中南大學(xué)資源加工與生物工程學(xué)院，長沙 410083

　　1  前言

　　高鋁鐵礦及高錳鐵礦儲(chǔ)量豐富，但其中各種礦物嵌布粒度微細(xì)，賦存狀態(tài)復(fù)雜，鐵和鋁、鐵和錳有相當(dāng)比例是以類質(zhì)同象存在，難以分離，是典型的復(fù)雜難選鐵礦石資源[1-5]。此外，還有一種高鋁含鐵二次資源-赤泥，我國每年赤泥排放量高達(dá)數(shù)百萬噸，但綜合利用率僅有4%[6]；世界錳資源儲(chǔ)量約為6.3億，我國含量高達(dá)4400萬噸，在已勘查的礦床中，鐵含量超過標(biāo)準(zhǔn)的高鐵錳礦資源占73%[7]。因此，研究如何綜合利用高鋁及高錳鐵礦資源對(duì)緩解我國鋼鐵行業(yè)的壓力及降低對(duì)進(jìn)口礦的依賴度有重要意義。

　　高鋁鐵礦因Al2O3含量較高，不能直接用于高爐冶煉鐵水，而配加少量高鋁鐵礦用于燒結(jié)時(shí)，一方面配加比例太低，導(dǎo)致該類資源利用程度較低，另外又會(huì)對(duì)燒結(jié)礦質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。因此，高鋁鐵礦中鐵鋁分離是實(shí)現(xiàn)其高效利用的前提。由于傳統(tǒng)的物理選礦工藝不能將鋁鐵很好的分離，目前大多數(shù)采用火法工藝進(jìn)行分離，但是大多數(shù)火法工藝需要添加大量的鹽類添加劑，導(dǎo)致生產(chǎn)成本急劇增加，并且不利于設(shè)備順行[8-13]。由于錳和鐵的性質(zhì)相近，所以兩者往往緊密共生或以類質(zhì)同象形態(tài)存在，常規(guī)的選礦工藝很難將其分離，目前最有效的手段是將其作為高爐爐料生產(chǎn)富錳渣，但是富錳渣工藝需要以焦炭為燃料和還原劑，隨著焦煤資源的不斷減少，且煉焦工藝環(huán)境污染大[14-19]。因此，需開發(fā)一種具有金屬回收率高、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)的熔融還原工藝，以實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵和鋁、鐵和錳的高效分離，從而達(dá)到對(duì)這兩種資源的高效利用。本文以兩種鐵礦石為原料，在研究兩種原料物化性能、工藝礦物學(xué)特征及還原行為的基礎(chǔ)上，對(duì)兩種礦的混合礦預(yù)還原-熔分行為進(jìn)行深入研究，以高錳鐵礦促進(jìn)高鋁鐵礦的還原，為實(shí)現(xiàn)鐵、鋁和錳在熔分中的高效分離提供理論依據(jù)。

　　2  原料性能及研究方法

　　2.1 含鐵原料性能

　　2.1.1 物化性能

　　兩種含鐵原料的化學(xué)成分如表1所示。由表可知，高鋁鐵礦鐵品位為41.92%，鋁、硅含量較高，分別為13.74%和13.96；高錳鐵礦鐵品位為42.32%，其錳、鋁和硅含量分別為9.24%、6.60%和4.22%；兩種原料的燒損（LOI）量均比較大，分別為7.20%和11.05%。

　　2.1.2 礦相組成及賦存狀態(tài)

　　圖1為兩種含鐵原料的XRD分析結(jié)果。由圖可知，高鋁鐵礦的礦物組成以赤鐵礦（Hematite）、針鐵礦（Goethite）、高嶺石（Kaolinite）和三水鋁石（Gibbsite）為主；高錳鐵礦則以赤鐵礦、針鐵礦、軟錳礦（Pyrolusite）、高嶺石和三水鋁石為主。表2為兩種含鐵原料主要元素賦存狀態(tài)，由表2可知，兩種含鐵原料中鐵、鋁和硅的賦存形式相似，鐵主要賦存于赤鐵礦和針鐵礦中，比例分別達(dá)98.59%和98.87%；鋁均以含鋁硅酸鹽類礦物 (高嶺石)和獨(dú)立的鋁礦物 (三水鋁石和一水鋁石)為主，兩者三種礦物分布率分別為62.66%和41.36%、26.20%和51.06%及11.14%和7.58%；硅均以硅酸鹽類礦物為主，分布率分別達(dá)94.99%和85.78%，少量為游離的石英。另外，高錳鐵礦中錳主要以氧化錳為主，分布率達(dá)72.73%，其次為錳鐵礦物（類質(zhì)同象），達(dá)19.70%。
 

　　表1 含鐵原料化學(xué)成分分析 (wt %)

　　Table 1 Chemical compositions of the raw materials (wt %)

　　2.2 還原劑性能

　　對(duì)試驗(yàn)所用還原劑進(jìn)行工業(yè)分析、灰分成分分析以及軟熔特性分析，結(jié)果如表3、表4所示。由表3可知，還原劑固定碳含量為52.12%，揮發(fā)分為30.41%，全硫含量較低，為0.58%，灰分僅為4.49%，具有較高的軟化溫度，達(dá)1376℃，是一種理想的還原劑；由表4可知，灰分中主要含硅、鈣、鐵和鋁等。 

　　表3 還原煤工業(yè)分析及其灰分軟熔性特性

　　Table 3 Industrial analysis of reductant coal and fusibility of coal ash