助熔劑降低赤褐鐵礦深度還原溫度的試驗研究

劉淑賢，魏少波，牛福生

(河北聯合大學礦業工程學院，河北 唐山 063009)

早在20世紀70年代，國外開始研究赤鐵礦深度還原技術。目前，北京科技大學倪文[1]、東北大學孫永升[2]等國內專家，均對赤鐵礦深度還原進行了研究，選礦指標也較好。但是，深度還原的溫度都很高，都在1200℃以上。過高的能耗限制了深度還原的工業化進程，因此降低溫度、減少經濟成本、提高經濟效益是亟待解決的問題。為了降低深度還原的溫度，進行了助熔劑的選擇及添加試驗。

1 礦石性質

試驗所用鐵礦石為寧鄉式某貧細鮞狀赤褐鐵礦。礦石采樣粒度10～50mm，原礦化學多元素分析、鐵物相分析如表1、表2所示。

由表1看出，全鐵品位35.23%，赤褐鐵礦占全鐵的82.66%，硅酸鐵占9.91%，菱鐵礦占6.87%，磁鐵礦和硫化鐵合起來僅占0.56%。

表1 原礦多元素分析結果

表2 原礦鐵物相分析結果

2 助熔劑降低深度還原溫度試驗

取-2mm赤褐鐵礦、無煙煤、不同助熔劑混合均勻，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。根據還原后的品位和回收率，確定深度還原的適宜條件。

2.1 助熔劑種類試驗

在原礦(-2mm)∶無煙煤∶助熔劑=6∶3∶2的配比條件下進行試驗。使焙燒溫度降到1050℃，其他條件仍與不加助熔劑條件下的最佳條件一致：焙燒時間2h，磨礦細度-200目90%，磁場強度為80kA/m。助熔劑選擇Ca基助熔劑CaO、CaF2、石灰石(CaCO3)和Na基助熔劑NaF、NaCl、Na2CO3進行試驗。

1.CaO；2.CaF2；3.CaCO3；4.NaF；5.NaCl；6.Na2CO3；7.未加助熔劑最佳標準

圖1為焙燒1050℃，在原礦(-2mm)∶無煙煤∶助熔劑=6∶3∶2的配比條件下，各助熔劑對還原礦各指標的最佳效果。從圖1中可以看出，在鈣基助熔劑中CaCO3的還原效果較好，品位和回收率達到了91.83%和87.56%。但鈉基助熔劑中Na2CO3和NaF的還原效果都好于CaCO3，尤其Na2CO3的效果最為顯著，比在1150℃時的最佳還原指標都略高，品位達到93.04%，回收率達到94.53%。由此可以得出：當添加Na2CO3助熔劑時，焙燒溫度不僅能夠降低100℃，并且品位高出0.55%，回收率高出0.76%。我們最后確定Na2CO3為最佳助熔劑。分析Na2CO3為最佳助熔劑的原因如下。

不使用助熔劑時，鐵橄欖石和鐵尖晶石的深度還原反應如下。

2FeO·SiO2+2CO=2Fe+SiO2+2CO2

2FeO·SiO2+2C=2Fe+SiO2+2CO

FeO·Al2O3+CO=Fe+Al2O3+CO2

在鮞狀赤鐵礦的深度還原過程中，添加劑中的Na2CO3會首先分解出Na2O，它們置換的能力隨堿性的強弱順序依次為：Na2O>CaO>MgO，所以Na2O促進復雜FeO鐵氧化物的分解的效果要好于CaO。在Na2O存在的條件下，復雜鐵氧化物的深度還原反應如下。

Fe2SiO4(s)+Na2O(s)+2C(s)→2Fe(s)+Na2SiO4(s)+2CO(g)

FeAl2O4(s)+Na2O?s)+C(s)→Fe(s)+Na2Al2O4(s)+CO(g)

同理，Na2O與SiO2、Al2O3的結合力也大于FeO的結合力，在鮞狀赤鐵礦深度還原過程中加入適量Na2O，可使Na2O與SiO2、Al2O3結合而游離出FeO，有利于FeO的還原。Na2O取代了Fe2SiO4?FeAl2O4中的FeO，成為自由狀態的FeO，而自由狀態的FeO活性極高，使得Fe2SiO4?FeAl2O4易于還原。

2.2 助熔劑用量試驗

在原礦(-2mm)∶無煙煤∶Na2CO3=6∶3∶X的配比條件下，進行助熔劑用量試驗。在焙燒溫度為1050℃，焙燒時間2h，磨礦細度-200目90%，磁場強度為80kA/m的條件下試驗，其結果如圖2所示。

圖2 助熔劑Na2CO3用量配比結果

從圖2可知，當原礦(-2mm)∶無煙煤∶Na2CO3=6∶3∶2的配比條件下，各指標都達到了最佳值，所以最終確定按以上配比和條件，焙燒溫度為1050℃時進行該礦試驗。

從以上的試驗結果可以看出，Na2CO3配礦比為6∶3∶0.5到6∶3∶2之間，品位和回收率都急劇上升，在配礦比為6∶3∶2時，還原各指標到了最高值；繼續加入助熔劑，各指標反而下降。

2.3 加助熔劑后還原溫度試驗

原礦(-2mm)∶無煙煤∶Na2CO3=6∶3∶2的配比條件下進行試驗。使焙燒溫度降至950℃、1000℃、1050℃、1100℃、1150℃，其他條件仍與不加助熔劑條件下的最佳條件一致：焙燒時間2h，磨礦細度-200目90%，磁場強度為80kA/m的條件下進行試驗，試驗結果如圖3所示。從圖3中可以看出， 焙燒溫度為950℃、 1000℃時， 還原精

礦品位分別為88.92%和90.92%，回收率分別為74.33%和84.33%，選礦指標相對較低，到1050℃，達到最佳值，精礦品位和回收率分別為93.04%和94.53%，而隨著溫度升到1100℃和1150℃還原精礦品位和回收率均略有下降，所以還原溫度定為1050℃。

圖3 加助熔劑Na2CO3后還原溫度試驗結果

3 結論

1)通過對CaO、CaF2、 CaCO3、NaF、NaCl、

Na2CO3進行助熔劑種類實驗，得出Na2CO3為最佳助熔劑。

2)通過助熔劑用量試驗，可確定原礦(-2mm)∶無煙煤∶Na2CO3=6∶3∶2時，還原各指標到了最高值。

3)加助熔劑Na2CO3后，通過實驗，還原溫度定為1050℃時，可使精礦品位和回收率分別為93.04%和94.53%。

4)在鮞狀赤鐵礦深度還原過程中加入適量Na2CO3，可使分解出的Na2O與SiO2、Al2O3結合而游離出FeO，有利于FeO的還原。Na2O取代了Fe2SiO4FeAl2O4中的FeO，成為自由狀態的FeO，而自由狀態的FeO活性極高，使得Fe2SiO4FeAl2O4易于還原。

[1] 倪文，賈巖，徐承焱，等. 難選鮞狀赤鐵礦深度還原—磁選實驗研究[J]. 北京科技大學學報，2010，32(3)：13-17.

[2] 孫永升，韓躍新，包士雷，等. 鮞狀赤鐵礦深度還原礦組成特性及磁選試驗研究[J]. 現代工業，2010(7)：39-42.