鮞狀赤鐵礦的磁化焙燒特性與轉化過程分析

羅立群，陳敏，楊鋮，徐俊，劉斌

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鮞狀赤鐵礦的磁化焙燒特性與轉化過程分析

羅立群，陳敏，楊鋮，徐俊，劉斌

(1. 武漢理工大學 資源與環境工程學院，湖北 武漢，430070；2. 武漢理工大學 礦物資源加工與環境湖北省重點實驗室，湖北 武漢，430070)

以鄂西某鮞狀赤鐵礦為研究對象，考察焙燒溫度、焙燒時間和物料粒度等因素對磁化焙燒效果的影響，利用X線衍射(XRD)定量分析技術，結合顯微鏡下觀察統計等手段，探討鮞狀赤鐵礦物的磁化焙燒特性、相態轉化及焙燒變化規律。研究結果表明：含鐵鮞粒多數由粒徑為1~2 μm的致密同心外形殼和10 μm的多孔狀、似針鐵礦的小顆粒包裹而成，中間夾帶有黏土狀的高嶺石；對含鐵(TFe) 49.02%的鮞狀赤鐵礦，在800 ℃和60 min的焙燒條件下獲得含鐵為56.74%，鐵回收率為95.54%的較優結果，物料粒度對磁化焙燒礦的質量有較大影響。當溫度≤800 ℃時，很少發生過還原生成FeO和Fe2SiO4，但含磷與含硅礦物均有相變；當溫度為900 ℃時，生成FeO的質量分數達23.61%，形成弱磁性的Fe3O4-FeO固熔體，不利于焙燒礦的弱磁選分離。磁化焙燒過程僅改變鐵相，而鮞粒結構未變，磁化還原由表及里受擴散作用控制，與鮞粒粒徑和致密度密切相關。

鮞狀赤鐵礦；磁化焙燒；XRD定量分析；相態變化

鋼鐵被稱為工業的“骨骼”，鐵礦是鋼鐵工業的支柱。鮞狀赤鐵礦是我國分布最廣、儲量最多的沉積型鐵礦石，其鮞粒外形主要呈從球形至橢球形的卵石 形，典型的鮞粒結構多為褐鐵礦內核被具有深淺不一的棕色物質呈5~10 μm厚的同心外殼交替排列而 成[1?3]；因其結構復雜，鐵礦物嵌布粒度極細，易泥化，而難以分選。利用常規選礦方法得到的鐵精礦品位和回收率都不高，將造成資源的嚴重浪費[4?5]。磁化焙燒是解決復雜難選鐵礦石選礦的最有效技術之一，目前對其磁化焙燒的研究集中在工藝參數的考察與優化，分選效果因原料產地不同、入選品位高低而異，鮞狀赤鐵礦焙燒?磁選總體結果是鐵品位為56%~59%，鐵回收率為87%~77%，并含有一定的有害雜質磷[6?7]。一些學者進行深度還原或直接還原，可以得到含鐵達90%~92%的產品，同時帶來了能耗高和添加物用量較大等問題[8?9]；直接還原機理認為包含化學反應、新核生成和晶體成長階段[10]。因鮞狀赤鐵礦的特殊結構，其磁化焙燒過程的特性和轉化機理研究較少[11?13]。本文作者以我國鄂西某鮞狀赤鐵礦為研究對象，在充分考察磁化焙燒條件的基礎上，利用X線衍射(XRD)定量分析技術，結合顯微鏡下觀察鑒定與統計分析，探討了鮞狀赤鐵礦物的磁化焙燒特性、晶態轉化及焙燒變化規律，以期掌握鮞狀赤鐵礦磁化焙燒工藝的操作參數，為有效開發該類鐵礦石提供理論依據和技術支持。

1 實驗

1.1 實驗樣品與試劑

試樣來自鄂西某地的鮞狀赤鐵礦(記為YD)，為洞采坑道，經刻槽取樣法采取的礦樣(0~150 mm)。經過顎式開路破碎至粒度小于6.0 mm，混勻縮分后再用對輥閉路流程破碎至粒度小于2.0 mm，經混勻分樣后備用。研究試樣的多元素化學成分分析結果見表1，礦石中全鐵(TFe)質量分數為49.02%，其中Fe2O3為64.34%，FeO為5.17%，Al2O3為11.03%，SiO2為6.52%，P為1.18%，燒失量(Ig)為6.54%。

表1 YD原礦試樣的多元素分析結果(質量分數)

Table 1 Chemical analysis results of sample YD %

TFeFeOFe2O3SiO2Al2O3CaO 49.025.1764.346.5211.037.53 MgOSPMn燒失量(Ig) 3.060.0601.180.226.54

表2所示為YD原礦試樣鐵物相分析結果。由表2可知：該鮞狀赤鐵礦中鐵以赤褐鐵、磁性鐵、碳酸鐵和硅酸鐵等形式存在，以赤褐鐵為主，赤褐鐵礦中的鐵占TFe的91.11%，磁性鐵、碳酸鐵、硅酸鐵中的鐵依次占TFe的0.12%，3.45%和5.20%。礦石中可回收的鐵主要為磁性鐵和赤褐鐵中的鐵，二者理論回收率可達91.23%。另外，還可回收部分碳酸鐵(鐵白云石)，而以鮞綠泥石形式存在的硅酸鐵無法回收。

表2 YD原礦試樣鐵物相分析結果

磁化焙燒所采用的還原劑為武鋼燒結廠的煤粉，添加粒度小于1.0 mm，其主要指標的工業分析結果見表3。從表3可知：煤粉的固定碳質量分數較高，達到78.42%，揮發分和水分含量都較低，此類煤粉適合作還原煤粉[5, 14]。

表3 實驗用煤粉工業分析結果

1.2 試樣的礦物組成與特性

YD原礦試樣的X線衍射(XRD)譜如圖1所示。由圖1可知：該鮞狀赤鐵礦的主要礦物是赤鐵礦(Hematite)、鐵白云石(Ankerite)、鮞綠泥石(Chlorite)、膠磷礦(Collophanite)、少量的高嶺石(Kaolinite)和石英(Quartz)，與顯微鏡下觀察的結果基本一致，前三者的礦物量分別為64%，13%和10%。

圖1 YD原礦試樣的XRD譜

赤鐵礦以鮞粒為主，鮞粒由赤鐵礦和黏土礦物分層排列，鮞粒中的脈石呈圈層狀分布。含鐵鮞粒的內部結構依賴于鮞粒的粒徑，多數由粒徑為1~2 μm的致密同心外形殼和10 μm的多孔狀、似針鐵礦的小顆粒包裹而成，中間夾帶有黏土狀的高嶺石等脈石礦 物[14?15]。YD原礦中鮞狀赤鐵礦鮞粒顯微照片如圖2所示。

圖2 YD原礦中鮞狀赤鐵礦鮞粒顯微照片

1.3 測試方法

對影響磁化焙燒因素的條件試驗，采用KSY?12D?16馬弗爐進行磁化焙燒，而后用磁選管對焙燒產品進行焙燒效果分選驗證。

礦石的物相分析采用X線衍射法，用日本理學Rigaku D/max?3c型X線衍射儀進行XRD定量分析，采用Cu靶，K輻射源，石墨單色濾波器，步進掃描。實驗參數為：電壓40 kV，電流50 mA，掃描速度15 (°)/min，光散狹縫1°，接收狹縫0.30 mm，放散射狹縫1°。

采用顯微鏡觀察與計數統計方法，對不同焙燒條件下焙燒礦中不同粒級鮞粒進行還原面積比值統計，以獲得鮞狀赤鐵礦的還原焙燒統計結果。

2 結果與討論

2.1 試樣磁化焙燒的總體效果

通常磁化焙燒溫度和焙燒時間對磁化焙燒過程中的還原反應是最重要的因素[16?17]。首先考察不同焙燒溫度與焙燒時間對鮞狀赤鐵礦的影響，固定條件為：物料粒度小于2.0 mm，試樣用量300 g/次，還原劑用量8%，磁化焙燒時間選擇60 min。磁化焙燒完成后的入選粒度小于0.045 mm的質量分數占80%±1%，焙燒溫度分別取700，750，800和850 ℃，焙燒溫度對鮞狀赤鐵礦磁化焙燒效果的影響如圖3所示。選擇焙燒溫度800 ℃，以50~80 min不同焙燒時間考察鮞狀赤鐵礦磁化焙燒效果的影響如圖4所示。

1—鐵回收率；2—鐵精礦品位

圖3 焙燒溫度對鮞狀赤鐵礦磁化焙燒效果的影響

Fig. 3 Effect of roasting temperature on magnetic roasting results of oolitic iron ore

1—鐵回收率；2—鐵精礦品位

圖4 焙燒時間對鮞狀赤鐵礦磁化焙燒效果的影響

Fig. 4 Effect of roasting time on magnetic roasting results of oolitic iron ore

從圖3與圖4中焙燒溫度與焙燒時間對試樣磁化焙燒的總體效果可知：YD試樣焙燒溫度以800 ℃、焙燒時間以60 min條件試驗結果較優，此時磁化焙燒的精礦鐵品位(TFe)為56.74%，鐵回收率為95.54%。焙燒溫度與時間變化對鐵回收率的影響較大，當焙燒時間較短時，礦粒受擴散反應控制使磁化焙燒還原反應不完全；若延長焙燒時間，易過還原生成弱磁性的FeO，或Fe3O4-FeO固熔體，降低了弱磁選過程的鐵回收率。

2.2 原料粒度對焙燒效果的影響

影響赤鐵礦的磁化焙燒因素雖然較為復雜，但一般認為Fe2O3顆粒的磁化過程受擴散作用控制為主。待燒顆粒的粒度，直接影響焙燒過程中還原反應速度的快慢，影響磁化焙燒的生產效率。為此，考察了粒度小于2.0 mm物料中各粒級的分級焙燒效果，YD原礦不同粒度磁化焙燒-磁選管試驗結果如表4所示。由表4表明：忽略物料結晶粒度的影響，0.5~1.0 mm粒級的礦粒磁化焙燒后的產率和回收率都比較高，說明該粒級的礦石最適合磁化焙燒；當物料粒度較大時，焙燒過程中顆粒的傳熱傳質效果差；當物料粒度較小時，物料的透氣性差，影響了傳熱傳質效果。另外，細粒物料本身含鐵結晶度與孔隙度的影響較大。總之，物料粒度對磁化焙燒礦的質量具有較大影響[18?19]。

表4 YD原礦不同粒度磁化焙燒?磁選管分選結果

2.3 氧化鐵磁化焙燒反應過程分析

赤鐵礦磁化焙燒過程中的還原反應是一個吸熱反應，焙燒溫度不僅是影響焙燒過程中的還原反應速度的主要因素，而且溫度直接影響焙燒礦的產物相態與成分含量。

根據還原氧化鐵的熱力學數據及熱力學平衡圖可知[20?21]：在氧化鐵的磁化焙燒中，-Fe2O3與還原性氣體CO(或H2)在一定條件下易生成Fe3O4，進而生成FeO，可形成3Fe2O3→2Fe3O4→6FeO，如式(1)和式(2)所示。在843 K左右時生成的磁鐵礦與SiO2反應的吉布斯自由能Δrm為正值，并且隨溫度的升高而增加，這說明Fe3O4在此溫度范圍內不與SiO2反應而能穩定存在。在CO存在時，Fe3O4，SiO2和CO三者反應生成FeO·SiO2的吉布斯自由能Δrm為正值，說明三者反應不能生成FeO·SiO2；而三者反應生成2FeO·SiO2吉布斯自由能為負值，隨溫度升高而增大，到達1 000 K時數值變為正值，即在較低溫度下，Fe3O4，SiO2和CO有反應生成式(3)中2FeO·SiO2的趨勢，易造成磁鐵礦轉變為鐵橄欖石而損失。

3-Fe2O3+CO→2Fe3O4+CO2(1)

Fe3O4+CO→3FeO+CO2(2)

2Fe3O4+3SiO2+2CO→3(2FeO?SiO2)+2CO2(3)

值得注意的是Fe2O3, Fe3O4和 FeO的還原行為受還原體系的溫度、時間和壓力影響較為顯著，還原過程呈現出反應的非均勻性和物料的它異性[19]。

2.4 磁化焙燒產品的XRD及定量分析

針對氧化鐵磁化焙燒反應過程分析，對不同溫度焙燒條件下的鮞狀赤鐵礦焙燒試樣進行XRD定量分析，深入了解在焙燒過程中鐵礦物的相變與其他物質的變化情況，以從微觀層面研究焙燒過程反應機理進一步探討影響磁化焙燒?弱磁選分選效果的內在因素。固定磁化焙燒時間為60 min、還原劑用量為8%，鮞狀赤鐵礦在不同磁化焙燒溫度的XRD譜如圖5所示。

圖5 鮞狀赤鐵礦在不同磁化焙燒溫度的XRD譜

為定量查明各主要物質的變化特征，對600~900 ℃磁化焙燒產品進行XRD定量分析和鐵物相化學分析。表5所示為不同焙燒條件下焙燒礦的各物相XRD定量含量，鮞狀赤鐵礦磁化焙燒800 ℃的XRD定量分析圖譜如圖6所示；在600~900 ℃磁化焙燒產品鐵物相化學分析結果如表6所示。

表5 不同焙燒溫度條件下焙燒礦中各物相XRD定量結果(質量分數)

Table 5 Each mineral phase amount of roasted iron ore at different temperatures %

物相結構式600 ℃700 ℃800 ℃900 ℃ 氟磷灰石Ca5(PO4)3F 7.58 8.14 10.58 15.68 硅酸鐵Fe2SiO400 0.11 8.42 鐵橄欖石FeO00 4.32 23.62 磁鐵礦Fe3O4 5.30 46.97 63.91 41.38 方解石CaCO3 2.27 18.14 14.09 2.87 赤鐵礦Fe2O3 55.27 19.94 3.47 3.57 鐵白云石CaMg0.32Fe0.68(CO3)2 22.58 1.40 0.170 石英α-SiO2 7.00 5.41 3.35 4.46 總計100.00100.00100.00100.00

圖6 鮞狀赤鐵礦磁化焙燒800 ℃的XRD定量分析圖譜

表6 600~900 ℃磁化焙燒產品鐵物相化學分析結果

由圖5、圖6和表5可知：隨著焙燒溫度的增加，Fe2O3的含量逐漸減少，表明Fe2O3在高溫下被還原消耗，但直至900 ℃仍未能反應完全；磁鐵礦Fe3O4的質量分數隨著溫度的升高，先增加后減少，在800 ℃時質量分數最高，達到63.91%。在900 ℃時，Fe3O4的質量分數反而減少，降至41.38%。當溫度為600 ℃或700 ℃時，焙燒產品中沒有出現FeO，表明沒有出現過還原現象；當溫度為800 ℃時，有少量的FeO生成，表明發生了輕微的過還原現象；當溫度為900 ℃時，生成了質量分數高達23.61%的FeO，即鐵橄欖石，表明發生了較大程度的過還原反應，這也是在900 ℃時，Fe3O4的含量減少的原因，實驗結果與前述的熱力學分析相態相符；出現過還原反應生成弱磁性的FeO的現象，這是由于Fe3O4能熔入FeO，生成弱磁性的Fe3O4-FeO固熔體，即富氏體或波斯奇熔融體，不利于焙燒礦的弱磁選分選。當溫度≤800 ℃時，焙燒產品中幾乎沒有弱磁性的硅酸鐵(Fe2SiO4)生成；當溫度為900 ℃時，硅酸鐵質量分數增加至8.42%，硅酸鐵的生成不利于焙燒礦的弱磁選分離，將嚴重影響焙燒礦的質量[22?23]。

表6所示為600~900 ℃磁化焙燒產品鐵物相化學分析結果。由表6可知：從600~700 ℃時的磁性鐵質量分數顯著升高，到800 ℃左右時達到峰值點94.72%，焙燒溫度繼續提高時，磁性鐵含量下降而全鐵含量卻提高，表明已有部分磁性鐵轉化為富氏體，其變化趨勢與XRD定量分析結果相符；赤褐鐵含量則隨焙燒溫度的增加穩步下降，表明鮞狀赤鐵礦的磁化還原程度更高，至900 ℃時有少許增加，XRD定量分析的結果鮞狀赤鐵礦質量分數也從3.47%增加到3.57%，可能是還原劑消耗完全的原因造成。硅酸鐵含量隨焙燒溫度的提高先減少后增加，但化學分析的結果比XRD定量分析結果低。表6中全鐵(TFe)質量分數較低的原因是還原劑煤粉焙燒后粉灰殘留在焙燒礦中。

隨著焙燒溫度的升高，鐵白云石的含量逐漸減少，鐵白云石[CaMg0.32Fe0.68(CO3)2]分解的產物還有方解石CaCO3，這是在焙燒過程中方解石質量分數增加的原因。在900 ℃時，方解石含量又大幅減小，表明在該焙燒溫度條件下，方解石會分解而減少。在不同焙燒溫度條件下，焙燒過程中氟磷灰石Ca5(PO4)3F的質量分數均穩定增加，表明在焙燒過程中，P元素主要存在于高熔點的氟磷灰石Ca5(PO4)3F物相中；而Si元素則主要以高熔點的石英和弱磁性的硅酸鐵物相存在。磁化焙燒產物Fe3O4與SiO2不能發生反應，但在有CO 存在時，可以反應生成2FeO·SiO2，將會降低磁化焙燒的效率。

2.5 鮞狀赤鐵礦的相變與磁化特性分析

試樣中金屬礦物主要以鮞粒狀赤鐵礦為主，赤鐵礦呈極細小的晶粒集合體與黏土、褐鐵礦及硅質、碳酸鹽粉晶等一同分布，鮞粒內部包裹有黏土礦物、鮞綠泥石、石英和微細粒的膠磷灰石等脈石礦物，因成分差異構成互成膠環狀的鮞粒，大部分鮞粒外圍圈層或多或少發生還原反應。焙燒礦中一些粒度大于0.5 mm的大鮞粒外圍圈層分布著粒度為0.01~0.03 mm的人工磁鐵礦圈層，大多數鮞粒沒有出現還原現象，鮞粒內部赤鐵礦富集圈層偶見還原。可見還原2/5的鮞粒(如圖7(a)所示)，細鮞粒完全還原成磁鐵礦(如圖7(b)所示)，以不同還原面積比例的顆粒進行統計，在 800 ℃和60 min的焙燒條件下，焙燒礦鮞粒還原面積比值統計結果如表7所示。鮞核內部的黏土礦物、鮞綠泥石、石英和微細粒的磷灰石的轉化與相變有待進一步研究。鮞狀赤鐵礦的磁化特征如下。

1) 磁化焙燒過程僅改變鐵相，但鮞粒結構未變。從焙燒礦顯微結構圖可知：鮞狀赤鐵礦經過磁化焙燒后，只是改變了鐵物相，使弱磁性的Fe2O3變成強磁性的Fe3O4，并沒有破壞鮞粒結構，即沒有改變礦石中含鐵礦物的嵌布粒度與嵌布關系，焙燒礦繼承了原礦的礦石結構與鮞狀構造。

2) 磁化還原秩序由表及里受擴散作用控制。表5中的還原統計規律表明：當焙燒溫度為800 ℃時，各個粒級的鮞粒還原反應均比較充分，且均由外至內逐步還原轉化，但多數赤鐵礦鮞粒未完全磁化還原，表明鮞狀赤鐵礦的磁化焙燒受吸熱反應和擴散作用支配控制。

3) 鮞粒粒度與致密度密切相關。對于粒級小于0.3 mm的細粒級鮞粒，還原面積比值在3/5以上的致密度達到了71.83%，而對于0.3~0.5 mm粒級，致密度僅有47.46%，表明單個顆粒的磁化還原轉化率與粒度密切相關，細粒級的鮞粒還原程度較高，而粗粒級的鮞粒難于磁化還原。這些均是制約磁化焙燒?弱磁選分選效果的關鍵因素。

(a) 鮞粒還原面積為2/5(顆粒粒徑=1.00~1.20 mm)；(b) 鮞粒還原面積為5/5(顆粒粒徑=0.85~1.02 mm)

Mt為磁鐵礦；Hm為赤鐵礦

圖7 鮞狀赤鐵礦磁化焙燒后的顯微照片圖(800 ℃，60 min)

Fig. 7 Microscope picture on oolitic iron ore after magnetic roasting at 800 ℃ for 60 min

表7 焙燒礦鮞粒還原面積比值統計結果(800 ℃，60 min)

3 結論

1) 試樣為含鐵(TFe) 49.02%的鮞狀赤鐵礦，赤鐵礦鮞粒由赤鐵礦和黏土礦物分層排列、圈層狀分布；含鐵鮞粒多數由粒度為1~2 μm的致密同心外形殼和10 μm的多孔狀、似針鐵礦的小顆粒包裹而成，中間夾帶有黏土狀的高嶺石等脈石礦物。

2) 在800 ℃和60 min的焙燒條件下，獲得了含鐵為56.74%，鐵回收率為95.54%的磁選管分選產品；以0.5~1.0 mm粒級的結果為好，物料粒度對磁化焙燒礦的質量有較大影響。

3) 當溫度≤800 ℃時，很少發生過還原生成FeO和Fe2SiO4，含磷與含硅礦物均有不同程度的相態轉變；當溫度為900 ℃時，生成的FeO質量分數高達23.61%，形成弱磁性的Fe3O4-FeO固熔體；此時，硅酸鐵質量分數增加至8.42%，不利于焙燒礦的弱磁選分離。

4) 鮞狀赤鐵礦的磁化焙燒僅改變鐵相，鮞粒結構未變；赤鐵礦鮞粒均由外至內逐步還原轉化，但多數顆粒未完全磁化還原，表明鮞狀赤鐵礦的磁化焙燒受吸熱反應和擴散控制支配，單個顆粒的磁化還原轉化率與粒度密切相關。

[1] Zimmelsa Y, Weissbergera S, Lin I J. Effect of oolite structure on direct reduction of oolitic iron ores[J]. International Journal of Mineral Processing, 1988, 24(1/2): 55?71.

[2] 羅立群, 樂毅. 難選鐵物料磁化焙燒技術的研究與發展[J]. 中國礦業, 2007, 16(3): 55?58.
LUO Liqun, LE Yi. Applied researches and new developments of magnetizing roasting on iron materials[J]. China Mining Magazine, 2007, 16(3): 55?58.

[3] Sturesson U. Lower Palaeozoic iron oolites and volcanism from a Baltoscandian perspective[J]. Sedimentary Geology 2003, 159(1/2): 241?256.

[4] LUO Liqun, HUANG Hong, YU Yongfu. Characterization and technology of fast reducing roasting for fine iron materials[J]. Journal of Central South University, 2012, 19(8): 2272?2278.

[5] 羅立群. 難選復雜鐵物料流膜磁分離與閃速磁化焙燒新技術研究[D]. 武漢: 武漢理工大學資源與環境工程學院, 2006: 115?148.
LUO Liqun. New technique of film magnetic separation and flash magnetization roasting of refractory and complicated iron materials[D]. Wuhan: Wuhan University of Technology. College of Resources and Environmental Engineering, 2006: 115?148.

[6] 張裕書, 丁亞卓, 龔文琪. 寧鄉式鮞狀赤鐵礦選礦研究進展[J]. 金屬礦山, 2010(8): 92?96.
ZHANG Yushu, DING Yazhuo, GONG Wenqi. Research progress on the beneficiation tests of Ningxiang-type oolitic hematite[J]. Metal Mine, 2010(8): 92?96.

[7] 周建軍, 朱慶山, 王化軍, 等. 某鮞狀赤褐鐵礦流化床磁化焙燒?磁選工藝[J]. 過程工程學報, 2009, 9(2): 307?313.
ZHOU Jianjun, ZHU Qingshan, WANG Huajun, et al. Magnetic roasting of an oolitic hematite and limonite ore in a fluidized bed reactor[J]. The Chinese Journal of Process Engineering, 2009, 9(2): 307?313.

[8] 謝朝明. 高磷鮞狀赤鐵礦還原焙燒-磁選新工藝及機理研究[D]. 長沙: 中南大學資源加工與生物工程學院, 2011: 48?56.
XIE Chaoming. Study on innovative process and mechanisms of high-phosphorus-conient oolitic hematite ores processed by reduction roasting-magnetic separation[D]. Changsha: Central Couth University. School of Minerals Processing and Bioengineering, 2011: 48?56.

[9] 李永利, 孫體昌, 徐承焱, 等. 高磷鮞狀赤鐵礦直接還原同步脫磷新脫磷劑[J]. 中南大學學報(自然科學版), 2012, 43(3): 827?834.
LI Yongli, SUN Tichang, XU Chengyan, et al. New dephosphorizing agent for phosphorus removal from high phosphorus oolitic hematite ore in direct reduction roasting[J]. Journal of Central South University (Science and Technology), 2012, 43(3): 827?834.

[10] SUN Yongsheng, PENG Gao, HAN Yuexin, et al. Reaction behavior of iron minerals and metallic iron particles growth in coal-based reduction of an oolitic iron ore[J]. Industry & Engineering Chemical Research, 2013, 52(6): 2323?2329.

[11] LUO Liqun, YU Yongfu, ZHANG Jingsheng. New technology and magnetic property of fast reducing roasting for fine iron bearing materials[C]// The 5th International Congress on the Science and Technology of Ironmaking. Shanghai, 2009:485?490.

[12] Weissberger S, Zimmels Y. Studies on concentration and direct reduction of the Ramim iron ore[J]. International Journal of Mineral Processing,1983, 11(2): 115?130.

[13] Weissberger S, Zimmels Y, Lin I J. Mechanism of growth of metallic phase in direct reduction of iron bearing oolites[J]. Metallurgical Transactions B, 1986, 17(3): 433?442.

[14] 羅立群, 余永富, 尚億軍. 復雜鐵礦物閃速磁化焙燒前后的物化特征[J]. 中國礦業, 2009, 18(11): 84?87.
LUO Liqun, YU Yongfu, SHANG Yijun. Physical and chemistry characteristics on flash magnetic roasting of complicated iron minerals[J]. China Mining Magazine, 2009, 18(11): 84?87.

[15] Sturesson U, Dronov A, Saadre T. Lower Ordovician iron ooids and associated oolitic clays in Russia and Estonia: A clue to the origin of iron oolites?[J]. Sedimentary Geology, 1999, 123(1/2): 63?80.

[16] 陳敏. 鮞狀赤鐵礦磁化焙燒?弱磁選?反浮選及焙燒性能研究[D]. 武漢: 武漢理工大學資源與環境工程學院, 2012: 62?83.
CHEN Min. Study on magnetizing roasting-low intensity magnetic separation-reverse flotation process and roasting properties of oolitic hematite[D]. Wuhan: Wuhan University of Technology. College of Resources and Environmental Engineering, 2012: 62?83.

[17] 左洪波, 張明福, 韓杰才, 等.-Fe2O3/Fe3O4納米復合材料的相變化及室溫磁性質[J]. 哈爾濱理工大學學報, 2005, 10(4): 36?40.
ZUO Hongbo, ZHANG Mingfu, HAN Jiecai, et al. Phase development and temperature magnetic properties of nanocomposites[J]. Journal Harbin University of Science & Technology, 2005, 10(4): 36?40.

[18] Brusov L P, Vasilevsky D P, Dorokhov V I, et al. Method of thermal and chemical treatment of solids of starting material not over 0.5 mm in size, US: 3876419[P]. 1973?06?01.

[19] Jozwiak W K, Kaczmarek E, Maniecki T P, et al. Reduction behavior of iron oxides in hydrogen and carbon monoxide atmospheres[J]. Applied Catalysis A: General, 2007, 326(1): 17?27.

[20] LI Xiaobin, XIAO Wei, LIU wei, et al. Recovery of alumina and ferric oxide from Bayer red mud rich in iron by reduction sintering[J]. Transactions of Nonferrous Metal Society of China, 2009, 19(5): 1342?1347.

[21] 張亞莉, 于先進, 李小斌, 等. 氰化渣磁化焙燒過程中鐵化合物反應行為的熱力學分析[J]. 中南大學學報(自然科學版), 2011, 42(12): 3623?3629.
ZHANG Yali, YU Xianjin, LI Xiaobin, et al. Thermodynamics analysis of ferric compound during roasting-preparing process of cyanide tailings[J]. Journal of Central South University (Science and Technology), 2011, 42(12): 3623?3629.

[22] Saensunon B, Stewart G A, Pax R. A combined57Fe–M?ssbauer and X-ray diffraction study of the ilmenite reduction process in a commercial rotary kiln[J]. International Journal of Mineral Processing, 2008, 86(1/2/3/4): 26?32.

[23] Hredzák S, Lovás M, Matik M, et al. Mineral characteristics of dust outlets from rotary furnaces of iron ore works Siderite[J].Mineralia Slovaca, 2010, 42: 295?300.

Characteristics of magnetic roasting and analysis of phase transformation process of oolitic iron ore

LUO Liqun, CHEN Min, YANG Cheng, XU Jun, LIU Bin

(1. College of Resources and Environmental Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China;2. Mineral Resources Processing and Environment Laboratory of Hubei, Wuhan University of Technology,Wuhan 430070, China)

Magnetic roasting accompanied by different temperatures, roasting time and samples’ particles were carried out for the beneficiation of an oolitic iron ore in west of Hubei Province. Characteristics of magnetic roasting, iron minerals’ phase transformation and their composition variation on oolitic iron ore were investigated using X-ray diffraction (XRD) quantitative analysis, combining microscope observation with roasting particles statistics data. The results indicate that mineral particles containing iron are mainly composed of different oolitic concentric shells from 1 μm to 2 μm and closely enwrapped by tiny particles about 10 μm and porous, like goethite sandwiching clayey kaolinite. An iron ore concentrate with total iron content of 56.74% at a recovery rate of 95.54% can be obtained, performed at 800 ℃ for 60 min under a little of reduction atmosphere condition and iron content of 49.02% to raw sample. Meanwhile, it strongly influences magnetic roasting processing by particle size of samples. The phase transformation of wuestite FeO and iron silicate Fe2SiO4is hardly formed below 800 ℃ and the traces of those minerals transformation of contenting phosphorus and silicon may be detected. At 900 ℃, the formation of wuestite FeO is experimentally confirmed up to 23.61%, forming weakly magnetically solidified-melted mixture Fe3O4-FeO and making against weakly magnetic separation after magnetic roasting samples. Magnetic roasting processing of oolitic iron ore can achieve iron phase transformation and the configuration of oolitic particles does not change. Magnetization transformation is mainly controlled by chemical diffusion from surface to interior in turn and has compact relation of oolitic particles’ size and porosity.

oolitic iron ore; magnetic roasting; XRD quantitative analysis; phase transformation

TD92；TD924

A

1672?7207(2015)01?0006?08

2014?01?20；

2014?03?16

國家“十二五”科技支撐計劃項目(2013BAB03B03)；武漢理工大學本科生創新計劃團隊項目(126708001) (Project(2013BAB03B03) supported by National Science and Technology Pillar Program during the 12th Five-Year Plan Period; Project(126708001) supported by Undergraduate Innovation Team Project of Wuhan University of Technology)

羅立群，博士，高級工程師，從事礦物資源的高效利用與清潔生產研究；E-mail: lqluollq@hotmail.com

10.11817/j.issn.1672?7207.2015.01.002

(編輯 楊幼平)