某貧鮞狀赤鐵礦深度還原試驗研究

劉淑賢,申麗麗,牛福生

(河北聯合大學礦業工程學院，河北 唐山 063009)

鮞狀赤鐵礦嵌布粒度極細，且經常與菱鐵礦、鮞綠泥石和含磷礦物共生或相互包裹，因此鮞狀赤鐵礦石是目前國內外公認的最難選的鐵礦石類型[1]。該鐵礦是我國最重要的沉積型鐵礦床，廣泛分布于我國南部的鄂、湘、贛、川、滇、黔、桂諸省以及甘南地區[2]。該類型鐵礦石資源基本沒有得到利用，但其儲量豐富，我國鐵礦資源儲量的1/9為鮞狀赤鐵礦，因此對其研究具有重大的戰略意義[3]。

1 礦石性質

1.1 礦石的物質組成

試驗所用鐵礦石為某貧鮞狀赤鐵礦石。礦石采樣粒度10～50mm，用顎式破碎機加對輥破碎機至-2mm備用。原礦化學多元素分析、鐵物相分析如表1、2所示。

表1 原礦多元素分析結果/%

表2 原礦鐵物相分析結果/%

由表1看出，全鐵品位32.16%，其中磷0.70%，硫為0.22%，有害元素偏高。

由表2看出，赤褐鐵礦占全鐵的77.39%，硅酸鐵占13.99%，菱鐵礦占8.00%，磁鐵礦和硫化鐵合起來僅占0.621%。

1.2 礦石的工藝礦物學分析

由原礦鐵物相分析和礦石工藝礦物學分析，從原礦中主要鐵礦物-赤鐵礦的嵌布特征來看，該礦石以鮞狀構造為主，其次為浸染狀構造，赤鐵礦屬微細粒嵌布，因赤鐵礦的嵌布粒度過細，即使細磨礦，多數赤鐵礦也難以單體解離，這是本礦石選礦難的關鍵。圖1、圖2是其中具有代表性的兩張。除以赤鐵礦形式賦存的鐵外，硅酸鐵和菱鐵礦的含量占21.99%，不能通過簡單的選礦方法得到有效回收。

另外，該礦石中含有的硫、磷，對鐵礦冶煉而言是有害元素。研究表明，簡單的選礦方法難以降低鐵精礦中磷的含量。

圖1 赤鐵礦顆粒碎裂縫被脈石礦物充填反光(—)

圖2 石英等脈石礦物包裹或充填于礦石顆粒間透光(+)

2 原礦深度還原試驗

2.1 試驗方法

本實驗采用單因素條件試驗，先后確定還原劑的種類及用量、還原溫度、還原時間。方法如下：取-2mm赤鐵礦分別與不同還原劑混合均勻，放入50mL坩堝中，待馬弗爐升到一定溫度時，將其放入爐中深度還原，保溫一定時間，把深度還原物料倒入水中，快速冷卻。烘干，取樣測定。磨礦(細度-200目80%)，磁選，根據還原后的金屬化率及磁選的結果，確定深度還原的適宜條件，進行數據處理，最后進行流程的最優化研究。試驗流程見圖3。

圖3 深度還原試驗流程圖

2.2 單因素試驗

2.2.1 還原劑種類試驗

試驗選取無煙煤、煤炭和木炭為還原劑做對比，無煙煤和煤炭粒度為-100目占100%。原礦與還原劑配比為2(質量比)，在溫度1200℃下還原2h，結果見表3。

表3 不同還原劑對原礦各指標的關系/%

從表3可以看出，無煙煤與木炭的還原能力相當，煤炭略高，但從成本考慮，質量相同的煤炭價格幾乎是無煙煤的2倍。從工業化和經濟化的角度出發，煤易大量采購，所以采用無煙煤作為還原劑。

2.2.2 還原劑用量試驗

在溫度為1200℃下還原2h，對無煙煤用量進行試驗研究，磨礦細度80%左右-200目，試驗分析結果見圖4。從圖4可以看出，煤用量越少，固定炭成分越少，原礦不能充分還原，品位和回收率就越低。隨著煤含量增高，還原礦的磁選精礦品位，回收率都在不斷提高，當礦煤比為2時，還原鐵的各項指標達到較好值，進一步增加用量效果沒有增進，反而有所下降。考慮成本及還原效率，確定還原劑最佳用量為33%。

2.2.3 還原溫度試驗

在礦煤比為2的條件下還原2h，對還原溫度進行試驗分析，試驗結果見圖5。

從圖5可以看出，溫度對還原礦的影響很大。隨著溫度的升高，精礦品位逐漸增加；回收率在1200℃后，反而會趨于下降。這是因為溫度過高，爐壁上或坩堝內壁會有明顯的黏結現象，導致回收率降低。溫度過低，還原反映速度很慢，也不能對原礦進行深度還原，進而不能還原成金屬鐵，影響金屬化率。由圖5及各因素的綜合分析考慮，將還原溫度確定為1200℃。

2.2.4 還原時間試驗

按礦煤比為2，還原溫度為1200℃的條件下，進行還原時間試驗，試驗結果見圖6。

圖6表明，焙燒時間對焙燒效果影響較大，隨著焙燒時間的延長，鐵精礦品位逐漸升高，回收率則先降低后逐漸增加。品位從78.11%上升到92.18%，回收率則先從82.19%降低到79.43%，后又開始上升，直至提高到90.45%。綜合考慮，焙燒溫度在1200℃時，焙燒時間為120min，可獲得較理想的鐵精礦品位和回收率，此時精礦品位達92.18%，回收率為90.45%。

圖4 還原劑用量試驗結果

圖5 溫度對還原礦各指標影響

圖6 時間對還原礦各指標影響

3 結論

1)該礦石以鮞狀構造為主，其次為浸染狀構造，赤鐵礦屬微細粒嵌布。因赤鐵礦的嵌布粒度過細，即使細磨礦，多數赤鐵礦也難以單體解離，硅酸鐵和菱鐵礦的含量占21.99%，用傳統的選別方法很難達到工業標準的鐵精礦。

2)-2mm原礦在還原溫度為1200℃、還原時間為120min、礦煤比為2的條件下，通過深度還原，經過一段磨礦，兩段磁選，可獲得鐵精礦產率30.12%、品位92.18%、回收率90.45%的最佳指標。

[1] 孫炳泉.近年我國復雜難選鐵礦石選礦技術進展[J].金屬礦山，2006(3)：11-13，56.

[2] 趙一嗚，畢承思.寧鄉式沉積鐵礦床的時空分布和演化[J].礦床地質，2000(4)：350-361.

[3] 張錦瑞，胡力可，梁銀英，等. 難選鮞狀赤鐵礦的研究利用現狀及展望[J].中國礦業，2007，16(7)：74-76.