高磷鲕状赤铁矿还原焙烧同步脱磷工艺技术

    赤铁矿是自然界分布极广的铁矿物，是重要的炼铁原料，也可用作红色颜料。而赤铁矿石中的鲕状赤铁矿石嵌布粒度极细，且经常与菱铁矿、鲕绿泥石或含磷矿物共生或相互包裹，难以达到钢铁工业对铁矿石含磷的要求，因此鲕状赤铁矿石是目前国内外公认的最难选的铁矿石类型之一，该类资源基本没有得到有效利用。

    但我国铁矿资源储量中约1/9为鲕状赤铁矿，有效利用鲕状赤铁矿石的研究在我国有重要意义。

    国内外对该种矿石已经进行了很多研究工作。昆明理工大学进行了重选方面的实验，但对铁的富集和磷的去除效果都不明显；武汉理工大学采用直接还原的方法来处理该类型矿石，能获得较高的铁品位和回收率，但脱磷的效果不是很理想，最终产品中磷品位在0.5％左右；纪军等人进行了分散－选择性聚团脱泥－反浮选脱磷工艺的试验研究，通过适当调整药剂制度和流程结构，可以使铁精矿中磷含量降到0.25%以下，铁回收率达到90.57%，但铁精矿品位只有50%左右；国内有单位对该种矿石进行了浮选及磁选试验，但铁精矿中铁品位偏低磷品位偏高。

    综上所述，对于宁乡式高磷鲕状赤铁矿，用常用的选矿方法很难得到令人满意的结果。研究表明，采用添加脱磷剂进行直接还原焙烧－磁选方法可以得到较好的指标，但未进行详细的工艺条件研究。本文进一步研究了添加脱磷剂直接还原焙烧－磁选工艺参数的影响，确定该类矿石直接还原焙烧－磁选的最佳条件，为该类矿石的有效利用提供新的途径。

    一、试样性质及试验方法

    鄂西高磷鲕状赤铁矿石铁和磷的品位分别为43.65%和0.83%，其中主要有用矿物为赤铁矿和少量褐铁矿，赤褐铁矿之铁占97.82%。

    还原焙烧以煤为还原剂，同时加入脱磷剂NCP，达到还原焙烧同步脱磷的目的。试验矿样与煤均破碎至－2mm。试验流程如图1所示。主要考察的条件因素包括煤用量、脱磷剂用量、还原焙烧温度和还原焙烧时间等。

图1  直接还原焙烧－磁选试验流程

    因直接还原焙烧－磁选所得最终产品中铁的品位大于90%，为避免同常规的铁精矿相混淆，将该产品命名为还原铁产品。试验中焙烧后产品的总质量同焙烧前相比有较大变化，故用还原铁产品中铁的绝对金属量同焙烧试验中加入的原矿的绝对金属量的比值来计算回收率。煤与NCP的用量指煤或NCP与矿石质量的比值，均用质量百分数表示。

    二、试验结果及讨论

    （一）二段磨矿时间试验

    首先考察了焙烧过程中磨矿粒度对试验结果的影响。在前一阶段的试验中发现铁品位的提高和磷品位的降低都要通过细磨来实现，因此确定实验流程为两段磨矿磁选。对精矿再磨的时间进行了详细的考察。固定条件为：煤用量40%，NCP用量20%，焙烧温度1000℃，焙烧时间60min，磨矿浓度70％，第一段磨矿粒度为－0.074mm粒级占55%，磁选场强87.6kA/m，精矿再磨。结果见图2。

图2  二段磨矿时间试验结果

    从图2中可以看出，二段磨矿时间增加时，铁的品位和回收率都呈上升趋势，但磷品位在磨矿时间为20min时有较大的降低，应是嵌布粒度较细的脉石矿物在此时可以充分与铁矿物解离，并且不会发生团聚。故确定第二段磨矿时间为20 min，粒度为－16μm粒级占100％，－8.93μm粒级占90％。

    （二）煤用量试验

    固定其他条件不变，考察了焙烧过程中煤用量的影响，结果见图3。

图3  煤用量试验结果

    从图3可以看出，随着煤用量的增加，铁的品位和回收率均增加，磷的品位降低，此过程中煤可以同原矿充分反应，将原矿中的Fe₂O₃还原，但当煤用量超过40%时，煤在反应中过量，虽然对铁的回收率仍有一定的提高，但会影响到脱磷剂脱磷的效果，同时铁的品位略有降低。因此确定煤最佳用量为40%。

    （三）脱磷剂用量试验

    其他条件不变，改变NCP用量进行试验，结果见图4。

图4  NCP用量试验结果

    从图4可以看出，在NCP用量在15%之前，铁品位和回收率都有明显提高，磷品位有明显下降，当NCP用量超过20%之后，对结果的影响变小，因此确定NCP的最佳用量为20％。NCP的主要作用是在焙烧过程中与原矿发生反应，从而在磁选过程中将磷去除，同时还可以降低焙烧过程中还原生成铁的温度，对还原有一定的促进作用。

    （四）焙烧温度试验

    其他条件不变，改变焙烧温度进行试验，结果见图5。

图5  焙烧温度试验结果

    从图5看出，当焙烧温度低于1000℃时，随着温度的升高，铁的回收率升高，而磷的品位降低，说明在此温度条件下，升高温度有利于铁的还原以及磷的去除；当温度超过1000℃继续升高时，磷的品位明显升高，而铁的回收率随之下降，由此可知在该范围内，温度对脱磷剂的效果产生了不利的影响。试验中发现温度高于1000℃时，焙烧后的产品结块严重，有大的铁颗粒生成，最终还原铁产品中磷的品位升高。推断在焙烧过程中有部分铁熔融后同磷结合，使脱磷更难实现。因此确定最佳温度为1000℃。

    （五）焙烧时间试验

    其他条件不变，改变焙烧时间进行试验，结果见图6。

图6  焙烧时间试验结果

    从图6看出，随着焙烧时间的延长，铁的品位、回收率随之增加，磷的品位随之降低，但当焙烧时间超过60min后影响变小，可以确定当时间为60min时，还原反应基本进行完毕，因此确定焙烧时间为60min。

    经过实验确定鄂西高磷鲕状赤铁矿焙烧还原磁选的最佳条件为：还原剂煤用量40%，NCP用量20%，焙烧温度1000℃，焙烧时间60min，一段磨矿粒度为－0.074 mm粒级占55%，二段磨矿粒度为－16μm粒级占100%，－8.93μm粒级占90%，磁选场强87.6kA/m。经重复试验，得到还原铁产品平均铁品位90.09%，铁回收率88.91％，磷品位0.06%。

    三、结语

   （一）在鲕状高磷赤铁矿石还原焙烧过程中添加脱磷剂，可在得到高品位还原铁产品的同时，使其中磷含量降低到0.06%。为合理利用难选高磷赤铁矿提供了一种新的途径。

   （二）在还原焙烧的过程中，脱磷剂NCP起到脱磷的作用，同时可以降低焙烧温度。

   （三）还原焙烧温度应控制在1000℃，过高的温度将会使铁矿物与磷重新结合，而温度过低则达不到还原的效果。

   （四）由于鲕状赤铁矿本身的嵌布粒度极细，所以经过还原焙烧的产品需要充分细磨才能有效分选。