新喀里多尼亞鉻鐵砂磁化焙燒
—磁選試驗

胡桂淵　胡賓生　高愛民　謝　賽

(華北理工大學(xué)冶金與能源學(xué)院)

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新喀里多尼亞鉻鐵砂磁化焙燒
—磁選試驗

胡桂淵胡賓生高愛民謝賽

(華北理工大學(xué)冶金與能源學(xué)院)

摘要新喀里多尼亞鉻鐵砂鐵品位32.58%，Cr2O3品位29.46%，鐵和鉻主要賦存在鉻鐵礦中。為回收利用其中的鐵和鉻，對其進(jìn)行磁化焙燒—磁選試驗。結(jié)果表明，控制煤粉配比2%、磁化焙燒溫度825 ℃、焙燒時間35 min，鉻鐵砂焙燒球團(tuán)礦經(jīng)磨礦至-0.048 mm 52%進(jìn)行1粗1精弱磁選，可獲得鐵品位58.67%、回收率77.06%、含Cr2O39.08%的鐵精礦和Cr2O3品位46.96%、回收率84.75%、含鐵15.02%的鉻精礦，實現(xiàn)了該鉻鐵砂鐵與鉻初步的分離與富集，為確定其工業(yè)開發(fā)利用工藝流程提供了技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞鉻鐵砂造球磁化焙燒弱磁選

鉻鐵礦是冶煉金屬鉻和鉻鐵合金的主要原料，在工業(yè)生產(chǎn)的各個方面均有廣泛的應(yīng)用。在鋼鐵工業(yè)中，主要用于煉鋼過程中的合金化，以增加鋼的防腐性、耐磨性、耐熱性、延展性和硬度，用于不銹鋼、軸承鋼、彈簧鋼、工具鋼及軍用特鋼的生產(chǎn)[1]；在化學(xué)工業(yè)中，鉻鐵礦主要用于制取鉻化合物，用于紡織、染料、皮革等領(lǐng)域，也可用于催化劑和觸媒劑等化學(xué)藥劑的制備；耐火材料領(lǐng)域，鉻鐵礦主要用于制造鉻磚、鉻鎂磚及其他特殊耐火材料。我國是世界上不銹鋼生產(chǎn)大國，對鉻鐵礦的需求量很大，且在不斷增加[2]。我國鉻鐵礦資源貧乏，保有儲量僅占世界儲量的0.15%，且礦床規(guī)模小，礦石品位低，分布零散。我國每年都需高成本進(jìn)口大量鉻鐵礦,對外依存度高達(dá)95%，供需矛盾十分突出[3-4]。

鉻鐵礦密度較大且多呈塊狀，礦相結(jié)構(gòu)中條狀和斑狀粗粒相互浸染，目前一般采用搖床、跳汰等重選方法對鉻鐵資源進(jìn)行回收利用[5]。新喀里多尼亞鉻鐵砂鐵和Cr2O3品位都比較低，不能滿足高爐煉鐵對原料鐵品位和鉻鐵合金冶煉對原料Cr2O3品位的要求。該鉻鐵砂化學(xué)成分比較復(fù)雜，磁化率低，常規(guī)選礦工藝難以分離出鐵品位較高的鐵精礦和Cr2O3品位較高的鉻精礦。

熱力學(xué)計算結(jié)果表明，F(xiàn)e2O3還原反應(yīng)開始的溫度遠(yuǎn)低于Cr2O3。對鉻鐵砂進(jìn)行適當(dāng)焙燒，可在其中的Cr2O3被還原前，將Fe2O3充分還原成磁鐵礦，為磁選分離創(chuàng)造條件。因此，對新喀里多尼亞鉻鐵砂進(jìn)行磁化焙燒—磁選試驗，以實現(xiàn)鐵與鉻的初步分離。

1礦石性質(zhì)

新喀里多尼亞鉻鐵砂主要化學(xué)成分分析結(jié)果見表1，主要礦物組成及含量見表2，粒度分析結(jié)果見表3，還原劑哈密煙煤粉工業(yè)分析見表4。

表1主要化學(xué)成分分析結(jié)果%

成分TFeFeOCaOMgOSiO2Al2O3Cr2O3燒損含量32.581.320.423.165.276.3429.462.36

表2 　主要礦物組成　　　%

表3　粒度組成

表4哈密煙煤粉工業(yè)分析結(jié)果

%

從表1～表3可以看出，新該鉻鐵砂鐵品位為32.58%，Cr2O3品位為29.46%，是主要的回收成分；礦物以鉻鐵礦為主，赤鐵礦和褐鐵礦較少。鉻鐵砂中脈石礦物以硅酸鹽為主，石英少量；粒度整體較粗，-0.074 mm粒級含量僅占0.22%；還原劑為哈密煤粉，固定碳為52.88%，灰分占19.05%。

2試驗方法

將制備的鉻鐵砂礦樣和煤粉進(jìn)行球磨，控制細(xì)度為-0.074 mm占80%,膨潤土配比2%，造球水分10%左右，球團(tuán)礦粒度8～15 mm，用φ500 mm圓盤造球機造球。由于煤粉的親水性和黏結(jié)性都比較差，表面光滑，成球性能明顯低于鐵礦粉，為保證生球的抗壓強度、落下強度和爆裂溫度，需控制適當(dāng)?shù)拿悍叟浔萚6-7]。

固定鉻鐵砂球團(tuán)干燥溫度300 ℃，干燥時間10 min。干燥后裝入φ80 mm×500 mm的磁化焙燒反應(yīng)器中，在一定的焙燒溫度下隔絕空氣進(jìn)行磁化焙燒一段時間。焙燒結(jié)束，將鉻鐵砂焙燒球團(tuán)在隔絕空氣的條件下自然冷卻至室溫，分析其磁化焙燒效果，以磁化率η(η=ωTFe/ωFeO)來衡量。磁化焙燒反應(yīng)器結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1　磁化焙燒反應(yīng)器結(jié)構(gòu)

3試驗結(jié)果與討論

為確定最佳的磁化焙燒條件，分別考察煤粉配比、焙燒溫度、焙燒時間對鉻鐵砂球團(tuán)焙燒效果的影響。

3.1磁化焙燒試驗

3.1.1煤粉配比試驗

固定焙燒時間40 min，考察不同焙燒溫度下，煤粉配比對鉻鐵砂焙燒球團(tuán)磁化率的影響，結(jié)果見圖2。

圖2　煤粉配比對鉻鐵砂焙燒

從圖2可以看出，煤粉配比為1%時，各焙燒溫度下的鉻鐵砂焙燒球團(tuán)磁化率都高于3.0，不能滿足磁選工藝的需要。提高煤粉配比，磁化焙燒過程中還原氣氛增強，焙燒球團(tuán)中FeO含量升高，磁化率降低。磁化焙燒溫度分別在800,850,870 ℃時，煤粉配比由1%提高到2%，焙燒球團(tuán)磁化率由3.92，3.38，3.02分別降低到2.46，2.23，2.10，均可滿足磁選工藝的需要；煤粉配比由2%繼續(xù)提高到3%，焙燒球團(tuán)磁化率分別降低到2.20，1.82，1.67，低于理論磁化率2.33，鉻鐵砂球團(tuán)在磁化焙燒過程中也出現(xiàn)了明顯的過還原現(xiàn)象，不利于改善后續(xù)磁選效果。綜合考慮高煤粉配比對鉻鐵砂造球過程的不利影響和磁化焙燒—磁選工藝的需求，確定鉻鐵砂球團(tuán)煤粉配比為2%較為適宜。

3.1.2磁化焙燒溫度試驗

固定鉻鐵砂球團(tuán)煤粉配比2%，磁化焙燒時間40 min，進(jìn)行焙燒溫度條件試驗，結(jié)果見圖3。

圖3　焙燒溫度對鉻鐵砂焙燒球團(tuán)磁化率的影響

從圖3可以看出，提高磁化焙燒溫度，鉻鐵砂焙燒球團(tuán)的磁化率逐漸降低。當(dāng)焙燒溫度為750 ℃時，焙燒球團(tuán)磁化率達(dá)到3.08，不能滿足后續(xù)磁選工藝的要求；焙燒溫度提高到800和850 ℃時，磁化率分別降低為2.46，2.23，接近理論磁化率；焙燒溫度提高到870和900 ℃時，磁化率降低至2.10，1.92，低于理論磁化率, 鉻鐵砂球團(tuán)在磁化焙燒過程出現(xiàn)過還原，同時溫度過高會對磁化焙燒設(shè)備產(chǎn)生不利影響，也會增加焙燒成本。因此，鉻鐵砂球團(tuán)磁化焙燒溫度控制在800～850 ℃比較合適。

3.1.3磁化焙燒時間試驗

在鉻鐵砂球團(tuán)煤粉配比2%時，在磁化焙燒溫度分別為800和850 ℃條件下考察焙燒時間對鉻鐵砂焙燒球團(tuán)磁化率的影響，結(jié)果見圖4。

從圖4可以看出，延長焙燒時間，鉻鐵砂焙燒球團(tuán)磁化率降低。磁化焙燒溫度為800和850 ℃，焙燒時間20 min時，焙燒球團(tuán)磁化率分別為4.86，4.53，焙燒效果很差。原因是其他鐵礦物的晶體結(jié)構(gòu)如赤鐵礦六方結(jié)轉(zhuǎn)變?yōu)榇盆F礦的立方結(jié)構(gòu)后才有磁性，但晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變速度要比化學(xué)成分改變的速度要慢得多，較短的磁化焙燒時間不能滿足鐵礦物晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的需要。當(dāng)焙燒時間延長至30 min時，磁化率降低至2.58，2.29，磁化焙燒效果明顯改善；延長到40 min時，磁化率降低至2.46，2.23，接近理論磁化率。因此，鉻鐵砂球團(tuán)磁化焙燒時間控制在30～40 min較為合適。

圖4　焙燒時間對鉻鐵砂焙燒球團(tuán)磁化率的影響

4焙燒球團(tuán)礦磨礦—磁選試驗

控制鉻鐵砂球團(tuán)煤粉配比2%，焙燒溫度為825 ℃，磁化焙燒時間35 min，獲得的鉻鐵砂焙燒球團(tuán)礦磁化率為2.46。采用φ328 mm×180 mm弱磁筒式磁選機對該焙燒球團(tuán)礦進(jìn)行磨礦—1粗1精弱磁選試驗，磨礦細(xì)度-0.048 mm 52%，磁場強度120 kA/m。試驗流程見圖5，結(jié)果見表5。

圖5　焙燒球團(tuán)礦磨礦—弱磁選試驗流程

表5焙燒球團(tuán)礦磨礦—1粗1精弱磁選試驗結(jié)果

%

從表5可以看出，磁化焙燒后鉻鐵砂球團(tuán)礦經(jīng)采用磨礦—1粗1精弱磁選可獲得鐵品位58.67%、回收率77.06%、含Cr2O39.08%的鐵精礦和Cr2O3品位46.96%、回收率84.75%、含鐵15.02%的鉻精礦。

5結(jié)論

(1)綜合考慮造球和磁化焙燒效果，鉻鐵砂造球過程中控制煤粉配比2%是適宜的。提高磁化焙燒溫度、延長焙燒時間后，鉻鐵砂球團(tuán)中Fe2O3逐漸被還原成FeO，磁化率降低；但磁化焙燒溫度過高、焙燒時間過長時，磁化率降低幅度過大，低于理論磁化率2.33時，會惡化磁化焙燒效果，影響后續(xù)磁選效果，同時也會對焙燒設(shè)備和生產(chǎn)成本的降低產(chǎn)生不利影響。為滿足鉻鐵砂球團(tuán)磁化焙燒需要，將焙燒溫度控制在800～850 ℃、焙燒時間控制在30～40 min，試驗取焙燒溫度825 ℃，焙燒時間35 min。

(2)將磁化焙燒后的鉻鐵砂球團(tuán)礦磨礦至 -0.048 mm 52%，在磁場強度為120 kA/m條件進(jìn)行1粗1精弱磁選試驗，可獲得鐵品位58.67%、回收率77.06%、含Cr2O39.08%的鐵精礦和Cr2O3品位46.96%、回收率84.75%、含鐵15.02%的鉻精礦，初步實現(xiàn)了鐵與鉻的分離、富集，為鐵精礦和鉻精礦的進(jìn)一步提純奠定了基礎(chǔ)。

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(收稿日期2016-02-17)

胡桂淵(1985—)，男，工程師，063009 河北省唐山市新華西道46號。