選精礦再進(jìn)行精選試驗(yàn),磁場(chǎng)強(qiáng)度調(diào)整為1 050 oe,得到精選精礦和精選尾礦。精選精礦即為成品鐵精礦,粗選尾礦和精選尾礦為最終尾礦。圖3為磁選試驗(yàn)流程圖。

圖3 磁選試驗(yàn)流程圖

2.4 試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果及分析

表3將磁化焙燒后赤泥與原料赤泥鐵礦物的主要物相進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn),通過(guò)磁化焙燒,原料赤泥中的菱鐵礦和黃鐵礦消失,這兩部分鐵礦物在高溫情況轉(zhuǎn)化為Fe2O3,再被還原成磁鐵礦(Fe3O4);原料赤泥中硅酸鐵2FeO·SiO2未被還原,這與熱力學(xué)分析得出的結(jié)論一致;原料赤泥中褐鐵礦絕大部分轉(zhuǎn)化為磁鐵礦,轉(zhuǎn)化率達(dá)到98%以上。

表3 原料赤泥與磁化焙燒后赤泥中鐵物相的分析結(jié)果對(duì)比 %

磁化焙燒后赤泥TFe品位為41.7%,在經(jīng)過(guò)第一級(jí)粗選后,可得到TFe品位為50.22%的粗選精礦,鐵的回收率為67.54%,粗選精礦產(chǎn)率為56%;粗選精礦再經(jīng)第二級(jí)精選后,可得到TFe品位為56%的精選精礦(成品鐵精礦),鐵回收率為62%,精選精礦(成品鐵精礦)產(chǎn)率為46.1%,遠(yuǎn)高于同行業(yè)內(nèi)鐵精礦品位52%～55%時(shí),鐵的回收率為28%～32%的平均水平。

通過(guò)以上試驗(yàn)驗(yàn)證,結(jié)果表明鐵礦物以褐鐵礦形式存在的赤泥(采用低溫拜耳法處理的三水鋁石鋁土礦產(chǎn)出赤泥),經(jīng)過(guò)磁化焙燒后,絕大部分弱磁性的褐鐵礦轉(zhuǎn)化成磁性更強(qiáng)的磁鐵礦。磁化焙燒后的赤泥,經(jīng)“一粗一精”磁選后可得到遠(yuǎn)高于同行業(yè)平均水平的鐵精礦品位和鐵的回收率,證明磁化焙燒-濕法磁選生產(chǎn)工藝有較好的磁選效果。

3 磁化焙燒-濕法磁選生產(chǎn)工藝經(jīng)濟(jì)分析

以某港口氧化鋁項(xiàng)目為例,該項(xiàng)目礦源為國(guó)外三水鋁石型鋁土礦,采用低溫溶出工藝,年產(chǎn)氧化鋁2 000 kt/a,年產(chǎn)赤泥2 900 kt/a。對(duì)該項(xiàng)目應(yīng)用赤泥磁化焙燒-濕法磁選工藝,根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)(鐵精礦TFe品位56%,產(chǎn)率46.1%)計(jì)算,該項(xiàng)目可產(chǎn)出TFe品位56%鐵精礦1 337 kt/a,即減排赤泥1 337 kt/a,主要產(chǎn)生以下效益。

1)赤泥產(chǎn)出的鐵精礦效益

該項(xiàng)目應(yīng)用赤泥磁化焙燒-濕法磁選工藝后,可產(chǎn)出TFe品位56%鐵精礦1 337 kt/a,根據(jù)目前鐵精礦市場(chǎng)現(xiàn)狀,本項(xiàng)目的產(chǎn)品鐵精礦(56%品位)的銷(xiāo)售價(jià)格按不含稅價(jià)格 318.57 元/t(含稅 360 元/t)計(jì),年?duì)I業(yè)收入為42 592.8萬(wàn)元。生產(chǎn)鐵精礦的成本主要包含原材料成本、燃料及動(dòng)力成本(包含熱損失部分)、人工成本、折舊費(fèi)、修理費(fèi)以及管理費(fèi)等費(fèi)用,共計(jì)307.81元,則每年可實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)總額為1 438.6萬(wàn)元。

2)赤泥減排節(jié)約堆存成本

該項(xiàng)目赤泥在沒(méi)有經(jīng)過(guò)磁化焙燒-濕法磁選前,赤泥全部送至赤泥堆場(chǎng)堆存。經(jīng)過(guò)赤泥磁化焙燒-濕法磁選后,可減少堆存赤泥1 337 kt/a。赤泥堆存成本主要包含赤泥濾餅輸送、赤泥濾餅攤曬、赤泥濾餅壓實(shí)等成本,按照目前該港口氧化鋁項(xiàng)目生產(chǎn)數(shù)據(jù),赤泥堆存平均堆存成本為10元/t赤泥,則每年可節(jié)約赤泥堆存成本1 337萬(wàn)元。

3)節(jié)約赤泥堆場(chǎng)庫(kù)容

目前國(guó)家對(duì)赤泥堆場(chǎng)的管控愈加嚴(yán)格,新建一個(gè)赤泥堆場(chǎng)要提前2-3年,經(jīng)過(guò)層層嚴(yán)格的審批和安全論證,花費(fèi)大量人力物力,才能通過(guò)赤泥堆場(chǎng)的各類(lèi)審批,這就使得赤泥堆場(chǎng)庫(kù)容對(duì)氧化鋁廠尤顯珍貴。該港口氧化鋁項(xiàng)目一期赤泥堆場(chǎng)庫(kù)容1 950萬(wàn)方,使用年限8.4年。應(yīng)用赤泥磁化焙燒-濕法磁選工藝后,可減排赤泥1 337 kt/a,按堆積容重1.25 t/m3計(jì)算,每年可節(jié)約赤泥堆場(chǎng)庫(kù)容106.96萬(wàn)方,堆場(chǎng)使用年限增加至15.6年,相對(duì)于原規(guī)劃的8.4年的使用年限延長(zhǎng)7.2年。

4 結(jié) 論

1)三水鋁石型鋁土礦采用低溫溶出處理得到的赤泥,主要以褐鐵礦或者鋁針鐵礦形態(tài)存在,磁性差、磁選效果不好。本文對(duì)磁化焙燒-濕法磁選生產(chǎn)工藝進(jìn)行試驗(yàn)初探,試驗(yàn)結(jié)果表明,鐵精礦品位56%時(shí),回收率62%、產(chǎn)率為46.1%、磁選效果好。

2)以某港口氧化鋁項(xiàng)目為例,根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算,應(yīng)用赤泥磁化焙燒-濕法磁選生產(chǎn)工后,可產(chǎn)出TFe品位56%鐵精礦1 337 kt/a,預(yù)期每年可實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)1 438.6萬(wàn)元,每年可節(jié)約赤泥堆存成本1 337萬(wàn)元。值得注意的是赤泥選鐵產(chǎn)品鐵精礦價(jià)格受市場(chǎng)波動(dòng)較大,這將對(duì)該工藝?yán)麧?rùn)產(chǎn)生較大影響。

3)以某港口氧化鋁項(xiàng)目為例,根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算,應(yīng)用赤泥磁化焙燒-濕法磁選生產(chǎn)工后,可減排赤泥排1 337 kt/a,每年可節(jié)約赤泥堆場(chǎng)庫(kù)容 106.96萬(wàn)方,堆場(chǎng)使用年限增加至15.6年,相對(duì)于原規(guī)劃8.4年的的使用年限延長(zhǎng)7.2年。

4)本文中的經(jīng)濟(jì)分析數(shù)據(jù)來(lái)自試驗(yàn)驗(yàn)證,具有一定的參考性。但由于鐵精礦品位和產(chǎn)率直接影響了項(xiàng)目利潤(rùn),下一步應(yīng)對(duì)磁化焙燒-濕法磁選工藝進(jìn)行擴(kuò)大化的中試試驗(yàn),以期為工業(yè)化應(yīng)用提供更為準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。