江西某鐵尾礦綜合回收鐵試驗(yàn)研究

江西省某地蘊(yùn)藏著豐富的鐵礦資源，目前的鐵礦就有300多萬(wàn)噸，近100多萬(wàn)噸為開(kāi)采原礦，另外還有十多公里長(zhǎng)的此類鐵礦礦帶，且適于露天開(kāi)采。由于長(zhǎng)期以來(lái)只采用篩分洗礦工藝回收塊礦，因此有大量鐵資源流失到尾礦，對(duì)該尾礦進(jìn)行綜合利用，不僅具有很高的開(kāi)發(fā)價(jià)值，而且符合我國(guó)目前資源，政府提倡的循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)政策。

1、礦石性質(zhì)

1.1、礦物主要組成及特征

礦石中礦物組成相對(duì)較簡(jiǎn)單，主要的金屬礦物有：褐鐵礦、赤鐵礦、磁鐵礦、軟錳礦、硬錳礦、黃鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦、銅藍(lán)、孔雀石等；脈石礦物有：蛋白石（玉髓）、石英、長(zhǎng)石、粘土礦物、綠泥石、方解石、水云母（絹云母）、透閃石等。

1.1.1、氧化鐵礦物

鐵主要賦存于褐鐵礦及赤鐵礦中，以褐鐵礦占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。粒度細(xì)小，多在0.04mm以下，試樣中廣泛分布，除了單體顆粒外，還常呈黏附著與其他礦物表面。

1.1.2、硫化物

試樣中的硫化物主要是黃鐵礦，多呈氧化殘余包裹于赤鐵礦、褐鐵礦中，單體少見(jiàn)，粒度多在0.04mm以下。

1.1.3、硬錳礦、軟錳礦

多與褐鐵礦、赤鐵礦混雜，鏡下不易辨識(shí)，粒度多在0.01~0.05mm之間。

1.1.4、石英、蛋白石

石英相對(duì)較少，主要是蛋白石，呈隱晶質(zhì)細(xì)顆粒，多被褐鐵礦沾染。

1.1.5、角閃石等硅酸鹽礦物

含量很少，呈針柱狀或粒狀，部分顆粒表面有褐鐵礦黏附。

1.1.6、高嶺石等粘土礦物

粒度極細(xì)微，多在0.02mm以下，呈塵埃狀分散分布，或與褐鐵礦混雜，呈絮泥狀顆粒。

1.2、礦尾的主要化學(xué)成分為：%：Cu0.37，Pb1.76，Zn1.27，As0.07，S0.054，TFe37.16，SiO29.0，Al2O35.86，CaO0.23，MgO0.259，Co0.10，P0.069。由此可知，礦石主要的化學(xué)成分是Fe、SiO2和Al2O3，有價(jià)成分主要為Fe、Pb、Zn、Cu和Co。

2.1、褐鐵礦轉(zhuǎn)化為磁鐵礦的主要原理

褐鐵礦在高溫條件下，采用煤作為還原劑，將褐鐵礦轉(zhuǎn)化為磁鐵礦。化學(xué)反應(yīng)為：

Fe2O3.nH2O-Fe2O3+nH2O  (1)

3Fe2O3+CO-2Fe3O4+CO2  (2)

其轉(zhuǎn)化過(guò)程主要為：褐鐵礦在高溫條件下失去結(jié)晶水，轉(zhuǎn)化成Fe2O3；Fe2O3在還原氣分中不愿成Fe3O4。還原反應(yīng)過(guò)程是一個(gè)多相反應(yīng)過(guò)程。固相同氣相（不愿氣體）發(fā)生反應(yīng)。磁化焙燒反應(yīng)作用分為三個(gè)階段進(jìn)行；第一階段擴(kuò)散，吸附。由于氣體的對(duì)流或分子擴(kuò)散作用，不愿氣體分子被礦石表面吸附；第二階段化學(xué)反應(yīng)。被吸附的還原氣體和礦石的氧原子相互作用進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)；第三階段化學(xué)產(chǎn)物的脫附。反應(yīng)生成的氣體產(chǎn)物脫離礦石表面，沿著相反的方向擴(kuò)散到氣相中去。

在焙燒過(guò)程中，新生成的還原物先形成一個(gè)外殼，包圍著未被還原的部分，反應(yīng)逐步向內(nèi)進(jìn)行，反應(yīng)速度由還原物和還原產(chǎn)物的界面所控制。

使Fe2O3轉(zhuǎn)化為F23O4的過(guò)程是按下述方式進(jìn)行的。用還原劑脫掉αFe2O3礦粒外層的氧，則使氧化鐵結(jié)晶格子局部變形，致使αFe2O3轉(zhuǎn)化為含有一定數(shù)量的細(xì)孔的γFe2O3，并形成尖晶石型立方晶格的γFe2O3外層。在礦粒表面上繼續(xù)脫氧將造成鐵離子過(guò)剩，過(guò)剩的鐵離子則充填在缺位結(jié)點(diǎn)上。外層的所有點(diǎn)充滿就變成磁鐵礦，這些磁欣礦有著與γFe2O3相同的晶格。這樣由外層向內(nèi)層擴(kuò)散，這個(gè)過(guò)程一直向礦粒中心的赤鐵礦進(jìn)行，到赤鐵礦全部消失為止。

2.2、將原礦與煤粉混勻后放入磁化焙燒爐中，升溫至設(shè)置溫度恒溫2h，改變磁化焙燒溫度，900，950，1000和1050℃，產(chǎn)品自然冷卻后磨礦85%0.77μm，然后用磁選管進(jìn)行磁選作業(yè)，磁場(chǎng)強(qiáng)度為87.55kA/m，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1，本次試驗(yàn)采用無(wú)煙煤。煙粉比例為礦樣重量的20%。依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果知，950~1000℃為最佳溫度。

2.3、煤的種類及用量試驗(yàn)

將無(wú)煙煤與褐煤進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，磁化焙燒溫度為950℃，焙燒2h，煤粉的比例分別為8%，15%，20%，結(jié)果表明，在相同條件下，褐煤效果明顯優(yōu)于無(wú)煙煤；對(duì)同一種煤，隨著煤粉用量的降低，鐵精礦全鐵含量降低；另外采用無(wú)煙煤，磁化焙燒礦的全鐵含量和原礦沒(méi)有差別，而采用褐煤時(shí)，磁化焙燒礦的全鐵含量比原礦提高了近10%，磁化焙燒后礦樣的重量也減少了±20%。綜合成本幾指標(biāo)，選用褐煤，煤粉用量為原礦的15%~20%為宜。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

2.4、磁化焙燒時(shí)間條件試驗(yàn)

確定焙燒溫度在950℃，煤的比例分別為20%，改變磁化焙燒時(shí)間，分別為1，1.5，2和3h。產(chǎn)品自然冷卻后磨礦85%0.77μm，然后用磁選管進(jìn)行磁選作業(yè)，磁場(chǎng)強(qiáng)度為87.55kA/m，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

2.5、磁場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)

對(duì)磁化焙燒溫度為950℃，煤的用量依然為20%，恒溫磁化焙燒2h的產(chǎn)品進(jìn)行磁場(chǎng)強(qiáng)度條件試驗(yàn)。產(chǎn)品自然冷卻后磨至85%0.77μm，給如磁選作業(yè)，改變磁場(chǎng)分別為71.63，87.55和103.46kA/m。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4，綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)考慮，磁選作業(yè)的磁場(chǎng)強(qiáng)度以87.55kA/m為最佳。

2.6、磨礦細(xì)度條件試驗(yàn)

焙燒產(chǎn)品直接分選時(shí)鐵礦物與脈石礦物分離效果差，在分選前需要磨礦。其他條件不變，分別對(duì)不磨（0.77μm為68%）及磨礦細(xì)度分別為80%0.77μm，85%0.77μm，90%0.77μm，98%0.77μm的磁化焙燒產(chǎn)品進(jìn)行了磁選試驗(yàn)，試驗(yàn)表明，隨著磨礦產(chǎn)品中0.77μm的增加，鐵精礦產(chǎn)率有所下降，全鐵含量隨之提高，當(dāng)0.77μm含量大于85%后，變化速度趨緩。所以以0.77μm占85%為最佳。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5。

2.7、流程試驗(yàn)

根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果，確定最佳條件（見(jiàn)附表），根據(jù)最佳條件試驗(yàn)進(jìn)行了流程試驗(yàn)，數(shù)質(zhì)量流程見(jiàn)圖6。

3、結(jié)論

（1）以褐鐵礦為主要礦物的鐵礦石屬難選礦物，對(duì)這種礦石磁化焙燒磁選是技術(shù)指標(biāo)最佳的選礦方法，可以兼顧品位和回收率。

（2）此褐鐵礦通過(guò)磁化焙燒—磁選工藝流程的分選，可獲得產(chǎn)率51.46%，全鐵含量64.83%，全鐵回收率78.88%的鐵精礦。各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到要求。而且磁化焙燒—磁選工藝具有技術(shù)工藝合理、可靠，適應(yīng)性強(qiáng)，易于在生產(chǎn)中實(shí)施的特點(diǎn)。

（3）從經(jīng)濟(jì)方面考慮，磁化焙燒成本高，只有當(dāng)?shù)鼐土畠r(jià)的煤炭資源時(shí)才可以考慮。一般情況下則是采用集中方法的聯(lián)合流程，如：弱磁選—強(qiáng)磁選—正浮選、分級(jí)—重選—浮選等，這些流程雖然比較復(fù)雜，但是運(yùn)營(yíng)成本都遠(yuǎn)低于磁化焙燒。

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