龐建明，潘聰超，宋耀欣，趙志民，邸久海
（中國鋼研科技集團有限公司資源應用與合金材料事業(yè)部）

        21世紀以來，我國鋼鐵行業(yè)快速發(fā)展，國內鐵礦石產(chǎn)量已經(jīng)無法滿足鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)需求，進而導致對進口礦石的依賴度增大，而我國大量低品位的難選礦石尤其是微細粒貧赤鐵礦卻無法有效分選利用[1]，因此，如何經(jīng)濟、高效的利用該類礦石，對于我國鋼鐵企業(yè)的發(fā)展有至關重要的意義[2]。

       根據(jù)礦石的分離效果，常把56~0um的磁鐵礦和74~0um的赤鐵礦稱為細粒鐵礦，將30~0um的磁鐵礦以及45~0um的赤鐵礦稱為微細粒鐵礦[3]。TFe小于25%，在磨礦細度達到30um以下時礦石單體解離度才能達到95%以上的赤鐵礦稱為微細粒貧赤鐵礦[4]。我國赤鐵礦具有嵌布粒度細、常規(guī)選礦方法選別指標較差的特點。例如鄂西鮞狀赤鐵礦粒度為0.1~0.8um，赤鐵礦環(huán)帶寬為30um以下；司家營鐵礦氧化帶礦物以及脈石礦物均為細粒不均勻嵌布，粒徑大部分小于13um；湖北大冶的菱鐵礦大部分與方解石、白云石共生，粒度為10~50um左右。

        對于微細粒貧赤鐵礦的利用，近年來許多科研工作人員進行了研究?，F(xiàn)有處理方法主要為磁化焙燒工藝、選礦工藝、直接還原工藝等，取得了一定得進展[5]。本文通過對現(xiàn)有微細粒貧赤鐵礦處理方法的分析，找尋微細粒貧赤鐵礦的最佳處理工藝，以促進低品位復雜鐵礦資源的利用和我國鋼鐵工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 磁化焙燒工藝

       磁化焙燒法一般用來處理磁性較弱的鐵礦石，目的是將弱磁性的鐵礦物（赤鐵礦、黃鐵礦、菱鐵礦、褐鐵礦等）在焙燒爐中加熱并在適當?shù)臍夥罩修D變成磁性較強的礦物，如磁鐵礦或γ-赤鐵礦，比磁化系數(shù)增加上千倍。磁化焙燒的類型包括還原焙燒（ 作為還原劑的還原氣氛）、氧化焙燒（氧化氣氛）、中性焙燒（少量空氣或物空氣）以及較少的的氧化還原焙燒(先在氧化氣氛中加熱到一定溫度再置于還原氣氛中)、還原氧化焙燒（還原后與空氣接觸）[6]，其中只有還原焙燒應用于工業(yè)實踐，其它磁化焙燒的方法未見大規(guī)模應用。

        還原磁化焙燒原理：在還原氣氛條件下，通過還原劑將赤鐵礦中三價氧化物轉變?yōu)槎r氧化物的過程。工業(yè)上常用固態(tài)碳、氫氣、一氧化碳或煤氣類混合氣作為還原劑。
 

1.1 磁化焙燒工藝技術現(xiàn)狀

       傳統(tǒng)的磁化焙燒工藝主要包括豎爐處理塊礦工藝、回轉窯處理粉礦工藝、沸騰爐處理粉礦工藝，分別用于處理75~15mm塊礦、25mm下粒度礦石及3~0mm粉礦。但都由于還原速度慢、還原不均勻、成產(chǎn)成本高、產(chǎn)品質量不理想、運行部穩(wěn)定等問題，逐漸被淘汰或是一直未應用于工業(yè)實踐。從焙燒效果來看，三種爐型相比較沸騰爐好于回轉窯，回轉窯好于豎爐。

1.2 磁化焙燒工藝研究

       中南工業(yè)大學李思導等[7]對大冶鐵礦選廠的粒度在0.2mm以下尾礦進行了研究，將尾礦強磁選后得到的磁鐵精礦在回轉窯上進行了磁化焙燒-弱磁選半工業(yè)試驗，焙燒溫度為800℃，獲得全鐵品位為56%以上，鐵回收率84%的良好指標，為低品位難選鐵礦資源開發(fā)提出了新的工藝思路，但設計流程涉及造球、焙燒、磨礦、破碎等工藝，設備投資大、生產(chǎn)成本高，工業(yè)生產(chǎn)一直未能應用。

       宣化鐵廠[8]曾在20世紀70年代研制斜坡爐用作粉礦磁化焙燒設備，由于該工藝處理能力較小，實際生產(chǎn)不順行，產(chǎn)出精礦品位低，難以得到推廣。

       埃及Youssef. M. A[9]通過還原焙燒工藝處理Aswan高磷高鋁鮞狀赤鐵礦，用H2或CO對鐵品位為45.2%的原礦進行磁化焙燒-磁選實驗，獲得的鐵精礦指標為TFe 59.6%、鐵回收率90%。

       針對某地赤鐵礦的鮞狀特點，王成行等[10]通過磁化焙燒工藝進行試驗研究，試驗最佳工藝條件為：焙燒溫度850℃，焙燒時間60min，磨礦細度-0.074mm占70%，磁場強度145.6kA/m。得到了TFe 58.4%以及鐵回收率87.66%的鐵精礦指標。

       左倩等[11]人對鄂西某寧鄉(xiāng)式鮞狀赤鐵礦進行了磁化焙燒-磁選的小型試驗，原礦品位43.71%，磷含量0.93%，原礦細磨至-2mm，與煤按5:1的質量比混合，在750℃的焙燒溫度下焙燒1h，將磁選后的焙燒礦細磨至-325目后再經(jīng)過兩次弱磁精選，得到的鐵精礦鐵品為位60.12%、鐵回收率為77.42%。

       武漢理工大學龔國華[12]對大冶低品位鐵精礦進行了馬沸爐、回轉窯、沸騰爐的磁化焙燒試驗研究，鐵礦TFe33.87%，試驗通過回轉窯和馬弗爐磁化焙燒該低品位鐵礦可以獲得TFe約為60%的優(yōu)質的海綿鐵。實驗條件為：磨礦細度小于0.074mm、鼓入流量為3m3/h空氣，磁場強度1.2A，煤粉含量為13.04%、粒度小于1mm并要求固定碳含量高，焙燒溫度850℃、時間8min，為低品位鐵礦的使用提供了思路，但該工藝對煤種質量要求較高，未見后續(xù)報道和工業(yè)化生產(chǎn)。

       白麗梅等[13]探尋了張家口難選鮞狀赤鐵礦的選礦工藝。對品位為47.66%的原礦進行了強磁-重選、強磁-反浮選等選礦工藝方法進行選別，只能得到TFe為62%、回收率低于55%的較差的選別指標。因此進采用焙燒-弱磁選工藝進行試驗研究，其試驗條件為焙燒溫度1333K、時間為1.15h-1.5h、礦煤質量比為11，再經(jīng)過一次磁選，其磁場強度為80KA/m、磨礦細度-200目占80%，獲得TFe為63.06%、鐵回收率為86.05%的鐵精礦指標。

1.3 磁化焙燒工藝特點

          磁化焙燒工藝具有以下優(yōu)點：

        （1）增強了弱磁性礦物磁性，使其能夠磁選出來；

        （2）脫除礦物中的結晶水和氣體。鐵礦石經(jīng)過磁化焙燒可以去除吸附水和結晶水，菱鐵礦經(jīng)焙燒可分離出CO2，不僅提高了礦石鐵品位，還增加礦石氣孔率，使鐵礦石更易還原，對磁選和高爐煉鐵也有利；

       （3）一定程度上脫除礦石中的有害元素。

       （4）改善礦石結構。氣體和結晶水的排除，可以使礦石結構疏松，有利于降低磨礦功耗，提高礦石磨礦效率。

      （5）磁化焙燒產(chǎn)出的鐵精礦在磁選時對水溫、水質要求不高，且容易脫水、具有一定得強度。
磁化焙燒始終未大規(guī)模應用或已經(jīng)淘汰，因其有許多不足：

        磁化焙燒給料粒度大，傳熱、傳質速度慢，焙燒時間長且不均勻，均在60分鐘以上，且能耗高、成本大、經(jīng)濟指標不高，不適宜長期工業(yè)生產(chǎn)。

       由于焙燒礦中Fe3O4 在高溫下迅速被空氣氧化成Fe2O3，磁性會降低，而目前普遍采用直接入水封池中淬冷，防止與空氣接觸，這種方式雖然簡單有效，不足之處是需要消耗大量的水，而焙燒礦的顯熱卻不能得到利用，造成能耗的增加。在工業(yè)生產(chǎn)中，由于焙燒礦物的粒度過大，經(jīng)常出現(xiàn)塊礦表明和內部焙燒不均勻，表層焙燒程度高于內部，稱這種情況為夾生，塊礦粒度越大，焙燒越不均勻。如果礦石粒度差異過大，則會造成粒度大的礦石欠燒，粒度小的礦石過燒。

2 選礦工藝

        對于粒徑-30um的赤鐵礦，強磁選、重選、泡沫浮選等常規(guī)的選礦方法以及這些方法的組合都很難取得良好分選指標，既沒有好的鐵精礦品位，回收率又很低。所有的選礦方法及分選設備對分選礦物的粒度都有其要求，尤其是粒度下限，當?shù)V物粒度小于該值時難以達到有效分選[14]。

       目前實際生產(chǎn)中處理微細粒低品位赤鐵礦的工藝為弱磁選-強磁選-反浮選流工藝，生產(chǎn)中所使用的強磁選設備的磁感應強度一般為1~1.2T，對于粒徑-30um的赤鐵礦，這種磁場強度的分選設備回收率極低，低于40%。

       由于微細粒嵌布弱磁性鐵礦石質量小、比表面積大且比磁化系數(shù)低，造成其難以選別。由與礦石顆粒磁化系數(shù)低，在磁場中受力小，與脈石顆粒差異性低，因此即便在強磁場下，也易與脈石夾雜難以有效分離。由于浮選主要依靠礦石顆粒與齒板、氣泡等捕集介質接觸，但由于礦石質量小，在流動場中動量小，與介質碰撞率低。由于顆粒表面積大，晶格缺陷多，增加了選擇性聚團的困難。

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