某赤泥预富集-闪速磁化焙烧扩大连续试验研究①

李家林，陈 雯，刘小银，陆晓苏，刘 旭

（长沙矿冶研究院有限责任公司，湖南 长沙 410012）

赤泥是氧化铝生产过程中产生的碱性高、比表面积大的工业废弃料。拜耳法工艺中每生产1 t氧化铝产品需排放赤泥1～1.5 t。随着铝工业迅猛发展，我国赤泥堆存量不断增加。由于赤泥中含有大量的强碱性化学物质且pH值极高，大量堆存将引起严重的环境污染［1］。因此，赤泥的综合利用已成为氧化铝工业亟须解决的难题［2］。磁化焙烧-磁选是回收赤泥中铁的有效途径［3-7］。本文采用预富集-闪速磁化焙烧-弱磁选工艺对某赤泥进行了选铁试验研究。

1 试验矿样及方法

1.1 试验矿样

试验所用赤泥矿样取自广西某氧化铝厂，为该氧化铝厂洗矿车间赤泥矿浆经浓缩过滤后所获得样品，其化学多元素分析和铁物相分析结果分别见表1和表2。

由表1和表2可知，试样中铁品位26.06%，是主要的综合回收组分；需要选矿排除的脉石组分主要是Al2O3、CaO和SiO2；磷和硫含量低，预计对铁精矿质量影响较小。矿样中呈赤（褐）铁矿形式产出的铁占96.85%，加上分布在碳酸盐中的铁，合计分布率达98.38%，这即为选铁的理论回收率。

表1 试样化学多元素分析结果（质量分数） %

表2 试样铁物相分析结果

1.2 试验方法

闪速磁化焙烧扩大试验过程中，入烧物料经精准计量后由焙烧系统顶部给入预热器，经多次气固换热和分离后进入反应炉；由燃料燃烧产生的高温烟气经调质后进入反应炉，在反应炉内与预热好的物料快速发生化学反应，实现焙烧原料的矿相转化。反应后的物料在收料器内实现气固分离后进入焙烧矿冷却系统，冷却并调浆后通过渣浆泵输送至后续磨矿-磁选作业。

2 试验结果及讨论

2.1 强磁选预富集试验

强磁选预富集试验在ZH-1000型平环强磁选机上进行，原则流程为一次粗选一次扫选。试验过程中控制下盘磁场强度为1.90 T，此时上盘磁场强度和中盘磁场强度分别为0.30 T和1.50 T；尾矿冲洗水压力、精矿卸矿水压力分别为0.12 MPa、0.15 MPa。强磁选预富集可获得产率44.17%、TFe品位37.84%、铁回收率65.08%的粗精矿，同时抛出产率55.83%、铁损失率34.92%的强磁选尾矿。

预富集不仅将入烧原料的铁品位由26.06%提高至37.84%，提升闪速磁化焙烧工艺的经济可行性的同时，还可抛除氧化铝浸出过程中产生的难处理铁矾及超细粒含铁矿物，确保了闪速磁化焙烧反应过程炉况的稳定。

2.2 闪速磁化焙烧试验

将预富集所得粗精矿进行过滤、烘干、碾细和打散等处理后，在闪速磁化焙烧扩大连续试验装置上进行焙烧温度和焙烧气氛的参数优化试验，并在适宜条件下进行连续稳定验证试验。

2.2.1 焙烧温度试验

在闪速磁化焙烧扩大连续试验装置中，控制反应炉入口CO含量1.5%左右，对预富集粗精矿进行了焙烧温度优化试验，不同焙烧温度条件下获得的焙烧矿在0.22 T磁场强度条件下进行弱磁选，焙烧温度对磁化焙烧效果的影响见图1。

图1 磁化焙烧温度试验结果

从图1可知，在719～808℃温度范围内，弱磁选精矿铁回收率随着焙烧温度提高呈现逐渐升高趋势，而铁精矿TFe品位基本上在54%左右波动；焙烧温度750℃左右时，闪速磁化焙烧-弱磁选工艺的铁回收率已达88%左右；进一步提高焙烧温度铁回收率提高不明显。综合考虑弱磁选指标及焙烧成本，选择焙烧温度750℃进行后续试验。

2.2.2 焙烧气氛试验

控制反应炉入口气体温度740～760℃，在闪速磁化焙烧扩大连续试验装置中，对赤泥预富集粗精矿进行了不同CO浓度的闪速磁化焙烧试验，获得的焙烧矿在0.22 T磁场强度的弱磁选机内进行分选，焙烧气氛对磁化焙烧效果的影响见图2。

图2 磁化焙烧气氛试验结果

从图2可知，焙烧烟气中CO体积浓度在1.45%～2.55%范围内，焙烧矿弱磁选精矿TFe品位在54%左右波动，精矿铁回收率在86%左右波动，磁化焙烧效果均较理想。但焙烧气氛中CO浓度越高，焙烧能耗大幅增加。综合考虑生产成本及分选指标，选择焙烧气氛中CO浓度2.0%左右为宜。

2.2.3 连续稳定试验

为考察矿样磁化焙烧效果的可重复性和稳定性，在闪速磁化焙烧扩大试验装置中，控制反应炉入口气体温度740～760℃、反应炉中烟气CO含量1.8%～2.2%，对赤泥预富集粗精矿进行了闪速磁化焙烧扩大连续稳定试验。试验过程中每隔30 min取样一次，并将连续试验取样所得样品在0.22 T磁场强度的弱磁选机内进行分选，结果见图3。

图3 连续稳定试验结果

图3结果表明，焙烧矿经弱磁选所得粗精矿铁品位及铁回收率均波动较小，所得铁精矿平均TFe品位54.32%、平均铁回收率84.78%，闪速磁化焙烧效果较为理想。

2.2.4 焙烧矿质量检测结果

为表征赤泥预富集粗精矿在反应炉入口温度740～760℃、反应炉内烟气CO含量1.8%～2.2%条件下经闪速磁化焙烧后的焙烧效果，对扩大连续稳定试验所得焙烧矿进行了XRD分析，同时采用MLA（矿物解离分析仪）对焙烧矿中主要矿物含量进行了统计，结果见图4和表3。

从图4和表3可知，经闪速磁化焙烧后的焙烧矿中主要为磁铁矿，但仍有少量赤铁矿残余；脉石矿物以水铝硅酸钙、钙霞石、一水硬铝石和三水铝石为主，其次是钙钛矿、石英、长石和方解石等。值得指出的是，虽然经过还原焙烧处理，X射线衍射分析图谱的背景值仍然较高，矿物衍射峰也较为弥散，说明样品中结晶程度较差的矿物所占比例仍然较高。

图4 焙烧矿XRD分析结果

表3 闪速磁化焙烧产品矿物含量（质量分数） %

综合考虑赤泥矿样可选性及焙烧产品分析结果，认定预富集粗精矿经闪速磁化焙烧工艺处理后矿样磁化效果较为理想。

2.3 焙烧矿分选试验

为考察焙烧矿的分选指标，对反应炉入口温度740～760℃、反应炉烟气中CO含量1.8%～2.2%条件下经闪速磁化焙烧后的焙烧产品，首先在0.22 T磁场强度条件下进行弱磁选，并对获得的弱磁选粗精矿进行了磨矿细度及条件优化后的全流程试验。

矿物成功分选的前提是目的矿物尽量单体解离。磁场强度0.15 T条件下，对弱磁选粗精矿进行了一段磨矿细度试验，结果如图5所示。

图5 弱磁选粗精矿磨矿细度试验结果

从图5可知，随着一段弱磁选粗精矿磨矿细度逐渐变细，弱磁选精矿品位逐渐上升，铁回收率略有下降。磨矿细度较粗时弱磁选铁精矿品位偏低，而磨矿细度太细将大幅度增加磨矿费用。当磨矿细度为－0.045 mm粒级占89.84%时，弱磁选可以获得作业产率89.38%、TFe品位58.54%、铁回收率95.86%的铁精矿。综合考虑，选择磨矿细度－0.045 mm粒级占89.84%进行后续试验。

2.4 全流程试验

为验证筛选的优化条件及在优化条件下可获得的分选指标，进行了闪速磁化焙烧-磨矿-弱磁选全流程试验，试验详细条件和结果见图6。

图6 闪速磁化焙烧-磨矿-弱磁选数质量流程

从图6可知，采用闪速磁化焙烧-磨矿-弱磁选工艺处理，可获得铁精矿产率58.35%、TFe品位60.15%、铁回收率82.08%的选别指标。

2.5 产品质量检测

对闪速磁化焙烧-磨矿-弱磁选工艺获得的铁精矿产品进行了化学多元素分析，结果见表4。

本试验所得产品为磁铁矿精矿。从表4可知，铁精矿TFe品位60.15%。依据现行的中华人民共和国国家标准GB／T 36704—2018［8］对铁精矿级别的划分标准，所得磁铁矿精矿除Al2O3含量因赤泥本身含铝较高超出质量要求外，其余的理化指标符合磁铁精矿C60级别质量要求。Al2O3因与铁结合得太紧密，难以通过常规选矿方法进一步降低，可与Al2O3含量低的铁精矿配矿使用。

3 结 论

1）工艺矿物学研究结果表明，试验所用赤泥矿样铁含量26.06%，是主要的回收组分；需要选矿排除的脉石组分主要是Al2O3、CaO和SiO2；磷和硫含量低，对铁精矿的质量影响较小。矿石中呈赤（褐）铁矿形式产出的铁占96.85%，加上分布在碳酸盐中的铁，合计分布率达98.38%，这即为选铁的理论回收率。

2）在反应炉温度740～760℃、炉内烟气中CO含量1.8%～2.2%条件下经闪速磁化焙烧工艺处理，焙烧矿中铁矿物主要为磁铁矿，同时仍残余少量赤铁矿。综合考虑赤泥可选性难度及焙烧产品分析结果，预富集粗精矿经闪速磁化焙烧工艺处理，矿样磁化效果较为理想。

3）赤泥预富集粗精矿经闪速磁化焙烧-磨矿-弱磁选工艺处理，在一段弱磁选场强0.22 T、最终磨矿细度－0.045 mm粒级占89.84%，二段弱磁粗选场强0.15 T、二段弱磁精选场强0.15 T条件下，可获得产率58.35%、TFe品位60.15%、铁回收率82.08%的铁精矿。