含铁尘泥磁化焙烧-弱磁选试验研究

龚 俊，张邦文，李保卫

(内蒙古科技大学矿冶研究所，内蒙古 包头 014010)

钢铁工业是国民经济的支柱产业。然而，钢铁生产过程产生了大量的尘泥，其种类包括高炉瓦斯灰(泥)、转炉红尘、电(转)炉除尘灰、冷(热)轧污泥、轧钢氧化铁鳞、烧结尘泥、出铁场集尘、含油铁屑等[1]。这些尘泥一般含铁30%～60%，占钢产量的8%～12%。据统计，国内冶金企业平均发生量100kg/t钢左右。按照我国目前的钢产量计算，钢铁工业每年排放的含铁尘泥高达4千万t。目前，国内外处理含铁尘泥的方法大致有三种：①直接排放堆存，易造成环境污染，大型钢铁企业已基本淘汰；②直接利用[2-3]，含铁尘泥返回烧结或球团配料，如鞍钢、本钢。但尘泥粒度太细，且有害杂质高，配入烧结矿，可能造成烧结机箅条堵塞，高炉S、P及碱金属循环富集，影响高炉煤气回收、炉衬寿命和产量[4-5]；③综合回收，提取有价元素[6]。

磁化焙烧是回收赤铁矿等弱磁性矿物的有效手段[7-10]。周建军用磁化焙烧-弱磁选处理云南某地区的鲕状赤褐铁矿磁，矿中铁品位提高至60.18%，回收率达85.91%[11]； Li Chao等用磁化焙烧处理铁矿尾矿，经磁选得到铁品位61.3%、回收率88.2%的铁精矿[12]。但还未见含铁尘泥磁化焙烧的研究报导。本文对包钢高炉瓦斯灰、转炉红尘进行混合磁化焙烧-弱磁工艺试验研究，探索从中回收铁的有效途径。

1 实验结果及分析

1.1 单一弱磁选试验

在不同激磁电流即不同磁场强度下，对瓦斯灰、转炉红尘进行了弱磁选，实验结果分别如图1所示。两种矿都可以获得接近60%的铁精矿，但对应的铁回收率低，因为两种尘泥中弱磁性的赤铁矿占多数。比较而言，瓦斯灰铁精矿的回收率可达50%～60%，高于转炉红尘的15%，说明前者的磁铁矿含量高于后者。但这些回收率指标，从工业角度看都不具有吸引力，因此，单一弱磁选不可取。

图1 磁选电流对瓦斯灰精矿铁品位的影响

1. 2 混合料磁化焙烧-弱磁选试验

一般说来，影响磁化焙烧-弱磁选工艺的主要因素有，焙烧温度和时间[13]、磨矿细度，以及磁选电流强度。下面逐一进行试验和讨论。

焙烧温度对铁精矿品位和回收率的影响。图2给出了混合料经650～800℃焙烧获得的铁精矿品位和回收率。其他试验条件为：磨矿粒度-200目占90%，焙烧时间60min，磁选励磁电流1.0A。在图2中，铁精矿的品位、回收率曲线都先上升，在750℃达到一个峰值(TFe为60.6%、回收率为88.4%)后开始下降。这主要是该反应体系温度在低于碳气化温度(700～800℃，依碳种类不同而异)时是固-固反应，以直接还原为主，反应速率较慢；当体系温度超过碳气化反应起始温度时，反应体系中开始产生大量CO，这时还原反应以间接还原为主，还原反应速率大大增大，在700～800℃磁选精矿品位和回收率达到某一峰值；当还原温度继续上升，就发生过还原，以致矿物在还原区过还原成弱磁性的浮氏体或含铁硅酸盐，强磁性矿质量减少，降低了精矿品位和回收率[14]。综合考虑精矿品位和回收率，磁化焙烧温度以750℃为宜。

图2 焙烧温度对混合料精矿磁选指标的影响

焙烧时间对铁精矿品位和回收率的影响。固定焙烧750℃，考察了焙烧保温时间对铁精矿磁选指标的影响，其他试验条件同上，试验结果如图3所示。随着焙烧时间的增加，铁品位和回收率也随着增加，混合料在焙烧60min后，TFe达到60.4%，回收率为88.6%，随即铁品位和回收率曲线开始下降。虽然整个焙烧过程中主要发生吸热反应，但当体系温度超过碳气化反应起始温度时，反应体系中反应速率大幅度增加。如果在750℃温度下焙烧时间过长，就容易产生过度焙烧的现象，直接导致焙烧过程中弱磁性的浮氏体或含铁硅酸盐的生成，进而严重影响焙烧效果。综合考虑成本和选别指标，我们选定60min为理想焙烧时间。

图3 焙烧时间对混合料精矿磁选指标的影响

磨矿细度对对铁精矿品位和回收率的影响。混合料完成磁化焙烧后，其中的赤铁矿大部分转化为磁铁矿，通过弱磁选即可获得铁精矿。焙烧矿磁选有两个重要的影响因素需要考虑：磨矿粒度和激磁电流。磁铁矿的比磁化系数随矿物颗粒的减小而减小，也就是磁性减弱。细粒级含量越多，磁性铁在选别工艺中的流失也相对增加，造成选矿效果下降[15]。

首先，考察磨矿粒度对焙烧矿磁选指标的影响。图4表明，磁选精矿品位随着矿物粒度的减小而增大。-300目时，磁选铁精矿品位达61.5%，但回收率只有57.5%；回收率曲线的变化趋势与品位恰恰相反。这是因为磁选过程磁铁矿所受到的磁力与其体积成正比，一个磁铁矿颗粒粒度减小1倍，相应地，其磁力下降8倍。磁力下降必然导致选出的磁铁矿减少。这样细粒级含量越多，磁铁矿在选别工艺中的流失也相对增加，造成选矿效率下降，铁损失严重。根据试验结果，确定适宜的磨矿细度为-200目占90%。

图4 矿物细度对铁精矿品位和回收率的影响

磁选电流对铁精矿品位和回收率的影响。磁选管的激磁电流越大，磁选磁场越大，则作用于磁铁矿颗粒的磁力越大，反之越小。但磁场过大，会增加选矿的电耗成本。图5给出了不同磁选电流下，获得铁精矿的磁选指标。可见，随着激磁电流的增大，精矿铁回收率增大，品位反而下降。原因是当励磁电流或磁场较大时，一些弱磁性矿物如含铁硅酸盐，或者是未单体解离的磁铁矿以及其包裹矿物，被磁力吸收到精矿里。这样，自然可以提高回收率，但降低了精矿品位。图5表明，较好的磁选电流是1.0 A。

综上可得磁化焙烧-磁选工艺的最佳条件为：焙烧温度750℃；焙烧时间60min；磨矿粒度-200目占90%；磁选电流1.0 A。通过该工艺，获得了品位60.4%、回收率85%的铁精矿。铁精矿的杂质含量尤其是SiO2、S、P、F低于包钢目前自产铁精矿水平[16]，基本达到高炉入炉条件。

图5 磁选电流对铁精矿品位和回收率的影响

2 结 论

(1)XRD分析显示，包钢高炉瓦斯灰和转炉红尘矿相主要以赤铁矿形式存在，单一弱磁选难以有效回收铁，混合磁化焙烧-弱磁选是合理的可选工艺。

(2)焙烧温度在650～750℃间，铁精矿品位、回收率随着温度增加而升高。因为反应速率加快，磁化率不断增加，焙烧效果也越来越好。在750℃时，精矿品位和回收率达到一峰值；焙烧温度在750℃之后，开始发生过还原反应，生成一定的弱磁性浮氏体或含铁硅酸盐，故精矿品位、回收率随温度的上升都降低。

(3)通过本研究，得出混合磁化焙烧-弱磁选工艺的最佳试验条件是：焙烧温度750℃、焙烧时间60min、磨矿粒度-200目、磁选激磁电流1.0 A。利用该工艺，获得了品位60.4%、回收率88.6%的磁铁矿精矿。

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