龐建明，潘聰超，宋耀欣，趙志民，邸久海
（中國鋼研科技集團(tuán)有限公司資源應(yīng)用與合金材料事業(yè)部）

        21世紀(jì)以來，我國鋼鐵行業(yè)快速發(fā)展，國內(nèi)鐵礦石產(chǎn)量已經(jīng)無法滿足鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)需求，進(jìn)而導(dǎo)致對(duì)進(jìn)口礦石的依賴度增大，而我國大量低品位的難選礦石尤其是微細(xì)粒貧赤鐵礦卻無法有效分選利用[1]，因此，如何經(jīng)濟(jì)、高效的利用該類礦石，對(duì)于我國鋼鐵企業(yè)的發(fā)展有至關(guān)重要的意義[2]。

       根據(jù)礦石的分離效果，常把56~0um的磁鐵礦和74~0um的赤鐵礦稱為細(xì)粒鐵礦，將30~0um的磁鐵礦以及45~0um的赤鐵礦稱為微細(xì)粒鐵礦[3]。TFe小于25%，在磨礦細(xì)度達(dá)到30um以下時(shí)礦石單體解離度才能達(dá)到95%以上的赤鐵礦稱為微細(xì)粒貧赤鐵礦[4]。我國赤鐵礦具有嵌布粒度細(xì)、常規(guī)選礦方法選別指標(biāo)較差的特點(diǎn)。例如鄂西鮞狀赤鐵礦粒度為0.1~0.8um，赤鐵礦環(huán)帶寬為30um以下；司家營鐵礦氧化帶礦物以及脈石礦物均為細(xì)粒不均勻嵌布，粒徑大部分小于13um；湖北大冶的菱鐵礦大部分與方解石、白云石共生，粒度為10~50um左右。

        對(duì)于微細(xì)粒貧赤鐵礦的利用，近年來許多科研工作人員進(jìn)行了研究。現(xiàn)有處理方法主要為磁化焙燒工藝、選礦工藝、直接還原工藝等，取得了一定得進(jìn)展[5]。本文通過對(duì)現(xiàn)有微細(xì)粒貧赤鐵礦處理方法的分析，找尋微細(xì)粒貧赤鐵礦的最佳處理工藝，以促進(jìn)低品位復(fù)雜鐵礦資源的利用和我國鋼鐵工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 磁化焙燒工藝

       磁化焙燒法一般用來處理磁性較弱的鐵礦石，目的是將弱磁性的鐵礦物（赤鐵礦、黃鐵礦、菱鐵礦、褐鐵礦等）在焙燒爐中加熱并在適當(dāng)?shù)臍夥罩修D(zhuǎn)變成磁性較強(qiáng)的礦物，如磁鐵礦或γ-赤鐵礦，比磁化系數(shù)增加上千倍。磁化焙燒的類型包括還原焙燒（ 作為還原劑的還原氣氛）、氧化焙燒（氧化氣氛）、中性焙燒（少量空氣或物空氣）以及較少的的氧化還原焙燒(先在氧化氣氛中加熱到一定溫度再置于還原氣氛中)、還原氧化焙燒（還原后與空氣接觸）[6]，其中只有還原焙燒應(yīng)用于工業(yè)實(shí)踐，其它磁化焙燒的方法未見大規(guī)模應(yīng)用。

        還原磁化焙燒原理：在還原氣氛條件下，通過還原劑將赤鐵礦中三價(jià)氧化物轉(zhuǎn)變?yōu)槎r(jià)氧化物的過程。工業(yè)上常用固態(tài)碳、氫氣、一氧化碳或煤氣類混合氣作為還原劑。
 

1.1 磁化焙燒工藝技術(shù)現(xiàn)狀

       傳統(tǒng)的磁化焙燒工藝主要包括豎爐處理塊礦工藝、回轉(zhuǎn)窯處理粉礦工藝、沸騰爐處理粉礦工藝，分別用于處理75~15mm塊礦、25mm下粒度礦石及3~0mm粉礦。但都由于還原速度慢、還原不均勻、成產(chǎn)成本高、產(chǎn)品質(zhì)量不理想、運(yùn)行部穩(wěn)定等問題，逐漸被淘汰或是一直未應(yīng)用于工業(yè)實(shí)踐。從焙燒效果來看，三種爐型相比較沸騰爐好于回轉(zhuǎn)窯，回轉(zhuǎn)窯好于豎爐。

1.2 磁化焙燒工藝研究

       中南工業(yè)大學(xué)李思導(dǎo)等[7]對(duì)大冶鐵礦選廠的粒度在0.2mm以下尾礦進(jìn)行了研究，將尾礦強(qiáng)磁選后得到的磁鐵精礦在回轉(zhuǎn)窯上進(jìn)行了磁化焙燒-弱磁選半工業(yè)試驗(yàn)，焙燒溫度為800℃，獲得全鐵品位為56%以上，鐵回收率84%的良好指標(biāo)，為低品位難選鐵礦資源開發(fā)提出了新的工藝思路，但設(shè)計(jì)流程涉及造球、焙燒、磨礦、破碎等工藝，設(shè)備投資大、生產(chǎn)成本高，工業(yè)生產(chǎn)一直未能應(yīng)用。

       宣化鐵廠[8]曾在20世紀(jì)70年代研制斜坡爐用作粉礦磁化焙燒設(shè)備，由于該工藝處理能力較小，實(shí)際生產(chǎn)不順行，產(chǎn)出精礦品位低，難以得到推廣。

       埃及Youssef. M. A[9]通過還原焙燒工藝處理Aswan高磷高鋁鮞狀赤鐵礦，用H2或CO對(duì)鐵品位為45.2%的原礦進(jìn)行磁化焙燒-磁選實(shí)驗(yàn)，獲得的鐵精礦指標(biāo)為TFe 59.6%、鐵回收率90%。

       針對(duì)某地赤鐵礦的鮞狀特點(diǎn)，王成行等[10]通過磁化焙燒工藝進(jìn)行試驗(yàn)研究，試驗(yàn)最佳工藝條件為：焙燒溫度850℃，焙燒時(shí)間60min，磨礦細(xì)度-0.074mm占70%，磁場(chǎng)強(qiáng)度145.6kA/m。得到了TFe 58.4%以及鐵回收率87.66%的鐵精礦指標(biāo)。

       左倩等[11]人對(duì)鄂西某寧鄉(xiāng)式鮞狀赤鐵礦進(jìn)行了磁化焙燒-磁選的小型試驗(yàn)，原礦品位43.71%，磷含量0.93%，原礦細(xì)磨至-2mm，與煤按5:1的質(zhì)量比混合，在750℃的焙燒溫度下焙燒1h，將磁選后的焙燒礦細(xì)磨至-325目后再經(jīng)過兩次弱磁精選，得到的鐵精礦鐵品為位60.12%、鐵回收率為77.42%。

       武漢理工大學(xué)龔國華[12]對(duì)大冶低品位鐵精礦進(jìn)行了馬沸爐、回轉(zhuǎn)窯、沸騰爐的磁化焙燒試驗(yàn)研究，鐵礦TFe33.87%，試驗(yàn)通過回轉(zhuǎn)窯和馬弗爐磁化焙燒該低品位鐵礦可以獲得TFe約為60%的優(yōu)質(zhì)的海綿鐵。實(shí)驗(yàn)條件為：磨礦細(xì)度小于0.074mm、鼓入流量為3m3/h空氣，磁場(chǎng)強(qiáng)度1.2A，煤粉含量為13.04%、粒度小于1mm并要求固定碳含量高，焙燒溫度850℃、時(shí)間8min，為低品位鐵礦的使用提供了思路，但該工藝對(duì)煤種質(zhì)量要求較高，未見后續(xù)報(bào)道和工業(yè)化生產(chǎn)。

       白麗梅等[13]探尋了張家口難選鮞狀赤鐵礦的選礦工藝。對(duì)品位為47.66%的原礦進(jìn)行了強(qiáng)磁-重選、強(qiáng)磁-反浮選等選礦工藝方法進(jìn)行選別，只能得到TFe為62%、回收率低于55%的較差的選別指標(biāo)。因此進(jìn)采用焙燒-弱磁選工藝進(jìn)行試驗(yàn)研究，其試驗(yàn)條件為焙燒溫度1333K、時(shí)間為1.15h-1.5h、礦煤質(zhì)量比為11，再經(jīng)過一次磁選，其磁場(chǎng)強(qiáng)度為80KA/m、磨礦細(xì)度-200目占80%，獲得TFe為63.06%、鐵回收率為86.05%的鐵精礦指標(biāo)。

1.3 磁化焙燒工藝特點(diǎn)

          磁化焙燒工藝具有以下優(yōu)點(diǎn)：

        （1）增強(qiáng)了弱磁性礦物磁性，使其能夠磁選出來；

        （2）脫除礦物中的結(jié)晶水和氣體。鐵礦石經(jīng)過磁化焙燒可以去除吸附水和結(jié)晶水，菱鐵礦經(jīng)焙燒可分離出CO2，不僅提高了礦石鐵品位，還增加礦石氣孔率，使鐵礦石更易還原，對(duì)磁選和高爐煉鐵也有利；

       （3）一定程度上脫除礦石中的有害元素。

       （4）改善礦石結(jié)構(gòu)。氣體和結(jié)晶水的排除，可以使礦石結(jié)構(gòu)疏松，有利于降低磨礦功耗，提高礦石磨礦效率。

      （5）磁化焙燒產(chǎn)出的鐵精礦在磁選時(shí)對(duì)水溫、水質(zhì)要求不高，且容易脫水、具有一定得強(qiáng)度。
磁化焙燒始終未大規(guī)模應(yīng)用或已經(jīng)淘汰，因其有許多不足：

        磁化焙燒給料粒度大，傳熱、傳質(zhì)速度慢，焙燒時(shí)間長且不均勻，均在60分鐘以上，且能耗高、成本大、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不高，不適宜長期工業(yè)生產(chǎn)。

       由于焙燒礦中Fe3O4 在高溫下迅速被空氣氧化成Fe2O3，磁性會(huì)降低，而目前普遍采用直接入水封池中淬冷，防止與空氣接觸，這種方式雖然簡單有效，不足之處是需要消耗大量的水，而焙燒礦的顯熱卻不能得到利用，造成能耗的增加。在工業(yè)生產(chǎn)中，由于焙燒礦物的粒度過大，經(jīng)常出現(xiàn)塊礦表明和內(nèi)部焙燒不均勻，表層焙燒程度高于內(nèi)部，稱這種情況為夾生，塊礦粒度越大，焙燒越不均勻。如果礦石粒度差異過大，則會(huì)造成粒度大的礦石欠燒，粒度小的礦石過燒。

2 選礦工藝

        對(duì)于粒徑-30um的赤鐵礦，強(qiáng)磁選、重選、泡沫浮選等常規(guī)的選礦方法以及這些方法的組合都很難取得良好分選指標(biāo)，既沒有好的鐵精礦品位，回收率又很低。所有的選礦方法及分選設(shè)備對(duì)分選礦物的粒度都有其要求，尤其是粒度下限，當(dāng)?shù)V物粒度小于該值時(shí)難以達(dá)到有效分選[14]。

       目前實(shí)際生產(chǎn)中處理微細(xì)粒低品位赤鐵礦的工藝為弱磁選-強(qiáng)磁選-反浮選流工藝，生產(chǎn)中所使用的強(qiáng)磁選設(shè)備的磁感應(yīng)強(qiáng)度一般為1~1.2T，對(duì)于粒徑-30um的赤鐵礦，這種磁場(chǎng)強(qiáng)度的分選設(shè)備回收率極低，低于40%。

       由于微細(xì)粒嵌布弱磁性鐵礦石質(zhì)量小、比表面積大且比磁化系數(shù)低，造成其難以選別。由與礦石顆粒磁化系數(shù)低，在磁場(chǎng)中受力小，與脈石顆粒差異性低，因此即便在強(qiáng)磁場(chǎng)下，也易與脈石夾雜難以有效分離。由于浮選主要依靠礦石顆粒與齒板、氣泡等捕集介質(zhì)接觸，但由于礦石質(zhì)量小，在流動(dòng)場(chǎng)中動(dòng)量小，與介質(zhì)碰撞率低。由于顆粒表面積大，晶格缺陷多，增加了選擇性聚團(tuán)的困難。

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