云南某难选菱铁矿磁化焙烧—弱磁分选试验研究

陈英杰 陆显志 路沛瑶 丁 湛 余 攀 柏少军

(昆明理工大学，昆明 650093)

随着钢铁工业的持续发展，我国铁精矿的需求量不断增加，国内自产铁精矿难以满足钢铁工业的需求。我国菱铁矿石资源丰而不富，此类铁矿石的品位低、组分结构复杂、铁矿物嵌布粒度较细、并含P、S、Si等有害杂质，它是一种典型的难选铁矿石。因此，加强我国低品位难选菱铁矿资源的选矿技术研究，实现菱铁矿资源的有效利用，对缓解我国铁精矿供给矛盾具有重大的现实意义[1-2]。

云南某地区的菱铁矿资源比较丰富，原矿的铁品位为28%～31%，铁矿物嵌布粒度细，有害杂质磷、硫含量分别高达1.03%和1.30%。由于原矿品位低、杂质含量高和矿物嵌布粒度细，该地区的菱铁矿属典型的“呆矿”资源，其有效开采利用的难度极为艰巨[3-5]。近年来，复杂难选铁矿石的选矿技术取得了长足的进步，低品位难选菱铁矿资源的开发利用被提上议程。受企业方的委托，我们对云南某低品位难选菱铁矿石进行了磁化焙烧—磁选试验研究。在试验室条件下，研究了分选过程中焙烧温度、焙烧时间和煤粉与矿的质量比对铁精矿指标的影响。在小型试验的基础上，进行了磁化焙烧半工业扩大试验，并取得了良好的分选指标。本文为我国类似难选菱铁矿资源的加工提供了一些技术支撑。

1 原料及研究方法

1.1 原料

1.1.1 菱铁矿样品

试验所用的原料为脱磷硫后的菱铁矿粉，矿样细度为-0.045 mm粒级约占80%。原料的化学成分分析及铁物相分析结果如表1～2 所示。

表1 原料的化学成分分析

表2 原料铁物相分析结果

由表1～2 可见，矿样的铁品位为31.78%，铁矿物主要以菱铁矿为主，脉石矿物SiO2的含量为18.53%，磷、硫含量很低。若能通过磁化焙烧—磁选工艺来有效地提铁降硅，所获得的铁精矿将可以作为炼铁的原料。

1.1.2 还原剂

试验所用的还原剂为烟煤，取样破碎至粒度低于1 mm以备用。其工业分析及灰分成分分析结果在以前的研究中均报道[3]。本文中的还原煤固定碳高、灰分低，挥发分高，有害元素S含量低及结焦指数低，是一种良好的还原剂。

1.2 研究方法

试验工艺流程包括：将矿料和一定量的还原煤及助剂(主要为碱金属盐)混匀装入高纯度的石墨坩埚中并加盖密封，按预定的焙烧温度和时间在箱式电阻炉中进行焙烧，焙烧产物真空下自然冷却。焙烧产物破碎后采用制样机进行磨矿，采用干式筛分法测定其磨矿细度；磁选设备采用XCGS—73型磁选管，管直径为50 mm。将焙烧产物磨矿至粒度-0.074 mm粒级占90%，在磁场强度为232 kA/m下进行弱磁选试验，以铁精矿品位和回收率作为试验的评价依据。

2 磁化焙烧—弱磁分选

弱磁性低品位难选铁矿石通常可以通过磁化焙烧—弱磁选工艺实现铁矿物与脉石矿物的有效分离[6-8]。为确定工艺流程中优选的试验条件，进行了焙烧温度、焙烧时间和粉煤用量等因素试验，并查明这些因素对铁精矿指标的影响。

2.1 焙烧温度试验

在焙烧时间为90 min、煤/矿质量比为3∶20、助剂/矿质量比为1∶10的条件下，改变焙烧温度进行试验，结果如图1所示。由图1可见，焙烧温度对铁精矿指标的影响十分明显，当焙烧温度由800 ℃升高到1 050 ℃时，铁精矿品位增加了16.17%，金属回收率从73.89%提高79.57%；当温度进一步增加到1 100 ℃时，铁精矿品位有所降低，铁的回收率大幅度下降。由于原矿中SiO2的含量比较高，磁化焙烧过程中温度过高将促使SiO2极易与还原中间产物FeO发生反应，生成了富氏体和弱磁性的硅酸铁[4]，这部分含铁矿物容易进入磁选尾矿而造成铁金属的损失。由此可以确定优选的焙烧温度为1 050 ℃。

图1 焙烧温度对磁选指标的影响Fig.1 Effects of roasting temperature on the indexes of magnetic separation

2.2 焙烧时间试验

焙烧时间对磁选指标的影响如图2所示。试验条件：焙烧温度为1 050 ℃，煤与矿质量比为3∶20，助剂与矿质量比为1∶10时。由图2可见，焙烧时间的延长有利于铁精矿中铁品位和回收率增加；当焙烧时间从60 min增加到120 min 时，铁精矿中铁品位由59.40%增加到70.22%，铁回收率由75.18%增加到83.67%。随着焙烧时间的进一步增加，铁品位与回收率变化不大，这表明矿样中弱磁性铁矿已充分转化为强磁性铁矿物。综合考虑成本和选别指标，优选的焙烧时间为120 min。

图2 焙烧时间对磁选指标的影响Fig.2 Effects of roasting duration on the indexes of magnetic separation

2.3 煤与矿质量比试验

图3所示为煤与矿质量比对弱磁选指标的影响。试验条件为：焙烧温度为1 050 ℃，焙烧时间为120 min，助剂与矿质量比为1∶10。从图3可以得出，随着煤与矿质量比的提高，精矿中铁的品位与铁的回收率逐渐增加，当m(煤)/m(矿)为3∶20时，精矿的品位为69.82%，铁回收率为83.83%。进一步提高煤与矿的质量比，精矿铁品位和回收率的变化不大。适量的煤粉用量可以确保焙烧过程中的还原气氛。煤粉用量不足将使得菱铁矿向强磁性铁矿的转化变得不充分，而煤粉过量时将导致菱铁矿的过度还原，进而恶化磁选指标。因此，本矿样优选的m(煤)/m(矿)定为3∶20。

图3 煤与矿质量比试验结果Fig.3 Effects of mass ratio of coal to ore on the indexes of magnetic separation

3 磁化焙烧半工业验证试验

在实验室试验研究的基础上，进行了磁化焙烧半工业验证试验，试验采用RQ-35-2型转炉。考虑到这是一个动态焙烧的过程且还原气氛不易确保，而小型试验为静态焙烧，两者区别较大。首先进行了磁化焙烧半工业探索性试验。

3.1 粉矿试验

考虑到粉矿粒度比较细(-0.045 mm粒级占80%)，为防止高温加料过程中大量CO2和CO气流吹散矿料从而造成铁回收率的损失和焙烧矿样的再次氧化，半工业试验采取低温加粉矿和炉膛内自然冷却排矿的方式。在焙烧温度1 050 ℃、焙烧时间60 min下，调节炉膛转速为2 r/min，考察了煤粉用量对弱磁选指标的影响。试验结果见表3。

表3 煤粉用量对弱磁选的影响

由表3可以看出，当煤粉比增大后，铁精矿品位和铁回收率明显下降，当m(煤)/m(矿)为1∶1，焙烧原矿的品位反而降低，磁选后铁精矿品位为52.21%，回收率仅为52.03%。分析认为煤粉烧后的大量灰分贫化了焙烧矿的品位，同时在磁选作业这些灰分很容易被夹杂而进入铁精矿中，进而造成精矿品位下降；另一方面，过量的CO气体可以与Fe3O4发生反应生成弱磁性的FeO，将造成铁精矿品位的下降和铁金属的损失。当m(煤)/m(矿)为3∶10，焙烧原矿品位41.42%，铁精矿品位达86.06%，回收率为89.86%，出现了过还原现象。其原因可能为半工业试验采用了低温加料，炉膛内自然冷却的方式，实际的焙烧时间远超过60 min，使得部分磁铁矿被还原成金属铁。

3.2 球团矿试验

为防止粉矿在焙烧过程中易结垢及其被气流带出，同时优化半工业焙烧条件，将粉矿与10%助剂混匀后制成14 mm的球团，在烘箱内烘干后，对球团矿进行了焙烧温度试验，试验结果见表4。

表4 球团矿焙烧温度试验结果

由表4可以看出，在1 000 ℃下，弱磁选精矿产率为41.25%，铁品位为 86.33%，回收率为86.29%。主要化学元素分析结果表明，铁精矿中金属铁为84.42%，金属化率为97.79%，铁矿物过还原现象尤为明显。因此，以900 ℃作为下一步半工业试验的焙烧温度。

3.3 磁化焙烧半工业全流程试验

在磁化焙烧半工业探索性试验的基础上，进行了20 kg球团矿磁化焙烧半工业全流程试验，试验数质量流程如图4所示，铁精矿主要化学元素分析结果见表5。

试验结果表明，磁化焙烧半工业全流程试验中，获得的铁精矿产率为34.70%、品位为75.03%、回收率为81.91%，其中含磷0.08%，含硫0.25%，含硅9.45%，可作为一种优良的炼铁原料。

表5 铁精矿主要化学元素分析结果

图4 磁化焙烧—磁选工艺流程数质量流程图Fig.4 Quality flowsheet of magnetic roasting—magnetic separation processing

4 结论

1)云南某难选菱铁矿的铁品位31.78%，矿样细度为-0.045 mm粒级约占80%，实现铁矿物与脉石矿物的有效分离和富集是此类矿石资源利用的关键。

2)磁化焙烧—弱磁分选试验结果表明，实验室优选的焙烧温度为1 050 ℃、焙烧时间为120 min、m(煤)/m(矿)为3∶20、助剂/矿质量比为1∶10和磁选细度-0.074 mm粒级占90%。获得了精矿铁品位为70.22%、回收率83.67%的良好指标。

3)磁化焙烧半工业试验结果表明：球团矿在焙烧温度900 ℃、焙烧时间60 min、m(煤)/m(矿)为3∶10、助剂与矿质量比为1∶10和磁选细度-0.074 mm粒级占90%的条件下，获得精矿铁品位为75.03%、回收率81.91%的分选指标，技术指标令人满意。

4)随着矿石资源的日益紧张，难选弱磁性铁矿的开发利用问题已被提上议程，本文为我国类似难选菱铁资源的加工提供了一些技术支撑。