澳大利亞某地高磷鐵礦石降磷工藝研究

李耀明,郭文軍,劉占途,安 海

(中鋼集團天津地質研究院,天津300061)

0 引言

高磷礦石的降磷工藝在選礦領域一直是個難題。我國的錳礦資源中有相當多的錳礦石因為磷的含量較高而不能利用;澳大利亞的高磷鐵礦目前也只是作為配礦銷售。本次研究旨在通過對澳大利亞某地高磷鐵礦石的脫磷工藝研究,在高磷礦石的脫磷工藝方面取得一些進展,以提高資源的利用價值。

1 高磷鐵礦中磷的賦存狀態研究

研究磷在鐵礦石中的賦存狀態是脫磷的基礎,研究中采用了顯微鏡鑒定、掃描電鏡能譜分析、選擇性溶解、淘析、化學分析及X射線衍射分析等方法進行綜合研究。

1.1 高磷鐵礦的化學組成

鐵礦石的主要組分分析結果見表1;鐵礦石綜合樣的X射線能譜分析結果見圖1。

表1顯示,鐵礦石的雜質是比較單一的,而且含量較低。主要的有害元素磷的含量較高,需要通過選礦進行降磷處理。

圖1 鐵礦綜合樣X射線能譜分析圖譜Fig.1 Diagram of X-ray energy spectrum of a composite Fe ore sample

1.2 鐵礦石結構構造及礦物組成

礦石中主要鐵礦物有赤鐵礦和褐鐵礦兩種,赤鐵礦呈自形-半自形的粒狀,為磁鐵礦假象;褐鐵礦則具有典型的膠體充填結構和膠狀構造(圖2)。

表1 鐵礦石主要組分分析結果Table 1 Analysis of main components of the Fe ore

通過鏡下反復地觀察,未見有獨立的磷礦物,主要由赤鐵礦和針鐵礦組成。拋光片的顯微鏡觀察證明,褐鐵礦的分布十分廣泛,它不僅如圖2所顯示的那樣存在于赤鐵礦粒間和細裂隙中,在赤鐵礦內部也常見有細粒褐鐵礦的存在(圖3,圖4)。

1.3 磷在礦石中的賦存狀態

1.3.1 褐鐵礦中含磷的定性考查

首先用掃描電鏡對鐵礦石中兩種鐵礦物褐鐵礦及赤鐵礦中含磷的對比能譜進行分析,以定性地考查磷在兩種礦物中的含量高低,結果發現絕大多數的褐鐵礦中含磷及鋁、硅,而赤鐵礦在相同的測定條件下不能顯示磷。掃描電鏡能譜分析結果見圖5,圖6。

1.3.2 磷在不同粒級產品中的富集趨勢

掃描電鏡分析結果顯示,礦石中的磷在褐鐵礦中確有富集現象,這種現象在礦石中普遍存在。由于赤鐵礦與褐鐵礦的硬度差異較大,褐鐵礦的硬度明顯低于赤鐵礦,在不同粒級產品中磷更趨向于在褐鐵礦中富集。

圖4 與圖3b各分析點對應的X射線能譜譜線圖Fig.4 X-ray energy spectrum diagram corresponding to analysis point of fig.3

圖5 鐵礦石拋光面的背散射電子圖象Fig.5 Scatering SEM photo of polishod section of Fe ore

表2 經磨細-分級后不同粒級產品中磷的質量分數Table 2 P contents Fe ore in different grain size

實際上經磨礦-分級后所得各個粒級產品依然是赤鐵礦和褐鐵礦的混合物,但粗粒級產品中赤鐵礦相對富集,而細粒級產品中則褐鐵礦相對增加。表2顯示,隨著粒級變細,礦樣中磷的質量分數逐漸增加,表明在褐鐵礦中磷元素有富集的趨勢。

2 高磷鐵礦石的降磷試驗研究

對高磷鐵礦中磷的賦存狀態研究,為降磷試驗提供了基礎。本次試驗研究采用物理選礦和化學選礦兩種方法。

2.1 物理選礦

2.1.1 重選試驗

重選試驗的設備采用搖床,試驗結果見表3。

從表3看,細磨后用重選方法可降低磷含量,但精礦產率太低。這與物相研究結果吻合。鐵礦石的磷主要賦存于褐鐵礦中,而赤鐵礦中則少見,且褐鐵礦較赤鐵礦硬度小,易磨細,重選時容易進入尾礦部分。

2.1.2 磁選試驗

采用濕式強磁選機進行磁選試驗,試驗結果見表4。

表4顯示,磁選方法難以進行有效分選,主要原因是磷與鐵礦物緊密共生,這與物相分析認為磷呈膠體狀態產出而沒有獨立礦物存在的結論相吻合。

2.2 化學選礦試驗

化學選礦試驗主要采用酸浸方法。首先進行鐵礦石破碎粒度試驗,之后進行焙燒-酸浸試驗。

2.2.1 鐵礦石粒度對酸浸試驗的影響

把鐵礦石磨到粒度為-200目占66.8%和97.6%時,在室溫下用5%和10%的硫酸和鹽酸進行浸出,礦漿濃度25%,并進行攪拌,試驗結果見表5。

從表5可以看出,不管是浸出介質的種類變化(硫酸或鹽酸),浸出時間的長短,還是鐵礦樣品粒度的差別,試驗結果中的磷與原礦樣相比,基本上無明顯變化。

圖6 能譜分析譜線圖(與圖5中標注各分析點相對應)Fig.6 Energy spectral line diagram

表3 鐵礦石搖床重選試驗結果Table 3 Results of table concentrator of Fe ore

表4 鐵礦石磁選試驗結果Table 4 Magnetic concentration results of Fe ore

2.2.2 焙燒-酸浸試驗

(1)焙燒溫度及浸出介質綜合試驗。焙燒在馬弗爐中進行,焙燒處理可以使含鐵礦物燒結不易溶解,通過焙燒可以去除部分結晶水,增加礦樣的孔隙度。

把粒度-200目占97.6%的鐵礦樣用馬弗爐焙燒2 h,焙燒溫度分別為500℃和700℃,浸出介質為10%的硫酸、鹽酸、硝酸及乙酸,礦漿濃度為25%,浸出環境為95℃的水浴,浸出時間為2 h,試驗結果見表6。

表5 鐵礦石酸浸試驗結果表Table 5 Results of acid-leaching test of Fe ore

浸出的介質條件以硫酸為最好,而焙燒溫度則800℃的效果要優于600℃。

(2)焙燒溫度試驗。把粒度-200目占97.6%的鐵礦樣用馬弗爐焙燒2 h,溫度分別為500℃,700℃,800℃和900℃,其他條件不變,浸出結果見表7。

表6 焙燒-酸浸試驗結果表Table 6 Roasting-leaching results

表7 不同焙燒溫度下鐵礦樣浸出效果對比Table 7 Leaching rate of Fe at different temperature

從表7數據可以看出,隨焙燒溫度的提高,降磷效果越來越明顯;同時產品的產率也隨之增加。受條件所限,沒有進行更高溫度的試驗,但推測溫度過高會導致礦物的燒結,反而會影響浸出的效果。

(3)鐵礦樣粒度試驗。在其他條件不變的情況下,改變鐵礦樣的粒度進行試驗,其浸出結果見表8。

表8表明,不同粒度鐵礦樣的浸出效果變化不是特別明顯,產品產率的變化也不大。在生產中應選擇增加礦樣粒度,這樣既節省費用又便于生產操作。

(4)浸出時間試驗。采用粒度的-2 mm鐵礦樣進行了浸出時間對降磷效果的試驗研究。在其他條件不變的情況下,分別浸出2h,3h,4 h。試驗表明,浸出時間的變化對浸出效果的影響不是很明顯(表 9)。

表8 不同鐵礦樣粒度浸出結果對比表Table 8 Leaching rate of different-size ore

表9 不同浸出時間鐵礦樣浸出結果對比表Table 9 Leaching rate at different leaching periods

3 結論

(1)澳大利亞某地高磷鐵礦石主要由赤鐵礦和褐鐵礦組成,而褐鐵礦的成因與鐵的膠體沉淀過程有關。在鐵礦石中沒有發現磷的獨立礦物,但掃描電鏡探查證實褐鐵礦普遍含磷,而在赤鐵礦中不存在這種現象,認為褐鐵礦在形成過程中帶正電的氫氧化鐵膠體從介質中吸附了磷。通過磨礦-分級,磷在較細級別中相對富集,而在粗粒級中貧化,故而判斷磷在褐鐵礦中呈富集趨勢。

(2)試驗研究表明,物理選礦方法很難降低鐵礦石中磷的質量分數。而采用焙燒-酸浸的化學選礦方法可有效降低磷在鐵礦中的含量,原樣中磷的質量分數為0.15%,試驗中最好的浸出產品中磷的質量分數只有0.03%,降磷效果非常明顯。

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