江西某铁尾矿综合回收铁试验研究

    江西省某地蕴藏着丰富的铁矿资源，目前的铁矿就有300多万吨，近100多万吨为开采原矿，另外还有十多公里长的此类铁矿矿带，且适于露天开采。由于长期以来只采用筛分洗矿工艺回收块矿，因此大量铁资源流失到尾矿，对该尾矿进行综合利用，不仅具有很高的开发价值，而且符合我国目前资源状况以及政府提倡的循环经济产业政策。     一、矿石性质     （一）矿物主要组成及特征     矿石中矿物组成相对简单，主要的金属矿物有褐铁矿、赤铁矿、磁铁矿、软锰矿、黄铁矿、闪锌矿、方铅矿、铜蓝、孔雀石等；脉石矿物有蛋白石（玉髓）、石英、长石、黏土矿物、绿泥石、方解石、水云母（绢云母）、透闪石等。     1、氧化铁矿物     铁主要赋存于褐铁矿及赤铁矿中，以褐铁矿占绝对优势。粒度细小，多在0.04mm以下，试样中广泛分布，除了单体颗粒外，还常呈黏附态附着于其它矿物表面。     2、硫化物     试样中的硫化物主要是黄铁矿，多呈氧化残余包裹于赤铁矿、褐铁矿中，单体少见，粒度多在0.04mm以下。     3、硬锰矿、软锰矿     多与褐铁矿、赤铁矿混杂，镜下不易辨识，粒度多在0.01～0.05mm。     4、石英、蛋白石     石英相对较少，主要是蛋白石，呈隐晶质细颗粒，多被褐铁矿污染。     5、角闪石等硅酸盐矿物     含量很少，呈针柱状或粒状，部分颗粒表面有褐铁矿黏附。     6、高岭石等黏土矿物     粒度极细微，多在0.02mm以下，呈尘埃状分散分布，或与褐铁矿混杂，呈絮泥状颗粒。     （二）化学组成 表1  原矿多元素分析结果

元  素质量分数	Cu0.37	Pb1.76	Zn1.27	As0.07	S0.054	TFe37.16
元  素质量分数	SiO29.0	Al2O35.86	CaO0.23	MgO0.259	Co0.10	P0.069

     原矿多元素分析结果表明，矿石主要的化学成分是铁、SiO₂和Al₂O₃，有价成分主要为铁、铅、锌、铜和钴。     二、还原磁化焙烧试验研究     （一）褐铁矿转化为磁铁矿的主要原理     在高温条件下，采用煤作为还原剂，将褐铁矿转化为磁铁矿。化学反应为： Fe₂O₃·nH₂O—Fe₂O₃＋nH₂O   （1）3Fe₂O₃＋CO—2Fe₃O₄＋＋CO₂   （2）     其转化过程主要为：     1、褐铁矿在高温条件下失去结晶水，转化三氧化二铁；     2、三氧化二铁在还原气氛中还原成四氧化三铁。还原反应过程是一个多相反应过程。固相同气相（还原气体）发生反应。磁化焙烧反应作用分为三个阶段进行：     （1）扩散、吸附。由于气体的对流或分子扩散作用，还原气体分子被矿石表面吸附。     （2）化学反应。被吸附的还原气体和矿石的氧原子相互作用进行化学反应。     （3）化学产物的脱附。反应生成的气体产物脱离矿石表面，沿着相反的方向扩散到气相中去。     在焙烧过程中，新生成的还原物先形成一个外壳，包围着未被还原的部分，反应逐步向内进行，反应速度由还原物和还原产物的界面所控制。     使Fe₂O₃转化为Fe₃O₄的过程是按下列方式进行的。用还原剂脱掉αFe₂O₃矿粒外层的氧，则使氧化铁结晶格子局 部变形，致使αFe₂O₃转化为含有一定数量的细孔的γFe₂O₃，并形成尖晶石型立方晶格的γFe₂O₃外层。在矿粒表面上继续脱氧将造成铁离子过剩，过剩的铁离子则充填在缺位结点上。外层的所有点充满就变成磁铁矿，这些磁铁矿有着与γFe₂O₃相同的晶格。这样由外层向内层扩散，这个过程一直向矿粒中心的赤铁矿进行，到赤铁矿全部消失为止。     （二）磁化焙烧温度试验     将原矿与煤粉混匀后放入磁环焙烧炉中，升温至设置温度，恒温2h，改变磁化焙烧温度，900℃，950℃，1000℃，1050℃，产品自然冷却后磨矿85%-74μm，然后用磁选管进行磁选作业，磁场强度为87.55kA/m，试验结果见图1，本次试验采用无烟煤。煤粉比例为矿样重量的20%。依据试验结果知，950～1000℃为最佳温度。 图1  磁化焙烧温度试验结果1-铁品位；2-铁回收率；下同     （三）煤的种类及用量试验     将无烟煤与褐煤进行对比试验，磁化焙烧温度为950℃，焙烧2h，煤粉的比例分别为8%、15%、20%，结果表明，在相同条件下，褐煤效果明显优于无烟煤；对同一种煤，随着煤粉用量的降低，铁精矿全铁含量降低；另外采用无烟煤，磁化焙烧矿的全铁含量和原矿没有差别，而采用褐煤时，磁化焙烧矿的全铁含量比原矿提高了近10%，磁化焙烧后矿样的重量也减少了20%。综合考虑成本，选用褐煤，煤粉用量为原矿的15%～20%为宜。试验结果见图2。 图2  煤的用量试验结果     （四）磁化焙烧时间条件试验     确定焙烧温度在950℃，煤的比例分别为20%，改变磁化焙烧时间，分别为1h，1.5h，2h，3h。产品自然冷却后磨矿85%-74μm，然后用磁选管进行磁选作业，磁场强度为87.55kA/m，试验结果见图3。 图3  磁化焙烧时间条件试验结果     （五）磁场强度试验     确定磁化焙烧温度为950℃，煤的用量依然为20%，恒温磁化焙烧2h的产品进行磁场强度条件试验。产品自然冷却后磨至85%-74μm，给到磁选作业，改变磁场分别为71.63kA/m、87.55kA/m、103.46kA/m。试验结果见图4，综合技术经济指标考虑，磁选作业的磁场强度以87.55kA/m为最佳。 图4  磁场强度试验结果     （六）磨矿细度条件试验     焙烧产品直接分选时铁矿物与脉石矿物分离效果差，在分选前需要磨矿。其他条件不变，分别对不磨（-74μm为68%）及磨矿细度分别为-74μm80%、85%、90%、98%的磁化焙烧产品进行了磁选试验，试验表明，随着磨矿产品中-74μm粒级的增加，铁精矿产率有所下降，全铁含量随之提高，当-74μm含量大于85%后，变化速度趋缓。所以以-74μm占85%为佳。试验结果见图5。 图5  磨矿细度条件试验结果     （七）流程试验     根据上述试验结果，确定最佳条件见表2，根据最佳条件试验进行了流程试验，数质量流程图见图6。 表2  焙烧—磁选工艺条件

作  业	工艺条件
还原焙烧	煤粉比例/%焙烧温度/℃焙烧时间/h	15～20950～10002
磁选	磨矿细度/%-74μm磁场强度/（kA/m-1）	8587.55

 图6  磁化焙烧-磁选数质量流程     三、结论     （一）以褐铁矿为主要矿物的铁矿石属难选矿物，对这种矿石磁化焙烧—磁选是技术指标最佳的选矿方法，可以兼顾品位和回收率。     （二）此褐铁矿通过磁化焙烧—磁选工艺流程的分选，可获得产率51.46%、全铁含量64.83%、全铁回收率78.88%的铁精矿。各项指标均达到要求。而且磁化焙烧—磁选工艺具有工艺合理、可靠、适应性强、易于在生产中实施的特点。     （三）从经济方面考虑，磁化焙烧成本高，只有当地有廉价的煤炭资源时才可以考虑。一般情况下则的采用联合流程，如：弱磁选—强磁选—正浮选、分级—重选—浮选等，这些流程虽然比较复杂，但是运营成本都远低于磁化焙烧。