（环境工程专业论文）闪速磁化焙烧法处理大冶铁矿强磁选低品位铁精矿.pdf

a b s t r a c t m i n e r a lr e s o u r c ei st h e n e c e s s a r ym a t e r i a lb a s eo fh u m a n s o c i a lc i v i l i z a t i o n m e a n w h i l e ，i ti sn o tak i n do fr e b o r nn a t u r a lr e s o u r c e w i t ht h ei n c r e a s i n go f r e q u i r e m e n tf o rm i n e r a lr e s o u r c eb ys o c i e t y , t h ee x p l o i t a t i o n ，p r o c e s s i n ga n du s e o fm i n e r a lr e s o u r c ew i l ld e s t r o ya n da l t e rn a t u r a le n v i r o n m e n ti n e v i t a b l ya n d p r o d u c ev a r i o u sw a s t ea n dp o l l u t i o n ，w h i c hp o l l u t e sa t m o s p h e r e ，w a t e ra n ds o i l a n db r i n gd i r e c to r i n d i r e c t ，p r e s e n t o rf u t u r e ，a c u t eo rc h r o n i ce f f e c t st o e c o l o g i c a le n v i r o n m e n t a n dh u m a nh e a l t h c h i n ai sam a i nm i n e r a lp r o d u c t i o nn a t i o n a l t h o u g ht h eg r o s so fm i n e r a l r e s o u r c ei sa b u n d a n ti nt h ew o r l d ，t h ei n d i v i d u a lp o s s e s s i n gi sl o w e rt h a nh a l fo f w o r l da v e r a g e t h ec o n f l i c tb e t w e e ne c o n o m i cd e v e l o p m e n ta n d s u p p l y o f m i n e r a lr e s o u r c ei sb e c o m i n gm o r ea n dm o r es e r i o u s l y p r e s e n t l y , t h ea m o u n to f m i n et a i l i n gh a se x c e e d e d5b i l l i o nt o ni no u rc o u n t r ya n dt h ei n c r e a s i n gs p e e di s 2 0 3 0m i l l i o nt o ne a c hy e a r t h e r e f o r e ，w es h o u l dd e v e l o pt h e r e c y c l i n g u t i l i z a t i o no fm i n es o l i dw a s t ea n dr u mi ti n t or e s o u r c er a d i c a l l y , w h i c hw i l lb e a ne f f e c t i v ea p p r o a c hf o rt h eb a d l y s h o r t a g eo f r e s o u r c e a tp r e s e n t ，t h ew o r ko ft u r n i n gm i n es o l i dw a s t ei n t or e s o u r c ei s b e i n g e x p l o i t e d i fi t i sa p p l i e di np r a c t i c e t h er e s e a r c hs h o u l db ed o n es y s t e m a t i c a l l y i nt h i sp r o g r a m ，w ea i mt ot u r ni r o nm i n et a i l i n gi n t or e s o u r c ed u et oi t sh i g h c o n t e n to fi r o na n di n t r i c a t ec o m m e n s a lg a n g u e ，s oi tc a no n l yb ee n r i c h e dt o 3 0 o rs ob yh i g hi n t e n s i t ym a g n e t i cs e p a r a t i o n m o r e o v e r , t h et o t a lc o n t e n to f i r o nc a nn o tb ei m p r o v e d e f f e c t i v e l yb yn o w a d a y m i n e r a l p r o c e s s i n gt e c h n o l o g y b e c a u s et h ep a r t i c l es i z ei s e x t r e m e l yf i n e a n dt h em a i nc o n t e n ti sh e m a t i t e w h i c hc a l lb er e d u c e de a s i l y , t h e1 0 wg r a d ei t o no fc o n c e n t r a t em i l lc a nb e r e c y c l e da n d u t i l i z e db yf l a s hr e d u c t i o nr o a s t i n gt e c h n o l o g y w ea r es e e k i n ga f t e r i t s g e n e r a ll a wa n dl o o k i n gf o r w a r d i n gt ob u i l d i n gu pt h eb a s ef o rt h ef u r t h e r r e s e a r c ho ft h et a s k u s i n gd a y ei r o nm i n el o wg r a d ei r o nc o n c e n t r a t ea st e s ts p e c i m e n ，s t u d y o nm a g n e t i z a t i o nr o a s t i n gw a sm a d es y s t e m a t i c a l l yi nm a f uf u r n a c e ，r o t a r yk i l n a n df l u i d i z e df u r n a c e a 1 lk i n d so ff a c t o r sa f f e c ti r o nc o n c e n t r a t ei n d e xs u c ha s g r i n d i n gg r a n u l a r i t y , m a g n e t i c f i e l d d e n s i t y , a i rf l u x ，r o a s t i n gt e m p e r a t u r e ， r o a s t i n gt i m e ，c o a lp o w d e rs i z e ，c o a lp o w d e rc o n t e n ta n dc o a lc a t e g o r yw a s e x a m i n e d t h em e c h a n i s mo f m a g n e t i z a t i o nr o a s t i n gw a sa l s od i s c u s s e di nt h i s p a p e r s t u d ys h o w s t h a te x c e l l e n ti r o nc o n c e n t r a t e ( t f e 6 0 o rs o ) c a nb eo b t a i n e d t h r o u g hm a g n e t i z a t i o nr o a s t i n gb ym a f uf u r n a c ea n dr o t a r yk i l n b yf l u i d i z e d f u r n a c e ，w h e nt h eg r i n d i n gs i z e ( 0 0 7 4 m m ) i s9 0 4 8 ，m a g n e t i cf i e l dd e n s i t yi s 1 2 a ，a i rf l u xi s3 m ，c o a lp o w d e r s i z ei s l m m ，c o a l p o w d e r c o n t e n ti s1 3 0 4 r o a s t i n gt e m p e r a t u r ei s 8 5 0 。co rs o ，r o a s t i n gt i m ei s8 m i na n df i x e dc a r b o n c o n t e n to fc o a l p o w d e r i s h i g h ，w e c a l lo b t a i n e de x c e h e n ti r o n c o n c e n t r a t e ( t f e 6 3 o rs o ) t h i sp a p e rs t u d i e ds y s t e m i c a l l yl o wg r a d ec o n c e n t r a t ea n da c h i e v e dg o o d e x p e r i m e n t a lr e s u l t s t h et e c h n o l o g y w i l lp r o v i d en e w t e c h n o l o g i c a lr o u t i n ef o r m a k i n gu s eo fl o wg r a d ei r o na n dg i s tf o rt e c h n o l o g i c a lm o d i f y i n g o fi r o na n d s t e e le n t e r p r i s e ，w h i c ha l s oc a nb d n ge n o r m o u se c o n o m i ca n ds o c i a lb e n e f i t k e y w o r d s ：h e m a t i t e m a g n e t i t em a g n e t i z a t i o nr o a s t i n g 1 1 1 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章引言 1 1 本课题的研究背景 矿产资源是人类社会文明登须的物质基础，同时，矿产资源也是一种不 可再生的自然资源，随着社会对矿产资源的需求量日益增大，矿产资源的开 发、加工和使用过程不可避免地要破坏和改变自然环境，产生各种各样的废 物和污染物质，造成大气、水体和土壤的污染，并给生态环境和人体健康带 来直接和间接、近期或远期的、急性或慢性的不利影响f 1 】o 因此，合理开采 和有效利用矿产资源对社会经济的发展、矿山企业本身可持续发展有着相当 重要的意义弘j 。 我国是世界上矿业生产大国，矿产资源总量比较丰富，但人均占有量不 足世界平均水平的一半。人口增长和经济发展与矿产资源供给之间的矛盾日 益突出 3 】口特别是国民经济的高速发展，需要大力开发利用矿产资源，但同 时却产生大量固体废物给环境增加了新的压力，一方面打破了原始生态平 衡；另一方面，又加重了对环境的污染。其突出表现在：侵占土地、植被破 坏、土地退化、沙漠化及风尘污染、水体污染等“。 矿山固体废物概括起来主要分为二类：一类是尾矿，即在选矿加工过程 中排放的固体废物，其储存地称之为尾矿库；另一类是剥离废石，即在开采 矿石过程中剥离出的岩土物料，称之为废石场。 矿山固体废物处理是指采用合理、有效的工艺对矿山固体废物进行加工 利用或直接利用 6 】。主要包括：作为二次资源，对含有的有价元素进行综合 回收；将其作为一种复合的矿物材料，用以制取建筑材料、土壤改良剂、微 量元素肥料；作为地下充填开采方法中采空区的充填料等f _ ”。 矿山固体废物的处置是指采用安全、可靠的方法堆存金属矿山固体废 物。主要包括矿山固体废物合理的堆排工艺，堆场( 库) 的灾害预警与灾害 控制，引发环境污染的防治等。 此外，从源头做起，减少矿山固体废物的产生量，也是矿山固体废物处 理与处置技术的重要研究内容。 目前，我国矿山排放的尾矿堆存量已达5 0 余亿吨，并且每年以2 3 亿吨的速度增长；矿山剥离废石的堆存量达数百亿吨，仅我国露天铁矿山每 武汉理工大学硕士学位论文 年剥离废石就达4 亿吨以上。这些矿山固体废物由于处理、处置不当，给社 会、经济、环境造成了严重的危害，导致工程灾害加剧、资源浪费、水体污 染、植被破坏、土地退化、沙漠化等一系列问题【8 1 。因此，我们在开发矿产 资源的同时，必须要把矿山固体废物的处理与处置当作一项重要任务来抓， 走可持续发展之路。 因此，开展矿山固体废物处理与处置，实现矿山固体废物的“减量化、 资源化、无害化”，变废为宝、化害为利，从根本上改善和提高矿区生态环 境质量，提高矿业经济效益，促进我国矿产资源合理配置，保证我国矿业经 济和矿区生态环境实现“双赢”，已势在必行，刻不容缓，是我国矿业所面 临的重要任务。矿山固体废物具有危害和利用的双重性，是一种宝贵的二次 资源【”。我国矿产固体废物的一个显著特点是量大、矿物伴生成分多。这主 要是我国在开发矿物资源方面存在着“单打一”、“取主弃辅”等诸多问题， 将许多伴生组分矿物作为废物弃置。因此，构成了我国矿产固体废物具有再 资源化和能源化的巨大潜力。例如，我国铁矿尾矿平均含铁1 5 以上，每 年铁矿山排放尾矿约1 5 亿吨，如从中选出品位6 3 的铁精矿，回收率按 4 0 计，可选出铁精矿1 4 0 0 多万吨，相当于新建4 个年处理i 0 0 0 万吨原矿 的选矿厂。 开展矿山固体废物的二次资源利用，扩大资源利用总量，补充资源短缺， 实现固体废物资源化，将是解决资源短缺矛盾的有效途径之一。目前，对矿 山固体废物实现资源化尚处于探索时期，要真正在实际中得到应用，还需对 之进行比较系统的研究【1 0 j 。本文旨在将铁矿山尾矿资源化，针对铁矿山尾 矿含铁量高，经过强磁选后即可将铁品位富集到3 0 左右，同时由于粒度 细，主要成分为赤铁矿易于还原的特点，采用反应速度快的闪速还原焙烧的 方法对选矿厂低品位铁矿石进行铁金属的二次回收再利用，探索其回收利用 的一般规律，以期为这一课题的进一步深入充奠基础是很有意义的。 1 2 焙烧技术概述 1 2 1 焙烧技术定义及分类 焙烧是在适宜的气氛和低于矿物原料熔点的温度条件下，使矿物原料中 的目的组分矿物发生物理和化学变化的工艺过程 1 l 】。该过程通常是作为选矿 准备作业，以使目的组分矿物转变为易浸或易于物理分选的形态。焙烧的主 2 武汉理工大学硕士学位论文 要作用是改变矿石的化学组成，矿物组成和结构，从而改变矿石的工艺特性， 就选矿而言，焙烧的主要作用是指前者，其目的是 1 2 】： ( 1 ) 使物料适合于其它方法处理： 为使物料适合于其它机械选矿法处理，有时先采用煅烧，磁化焙烧或硫 化焙烧等方法：为使物料适于浸出法处理，有时预先进行氧化焙烧，还原焙 烧，加盐焙烧等方法以改善有用组分的可溶性。 ( 2 ) 从粗精矿中除去有害杂质： 精矿中有害杂质含量高，不能作为冶金原料，用其它选矿法处理又难以 把这些杂质除去，只能通过焙烧将其除去，从而获得合格精矿。例如从铜锌 粗精矿中通过氧化焙烧除去砷、锑等有害杂质i 1 ”。 ( 3 ) 提高精矿中有用组分的含量： 当精矿中有用组分为碳酸盐矿物时，通过焙烧，除去c o ：可以大幅度地 提高精矿品位。例如某菱铁矿矿石通过焙烧除去c o 。后，品位可提高5 以 上。 目前，试验室使用的焙烧设备主要是马弗炉，工业上使用的焙烧设备主 要是回转窑、斜坡炉【1 4 】、沸腾炉等。 焙烧的种类很多，目前，有的按焙烧目的划分，也有的按焙烧过程中化 学反应类型分类。总体可将焙烧分为氧化焙烧、中性焙烧、还原焙烧等类型。 ( 1 ) 氧化焙烧 氧化焙烧是通过焙烧使矿石中某些组分发生氧化反应，生成新的氧化 物的过程。主要用于硫化矿而作为硫化矿下一步冶炼的准备作业。其焙烧温 度大都在3 0 0 。c 一7 0 0 之间。在焙烧过程中需加入氧化剂。通常是向焙烧 炉内鼓入空气，利用空气中的氧气氧化矿石中某些组分。工业上采用的氧化 焙烧有下列几种：1 、脱除碳或有机物的氧化焙烧。2 、脱除杂质的氧化焙烧。 3 、使有用组分氧化，以利于进一步富集的氧化焙烧。 氧化焙烧可根据生产规模采用间断或连续的方式进行。处理量小时，可 在间断作业的焙烧锅中进行。处理量大时，可采用连续作业的回转窑、沸腾 炉或多层焙烧炉。 这种焙烧常用于有色金属硫化矿如黄铁矿石【1 5 】。黄铁矿石在氧化气氛 ( 或通入大量空气) 中短时间焙烧时被氧化成磁黄铁矿，其化学反应为： 7 f e s 2 + 6 0 2 = f e 7 5 8 + 6 s 0 2 如焙烧时间很长，则磁黄铁矿按下列反应变成磁铁矿。 武汉理工大学硕士学位论文 3 f e 7 s s + 3 8 0 2 = 7 f e 3 0 4 + 2 4 s 0 2 这种焙烧方法多用在稀有金属精矿的提纯上，用焙烧磁选分出精矿中的 磁铁矿。 ( 2 ) 中性焙烧 中性焙烧是将矿石在隔绝空气的情况下进行焙烧。这种焙烧适用于菱铁 矿石f 1 6 1 。菱铁矿在隔绝空气的情况下加热到一定温度( 5 7 0 。c ) 时，被分解 变成磁铁矿，其化学反应如下： 3 f e c 如：! ：! ! ，f e 3 0 4 + 2 c o ：+ c o ( 隔绝空气) ( 3 ) 还原焙烧 还原焙烧是在低于炉料熔点和还原气氛条件下，采用添加还原剂使矿石 中的金属氧化物转变为相应低价金属氧化物或金属的过程。 还原焙烧时可采用固体还原剂、气体还原剂或液体还原剂。生产中常用 的还原剂为固体碳、一氧化碳气体和氢气。还原焙烧目前主要用于处理难选 的铁、锰、镍、铜、锡、锑等矿物原料1 1 7 】。 这种焙烧常用于赤铁矿石和褐铁矿石 1 s 】。这类矿石在适量的还原剂存 在下可被还原成磁铁矿石。常用的还原剂有c 、c o 和h 2 等。赤铁矿( f e 2 0 3 ) 的化学反应如下： 3 f e 2 0 ，十c 一：! ! ! ! ，2 f e 。o 。+ c o 3 f e 。0 。+ h 。二! ：! ! - 2 f e 3 0 。+ h ：0 褐铁矿( 2 f e 2 0 3 3 h 2 0 ) 在加热过程中首先排出化合水，变成不含水 的赤铁矿，然后按上述反应被还原成磁铁矿a 4 武汉理工大学硕士学位论文 1 3 磁化焙烧技术的研究现状 磁化焙烧处理低品位铁矿石是典型的最有效的方法，最初由美国、德国、 日本等国家将其用于低品位铁矿石的回收利用 1 9 】1 2 0 】。由于这一工艺对合理 利用自然资源具有积极的作用，因而受到普遍关注【2 1 】。 氧化铁矿石的焙烧磁选应用较多【2 2 1 。例如：前苏联在克里沃洛格建立 了世界上最大型焙烧一磁选厂，年处理量为9 0 0 万吨矿石，含铁3 3 - - 3 6 的矿石，经焙烧和选别获得含铁6 l _ 5 6 2 的精矿，回收率为6 2 - - 6 4 。 我国鞍山式贫红铁矿在日本占领期间( 1 9 4 5 年前) 即建有块矿竖炉磁化焙 烧炉，解放后又扩大其工艺规模，一度成为鞍钢处理难选低品位红铁矿的主 要设备和工艺。其他国家和地区也进行了大量的试验研究，并在工业上推广 应用，因此这种方法处理铁矿石具有普遍意义。 磁化焙烧法主要是处理弱磁性铁矿石，矿石在焙烧炉中加热并在适宜的 还原气氛中使弱磁性铁矿物转变为强磁性铁矿物。焙烧后经磁选可得到较高 的选别指标；对水质、水温无特殊要求；精矿易于浓缩和过滤，但焙烧磁选 法基建投资和经营费用均较高。 建国以来，磁化焙烧法有较大的发展，并取得了如下经验【1 2 j ： 在竖炉焙烧方面： ( 1 ) 焙烧工艺 1 实行闭路焙烧，使磁选回收率提高3 左右。 2 采用2 2 焦炉煤气和7 8 高炉煤气( 熟值1 5 0 0 2 0 0 0 k c m 3 ) 焙烧铁矿石， 焙烧矿的热耗有所降低。 3 实行煤气预热( 由2 5 。c 预热到7 8 。c ) ，使焙烧矿热耗降低，还能防治冬季 管路冻结。 4 将焙烧矿和天然磁铁矿按4 ：6 混合后进行磨矿和磁选，较好地解决了焙 烧矿的严重磁团聚现象和滤饼水分高等问题。 5 利用天然气作燃料，裂化气作还原剂焙烧某鲡状赤铁矿，试验获得成功。 ( 2 ) 焙烧炉型 对5 0 m 3 竖炉炉型有较大的改进。 1 设计了l o o m 3 竖炉，较好地用在某选矿厂生产上。 武汉理工大学硕士学位论文 2 原有的5 0 m 3 竖炉改成7 0 m 3 的竖炉后( 炉外形尺寸不便) ，焙烧矿处理能力 提高l 3 ，焙烧每吨矿石热耗降低1 3 ，选别指标与原有的5 0 m 3 竖炉生产指 标略有提高。 ( 3 ) 焙烧试验 利用5 0 m 3 竖炉，先后做过多种铁矿石和铁锰矿石半工业( 投笼焙烧) 和工业焙烧试验，均取得良好结果。 在沸腾炉焙烧方面： ( 1 ) 焙烧工艺 在沸腾床中固相和气相接触比较充分，热交换好，所以焙烧矿质量高， 热耗低。 ( 2 ) 焙烧炉型 稀相换热沸腾焙烧炉，自1 9 6 2 年以来，曾先后对不同类型的铁矿石做 过半工业和工业试验，均达到了预期的效果。但尚需研究稀相换热挡板的材 质、合理的炉型和给、排料等问题。在稀相换热沸腾焙烧炉试验的基础上， 设计了4 吨日的两段焙烧炉，曾做过硫酸渣和铁锰矿石的焙烧试验，效果 较好。 在斜坡炉焙烧方面； ( 1 ) 焙烧工艺 斜坡炉是我国自行研制的一种新型焙烧炉，可以用来焙烧1 5 0 毫米的 铁矿石。 ( 2 ) 焙烧试验 工业性焙烧试验结果表明：某鲕状赤铁矿用斜坡炉处理，技术上是可行 的，经济上是合理的。但难以操作，无法正常生产，早己停止工业应用。 随着钢铁工业的发展，需要的矿石量日趋增多，贫的、细的弱磁性难选 铁矿石和铁锰矿石都需要进行选矿。处理这类难选矿石，目前还原焙烧磁选 仍是一个比较有效的方法。 为了利用高效的磁力选矿法分选铁矿石，可以通过磁化焙烧法处理弱磁 性铁矿石，使其中弱磁性铁矿物转变为强磁性矿物，再经磁选则能得到较高 的选矿指标。由于以磁化焙烧作为磁选前准备作业的焙烧磁选法具有生产稳 定，技术指标高，精矿易于浓缩脱水等优点，此法在我国铁矿中得到广泛应 用。 鞍山钢铁公司烧结总厂齐大山铁矿采用竖炉还原焙烧，生产数十年来， 逐步完善和发展，对鞍钢生产发展起了很大作用。在我国除该厂一直稳定生 6 武汉理工大学硕士学位论文 产外，酒泉钢铁公司选矿厂也采用焙烧磁选工艺生产铁精矿，效果很好。我 国曾有1 3 0 多台竖炉进行生产，每年约处理1 3 0 0 万吨铁矿石。磁化焙烧工 业上除应用竖炉外，在我国对回转窑还进行过大量试验研究工作。除前苏联 曾建设有3 0 台审3 5 m ，l 5 0 m 的回转窑处理克里沃罗格氧化铁矿石外，在我 国工业上还未应用。 但是，就竖式焙烧炉来说，处理矿石的粒度太大。矿石的粒度愈大，比 表面积愈小，因而和还原剂的接触表面就减少，还原过程就比较缓慢。在实 际生产中还经常产生矿块表层和内部还原不均匀的现象，表层的还原度高于 内部，矿块粒度愈大，还原不均匀现象愈严重。对于回转窑焙烧效果虽比竖 炉好，但也存在上述问题。对于沸腾焙烧炉，效果虽比上述二者好一些，但 是存在所处理的矿石粒度仍比较大( 一8 m m ) ，且炉子结构及材质也没有很好 解决，试验的稳定性等仍没解决好。所以粉状焙烧的炉型和工艺没有得到彻 底解决，还需进一步研究。 1 4 本课题的研究目的和意义 我国疆域辽阔，地质条件复杂多样，铁矿床在不同地质时期很多岩系中 均有分布【“，已堪明的储量虽居世界前列【，4 i ，但我国铁矿石资源仍严重不 足。我国钢铁工业目前所需的铁矿石自给率仅为5 0 左右( 2 0 0 2 年我国生 铁产量为1 7 亿吨) 。现有资源的特点为：贫矿多，富矿少；共生、伴生组 分多；如磁铁矿、赤铁矿、揭铁矿、菱铁矿常常共生在一起。同时其脉石矿 物也比较复杂。如不仅有石英还有透辉石、透闪石、石榴子石、碧玉等含铁 硅酸盐矿物，导致分选十分困难。致使我国这种类型铁矿石的选矿厂尾矿含 铁高( 1 3 2 0 ) ，造成国家铁矿资源的大量浪费瞄j 。从尾矿中回收这部分 难选铁精矿目前最有效的方法是采用高效强磁选机磁选【2 。但是对比磁化 系数接近的含铁硅酸盐矿物强磁选铁精矿品位却不高。如大冶铁矿弱磁选尾 矿经过强磁选后的铁精矿品位只有3 0 ，不能直接被炼铁厂应用。为了解决 此难题，目前存在着二个方向：1 不再强磁选这些铁矿物随尾矿丢弃。2 若 要回收利用这部分铁矿物，就需要找到一种能提高该强磁精矿铁品位的有效 方法。为了利用该低品位铁精矿，采用磁化焙烧磁选，能显著提高精矿品位， 磁化焙烧是处理氧化铁矿石最有效的途径。 磁化焙烧的目的是利用定条件把弱磁性铁矿物( 赤铁矿、褐铁矿、菱 铁矿和黄铁矿等) 变成强磁性铁矿物( 如磁铁矿或1 一赤铁矿) b ”。 武汉理工大学硕士学位论文 弱磁性铁矿石可以用浮选、重选或强磁选的方法进行处理【2 8 】。但是浮 选不能有效处理脉石成分复杂，物化性质和赤铁矿石相近的低品位铁精矿， 重选也不能有效处理细粒度的粉状低品位铁精矿。使用强磁选的方法也不能 将赤铁矿和含铁硅酸盐有效分离【，9 1 。所以采用磁化焙烧一弱磁选处理的方 法是比较有效的。用这种方法处理时，分选流程简单，且分选效果好。 磁化焙烧除增加矿物磁性外，还可以得到以下效果： ( 1 ) 排除矿物中的气体和结晶水。含水赤铁矿( 如褐铁矿) 和菱铁矿，经 过焙烧后失去水或二氧化碳，相应地提高了矿石品位，同时，对于烧结球团 高炉冶炼也是有利的【3 0 】 3 1 】。 ( 2 ) 使矿石结构疏松，有利于降低磨矿费用，提高磨矿效果。 ( 3 ) 从矿石中排除有害元素，例如硫化砷。焙烧时硫和砷变成气体从矿石 中排除。 目前，工业生产上用磁化焙烧处理的矿石粒度过大，矿石的粒度愈大， 比表面积愈小，活性愈低，经常出现还原不足【3 2 l 和过还原【3 3 1 现象，因此经 磁化焙烧处理后的矿石质量不高。本研究的对象是大冶铁矿选矿厂强磁选铁 精矿，含f e 3 0 ，粒度在一o 2 m m 以下，具有表面积大，反应活性高，在 高温还原气氛条件下，易于还原成磁铁矿，因此反应速度快，处理量大，矿 石质量高，成本低。 该项目研究成功，将为大冶铁矿的强磁精矿和中矿的有效利用提供新的 技术路线，同时对我国酒钢、包钢等企业的技术改造提供依据。并为上述矿 山企业带来巨大的经济效益。同时，可变废为宝，提高资源利用率，减少尾 矿的排放量及对环境的污染，具有巨大的社会效率。 1 5 本课题的研究目标、技术路线和内容 本课题的研究目标： 研究利用闪速磁化还原焙烧法处理粉状低品位铁矿石，提高铁精矿品 位。 本课题的研究技术路线： ( 1 ) 探索马弗炉的最佳焙烧工艺条件。 ( 2 ) 探索回转窑的最佳焙烧工艺条件。 武汉理工大学硕士学位论文 ( 3 ) 探索沸腾炉的最佳焙烧工艺条件。 本课题的研究内容： ( 1 ) 焙烧矿的磨矿细度试验。 ( 2 ) 磁选管的磁场强度试验。 ( 3 ) 强磁中矿和强磁精矿在马弗炉中的最佳焙烧时间和焙烧温度试验。 ( 4 ) 回转窑焙烧的排矿方式和最佳煤粉用量试验。 ( 5 ) 沸腾炉焙烧最佳空气流量、最佳煤粉用量、煤粉粒度、焙烧时间、煤 种试验以及煤粉用量与焙烧时间复合条件试验。 ( 6 ) 沸腾炉烟气成分分析试验。 9 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章试验原料性质及主要试验设备 2 1 原矿性质 本试验矿样取自大冶铁矿选矿厂，其原矿粒度分析见表2 1 所示。其 原矿多元素分析见表2 2 所示。其矿样弱磁选试验结果见表2 3 所示。 表2 1 原矿粒度分析试验结果 强磁中矿强磁精矿 l 粒级( 目) 个体产率( )累积产率( )个体产率( ) 累积产率( ) + 5 02 0 92 5 一5 0 + 1 0 01 4 6 41 6 7 31 3 91 6 4 1 0 0 j - 1 5 01 2 8 12 9 5 41 2 - 3 92 8 7 9 1 5 0 1 2 0 09 1 53 8 6 98 6 63 7 4 5 2 0 0 + 2 8 01 6 3 25 5 0 11 7 4 25 4 8 7 2 8 0 + 3 2 57 7 46 2 7 55 2 46 0 1 1 3 2 53 7 2 53 9 8 9 合计1 0 0 1 0 01 0 01 0 0 表2 2 强磁精矿多元素分析结果 组分t f ef e 2 0 3s i 0 2a 1 2 0 3c a om g o 含量( )3 3 8 74 8 4 3 2 1 1 24 0 17 2 54 4 7 注：第二次矿样 表2 3 强磁精矿弱磁选试验结果 名称产率y 品位b ，回收率e 备注 精矿 4 3 85 8 8 97 7 7未焙烧 尾矿9 5 6 23 2 0 3 9 2 2 3磨矿至一o 0 7 4 m m 占9 0 4 8 合计1 0 0 0 03 3 2 1 1 0 0 0 0 i = 1 2 a 注：第二次矿样 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 2 2 试验煤样性质 本试验煤样取自河南平顶山和山西某煤矿，其煤样性质见表2 - - 4 所示。 表2 4 试验用煤样分析结果 煤粉水分挥发分灰分固定碳 热值 种类m a d 惴v d a 腓a d f c d a 删 q a d k j k 9 1 平顶山烟煤1 5 72 3 7 52 9 8 44 4 8 42 2 7 8 1 9 9 山西褐煤1 3 8 42 7 8 72 1 0 23 7 2 71 8 7 0 8 4 3 2 3 主要试验设备 本试验中所用主要试验设备见表2 5 所示。 表2 5 主要试验设备 序号设备名称规格型号生产厂家 1箱形电阻马弗炉s x 2 4 1 3长沙市华光电炉厂 2单相自动温控器t d m 系列上海亚泰仪表厂 3锥形球磨机x m q 一中1 5 0 x 5 0武汉探矿机械厂 4 磁选管x c g s 一7 3天津市矿山仪器厂 5实验室回转窑s h y 一1南昌化验制样机厂 武汉理工大学硕士学位论文 第3 章磁化焙烧试验 3 1 马弗炉磁化焙烧试验研究 矿样是取自大冶铁矿的强磁中矿( t f e 2 6 4 8 ) 和强磁精矿( t f e 3 0 1 7 ) ， 主要成分为赤铁矿、褐铁矿和菱铁矿等矿物成分。煤粉为平顶山烟煤经破碎、 筛分，取粒度在一0 2 m m 以下的煤粉。 将矿样和煤粉按2 0 ：l 的配比混合均匀后装入普通钢杯，在马沸炉中焙 烧数分钟后取出放入水中冷却。然后经磨矿、磁选管磁选、过滤、烘干、称 重。工艺流程如图3 1 所示。 3 1 1 时间试验 矿样煤粉( 2 0 ：1 ) 。1 。1 r 。一 堕i 塑 堡塑 壁_ ! 笙 精矿尾矿 图3 1 试验工艺流程 取强磁中矿和强磁精矿各l o o g 加入5 9 煤粉，在8 0 0 。c 的焙烧温度下， 分别焙烧l o m i n 、1 5 m i n 、2 0 m i n 和2 5 m i n 。在其它试验条件相同的情况下进 行焙烧。焙烧矿磨矿5 5 m i n 后在激磁电流为1 2 a ( 1 2 0 0 奥斯特) 的磁选管 中进行磁选。试验结果如表3 一l 和3 - - 2 所示a 武汉理工大学硕士学位论文 铁精矿 尾矿 4 2 4 1 5 7 5 9 5 9 4 3 1 4 1 9 7 5 5 2 2 4 4 82 5 全生! q q ：q q! 婴：塑 由表3 1 和表3 2 可进行如下分析： ( 1 ) 强磁中矿在相同焙烧温度和不同焙烧时间下试验结果见图3 2 所示。 1 3 一一 茎堡垄三盔兰堡圭兰垒鲨窭 所示。 6 1 6 0 尜5 9 嚣5 8 曜5 7 5 6 5 5 i 01 52 0 2 5 焙烧时间竹n n 图3 - - 2 焙烧温度为8 0 0 。c 时焙烧时间与铁精矿指标的关系 ( 2 ) 强磁精矿在相同焙烧温度和不同焙烧时间下试验结果见图3 3 6 0 5 9 5 5 9 娄5 8 ，5 篷5 8 5 7 5 5 7 5 6 5 l o1 52 02 5 焙烧时间t ，m i n 7 8 7 6 7 4 堡 7 2 u 7 0 篓 6 8 国 6 6 6 4 图3 3 焙烧温度为8 0 0 。c 时焙烧时间与铁精矿指标的关系 由图3 2 和图3 3 可以看出，随着焙烧时间的延长，强磁中矿和强磁 精矿的铁精矿品位和铁精矿回收率逐渐增高。强磁中矿的铁精矿回收率在 1 5 m i n 时达到最大值( 7 9 0 6 ) ，强磁精矿在2 0 m i n 时达到最大值( 7 6 9 7 9 6 ) 。 在图3 2 中，虽然强磁中矿的铁精矿回收率在1 5 m i n 达到最大值( 7 9 0 6 ) ， 略高于2 0 m i n 时( 7 7 1 2 ) ，但其铁精矿品位2 0 m i n 时( 5 9 2 1 ) 却较1 5 m i n 时( 5 7 3 7 ) 高，从铁精矿品位进行考虑，强磁中矿的焙烧时间应以2 0 m i n 为宜。问理对图3 3 进行分析，强磁精矿的焙烧时间也应以2 0 m i n 为宜。 1 4 袋了瓣蛙一叵 蔼蔼丌孢两m符陀引 武汉理工大学硕士学位论文 3 1 2 温度试验 取强磁中矿和强磁精矿各l o o g 加入5 9 煤粉，分别在7 0 0 。c 、7 5 0 。c 、 8 0 0 和8 5 0 。c 的温度下焙烧2 0 m i n 。在其它试验条件相同的情况下进行焙 烧。焙烧矿磨矿5 5 m i n 后在激磁电流为1 2 a 的磁选管中进行磁选。试验结 果如表3 3 和3 4 所示。 表3 3 强磁中矿温度试验结果 铁精矿 3 6 3 95 8 j 7 7 7 3 9 尾矿 6 3 6 19 7 9 2 2 6 18 5 0 合计 i 0 0 0 0 1 0 0 0 0 表3 4 强磁精矿温度试验结果 产品名称产率y 品位0 回收率e 焙烧温度t 。c 铁精矿 3 8 5 1 5 8 0 27 2 2 4 尾矿 6 l _ 4 91 3 9 6 2 7 7 67 5 0 合计 i 0 0 0 0 1 0 0 0 0 铁精矿 4 0 2 45 8 9 4 7 5 4 0 尾矿 5 9 7 6 1 2 9 52 4 6 08 0 0 合计 i 0 0 0 0 i 0 0 0 0 铁精矿 3 8 3 4 6 0 7 77 4 4 7 尾矿 6 1 6 61 2 2 8 2 5 5 38 5 0 合计 i 0 0 0 0 i 0 0 0 0 武汉理工大学硕士学位论文 由表3 3 和表3 4 可进行如下分析： ( 1 ) 强磁中矿在相同焙烧时间和不同焙烧温度下试验结果见图3 4 所示。 所示。 尜 、 血 通 唾 7 8 7 6 誉 7 47 瓣 7 2 ：圣 匝 7 0 6 8 7 0 07 6 08 0 08 5 0 悔嵌涵痞甄 图3 4 焙烧时间为2 0 m i n 时焙烧温度与铁精矿指标的关系 ( 2 ) 强磁精矿在相同焙烧时间和不同焙烧温度下试验结果见图3 5 芝 n 邋 e 臣 7 6 7 5 7 4 堡 7 3 _ ； l 基 7 2 匿 7 1 7 0 7 5 08 0 0 8 5 0 赔饶温巷甄| 图3 - - 5 焙烧时间为2 0 m i n 时焙烧温度与铁精矿指标的关系 由图3 4 和图3 - - 5 可以看出，随着焙烧温度的升高，强磁中矿和强磁 精矿的铁精矿品位逐渐增加。由图3 - - 4 看出，随着焙烧温度的升高，强磁 1 6 9 5 8 5 7 5 6 5 5 8孤目飘o f f ；o ：；o 1 5 0 5 9 5 8 5 7 56觚d观5驵8乩5奔 武汉理工大学硕士学位论文 中矿的铁精矿回收率逐渐增加，当达到8 0 06 c 时，铁精矿的回收率达到最大 值( 7 7 5 0 ) ，进一步提高焙烧温度，强磁中矿的铁精矿回收率有下降的趋 势。而图3 5 则表明，强磁精矿的铁精矿回收率在8 0 0 达到最大值 ( 7 5 4 0 ) ，进一步提高焙烧温度，强磁精矿的铁精矿回收率反而下降。所 以，从铁精矿品位和回收率以及能耗等综合因素进行考虑，将强磁中矿和强 磁精矿的焙烧温度定为8 0 0 可以取得比较理想的试验指标。 3 1 3 小结 ( 1 ) 采用马弗炉进行磁化焙烧，能显著提高强磁中矿( t f e 2 6 4 8 ) 和强磁 精矿( t f e 3 0 1 7 ) 的铁精矿品位，获得优质的铁精矿( t f e 6 0 左右，e8 0 左右) 。该强磁中矿和强磁精矿采用磁化焙烧进行处理后，可直接作为钢铁 冶炼的铁精矿原料。 ( 2 ) 马弗炉磁化焙烧的焙烧时间应以2 0 m ir l 为宜。时间过长或过短，都不 能获得理想的试验指标。如焙烧时间过短，则会产生还原不足，影响铁精矿 品位和回收率的提高。如焙烧时间过长，则会产生过还原，同样会影响铁精 矿品位和回收率的提高。同时，焙烧时间过长会增加能耗。 ( 3 ) 马弗炉磁化焙烧的焙烧温度应以8 0 0 为宜。温度过高或过低，也不 能获得理想的试验指标。较高的焙烧温度可以促进反应过程的进行，在以烟 煤粉作还原剂的磁化焙烧过程中，焙烧温度适当控制高些虽然可以提高铁精 矿的品位，但其回收率却降低。同时，温度过高不仅导致能耗增加，而且带 来一系列不利于设备维护和操作的后果。 3 2 回转窑磁化焙烧试验研究 回转窑又称转炉，主要应用于水泥建材工业【3 4 。但回转窑也是一种磁 化焙烧设备。本试验所使用的回转窑为s h y 一1 型实验室管式回转窑，其规 格与参数列于表3 5 中。 将矿样和平顶山烟煤粉按一定的配比预先混匀，通过螺旋给料机，沿溜 槽进入炉内预热带，随炉体转动并向前移动。在预热带矿粉的吸附水与结晶 水大部分析出。在还原带，由于封闭严密，则整个管内矿粉在煤粉作用下得 到充分还原。被还原好的矿粉，经冷却带直接排入水中淬冷。 1 7 武汉理工大学硕士学位论文 表3 5 回转窑的规格与参数 3 。2 1 排矿方式试验 取强磁中矿1 5 0 0 9 和煤粉3 0 0 9 混匀后，在8 0 0 。c 的焙烧温度和回转窑 转速为3 0 0 转分，其它试验条件相同的情况下进行焙烧。然后按干排矿、 水封和水封之前短暂接触空气三种不同的排矿方式进行排矿。焙烧矿磨矿 5 5 m i n 后在激磁电流为i 2 a 的磁选管中进行磁选。试验结果如表3 6 所 示。 表3 6 不同排矿方式试验结果 从表3 - - 6 可以看出，当采用水封排矿方式时，铁精矿的各项指标较另 外两种排矿方式好。所以，当采用回转窑进行磁化焙烧时，焙烧矿应采用水 封排矿。 3 2 2 煤量试验 取强磁中矿和强磁精矿各1 5 0 0 9 ，分别加入烟煤粉1 5 0 9 、3 0 0 9 和4 5 0 9 混匀后，在8 0 0 。0 的焙烧温度和回转窑转速为3 0 0 转分，其它试验条件相 同的情况下进行焙烧。然后按水封排矿方式进行排矿。焙烧矿磨矿5 5 m i n 武汉理工大学硕士学位论文 后在激磁电流为1 2 a 的磁选管中进行磁选。试验结果如表3 - - 7 和表3 - - 8 所示。 表3 7 强磁中矿煤量试验结果 由表3 7 和表3 8 可进行如下分析： ( 1 ) 强磁中矿在不同煤量下试验结果见图3 6 所示。 武汉理工大学硕士学位论文 7 4 7 2 7 0 6 8 堡 6 6 瓣 6 4 望 6 2 6 0 5 8 1 5 03 0 04 5 0 煤勒 图3 6 焙烧温度为8 0 0 。c ，转速为3 0 0 转分时煤量与铁精矿指标的关系 ( 2 ) 强磁精矿在不同煤量下试验结果见图3 7 所示。 逻 瓣 擎 巨 1 5 03 0 04 5 0 煤勒 图3 7 焙烧温度为8 0 0 。c ，转速为3 0 0 转分时煤量与铁精矿指标的关系 由图3 - - 6 和图3 7 可以看出，随着煤量的增加，强磁中矿和强磁精矿 的铁精矿品位逐渐增加。在煤量为3 0 0 9 时都达到最大值，煤量进一步增大 时，铁精矿品位反而下降，说明此时煤量已经过量产生过还原或可能是煤粉 中的某些含铁成分被还原