海南某褐鐵礦石還原焙燒—磁選試驗

柳 林 王 威 劉紅召 曹耀華 張 博 王洪亮

（1.中國地質科學院鄭州礦產綜合利用研究所，河南鄭州450006；2.國家非金屬礦資源綜合利用工程技術研究中心，河南鄭州450006；3.河南省黃金資源綜合利用重點實驗室，河南鄭州450006；4.國土資源部多金屬礦評價與綜合利用重點實驗室，河南鄭州450006）

隨著經濟、社會的快速發展，對鋼鐵的需求越來越大，鐵礦石的需求量呈日益增長之勢［1］。我國的鐵礦石資源十分豐富，但主要以中低品位礦為主［2-3］，“貧、細、雜”是我國鐵礦石的主要特征［4］。

褐鐵礦的晶體化學式為Fe2O3·nH2O［5］，是氧化條件下極為普遍的次生礦物，大部分呈隱晶質針鐵礦形式存在。褐鐵礦含鐵量較低，磨礦易泥化，采用常規選礦方法難以獲得品位和回收率都較理想的鐵精礦。沈遠海等［6］以新鋼鐵坑鐵品位38.25%的褐鐵礦樣為對象，采用原礦壓球—直接還原焙燒—磁選工藝對其進行試驗研究，獲得了鐵品位為90.56%、鐵回收率為92.74%、SiO2含量小于2%的鐵精礦。孫永升等［7］以鐵品位為40.13%的某鮞狀赤鐵礦為對象，煤粉為還原劑進行深度還原—磁選試驗，獲得了鐵品位超過85%、鐵回收率超過92%的金屬鐵粉。

本研究采用直接還原焙燒—磁選［8］工藝對海南某褐鐵礦石進行鐵回收試驗，考察焙燒溫度、還原劑用量、焙燒時間、焙燒產品磨礦細度、磁選磁場強度對鐵精礦指標的影響。

1 試驗原料

（1）試驗用褐鐵礦石主要化學成分分析結果見表1，主要礦物組成見表2。

由表1可以看出，試樣鐵品位為39.28%，具有較高的開發利用價值，硫、磷含量較低。

由表2可以看出，試驗用褐鐵礦石的主要組成礦物為褐鐵礦，含量占73.86%；鈦鐵礦含量很少，僅占3.54%；脈石礦物主要為石英，含量占14.94%，同時還有少量長石、高嶺石等礦物。

工藝礦物學研究表明，礦石中褐鐵礦粒度較細，多呈不規則狀和鮞狀集合體（圖1），且有包裹細粒石英的現象（圖2），不易分離，對選鐵影響極大。

（2）試驗用還原劑為山西某地所產焦煤，發熱量為3.0×107J/kg，全水含量為2.10%，工業指標見表3。

由表3可以看出，試驗用焦煤為優質還原劑。

2 試驗方法

對褐鐵礦進行還原焙燒—磁選工藝研究，即利用高溫還原焙燒將褐鐵礦中的Fe2O3直接還原為單質鐵，利用單質鐵的強磁性，通過磨礦—磁選的方法將其與脈石礦物分離，得到以單質鐵為主的還原鐵粉。

將有代表性礦樣碎磨至-0.074 mm占98%后與同樣粒度的焦煤按一定質量比混勻，加水攪拌后用對輥造球機造球（?10 mm），球團在101-3AB型電熱鼓風干燥箱中95℃烘干，在DC-B15/16型智能箱式高溫爐內溫度達到預設值后將盛有干球團的石墨坩堝放入其中，在一定溫度下焙燒一定時間后取出，水淬冷卻、95℃烘干，碎磨至一定細度后用XCG-50型磁選管進行弱磁選，試驗流程見圖3。

3 試驗結果與討論

3.1 焙燒工藝條件試驗

3.1.1 焙燒溫度影響試驗

焙燒溫度影響試驗固定焦煤用量為15%（即焦煤與礦樣的質量比，下同），焙燒時間為60 min，焙燒產品磨礦細度為-0.045 mm占70%，弱磁選的磁場強度為88 kA/m，試驗結果見圖4。

由圖4可知，隨著焙燒溫度的升高，磁選精礦鐵品位和鐵回收率均呈先快后慢的上升趨勢。試驗過程中發現，焙燒溫度達到1 200℃時，各球團接觸處有輕微熔融粘結現象；焙燒溫度達到1 250℃時，熔融粘結現象明顯嚴重。因此，確定焙燒溫度為1 200℃。

3.1.2 焦煤用量影響試驗

焦煤用量影響試驗固定焙燒溫度為1 200℃，焙燒時間為60 min，焙燒產品磨礦細度為-0.045 mm占70%，弱磁選磁場強度為88 kA/m，試驗結果見圖5。

由圖5可知，隨著焦煤加入量的增加，磁選精礦鐵品位先升高后降低，高點在焦煤用量為15%時，出現拐點的可能原因是雜質伴隨焦煤的加入而增多，在一定量范圍內，焦煤有利于褐鐵礦中Fe2O3的還原，從而提高精礦鐵品位，但是在還原焙燒過程中形成的還原鐵顆粒會以中心為核心不斷長大，在此過程中可能與雜質形成相互包裹［9］，導致磁選精礦鐵品位下降［10］。鐵回收率隨焦煤用量的增大呈先快后慢的上升趨勢。綜合考慮，確定焦煤的用量為15%。

3.1.3 焙燒時間影響試驗

焙燒時間影響試驗固定焙燒溫度為1 200℃，焦煤用量為15%，焙燒產品磨礦細度為-0.045 mm占70%，弱磁選磁場強度為88 kA/m，試驗結果見圖6。

由圖6可知，焙燒時間從20 min延長至40 min，磁選精礦鐵品位和鐵回收率均微幅上升；繼續延長至60 min，磁選精礦鐵品位和鐵回收率均明顯上升；進一步延長焙燒時間，磁選精礦指標幾乎不再變化。綜合考慮，確定焙燒時間為60 min。

3.2 焙燒產品磨選工藝條件試驗

焙燒產品磨選工藝條件試驗固定焦煤用量為15%，焙燒溫度為1 200℃，焙燒時間為60 min。

3.2.1 磨礦細度影響試驗

磨礦細度試驗固定弱磁選磁場強度為88 kA/m，試驗結果見圖7。

由圖7可知，隨著磨礦細度的提高，磁選精礦鐵品位先升后降，高點在磨礦細度為-0.045 mm占66%時；鐵回收率隨磨礦細度的提高呈小幅下降趨勢。綜合考慮，確定焙燒產品磨礦細度為-0.045 mm占66%。

3.2.2 磁場強度影響試驗

磁場強度影響試驗固定磨礦細度為-0.045 mm占66%，試驗結果見圖8。

由圖8可知，磁選精礦鐵品位隨磁場強度的提高而下降，鐵回收率隨磁場強度的提高而上升。綜合考慮，確定弱磁選的磁場強度為88 kA/m，對應的精礦鐵品位為92.54%、鐵回收率為74.19%。

3.3 試樣、焙燒熟料和磁選精礦的XRD分析

試樣及確定條件下的焙燒熟料和磁選精礦的XRD分析結果見圖9。

由圖9可知，經過高溫還原焙燒，試驗原料中的赤褐鐵礦被充分還原為鐵單質；焙燒熟料中的主要脈石礦物石英經磨礦—弱磁選工藝，被高效剔除，磁選精礦中僅可見鐵單質的衍射峰。

4 結論

（1）海南某低硫、磷褐鐵礦石鐵品位為39.28%，主要組成礦物褐鐵礦含量占73.86%，主要脈石礦物石英含量占14.94%，鈦鐵礦、長石、高嶺石等礦物少量。礦石中褐鐵礦粒度較細，多呈不規則狀和鮞狀集合體，且有包裹細粒石英的現象，因而鐵礦物與脈石礦物不易分離。

（2）礦石（-0.074 mm占98%）與焦煤（-0.074 mm占98%）混合造球焙燒的適宜工藝條件為焦煤用量15%，焙燒溫度1 200℃，焙燒時間60 min；焙燒產品磨礦—弱磁選的工藝條件為磨礦細度-0.045 mm占66%，磁場強度為88 kA/m，最佳工藝條件下的磁選精礦鐵品位為92.54%、鐵回收率為74.19%。

（3）造球焙燒—磨礦—弱磁選工藝是實現該資源高效開發利用的有效工藝。