某贫鲕状赤铁矿深度还原试验研究

2012-01-05刘淑贤申丽丽牛福生

中国矿业 2012年3期

刘淑贤,申丽丽,牛福生

(河北联合大学矿业工程学院，河北唐山 063009)

鲕状赤铁矿嵌布粒度极细，且经常与菱铁矿、鲕绿泥石和含磷矿物共生或相互包裹，因此鲕状赤铁矿石是目前国内外公认的最难选的铁矿石类型[1]。该铁矿是我国最重要的沉积型铁矿床，广泛分布于我国南部的鄂、湘、赣、川、滇、黔、桂诸省以及甘南地区[2]。该类型铁矿石资源基本没有得到利用，但其储量丰富，我国铁矿资源储量的1/9为鲕状赤铁矿，因此对其研究具有重大的战略意义[3]。

1 矿石性质

1.1 矿石的物质组成

试验所用铁矿石为某贫鲕状赤铁矿石。矿石采样粒度10～50mm，用颚式破碎机加对辊破碎机至-2mm备用。原矿化学多元素分析、铁物相分析如表1、2所示。

表1 原矿多元素分析结果/%

表2 原矿铁物相分析结果/%

由表1看出，全铁品位32.16%，其中磷0.70%，硫为0.22%，有害元素偏高。

由表2看出，赤褐铁矿占全铁的77.39%，硅酸铁占13.99%，菱铁矿占8.00%，磁铁矿和硫化铁合起来仅占0.621%。

1.2 矿石的工艺矿物学分析

由原矿铁物相分析和矿石工艺矿物学分析，从原矿中主要铁矿物-赤铁矿的嵌布特征来看，该矿石以鲕状构造为主，其次为浸染状构造，赤铁矿属微细粒嵌布，因赤铁矿的嵌布粒度过细，即使细磨矿，多数赤铁矿也难以单体解离，这是本矿石选矿难的关键。图1、图2是其中具有代表性的两张。除以赤铁矿形式赋存的铁外，硅酸铁和菱铁矿的含量占21.99%，不能通过简单的选矿方法得到有效回收。

另外，该矿石中含有的硫、磷，对铁矿冶炼而言是有害元素。研究表明，简单的选矿方法难以降低铁精矿中磷的含量。

图1 赤铁矿颗粒碎裂缝被脉石矿物充填反光(—)

图2 石英等脉石矿物包裹或充填于矿石颗粒间透光(+)

2 原矿深度还原试验

2.1 试验方法

本实验采用单因素条件试验，先后确定还原剂的种类及用量、还原温度、还原时间。方法如下：取-2mm赤铁矿分别与不同还原剂混合均匀，放入50mL坩埚中，待马弗炉升到一定温度时，将其放入炉中深度还原，保温一定时间，把深度还原物料倒入水中，快速冷却。烘干，取样测定。磨矿(细度-200目80%)，磁选，根据还原后的金属化率及磁选的结果，确定深度还原的适宜条件，进行数据处理，最后进行流程的最优化研究。试验流程见图3。

图3 深度还原试验流程图

2.2 单因素试验

2.2.1 还原剂种类试验

试验选取无烟煤、煤炭和木炭为还原剂做对比，无烟煤和煤炭粒度为-100目占100%。原矿与还原剂配比为2(质量比)，在温度1200℃下还原2h，结果见表3。

表3 不同还原剂对原矿各指标的关系/%

从表3可以看出，无烟煤与木炭的还原能力相当，煤炭略高，但从成本考虑，质量相同的煤炭价格几乎是无烟煤的2倍。从工业化和经济化的角度出发，煤易大量采购，所以采用无烟煤作为还原剂。

2.2.2 还原剂用量试验

在温度为1200℃下还原2h，对无烟煤用量进行试验研究，磨矿细度80%左右-200目，试验分析结果见图4。从图4可以看出，煤用量越少，固定炭成分越少，原矿不能充分还原，品位和回收率就越低。随着煤含量增高，还原矿的磁选精矿品位，回收率都在不断提高，当矿煤比为2时，还原铁的各项指标达到较好值，进一步增加用量效果没有增进，反而有所下降。考虑成本及还原效率，确定还原剂最佳用量为33%。

2.2.3 还原温度试验

在矿煤比为2的条件下还原2h，对还原温度进行试验分析，试验结果见图5。

从图5可以看出，温度对还原矿的影响很大。随着温度的升高，精矿品位逐渐增加；回收率在1200℃后，反而会趋于下降。这是因为温度过高，炉壁上或坩埚内壁会有明显的黏结现象，导致回收率降低。温度过低，还原反映速度很慢，也不能对原矿进行深度还原，进而不能还原成金属铁，影响金属化率。由图5及各因素的综合分析考虑，将还原温度确定为1200℃。

2.2.4 还原时间试验

按矿煤比为2，还原温度为1200℃的条件下，进行还原时间试验，试验结果见图6。

图6表明，焙烧时间对焙烧效果影响较大，随着焙烧时间的延长，铁精矿品位逐渐升高，回收率则先降低后逐渐增加。品位从78.11%上升到92.18%，回收率则先从82.19%降低到79.43%，后又开始上升，直至提高到90.45%。综合考虑，焙烧温度在1200℃时，焙烧时间为120min，可获得较理想的铁精矿品位和回收率，此时精矿品位达92.18%，回收率为90.45%。