某赤泥預富集-閃速磁化焙燒擴大連續試驗研究①

李家林，陳 雯，劉小銀，陸曉蘇，劉 旭

（長沙礦冶研究院有限責任公司，湖南 長沙 410012）

赤泥是氧化鋁生產過程中產生的堿性高、比表面積大的工業廢棄料。拜耳法工藝中每生產1 t氧化鋁產品需排放赤泥1～1.5 t。隨著鋁工業迅猛發展，我國赤泥堆存量不斷增加。由于赤泥中含有大量的強堿性化學物質且pH值極高，大量堆存將引起嚴重的環境污染［1］。因此，赤泥的綜合利用已成為氧化鋁工業亟須解決的難題［2］。磁化焙燒-磁選是回收赤泥中鐵的有效途徑［3-7］。本文采用預富集-閃速磁化焙燒-弱磁選工藝對某赤泥進行了選鐵試驗研究。

1 試驗礦樣及方法

1.1 試驗礦樣

試驗所用赤泥礦樣取自廣西某氧化鋁廠，為該氧化鋁廠洗礦車間赤泥礦漿經濃縮過濾后所獲得樣品，其化學多元素分析和鐵物相分析結果分別見表1和表2。

由表1和表2可知，試樣中鐵品位26.06%，是主要的綜合回收組分；需要選礦排除的脈石組分主要是Al2O3、CaO和SiO2；磷和硫含量低，預計對鐵精礦質量影響較小。礦樣中呈赤（褐）鐵礦形式產出的鐵占96.85%，加上分布在碳酸鹽中的鐵，合計分布率達98.38%，這即為選鐵的理論回收率。

表1 試樣化學多元素分析結果（質量分數） %

表2 試樣鐵物相分析結果

1.2 試驗方法

閃速磁化焙燒擴大試驗過程中，入燒物料經精準計量后由焙燒系統頂部給入預熱器，經多次氣固換熱和分離后進入反應爐；由燃料燃燒產生的高溫煙氣經調質后進入反應爐，在反應爐內與預熱好的物料快速發生化學反應，實現焙燒原料的礦相轉化。反應后的物料在收料器內實現氣固分離后進入焙燒礦冷卻系統，冷卻并調漿后通過渣漿泵輸送至后續磨礦-磁選作業。

2 試驗結果及討論

2.1 強磁選預富集試驗

強磁選預富集試驗在ZH-1000型平環強磁選機上進行，原則流程為一次粗選一次掃選。試驗過程中控制下盤磁場強度為1.90 T，此時上盤磁場強度和中盤磁場強度分別為0.30 T和1.50 T；尾礦沖洗水壓力、精礦卸礦水壓力分別為0.12 MPa、0.15 MPa。強磁選預富集可獲得產率44.17%、TFe品位37.84%、鐵回收率65.08%的粗精礦，同時拋出產率55.83%、鐵損失率34.92%的強磁選尾礦。

預富集不僅將入燒原料的鐵品位由26.06%提高至37.84%，提升閃速磁化焙燒工藝的經濟可行性的同時，還可拋除氧化鋁浸出過程中產生的難處理鐵礬及超細粒含鐵礦物，確保了閃速磁化焙燒反應過程爐況的穩定。

2.2 閃速磁化焙燒試驗

將預富集所得粗精礦進行過濾、烘干、碾細和打散等處理后，在閃速磁化焙燒擴大連續試驗裝置上進行焙燒溫度和焙燒氣氛的參數優化試驗，并在適宜條件下進行連續穩定驗證試驗。

2.2.1 焙燒溫度試驗

在閃速磁化焙燒擴大連續試驗裝置中，控制反應爐入口CO含量1.5%左右，對預富集粗精礦進行了焙燒溫度優化試驗，不同焙燒溫度條件下獲得的焙燒礦在0.22 T磁場強度條件下進行弱磁選，焙燒溫度對磁化焙燒效果的影響見圖1。

圖1 磁化焙燒溫度試驗結果

從圖1可知，在719～808℃溫度范圍內，弱磁選精礦鐵回收率隨著焙燒溫度提高呈現逐漸升高趨勢，而鐵精礦TFe品位基本上在54%左右波動；焙燒溫度750℃左右時，閃速磁化焙燒-弱磁選工藝的鐵回收率已達88%左右；進一步提高焙燒溫度鐵回收率提高不明顯。綜合考慮弱磁選指標及焙燒成本，選擇焙燒溫度750℃進行后續試驗。

2.2.2 焙燒氣氛試驗

控制反應爐入口氣體溫度740～760℃，在閃速磁化焙燒擴大連續試驗裝置中，對赤泥預富集粗精礦進行了不同CO濃度的閃速磁化焙燒試驗，獲得的焙燒礦在0.22 T磁場強度的弱磁選機內進行分選，焙燒氣氛對磁化焙燒效果的影響見圖2。

圖2 磁化焙燒氣氛試驗結果

從圖2可知，焙燒煙氣中CO體積濃度在1.45%～2.55%范圍內，焙燒礦弱磁選精礦TFe品位在54%左右波動，精礦鐵回收率在86%左右波動，磁化焙燒效果均較理想。但焙燒氣氛中CO濃度越高，焙燒能耗大幅增加。綜合考慮生產成本及分選指標，選擇焙燒氣氛中CO濃度2.0%左右為宜。

2.2.3 連續穩定試驗

為考察礦樣磁化焙燒效果的可重復性和穩定性，在閃速磁化焙燒擴大試驗裝置中，控制反應爐入口氣體溫度740～760℃、反應爐中煙氣CO含量1.8%～2.2%，對赤泥預富集粗精礦進行了閃速磁化焙燒擴大連續穩定試驗。試驗過程中每隔30 min取樣一次，并將連續試驗取樣所得樣品在0.22 T磁場強度的弱磁選機內進行分選，結果見圖3。

圖3 連續穩定試驗結果

圖3結果表明，焙燒礦經弱磁選所得粗精礦鐵品位及鐵回收率均波動較小，所得鐵精礦平均TFe品位54.32%、平均鐵回收率84.78%，閃速磁化焙燒效果較為理想。

2.2.4 焙燒礦質量檢測結果

為表征赤泥預富集粗精礦在反應爐入口溫度740～760℃、反應爐內煙氣CO含量1.8%～2.2%條件下經閃速磁化焙燒后的焙燒效果，對擴大連續穩定試驗所得焙燒礦進行了XRD分析，同時采用MLA（礦物解離分析儀）對焙燒礦中主要礦物含量進行了統計，結果見圖4和表3。

從圖4和表3可知，經閃速磁化焙燒后的焙燒礦中主要為磁鐵礦，但仍有少量赤鐵礦殘余；脈石礦物以水鋁硅酸鈣、鈣霞石、一水硬鋁石和三水鋁石為主，其次是鈣鈦礦、石英、長石和方解石等。值得指出的是，雖然經過還原焙燒處理，X射線衍射分析圖譜的背景值仍然較高，礦物衍射峰也較為彌散，說明樣品中結晶程度較差的礦物所占比例仍然較高。

圖4 焙燒礦XRD分析結果

表3 閃速磁化焙燒產品礦物含量（質量分數） %

綜合考慮赤泥礦樣可選性及焙燒產品分析結果，認定預富集粗精礦經閃速磁化焙燒工藝處理后礦樣磁化效果較為理想。

2.3 焙燒礦分選試驗

為考察焙燒礦的分選指標，對反應爐入口溫度740～760℃、反應爐煙氣中CO含量1.8%～2.2%條件下經閃速磁化焙燒后的焙燒產品，首先在0.22 T磁場強度條件下進行弱磁選，并對獲得的弱磁選粗精礦進行了磨礦細度及條件優化后的全流程試驗。

礦物成功分選的前提是目的礦物盡量單體解離。磁場強度0.15 T條件下，對弱磁選粗精礦進行了一段磨礦細度試驗，結果如圖5所示。

圖5 弱磁選粗精礦磨礦細度試驗結果

從圖5可知，隨著一段弱磁選粗精礦磨礦細度逐漸變細，弱磁選精礦品位逐漸上升，鐵回收率略有下降。磨礦細度較粗時弱磁選鐵精礦品位偏低，而磨礦細度太細將大幅度增加磨礦費用。當磨礦細度為－0.045 mm粒級占89.84%時，弱磁選可以獲得作業產率89.38%、TFe品位58.54%、鐵回收率95.86%的鐵精礦。綜合考慮，選擇磨礦細度－0.045 mm粒級占89.84%進行后續試驗。

2.4 全流程試驗

為驗證篩選的優化條件及在優化條件下可獲得的分選指標，進行了閃速磁化焙燒-磨礦-弱磁選全流程試驗，試驗詳細條件和結果見圖6。

圖6 閃速磁化焙燒-磨礦-弱磁選數質量流程

從圖6可知，采用閃速磁化焙燒-磨礦-弱磁選工藝處理，可獲得鐵精礦產率58.35%、TFe品位60.15%、鐵回收率82.08%的選別指標。

2.5 產品質量檢測

對閃速磁化焙燒-磨礦-弱磁選工藝獲得的鐵精礦產品進行了化學多元素分析，結果見表4。

本試驗所得產品為磁鐵礦精礦。從表4可知，鐵精礦TFe品位60.15%。依據現行的中華人民共和國國家標準GB／T 36704—2018［8］對鐵精礦級別的劃分標準，所得磁鐵礦精礦除Al2O3含量因赤泥本身含鋁較高超出質量要求外，其余的理化指標符合磁鐵精礦C60級別質量要求。Al2O3因與鐵結合得太緊密，難以通過常規選礦方法進一步降低，可與Al2O3含量低的鐵精礦配礦使用。

3 結 論

1）工藝礦物學研究結果表明，試驗所用赤泥礦樣鐵含量26.06%，是主要的回收組分；需要選礦排除的脈石組分主要是Al2O3、CaO和SiO2；磷和硫含量低，對鐵精礦的質量影響較小。礦石中呈赤（褐）鐵礦形式產出的鐵占96.85%，加上分布在碳酸鹽中的鐵，合計分布率達98.38%，這即為選鐵的理論回收率。

2）在反應爐溫度740～760℃、爐內煙氣中CO含量1.8%～2.2%條件下經閃速磁化焙燒工藝處理，焙燒礦中鐵礦物主要為磁鐵礦，同時仍殘余少量赤鐵礦。綜合考慮赤泥可選性難度及焙燒產品分析結果，預富集粗精礦經閃速磁化焙燒工藝處理，礦樣磁化效果較為理想。

3）赤泥預富集粗精礦經閃速磁化焙燒-磨礦-弱磁選工藝處理，在一段弱磁選場強0.22 T、最終磨礦細度－0.045 mm粒級占89.84%，二段弱磁粗選場強0.15 T、二段弱磁精選場強0.15 T條件下，可獲得產率58.35%、TFe品位60.15%、鐵回收率82.08%的鐵精礦。