难选铁矿石微波磁化焙烧同步降磷的工艺分析

2022-11-21王东良佘雪峰魏秀泉

中国金属通报 2022年3期

王东良，佘雪峰，魏秀泉

铁矿石是钢铁工业的重要原材料，实际的铁矿石应用中，为了保证铁矿石的自给率，需要对铁矿石进行合理的筛选，但是，在实际的铁矿石利用中，却存在铁矿石进口依赖率相对较高的问题，严重影响钢铁行业的发展情况。基于此，本文对难选铁矿石微波磁化焙烧同步降磷的工艺进行研究，旨在保证铁矿石的筛选水平，从而保证铁矿石的自给率，缓解进口压力，从而积极推动钢铁行业的健康发展。

1 铁矿物的矿床类型及主要铁矿物

1.1 铁矿床的成因类型

铁矿石是钢铁加工的基础，当今社会中，铁是最有用、最丰富、最廉价的金属，同时，实际的工农业生产中，钢是重要的结构材料，符合功能业的发展需求。而在实际的钢铁生产中，需要对铁矿石进行利用，通过铁矿石的加工，能够获取相应的钢铁。而为了获取铁矿石，就要从，铁矿石的矿床中获取。实际的铁矿床的成因及类型，可以帮助相关人员了解铁矿石的铁矿物的种类，矿物与脉石之间是嵌布的关系，对于铁矿石的地质勘探和后续的选矿和冶炼加工具有重要的指导作用。矿床的成因类型可以分为很多类型，所以可以按照实际情况，对成因类型进行划分，其中，主要可以分为沉积型、岩浆型、火山成因型、变质沉积型以及热液接触交代型。这几种铁矿床都是铁矿床的成因类型。另外，在铁矿床的控制和开采中，需要做好相关成因的控制，进而提高开采效率，结合主要的沉积型，岩浆型和火山成因型等类型的分析，并结合实际情况，采取适宜的开采方式，从而保证铁矿石能够合理的从矿产中，获取相应的矿石，进而满足实际工作的相应需求。

1.2 铁矿物的性质研究

结合实际情况，铁矿石还可以进一步进行划分，可以分为多种矿物种类，这部分矿物组成，对后续的工作具有明显的指导作用。四种矿石中，磁铁矿具有较强的磁性，一般情况下，通过单一磁选法，就能实现对铁精矿的获取。所以工业生产中，这部分铁矿石就是应用最多的矿石类型。而褐铁矿和菱铁矿都是因为矿石本身具有一定的有害杂质，再加上矿石结构相对复杂，就影响了这两类矿石在工业中的应用，影响了矿石的合理利用。铁矿物在实际的利用时，需要结合实际情况，做好铁矿石的性质研究，进而满足实际工作的相应需求，全面提升铁矿石的质量分析，进而提升铁矿石的利用价值，更好的的满足实际工艺的相关需求。全面提升铁矿物的利用价值。

1.3 难选铁矿石的研究现状

为了进一步对铁矿石进行研究，本文对难选铁矿石进行了研究。难选铁矿石，是因为铁矿石符合：①本质上难选；②经济上难选；③环保限制难选。如果铁矿石，符合上述三种情况的一种，就说明铁矿石属于难选铁矿石。为了保证难选铁矿石的选矿效果，我国有超贫铁矿选矿技术、采用高效设备实现多碎少磨、粗粒湿式抛尾技术、微细粒、赤铁矿选矿技术等，这些技术的合理利用，就能实现对难选铁矿的选矿工艺，为后续的铁矿石利用提供基础。重选工艺虽然无法对高质量的铁精矿进行获取，但是矿石经过多次重选和洗矿，能够使得矿石摆脱大量的泥沙，从而为后续的加工奠定基础。

还原焙烧－磁选。这个工艺是用于处理难选矿石的一种有效方法，该工艺的使用，能够实现对难选矿石的有效处理，为后续的难选矿石利用提供基础。在该方法使用之前，需要使用化学方法，对难选矿石进行预处理，处理之后，再使用磁选回收的方法，对精矿进行回收，这种工艺是一种联合工艺，对于易泥化的褐铁矿，由于黏土矿物使得矿浆泥化，导致矿浆受到的机械阻力明显变大。而在褐铁矿的分选过程中，因为嵌布粒度极细，所以矿石需要经过细磨，才能实现对单体的控制，实现单体的解离。细粒度的矿物由于矿粒质量减小，所以在磁场中所受到的磁力也会随之变化。因此，采用强磁选才能保证磁选的效果，再使用焙烧弱磁选工艺，就能得到较好的分选效果，从而满足实际的分选需求。除此之外，磁化焙烧技术分选，弱磁性的褐铁矿也能取得较好的分选效果，但是，因为使用煤或重油为热源，用竖炉或回转窑焙烧矿石，会造成煤或油的使用量极大，从而造成加工成本的增加，并且，煤和油的燃烧，还会给环境带来影响，造成环境的污染。所以要结合实际情况，合理的对磁化焙烧技术进行利用，必要时放弃对该项技术的使用。

2 难选铁矿石微波磁化焙烧同步降磷的工艺

2.1 微波对矿石的作用

实际的矿石选矿中，需要合理的对选矿技术进行利用，才能确保难选矿石得到有效地控制，避免难选矿石给选矿带来影响，从而降低选矿的难度，提升选矿的效率。近年来，使用微波作用于矿物的研究逐年增多，因为微波具有选择性加热的特点，所以，实际的选矿中，不同的物质在微波中会有不同的损耗情况。所以，实际的选矿过程中，矿石是由多种矿物组成的混合物，金属矿石包括2 部分，就是芯数的养护物和硫化物、硅酸盐矿物组成的脉石。而硅酸盐矿物咋微波场中几乎不吸收波，而金属矿物由于吸收微波的迅速后，会迅速加热，所以这种选择加热的特点，是其他加热方式所不具备的。

2.2 难选铁矿石微波磁化焙烧同步降磷的工艺

2.2.1原料分析

为了实现对微波磁化焙烧同步降磷的工艺分析，需要预先对实现微波磁化焙烧降磷的原材料进行研究，确保原材料的选择合理，能够符合难选铁矿石的基本需求，从而保证试验的顺利进行，并为后续的分析提供基础参考。选择氧化矿和深层的原生矿，构成氧化矿的主要铁矿物为褐铁矿，而构成原生矿的主要矿物则为菱铁矿。同时，矿物还是氧化矿。现结合实际情况，对矿石的基本性质进行简要分析。

从原矿的X 射线衍射分析可以看出，铁矿物的主要成分有针铁矿，它是构成褐铁矿的主要矿物成分之一，构成脉石的主要矿物是石英。进一步对矿石的主要化学成分进行研究。

结合实际情况，进一步对矿物进行研究，从而德奥矿石中石英含量可以达到18.01%，有害元素的含量达到1.05%，进一步对它进行分析，从欧诺个人得到铁主要的为褐铁矿，含有少量的磁铁矿。进一步对其进行分析，得到铁矿石中有磁铁矿中铁，赤铁矿中铁、黄铁矿中铁、菱铁矿和硅酸铁中铁。以此为基础，可以发现矿石性质中，本文所选的矿石属于难选铁矿石，因为矿石中粘土含量相对较高，且容易矿浆泥化，导致机械阻力增加，同时矿物的比磁化系数低，很难使用磁选法对铁矿石进行回收，再加上铁矿石的嵌布粒度较细，所以使用磨矿也很难实现对矿物单体的解离完全。

2.2.2难选铁矿石微波磁化焙烧同步降磷的工艺

以本文所选的原材料为研究对象，对实际的难选铁矿石微波磁化焙烧同步降磷的工艺节能性研究。从而得到，先使用粉碎机，将铁矿石进行颚式破碎，big 对辊破碎至一定的粒度，然后，再使用无烟煤与铁矿石进行混合，并注意混合后的搅拌，确保搅拌的效果，保证搅拌的均匀。搅拌均匀后，要使用磁化焙烧，同时，使用调剂电流对微波功率进行控制，之后将焙砂倒入水中，经过水淬冷却，党矿浆冷却后，将其加矿。实际的实施过程中，可以得到具体的工艺流程图。

结合实际磁化焙烧的基本情况，可以发现微波磁化焙烧的具体工艺流程，按照实际需求，根据工艺进行磁选，从而保证能够获取铁精矿。从而确保选矿的效果，保证选矿工艺的合理，确保选矿能够符合实际工作需求。

2.2.3试验设备

为了确保微波磁化焙烧工艺的顺利进行，就要读试验所用的设备进行准备。做好设备的准备，能够确保试验的顺利进行，从而能够提升试验的质量，保证微波磁化焙烧工艺的合理性。并且能够实现同步降磷，最终似的难选铁矿可以变为精铁矿，最终保证工艺的合理，确保选矿的效率。实际的设备准备中，包括多功能微波箱式反应炉，另外还需要颚式破碎机、锥形球磨机、磁选管，鼓风恒温干燥箱。这些设备需要经过完善的设备检测工作，确保设备处于正常的工作状态，降低设备的故障概率，从而保证微波磁化焙烧工艺流程能够顺利进行，最终确保铁矿石的降磷水平。

2.2.4样品检测

矿石中的全铁含量采用国际标准，而磷的含量同样采用的国际标准，按照这两个标准对处理后的样品进行检测，实际的检测过程中，使用飞利浦扫描电子显微镜对原矿及焙烧后的样品进行观察，再使用EDAX 的能谱仪对不同矿物的元素组成进行能谱分析，使用BRUKER 公司的X 射线衍射仪对原矿进行焙烧后的样品物相分析。

经过对矿石性质的分析，确认原矿石中国主要的铁矿物为褐铁矿，而矿石中的其他物相是石英和磷灰石，原矿的铁品位为37.27%，主要的有害元素的为磷元素，含量为1.05%，综合分析，说明该矿石为难选矿石。根据难选矿石的基本情况，确定使用微波磁化焙烧同步降磷工艺实现对铁矿石的处理，最后再对铁矿石进行磨矿后磁选，最终能够获得铁精矿。经过加工后，实现对难选铁矿石的处理，有效提升了，铁矿石的处理效果，使得铁矿石能够符合加工需求。

3 微波场中铁矿石的吸波特性

3.1 物质升温速率的影响因素

在微波场中，物质表面的温度会发生变化，而具体的升温速率，还与微波场具有一定的关系，实际的微波场中，因为电厂电流的密度损耗，介质的复介电常数公式中，ε 用于描述复介电常数的实部，它的大小反映了介质束缚电荷的能力，而，ε”则是描述复介电常数的虚部，它反映了介质的损耗情况，所以被称之为介电损耗因子，常用损耗角：δ，介质的复介电常数ε 用于反映介质在交变电厂中的电极化行为，除此之外，除了偶极损耗ε”d以外，还存在界面损耗εmw与电导损耗，σ/ωε0。从而，介质的有效损耗ε”eff可以用εeff”=εd”+εmw"+σ/ωε0 描述。ω 用于描述微波场的角频率，同时微波在加热介质中进一步分析，能够得到一些氧化物在微波场中，不能实现加热，因为它不能吸收微波，所以这样，就呢个进一步保证微波磁化焙烧同步降磷的效果，满足实际工艺的基本需求，确保铁矿石的处理效果。

3.2 微波焙烧铁矿石试验

为了进一步对微波磁化焙烧同步降磷的基本情况，需要对微波焙烧铁矿石进行研究，明确影响回收率的因素，确认铁品位的影响因素。

3.2.1焙烧温度的影响

焙烧过程中，温度对回收率是有直接影响的。所以实际的实施过程中，需要注意选矿分离的相关要求，并做好影响条件的分析，包括微波功率，配碳量，焙烧时间，以及磨矿细度等因素。这些因素都会给铁品位和回收率带来影响。所以实际的试验过程中，选择好原材料，选择难选矿石150g，配碳比为12%，微波功率为800W，时间控制在12min，研究焙烧温度分别为500℃～1000℃之间，每整100 倍率的稳定进行一次试验，最终得到了试验结果，试验结果显示，焙烧温度对磁选的效果是有影响的，而且，影响还是十分明显的，如果是以无烟煤为还原剂，会发现，低温500℃～600℃时，矿物的品位和回收率，都不高因为，这一时段，还原效应尚未体现。所以矿物的磁选效果就不好，当温度上升时，还原效应得到体现了，这时的铁品位就明显提升了，同时回收率也有明显变化，随着温度的机械上升，铁品位再次提升，回收率再次提升。同时，在所有的温度中，800℃时，品位和回收率为最高值，所以综合这些温度的基本情况，可以断定800℃的温度是最佳的工艺温度，也是最理想的工艺条件。

3.2.2 微波功率的影响

选取一定量的难选铁矿石，其他试验条件与上述一样，温度选取800℃但是微波温度变成变量，从400W 开始，逐渐提升，直到温功率变为1600W。经过试验后，可以得到试验结果，结果显示，随着微波功率的变化，回收率和品位都在变化，当功率达到1600W 时铁品位最低，且发现400W 时，铁品位最高，而且，随着功率的不断提升，回收率在明显变低。所以，实际的焙烧过程中，要注意对功率的控制，一般情况下，功率为800W 是最适合的功率情况。避免功率过大，导致焙烧温度过高，导致焙烧过度的问题。

3.2.3 配碳量的影响

在上述试验的基础上，对温度和功率进行控制，温度选择800℃，功率选择800W，除了配碳量为变化量之外，其他数据与上述试验无异。配碳量由3%开始增加，并以3 的倍数进行增加，直至增加到18%为止，最后观察试验结果。结果显示，随着配碳量的增加品位和回收率明显增加，但是当配碳量增加到12%以后数据的变化就趋于稳定，基本变化不大。所以综合考虑，能够发现12%是最佳的配碳量，既不会造成浪费，也能保证回收率和铁品位。

3.2.4 焙烧时间的影响

结合上述试验的基本数据，控制温度、功率和配碳率，都选择最佳的数据，为800℃、800W 和12%，并将时间作为变化量，从0min 开始，以6 为倍数，依次增加，直至时间达到18min后，停止增加。从而能够得到试验结果，结果显示，随着焙烧时间的增加，铁的品位和回收率都有明显变化，但是，当时间超过12min 后，变化就不明显了，而且还有品位和回收率降低的趋势。所以经过分析，可以判断12min 为最佳的焙烧时间。

3.2.5 磨矿细度的影响

以上述所有确定的数据为基础，分别控制数据为800℃、800W 和12%以及12min，其他数据与的上述试验相同，选择磨矿细度为变化量，从200 目为基础，不断对磨矿细度进行变化，直至变化为－400 目为止。通过结果分析发现，品位和回收率无法达到同时最高，因为二者随磨矿细度变化相反，所以结合实际情况，选择－200 目为最佳数据，这时，品位可达49.37%，回收率可达85.79%，由此可见，选择这一数值是最合理的。

3.2.6 磁场强度的影响

在上述试验的基础上，对已知数据进行控制，包括800℃、800W 和12%以及12min，还有－200 目，将磁场强度作为变化量，从而得到磁场强度的变化区间为，60KA/cm ～180KA/cm，结果显示，磁场变化量对品位和回收率的影响不大，但是，当磁场强度处于119.37KA/cm 时，为最佳试验条件。

经过上述分析，确认了难选铁矿石微波磁化焙烧同步降磷的工艺，按照上述参数能够获得最佳试验结果。