某鮞狀赤鐵礦石低溫連續懸浮焙燒試驗

陳 超 劉亞川 張裕書 張少翔

(1.中國地質科學院礦產綜合利用研究所，四川 成都 610041；2.國土資源部釩鈦磁鐵礦綜合利用重點實驗室，四川 成都 610041；3.中國地質調查局金屬礦產資源綜合利用技術研究中心，四川 成都 610041)

某鮞狀赤鐵礦石低溫連續懸浮焙燒試驗

陳 超1,2,3劉亞川1,2,3張裕書1,2,3張少翔1,2,3

(1.中國地質科學院礦產綜合利用研究所，四川 成都 610041；2.國土資源部釩鈦磁鐵礦綜合利用重點實驗室，四川 成都 610041；3.中國地質調查局金屬礦產資源綜合利用技術研究中心，四川 成都 610041)

中國地質科學院礦產綜合利用研究所與東北大學聯合研制了連續懸浮焙燒爐，為檢驗某應用于鮞狀赤鐵礦石開發的可能性，采用該爐進行懸浮磁化焙燒—弱磁選選礦試驗。結果表明，-0.3 mm的某鮞狀赤鐵礦石在焙燒溫度為575 ℃，還原氣體CO的體積分數為90%(N2的體積分數為10%)、總流量為6 m3/h的情況下以100 kg/h的給礦速度連續懸浮焙燒，焙燒產物磨至-0.074 mm占90%后用φ400×300型筒式弱磁選機1次弱磁選(磁場強度為120 kA/m)，獲得的精礦鐵品位為56.22%、鐵回收率為88.84%。懸浮焙燒過程的特點及弱磁選精礦指標表明，連續懸浮焙燒爐可實現鮞狀赤鐵礦石的高效、低耗開發利用。

鮞狀赤鐵礦石 連續懸浮焙燒爐 流態化焙燒 還原

隨著我國鋼鐵工業的迅速發展，鐵礦石需求量節節攀升。但由于我國鐵礦石資源稟賦差、采選困難，導致我國鐵礦石對外依存度居高不下。2014年，我國進口鐵礦石9.33億t，對外依存度高達78.5%，同比提高了9.7個百分點。與之對應的是，我國有超過100億t的復雜難選鐵礦石資源因技術或裝備上的原因而未被開發利用[1-2]。

難選鐵礦石流態化磁化焙燒技術于20世紀50年代傳入中國，70年代建成了日處理100 t原礦的半工業試驗基地，但由于種種原因，該技術未能工業化[3]。近年來，由于國內鐵礦石日漸短缺，而國外進口的鐵礦石又價格高企，國內選礦科技工作者再次對流態化焙燒技術投入了極大的熱情，并取得了一定的成果。余永富院士團隊利用建成的閃速磁化焙燒爐，對多地的難選鐵礦石進行磁化焙燒，焙燒產物的可選性明顯改善[4]。高等院校和科研院所對難選鐵礦石的流態化焙燒研究成果也累見報道，并正在努力實現工業化[5-10]。

中國地質科學院礦產綜合利用研究所與東北大學聯合研發了針對難選鐵礦石的實驗室型(100kg/h)連續懸浮焙燒爐，試驗將用該設備開展某鮞狀赤鐵礦石的低溫連續懸浮焙燒研究。

1 礦石性質

礦石主要化學成分分析結果見表1，鐵物相分析結果見表2，XRD衍射結果見圖1。

表1 礦石主要化學成分分析結果

Table 1 Main chemical composition analysisresult of run-of-mine ore %

表2 礦石鐵物相分析結果

Table 2 Iron phase analysis resultof run-of-mine ore %

圖1 礦石的XRD圖譜Fig.1 XRD pattern of run-of-mine ore H—赤鐵礦；Q—石英；Ch—綠泥石；Ca—方解石；A—磷灰石

從表1可知，礦石主要有用成分為鐵，磷含量較高。

從表2可知，礦石中的鐵主要以氧化鐵形式存在，其他形式的鐵含量均非常低。

從圖1可知，礦石中的主要礦物為赤鐵礦、方解石、綠泥石，其次是石英和磷灰石等。

2 研究方法

鮞狀赤鐵礦石懸浮焙燒試驗在實驗室連續型懸浮焙燒爐中進行。一定粒度的原料流態化預熱后進入流態化還原槽中，在預定溫度和還原氣氛(用N2調節CO濃度)下進行還原，還原產物進入流態化冷卻室冷卻或直接水淬冷卻(流態化冷卻過程中回收的熱量用于原料的預熱)，冷卻產物磨至-0.074 mm占90%后用φ400×300型筒式弱磁選機進行1次弱磁選，磁場強度為120 kA/m，考察焙燒條件對弱磁選精礦指標的影響。懸浮還原焙燒流程見圖2。

圖2 懸浮焙燒流程Fig.2 Suspension roasting process

3 試驗結果與討論

3.1 給料粒度試驗

給料粒度是保證裝置流暢性和焙燒效果的關鍵參數，確定合適的給料粒度非常重要。給礦粒度試驗的給料量為100 kg/h，焙燒溫度為550 ℃，還原氣體CO的體積分數為100%、流量為6 m3/h，冷卻方式為流態化冷卻，試驗結果見圖3。

圖3 給料粒度對弱磁選精礦指標的影響Fig.3 Effect of feed size on the index oflow intensity magnetic concentrate □—品位；■—回收率

從圖3可以看出，不同給料粒度下的弱磁選精礦鐵品位變化不大，但給料粒度為-0.3 mm情況下的鐵回收率顯著較高。綜合考慮，確定給料粒度為-0.3 mm。

3.2 焙燒溫度試驗

焙燒溫度試驗的給料量為100 kg/h，給料粒度為-0.3 mm，還原氣體CO的體積分數為100%、流量為6 m3/h，冷卻方式為流態化冷卻，試驗結果見圖4。

從圖4可以看出，隨著焙燒溫度的升高，弱磁選精礦鐵品位和回收率均上升。綜合考慮，確定焙燒溫度為575 ℃。

3.3 還原氣體CO的體積分數試驗

還原氣體CO的體積分數試驗的給料量為100kg/h，給料粒度為-0.3 mm，焙燒溫度為575 ℃，氣體總流量為6 m3/h，冷卻方式為流態化冷卻，試驗結果見圖5。

圖4 焙燒溫度對弱磁選精礦指標的影響Fig.4 Effect of roasting temperature on theindex of magnetic concentrate■—品位；▲—回收率

圖5 CO的體積分數對弱磁選精礦指標的影響Fig.5 Effect of CO volume concentrationon the index of magnetic concentrate■—品位；▲—回收率

從圖5可以看出，隨著CO體積分數的提高，弱磁選精礦鐵品位和回收率均上升。綜合考慮，確定還原氣體的CO濃度為90%。

3.4 還原氣體總流量試驗

還原氣體總流量試驗的給料量為100 kg/h，給料粒度為-0.3 mm，焙燒溫度為575 ℃，還原氣體CO的體積分數為90%，冷卻方式為流態化冷卻，試驗結果見圖6。

圖6 還原氣體總流量對弱磁選精礦指標的影響Fig.6 Effect of total reducing gas flow on theindex of magnetic concentrate■—品位；▲—回收率

從圖6可以看出，隨著氣體流量的增加，弱磁選精礦鐵回收率先明顯上升后小幅下降，鐵品位變化不大。綜合考慮，確定還原氣體總流量為6 m3/h。

3.5 冷卻方式試驗

冷卻方式試驗的給料量為100 kg/h，給料粒度為-0.3 mm，焙燒溫度為575 ℃，還原氣體CO的體積分數為90%、總流量為6 m3/h，試驗結果見圖7。

圖7 不同冷卻方式對弱磁選精礦指標的影響Fig.7 Effect of cooling type on theindex of magnetic concentrate □—品位；■—回收率

從圖7可以看出，與流態化冷卻產物的磨選精礦相比，水淬冷卻產物的磨選精礦鐵品位和鐵回收率略高。這與流態化冷卻過程中，有部分Fe3O4氧化成了強磁性的γ-Fe2O3有關。雖然流態化冷卻會小幅影響弱磁選精礦鐵品位和鐵回收率，但該冷卻方式既充分利用了余熱，又有利于還原產物的輸送。因此，確定還原產物采用流態化方式冷卻。對應的弱磁選精礦鐵品位為56.22%、鐵回收率為88.84%。

4 結 論

(1)碎磨至-0.3 mm的某鮞狀赤鐵礦石在焙燒溫度為575 ℃，還原氣體CO的體積分數為90%、總流量為6 m3/h的情況下連續懸浮焙燒，焙燒產物流態化冷卻后磨至-0.074 mm占90%，在磁場強度為120 kA/m情況下1次弱磁選，獲得的精礦鐵品位為56.22%、鐵回收率為88.84%。

(2)懸浮焙燒的主要特點：①設備運轉部件少，自動化程度高，焙燒過程連續穩定。②焙燒時物料懸浮于氣相中，分散狀態好，氣固接觸充分，傳質、傳熱速度快，溫度區和氣流場設計合理，使得焙燒產品質量穩定均勻。③給料粒度越小，比表面積越大，氣固接觸就越充分，反應所需的時間越少，能耗越低。④低溫下的高CO濃度焙燒有利于在較高反應速度下降低焙燒能耗、縮短冷卻時間。⑤利用空氣預熱和流態化冷卻裝置，實現了熱量的循環利用，有利于降低焙燒能耗。

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(責任編輯 羅主平)

Continuous Suspension Roasting Experiments on an Oolitic Hematite Ore at Low Temperature

Chen Chao1,2,3Liu Yachuan1,2,3Zhang Yushu1,2,3Zhang Shaoxiang1,2,3

(1.InstituteofMultipurposeUtilizationofMineralResource，ChineseAcademyofGeologicalSciences，Chengdu610041,China；2.KeyLaboratoryofVanadium-titaniumMagnetiteComprehensiveUtilization，MinistryofLandandResources，Chengdu610041,China；3.MetalMineralResourcesComprehensiveUtilizationTechnologyResearchCenter，ChinaGeologicalSurvey，Chengdu610041,China)

To test the possibility of develop oolitic hematite ore utilization using continuous suspension roaster developed by Institute of the Multipurpose Utilization of Mineral Resource and Northeastern University，suspension magnetic roasting-low intensity magnetic separation was conducted.The results showed that the -0.3 mm oolitic hematite ore was roasted at the conditions of temperature 575 ℃，CO volume concentration 90%(N2volume concentration 10%)，and total gas flow 6 m3/h，feeding rate of 100 kg/h and roasted products ground to -0.074 mm 90%，and then beneficiated by low intensity magnetic separation onφ400×300 low intensity magnetic separator at the field intensity of 120 kA/m，concentrate with iron grade 56.22% and recovery 88.84% was obtained.The features of the suspension roasting and the index of the concentrate affirm continuous suspension roaster can realize high efficiency and low consumption utilization of oolitic hematite ore.

Oolitic hematite ore，Continuous suspension roaster，Fluidized roasting，Reduction

2015-08-19

中國地質大調查項目(編號：12120113087600)。

陳 超(1987—)，男，助理工程師，碩士。

TF046,TD924.1+2

A

1001-1250(2015)-11-070-04