王家滩菱铁矿焙烧选矿试验研究

随着近几年来我国钢铁行业的迅猛发展，我国国产铁矿石已远远不能满足钢铁公司的需求。2005年我国钢产量为3.4936亿t，消耗成品铁矿石5.121亿t。由于增速太快，给国内外铁矿山铁矿石生产带来了始料不及的巨大压力，导致铁矿石供应紧张，铁矿石价格大幅上涨。2005年国外铁矿石价格上涨了71.50%，2006年在2005年涨价的基础上又上涨了19.00%，这势必会导致我国钢铁公司的生产成本大幅度升高。国内各大钢铁公司为了应对这一局面，纷纷加大了对国内难选矿的研究力度。

菱铁矿为复杂难选矿种之一，我国菱铁矿资源十分丰富，已探明储量18亿多t，占铁矿石总量的14%，主要分布在陕西、云南、甘肃、青海、新疆等地。由于理论铁品位低（TFe48.27%），各地产出差异大，且常与钙、镁、锰发生类质同像，导致其铁品位更低。此外，菱铁矿的密度小（3.8～3.9g／cm³）、磁性弱等原因使得常规选矿方法难以得到较高品位的铁精矿，同时由于菱铁矿精矿成球性能差，生球强度不大，烧结时分解放出CO₂，导致烧结矿强度差，容易粉化，给冶金带来许多问题。因此，目前菱铁矿的利用不到其总量的10%。但各大钢铁公司为了增大矿石自给量，把如何合理开发利用我国的菱矿资源已经摆上日程，如陕西大西沟采用长沙矿冶研究院焙烧磁选－反浮选工艺已设计建厂。昆钢王家滩在烧结时菱铁矿的配矿量不能超过原料总量的5%。随着昆钢的发展扩大，铁矿石的供应远不能满足自身发展的需求，王家滩菱铁矿的开发重新提上了日程。提高铁矿石的品位、降低有害杂质含量对开发王家滩菱铁矿有着重要的意义。

一、原矿性质

（一）原矿的化学成份

原矿的多元素化学分析结果列于表1，铁物相分析结果列于表2。

表1　原矿的多元素化学分析结果　　　　%

表2矿石铁相分析结果         %

从表1、2可看出，矿石中可供选矿回收的主要组分是铁，铜可作为综合利用的对象，硫的含量达2.00%，可见必须采用降硫作业才能保证铁精矿的质量。铁的赋存状态较为简单，分布在碳酸盐中的铁占85.88%，加上分布在磁铁矿和赤（褐）铁矿中的铁，分布率合计为87.13%，这即为选矿分选矿石中铁矿物时铁的最大理论回收率。

（二）主要矿物的产出特征

矿石在肉眼下多呈灰白－淡黄色，具致密块状构造，部分呈网脉状或斑状产出。经镜下鉴定和X射线衍射分析，矿石的组成矿物种类较为简单，铁矿物主要是菱铁矿、偶见褐铁矿零星分布；金属硫化物以黄铁矿为主，其次是黄铜矿和闪锌矿；脉石矿物含量较高的是石英，其次为绢云母和绿泥石，其它微量矿物包括白云石、方解石、锆石、磷灰石和独居石等。表3列出矿石中主要矿物的质量含量。

表3　矿石中主要矿物的含量　　　%

菱铁矿分为细粒（颗粒直径小于0.2mm）和中粗粒两种类型。前者多为自形、半自形粒状，部分呈竹叶状，晶体粒度较为均匀，大多在0.02～0.15mm之间，晶粒相互紧密镶嵌构成集合体或以浸染状的形式与石英、绢云母和绿泥石等脉石矿物混杂交生；中粗粒菱铁矿形成时间晚于细粒菱铁矿，形态亦较为规则，但晶体粒度变化较大，部分可至2.0mm左右而向粗粒过渡，其集合体常为不规则团块状或细脉状，并交代早期形式的细粒菱铁矿，局部亦可包裹石英等脉石矿物。上述两种产出形式的菱铁矿数量上以第一种为主，二者矿物含量比大致为75∶25。表4列出了纯度大于98%的菱铁矿单矿物的多元素化学分析结果。

表4　菱铁矿的多元素化学分析结果　　　%

从表4可见，菱铁矿铁品位仅37.69%，其中金属阳离子除Fe^2＋以外，还因类质同像作用含较高的Mg^2＋和少量Mn^2＋，这种菱铁矿焙烧过程中随着CO₂的分解，MgO的含量还将有一定程度的升高，从而造成铁精矿品位偏低，焙烧矿弱磁选铁精矿品位最高只能达到TFe59.80%左右。

二、实验室试验设备

（一）SX－8箱式电阻炉。

（二）闪速焙烧炉。

（三）球磨机。XMB－67φ200mm×240mm。

（四）鼓型湿式弱磁选机。φ300mm×200mm，表面磁场强度≤127kA／m。

（五）XCGS－73型磁选管。φ50mm，磁场强度≤240kA／m。

（六）XFD－63型系列单槽浮选机。

（七）XFD－76型挂槽式浮选机。

（八）粒度检查筛。16目，孔径1.16mm；150目，孔径0.1mm；200目，筛孔0.074mm；325目，筛孔0.045mm。

三、试验研究及主要结果

焙烧试验是在箱式电阻炉中进行，待炉膛温度升到试验设定的温度后，将盛矿的不锈钢盒子放入炉膛中，关上炉门，等达到恒定的温度后开始计算焙烧时间；焙烧矿出炉采用水淬冷。焙烧试验指标的考查方法是将焙烧矿磨矿至97.54%－0.074mm（92.23%－0.045mm），采用XCGS－73型磁选管进行选别，磁场强度为143.23kA／m。

（一）焙烧条件试验

焙烧条件对焙烧矿的选矿指标起着关键的决定作用。焙烧的气氛是否合适，焙烧的温度、时间，以及焙烧给矿层厚度都是重要因素。

1、焙烧气氛试验

在焙烧温度750℃、焙烧时间80min的条件下，考查了不同气氛下对焙烧指标的影响，试验结果见表5。

表5　焙烧气氛试验结果　　　　　　　%

从表5可见，弱氧化和中性的焙烧气氛下焙烧指标较好，可以获得较高的金属回收率，而加煤还原焙烧的指标最差。但是焙烧指标仍然是不理想的，因此焙烧条件仍然需要进一步优化。

2、焙烧温度试验

理论上菱铁矿400℃开始分解，到560℃分解完全，其化学反应为3FeCO₃→Fe₃O₄＋2CO₂＋CO。温度过高会导致富氏体和弱磁性的硅酸铁的生成，温度愈高生成量愈多。选择中性焙烧气氛，固定焙烧时间为80min，考查了焙烧温度对焙烧指标的影响，试验结果见表6。

表6　焙烧温度试验结果

从表6可见，焙烧80min的条件下，以850℃的焙烧温度下获得的焙烧指标较好，弱磁选精矿产率为44.93%，品位为TFe55.94%，金属回收率为68.92%。当焙烧温度达到1000℃时，尾矿品位大幅度升高，铁的回收率大幅度下降，属于明显的过烧特征。

3、不同矿层厚度焙烧试验

在850℃焙烧温度与80min焙烧时间的条件下，考查了不同焙烧矿层厚度对指标的影响，试验结果见表7。

表7　矿层厚度焙烧试验结果　　　　　　%

从表7可见，矿层厚度在8.3～16.7mm焙烧指标好；当厚度达到50mm时，指标很快变差，这主要是由于矿层太厚导致其透气性差，焙烧时所产生的气体难以及时排出，影响到反应相变的进行程度。

4、焙烧时间试验

选择矿层厚度为8.3mm、焙烧温度850℃，在中性焙烧气氛中进行了焙烧时间试验，考查焙烧时间对指标的影响，结果见表8。

表8　焙烧时间试验结果

从表8可见，随着焙烧时间的延长，精矿的铁品位变化不大，但铁的回收率增加。这主要是菱铁矿的磁铁矿矿化进行得比较完全。

（二）焙烧矿选矿试验

1、磨矿细度对磁选的影响试验

对焙烧矿进行了磨矿细度对弱磁选指标影响的试验，试验结果列于表9。

表9　磨矿细度试验结果

从表9可见，精矿品位随着磨矿细度增加而提高；但磨矿细度达到99.27%－0.045mm后，尾矿品位大幅度升高，回收率大幅度下降。这主要是由于在分选的磁场下是不能有效地捕获过于微细的颗粒。

　2、弱磁选精矿提铁降杂试验

对弱磁选精矿进一步提铁降杂探索铁精矿所能达到的最高品位分别采用阳离子、阴离子捕收剂对弱磁选精矿进行了反浮选试验，试验结果见表10。

表10　弱磁选精矿反浮选试验结果　　　　%

注：①阳离子反浮选药剂种类及用量：GE阳离子捕收剂300g／t，淀粉500g／t；②阴离子反浮选药剂种类及用量：NaOH调整剂800g／t，淀粉抑制剂600g／t，CaO活化剂600g／t，RA－715阴离子捕收剂800g／t。

从表10可见，弱磁选精矿提铁降杂的效果不明显。当精矿的作业产率低至22.11%～65.67%，浮选精矿铁的品位只能提高到58.64%～58.79%。

为了查明浮选精矿的主要化学成分，对阳离子反浮选的精矿进行了多元素化学分析，结果见表11。

表11　反浮选精矿的多元素化学分析结果　　　%

从表11可看出反浮选精矿达58.79%，其杂质SiO₂、Al₂O₃、CaO的含量均较低，可以进一步降低的可能性不大；而精矿中MgO、MnO的含量较高，这与原菱铁矿的矿石性质有关，属于晶格取代的类质同像现象，目前通过选矿工艺是无法除去的，但MgO是高炉炼铁的造渣成分，可以降低高炉炼铁时配入的造渣剂量；精矿中硫的含量偏高，经镜下观察主要为磁黄铁矿，由于原矿在焙烧时发生一系列的复杂的物理化学变化，由原矿中的黄铁矿转化而成，并呈微细粒浸染状分布，降低的难度较大。

3、弱磁选精矿降硫试验

为了降低焙烧矿弱磁选精矿中的硫含量，采用SA作活化剂，BA为主要浮硫捕收剂，考查了不同黄药对降硫的效果，试验结果见表12。

表12　弱磁选精矿降硫试验结果

注：Y89为黄药类阴离子捕收剂的一种。

从表12可见，SA活化剂加入对降硫的效果是很明显的。加入后可以大幅度降低精矿中的硫含量，以BA＋丁黄药用量300g／t的降硫效果最好，铁精矿中的硫含量可以降低至0.63%。但是这仍然高于0.30%的要求。

（三）闪速焙烧试验

闪速焙烧是余永富院士主持下的国家攻关项目，是针对难处理铁矿行之有效的焙烧工艺。细粒矿物在全悬浮的状态下，在极短的时间内可以实现传热传质，达到磁化焙烧的目的。为了考查闪速焙烧对王家滩菱铁矿焙烧降硫的影响，采用闪速焙烧炉进行了闪速焙烧试验，焙烧给矿磨矿细度65.14%－0.074mm，焙烧矿的再磨细度为90.30%－0.074mm，磁选管分选磁场强度为143.24kA／m，试验结果见表13。

表13  闪速焙烧试验结果

从表13可见，闪速焙烧同样可以达到常规焙烧的弱磁选精矿铁品位，并且铁的回收率提高到90.75%，而且弱磁选精矿中硫的含量降低的幅度是很大的，可以降低至0.15%，这是常规焙烧所不能达到的。主要是由于在焙烧过程中，原矿中的黄铁矿中的硫在短时间内发生反应而进入气相，随尾气排出，黄铁矿中的铁则转化为磁铁矿，故增加了铁的回收率。

四、结论

（一）王家滩菱铁矿属于镁锰类质同像菱铁矿，其焙烧矿选矿所得铁精矿品位最高为59.80%。

（二）采用常规焙烧工艺处理王家滩菱铁矿会导致铁精矿的硫含量较高。

（三）闪速焙烧可以实现在焙烧过程中降硫的目的，铁精矿硫含量低于0.20%，同时可以获得比常规焙烧高4.72个百分点的回收率。