CN102974456B

CN102974456B - 难选铁矿的分选工艺

Info

Publication number: CN102974456B
Application number: CN201210531033.XA
Authority: CN
Inventors: 张裕书; 杨耀辉; 刘亚川; 陈炳炎; 张少翔
Original assignee: Institute of Multipurpose Utilization of Mineral Resources Chinese Academy of Geological Sciences
Current assignee: Institute of Multipurpose Utilization of Mineral Resources Chinese Academy of Geological Sciences
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2015-10-21
Anticipated expiration: 2032-12-11
Also published as: CN102974456A

Abstract

本发明提供了一种难选铁矿的分选工艺，是将粒度不大于1mm的干燥粉状原矿在高温还原气氛条件下于520℃~560℃闪速磁化焙烧350~450s，得到有用矿物为Fe₃O₄的焙烧物料，分选所得焙烧物料，既得精矿；本工艺通过控制原矿粒度，并降低焙烧温度，同时选取合适的焙烧时间，使得焙烧过程在稳定、可控的情况下进行，不仅原矿（如碳酸亚铁）分解充分、还原反应稳定，而且不容易发生过烧或部分磁铁矿还原成富氏体的情况，焙烧产物品质均匀，且有用矿物流失较少，反应能耗低，反应条件较为缓和、过程稳定易控，能够用于贫赤（磁）铁矿、菱铁矿、褐铁矿、鲕状赤铁矿等难选铁矿的分选，并得到品位较高的γ-Fe₂O₃精矿（品位一般不低于60%，），全铁回收率能够不低于75%。

Description

难选铁矿的分选工艺

技术领域

本发明涉及一种铁矿的选矿方法，特别涉及一种难选铁矿的分选工艺。

背景技术

铁矿物种类繁多，目前已发现的铁矿物和含铁矿物约300余种，其中常见的有170余种。但在当前技术条件下，具有工业利用价值的主要是磁铁矿、赤铁矿、磁赤铁矿、钛铁矿、褐铁矿和菱铁矿等。

我国复杂难选铁矿主要有微细粒浸染的鞍山式贫赤（磁）铁矿、菱铁矿、褐铁矿、鲕状赤铁矿等，复杂难选多金属共伴生铁矿主要有白云鄂博铁矿、攀枝花式钒钛磁铁矿、吉林羚羊铁矿等。

其中，微细粒浸染的鞍山式贫磁（赤）铁矿石嵌布粒度极细，矿物单体解离和分选极为困难，如山西岚县袁家村铁矿，储量达10亿吨以上，需将矿石磨到-0.043mm占95%以上才能达到单体解离。

菱铁矿的理论铁品位较低，经常与钙镁锰呈类质同象共生，且嵌布粒度微细，我国菱铁矿已探明储量l8.34亿t。褐铁矿是含水氧化铁矿石，而且密度小，磁性弱，可浮性低，碎磨过程中容易出现过粉碎现象。我国已探明的褐铁矿储量10~20亿t，如江西铁坑铁矿等。

鲕状赤铁矿嵌布粒度极细，且常与菱铁矿、鲕绿泥石和含磷矿物共生或相互包裹，常含有有害元素磷、硫等，此类铁矿储量高达30亿～50亿t。

包头白云鄂博铁矿矿石品位低、矿物成分复杂、共生关系密切、矿物嵌布粒度细而不均、有用矿物与脉石矿物可选性差异小、可利用的有价成分多。攀枝花式钒钛磁铁矿是一种伴生钒、钛、钴等多种元素的磁铁矿，其矿石储量达100亿吨，钒和钛分别占全国储量的80%和90%以上。吉林羚羊铁矿石是一种富含铁、锰、稀土及微量元素的多金属矿，主要金属矿物为磁铁矿、褐铁矿、菱铁矿，另有一定量的黑锰矿、菱锰矿以及硅酸铁矿物。

上述这些难选铁矿要么嵌布粒度太细，要么共伴生成分太多，传统的选矿工艺均不能很好的开发利用这些矿石。磁化焙烧通过改变铁矿物的组成，使其具有强磁性，再利用磁选将铁矿物分离出来，为复杂难选铁矿的开发，提供了一条可行的路径。

现有技术应用较多的是磁化还原焙烧工艺，是将原矿在还原气氛及高温条件下把弱磁性氧化铁矿转变为强磁性磁铁矿（即Fe₃O₄），虽然Fe₃O₄是强磁性磁铁矿，但具有随着颗粒粒度减小、比磁化率减小、矫顽力随之增加的特性，其矫顽磁力较高，在磁选过程中容易形成结实的团聚体，造成废石夹杂，贫化精矿品位，同时部分Fe₃O₄流失。

现有技术还提供了一种还原氧化焙烧工艺，是将上述还原后的磁铁矿在无氧气氛下冷却到400℃，再与空气接触得到强磁性的γ-Fe₂O₃，其化学反应如下：4Fe₃O₄+O₂——6γ-Fe₂O₃。由于γ-Fe₂O₃的性质比Fe₃O₄稳定，且比磁化系数更大，矫顽力更低，因此磁选过程团聚程度较低，磁选效果更佳。

现有技术认为还原氧化焙烧工艺中，适宜的焙烧温度是600~900℃，例如中国专利200510019917中记载焙烧温度最佳是600~850℃，文献“难选铁矿石磁化焙烧机理及闪速磁化焙烧技术，王秋林等，金属矿山，2009年第12期”中记载合理的焙烧温度是700~900℃，还原所得磁铁矿一般是无氧气氛冷却至400℃后，再与空气接触生成γ-Fe₂O₃。

尽管研究表明，在较高温度下（570℃以上），原矿能够较快转变为磁铁矿，但由于在规模化生产过程中，工艺条件往往有一定程度波动，焙烧温度较高时，一旦矿石在还原带停留时间稍长或还原剂过剩，立刻会造成矿石表面过烧、部分磁铁矿还原成富氏体的现象，导致矿石磁性降低，铁损失程度加重。另一方面，尽管还原所得的磁铁矿能够在400℃以下及有氧条件下氧化成为γ-Fe₂O₃，但受矿物粒度及氧化过程影响，磁铁矿转化为γ-Fe₂O₃的效果也是不同的，特别是在氧化过程中，如果控制不当，会造成晶形转变不完全或生成α- Fe₂O₃。从矿物粒度来看，磁铁矿粒度越小，磁铁矿比表面积越大，其与空气接触转化为γ-Fe₂O₃的比例越高，但粒度过小，又将加重产物磁选时的团聚现象；另外，温度过低将造成氧化不完全，反应时间延长；温度过高则导致α- Fe₂O₃的生成或发生烧结。

常规的Fe₃O₄氧化制备γ-Fe₂O₃工艺是将Fe₃O₄在220~ 250℃氧化2h，但此方法操作弹性小，难以真正实现过程的有效控制。文献“Fe₃O₄氧化制备γ-Fe₂O₃磁粉过程动力学，赵新宇等，华东理工大学学报，1995年第10期”中提供了一种先低后高的升温程序，以力图使氧化过程变得稳定可控，但这种反应过程显然不适用于400℃以上温度的Fe₃O₄由高到低降温氧化制备γ-Fe₂O₃的工艺。

基于上述种种原因，现有技术的铁矿还原焙烧-氧化-磁选分选工艺一直存在焙烧温度高、焙烧产物磁性不足、Fe₃O₄氧化制备γ-Fe₂O₃的过程不够稳定、γ-Fe₂O₃晶型转化不充分、产物磁选较为困难、铁流失高、精矿品位不高等诸多缺陷，导致难选铁矿的利用一直维持在较低水平。本领域技术人员至今无法从现有技术中找到一种能够真正产业化应用的焙烧条件较为缓和、焙烧效果较好的基于还原焙烧-氧化-磁选原理的难选铁矿分选工艺。

发明内容

本发明的目的在于针对上述不足，提供一种适于工业化的难选铁矿的分选工艺，该方法反应条件较为缓和、过程稳定易控，能够用于贫赤（磁）铁矿、菱铁矿、褐铁矿、鲕状赤铁矿等难选铁矿的分选，并得到品位较高的γ-Fe₂O₃精矿，同时制备过程中铁流失少、全铁回收率高。

本发明的技术目的是通过如下方案来实现的：

一种难选铁矿的分选工艺，是将干燥粉状的原矿在高温还原气氛条件下进行闪速磁化焙烧，得到有用矿物为Fe₃O₄的焙烧物料，分选所得焙烧物料，得精矿，其中粉状原矿的粒度不大于1mm，闪速磁化焙烧过程中，焙烧温度为520℃~560℃，焙烧时间350~450s。

如前所述，在铁矿磁选过程中，随着矿物细度提高，磁选过程中的团聚现象也将相应加重，因此矿物粒度不能过细，但矿物粒度加大，焙烧温度应相应增加，否则焙烧时内层矿物无法分解，而焙烧温度增加后，又会对焙烧时间、氧化气氛组成产生影响。具体而言就是焙烧温度较高时，容易造成过烧或部分磁铁矿还原成富氏体。

尽管现有技术曾提及闪速磁化焙烧过程中原矿粒度可以小于3mm，并且焙烧温度可以为600~900℃，但从保证焙烧效果的角度来看，该粒度范围及焙烧温度范围仍旧是过宽的，特别是原矿重量一定时，粒度越小，矿物比表面积越大，粒度越大，矿物比表面积越小；在还原性气体用量一定、矿物用量一定时，物料粒度越大，与理论重量矿物接触的还原性气体量越少，还原性气体越容易富余，由此导致过还原（即部分磁铁矿还原成富氏体）情况越重。另一方面，由于这种小于3mm的粒度范围较宽，本领域技术人员难以确定适合的焙烧温度。而在现有技术记载的600~900℃的温度区间内，选取较低焙烧温度时，粒度3mm左右的矿物颗粒容易分解不充分，选取较高温度时，粒度较细的矿物容易过烧以及还原成富氏体，从而不能获得稳定可控的焙烧效果以及品质均匀的焙烧产物。

因此，本发明通过控制原矿粒度不大于1mm，并降低焙烧温度，同时选取合适的焙烧时间，使得焙烧过程在稳定、可控的情况下进行，不仅原矿（如碳酸亚铁）分解充分、还原反应稳定，而且不容易发生过烧或部分磁铁矿还原成富氏体的情况，焙烧产物品质均匀，且有用矿物流失较少，反应能耗低。

在本方案中，原矿经过粗碎-中碎-细碎到5~20mm后，再利用超细碎设备，如高压辊磨机、立磨机等细磨，最后通过风力分级***可实现不大于1mm细度矿石的分选。还原焙烧过程中，还原性气体组成等可参照现有技术；对于有用矿物为γ-Fe₂O₃的熟料，可以采用常规强磁选工艺处理。例如对于没有杂质的物料，如果焙烧熟料有用矿物已经很好的单体解离了，则直接对其进行磁选；如果单体解离程度不够、但有部分脉石已经单体解离，则可以采用磁选—磨矿—磁选的办法来处理；如果有用矿物和脉石矿物致密共生，且粗细分布均匀，则直接对其磨矿，再磁选的办法来处理；如果有用矿物粗细分布不均，则采用阶段磨矿—阶段选别的办法来处理；同时，在上述工艺流程中，还可以利用细筛、磁选柱、浮选等办法来进一步提高精矿品位。对于含有杂质的物料，如高磷铁矿中的磷，可以通过浮选法或浸出法来处理。

优选的，闪速磁化焙烧的方式为悬浮流态化磁化焙烧。悬浮流态化磁化焙烧能够使焙烧效果更充分。

优选的，所得焙烧物料的分选方式是：将所述焙烧物料先在无氧气氛中冷却至340~350℃，然后于氧化气氛中在15~30min时间内降温至250~260℃，然后自然冷却至室温，既得有用矿物为γ-Fe₂O₃的矿料，强磁选所述矿料，得精矿。本发明研究发现，在15~30min温度范围内，物料由340~350℃降温至250~260℃过程中，晶格重排效果较好，γ-Fe₂O₃转化效果出色。如果不采用这种降温氧化方式，尽管也将生成γ-Fe₂O₃，但其转化是不够充分的。

优选的，所述还原气氛由CO与CO₂构成，CO在还原气氛中的体积分数为25%~30%。还原气氛中，还原性气体浓度过高，容易造成过还原，对本发明的技术方案而言，CO浓度为25%~30%是较为适宜的。

本发明的有益效果：

综上所述，本发明提供了一种难选铁矿的分选工艺，是将粒度不大于1mm的干燥粉状原矿在高温还原气氛条件下于520℃~560℃闪速磁化焙烧350~450s，得到有用矿物为Fe₃O₄的焙烧物料，分选所得焙烧物料，既得精矿；本工艺通过控制原矿粒度，并降低焙烧温度，同时选取合适的焙烧时间，使得焙烧过程在稳定、可控的情况下进行，不仅原矿（如碳酸亚铁）分解充分、还原反应稳定，而且不容易发生过烧或部分磁铁矿还原成富氏体的情况，焙烧产物品质均匀，且有用矿物流失较少，反应能耗低，反应条件较为缓和、过程稳定易控，能够用于贫赤（磁）铁矿、菱铁矿、褐铁矿、鲕状赤铁矿等难选铁矿的分选，并得到品位较高的γ-Fe₂O₃精矿（品位一般不低于60%），全铁回收率能够不低于75%。

附图说明

图1为含有Fe₃O₄物料的XRD图谱；

图2为含有γ-Fe₂O₃物料的XRD图谱。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

实施例1

渝东某鲕状赤铁矿含铁品位40.56%，含磷1.02wt%，有用矿物以赤褐铁矿为主，嵌布粒度细。将原矿破碎至不大于5mm后，利用高压辊磨机细碎，风力气相分级，得到粒度不大于1mm的细碎矿料，且-0.1mm（即不大于0.1mm）粒度矿料重量占细碎矿料重量的75%；将该物料入悬浮磁化焙烧炉并在无氧气氛下焙烧，焙烧条件为：还原气氛中CO体积分数为30%，CO₂体积分数为70%，焙烧温度560℃，焙烧时间450s，冷风风速2.1m/s，得有用矿物为Fe₃O₄的焙烧物料；采用X射线多晶衍射测试物料组成，测试结果见图1。

将所述焙烧物料先在无氧气氛中冷却至340~350℃，然后于氧化气氛中在15~30min时间内降温至250~260℃，然后自然冷却至室温，既得有用矿物为γ-Fe₂O₃的矿料，采用X射线多晶衍射测试该矿料组成，测试结果见图2。

图1为含有Fe₃O₄物料的XRD图谱，图2为含有γ-Fe₂O₃物料的XRD图谱；从图1中我们可以看出，有明显的Fe₃O₄特征峰存在，与Fe₃O₄标准谱图（JCPDS No.72-2303）一致，表明焙烧物料已从Fe₂O₃转化Fe₃O₄。从图2中我们可以看出，有明显的γ-Fe₂O₃特征峰存在，图2样品的衍射峰与γ-Fe₂O₃的标准谱图（JCPDS No.39-1346）一致，表明焙烧物料已转变为γ-Fe₂O₃。

分选所得γ-Fe₂O₃物料，分选方式是，先将焙烧物料经磨矿至粒度-0.074mm的物料含量为90wt%、粒度为-0.045mm的物料含量为30wt%左右，然后在磁场强度为85.1kA/m的条件下，经过一次磁选获得TFe品位 58.037%，TFe回收率87.77%的精矿。

再对粗精矿调浆并进行反浮选，反浮选时，向矿浆中添加300克/吨原矿用量的淀粉（淀粉作为有用矿物抑制剂）和100克/吨原矿用量的油酸钠（油酸钠作为反浮选捕收剂），其余工艺参数参照现有技术，得到浮选泡沫及浮选底流，所述浮选底流为铁精矿；反浮选过程中均为矿浆自然pH值。

最终获得了全铁品位61.08%，磷品位0.18%，流程全铁总回收率达78.83%。

实施例2

原矿石TFe品位38.91%，根据铁的物相分析，该铁矿石中的铁主要赋存于菱铁矿之中，其含量为24.98wt%；其次部分铁以赤铁矿和褐铁矿的形式存在，铁含量为16.67wt%；另有0.28wt%的铁存在于其它含铁矿物之中。

操作步骤：

将干燥粉状的原矿在悬浮磁化焙烧炉中于高温还原气氛条件下进行闪速磁化焙烧，得到有用矿物为Fe₃O₄的焙烧物料，其中，还原气氛中CO体积分数为25%，CO₂体积分数为75%，焙烧温度为520℃，焙烧时间350s；焙烧前，给矿粒度不大于1mm，且-0.1mm粒度矿料占81wt%；，给料冷气风量：1.5m³/h，压力0.04MPa；热风量：4m³/h，悬浮磁化焙烧炉内表现风速0.43m/s。

焙烧完成后将所得焙烧物料先在无氧气氛中冷却至350℃，然后于氧化气氛中在25min时间内降温至250~260℃，然后自然冷却至室温，既得有用矿物为γ-Fe₂O₃的矿料，在磁场强度为85.1kA/m的条件下，强磁选所得矿料，得铁精矿。

测得铁精矿产率为54.12%，TFe品位为60.52%，TFe回收率为84.18%。

实施例3

原矿石TFe品位36.22%，根据铁的物相分析，该铁矿石中的铁主要赋存于褐铁矿之中，其含量为25.20wt%；其次部分铁以赤铁矿的形式存在，铁含量为10.15wt%；另有0.87wt%的铁存在于其它含铁矿物之中。

操作步骤：

将原矿在悬浮磁化焙烧炉中于高温还原气氛条件下进行悬浮磁化焙烧，得到有用矿物为Fe₃O₄的焙烧物料，其中，还原气氛中CO体积分数为20%，CO₂体积分数为80%，焙烧温度为550℃，焙烧时间355s；焙烧前，给矿粒度不大于1mm，且-0.1mm粒度矿料占90wt%；，给料冷气风量：1.8m³/h，压力0.05MPa；热风量：4.5m³/h，悬浮磁化焙烧炉内表现风速0.48m/s。

测得铁精矿产率为47.28%，TFe品位为60.31%，TFe回收率为78.72%。

实施例4

原矿石TFe品位30.84%，根据铁的物相分析，该铁矿石中的铁主要赋存于赤、褐铁矿之中，其含量为22.25wt%；其次部分铁以菱铁矿的形式存在，铁含量为7.12wt%；另有1.47wt%的铁存在于其它含铁矿物之中。

操作步骤：

将原矿在悬浮磁化焙烧炉中于高温还原气氛条件下进行悬浮磁化焙烧，得到有用矿物为Fe₃O₄的焙烧物料，其中，还原气氛中CO体积分数为25wt%，CO₂体积分数为75wt%，焙烧温度为560℃，焙烧时间360s；焙烧前，给矿粒度不大于1mm，且-0.1mm粒度矿料占95wt%；，给料冷气风量：1.8m³/h，压力0.04MPa；热风量：4.2m³/h，悬浮磁化焙烧炉内表现风速0.50m/s。

焙烧完成后将所得焙烧物料先在无氧气氛中冷却至350℃，然后于氧化气氛中在25min时间内降温至250~260℃，然后自然冷却至室温，既得有用矿物为γ-Fe₂O₃的矿料，采用在磁场强度为85.1kA/m的条件下，强磁选所得矿料，得铁精矿。

测得铁精矿产率为37.97%，TFe品位为60.94%，TFe回收率为75.02%。

最后需要说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，本领域技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的保护范围当中。

Claims

1.一种难选铁矿的分选工艺，是将干燥粉状的原矿在高温还原气氛条件下进行闪速磁化焙烧，得到有用矿物为Fe3O4的焙烧物料，分选所得焙烧物料，得精矿，其特征在于：粉状原矿的粒度不大于1mm，闪速磁化焙烧过程中，焙烧温度为520℃~560℃，焙烧时间350~450s；所得焙烧物料的分选方式是：将所述焙烧物料先在无氧气氛中冷却至340~350℃，然后于氧化气氛中在15~30min时间内降温至250~260℃，然后自然冷却至室温，既得有用矿物为γ-Fe2O3的矿料，强磁选所述矿料，得精矿。

2.根据权利要求1所述的难选铁矿的分选工艺，其特征在于：闪速磁化焙烧的方式为悬浮流态化磁化焙烧。

3.根据权利要求1或2所述的难选铁矿的分选工艺，其特征在于：所述还原气氛由CO与CO2构成，CO在还原气氛中的体积分数为25%~30%。