CN101012497A - 用微波还原弱磁性铁矿物制取铁精矿的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用微波还原弱磁性铁矿物制取铁精矿的方法，按以下步骤进行：(1)在处理的粉状含铁物料中加入占处理物料的5％～25％的铁粉或铁泥混匀；(2)将混匀的物料置于微波还原焙烧炉中还原焙烧2－8分钟，弱磁性铁矿物还原成磁铁矿；(3)用永磁弱磁选机磁选得到铁精矿。本发明用铁粉或铁泥作还原剂，没有还原剂的消耗、过程清洁、成本大幅降低；微波焙烧不仅降低磁化还原反应的活化能，而且因其选择性地加热铁矿物，导致铁矿物和脉石矿物热膨胀系数不同，在晶格间应力的作用下，铁矿物更容易在晶界断裂单体解离，有利于后续的磁选回收富集；突破传统工艺成本高、效率低的瓶颈，使传统工艺难处理的铁矿资源得到回收和利用。
Description
技术领域
本发明涉及从含弱磁性铁矿物的低品位难选氧化铁矿和含铁工业废料中用微波还原弱磁性铁矿物制取铁精矿的方法。
背景技术
我国铁矿资源以低品位共生铁矿居多，矿石中强磁性的磁铁矿和弱磁性的赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿以及含铁硅酸盐等脉石矿物常常共生在一起。此外，大量的含铁工业废料中，铁主要也是以弱磁性铁矿物的形式存在，是一种宝贵的二次铁矿资源。例如我国每年排出硫铁矿烧渣近千万吨，其中一般含有30％～50％的铁；我国氧化铝厂每年排放赤泥180万吨以上，其中含铁23％～27％。大量的含铁工业废料如不及时处理利用，不仅挤占土地、污染与破坏生态环境、引发各种地质灾害，还会造成资源的浪费。
以弱磁性铁矿物为主的氧化铁矿俗称红铁矿，主要用浮选、重选和强磁选的方法进行分选。尽管近年来其选矿技术在研制新的强磁选设备和新的浮选药剂以及应用磁选-反浮选工艺来提高选别指标方面有所突破，但由于弱磁性铁矿物与含铁硅酸盐等脉石矿物的可浮性、比重和比磁化系数差异不大，可选性差，致使分选效率低、工艺复杂、成本较高。因此，大量低品位红铁矿资源至今仍未得到有效地开发利用，或被浪费在中矿和尾矿中。
磁化改性是从根本上改变弱磁性铁矿物可选性的方法，最常用的是还原焙烧的方法。还原焙烧除使弱磁性铁矿物还原为强磁性铁矿物外，还可以得到以下效果：
(1)排除矿物中的气体和结晶水，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；
(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；
(4)改善铁矿物的结晶度、成球性和烧结性。
特别是对硫铁矿烧渣和赤泥之类的含铁工业废料，其铁不是以天然矿物的形式存在，没有晶体形成长大过程，是疏松的分子微晶集合体，呈浸染状、蜂窝状被细小的脉石充填或呈皮壳状包裹脉石，还原磁化焙烧无疑是改善其可选性最有效的方法。
现行的磁化焙烧都是采用碳热还原的方法，以碳作为还原剂和热源。存在的问题是换热和传质效率低，碳消耗量大，生产成本较高。
用微波加热矿物是近年来微波应用的新发展方向。微波通过在矿物内部的能量耗散加热矿物，具有快速高效，比传统方法快15～20倍，省电节能达50％～80％，环保和操作方便等优点。微波能可以使矿物的原子和分子发生高速振动，从而为矿物发生化学反应创造出更为有利的热力学条件，使反应所需温度降低。在微波场中不同矿物的微波吸收性能不同，升温性能也不同。大多数重金属氧化物属于高活性物质，在微波场中的升温速率非常快，能被微波能量加热；而石英和方解石等脉石矿物是微波透过体，属于惰性物质，不能被微波加热。利用微波这种有选择性地通过物体内部原子和分子发生高速振动来加热矿物的方式，可以消除传统加热过程中热源通过热辐射由表及里的热传导方式带来的“冷中心”问题，同时由于不同矿物之间的热膨胀系数不同，在晶格间应力的作用下，不同矿物更容易在晶界断裂单体解离，有利于后续的分选过程。美国已成功地将微波碳热还原高品位铁矿石制备海绵铁工艺应用于生产，据报导所用还原剂为吸波性能较好的焦炭或木炭。但对低品位铁矿，因其含有大量不吸收微波的脉石矿物，会影响微波加热的升温速度和还原反应效率，若用微波碳热还原工艺，会消耗大量的焦炭或木炭，导致成本过高。
发明内容
本发明的目的是针对现行碳热还原工艺存在的不足，提供一种实用用微波还原弱磁性铁矿物制取铁精矿的方法，它无需用碳作为还原剂和热源，因而没有碳的消耗和由此产生的CO2对环境的污染，生产成本低，特别适于铁品位为15～45％的难选低品位红铁矿和含铁工业废料中弱磁性铁矿物的磁化改性，再用弱磁选机磁选获得高品质铁精矿。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：
利用微波具有通过物体内部原子和分子发生高速振动的方式，选择性加热能够吸收微波的矿物之特点，以微波场中升温极快的铁粉或铁泥代替碳作为还原剂，铁粉或铁泥同时也是促进剂，通过微波磁化还原焙烧，使难选低品位红铁矿和含铁工业废料中的弱磁性铁矿物还原为磁铁矿，再用弱磁选机磁选获得高品质合格铁精矿。具体说，按以下步骤进行：
(1)在处理的粉状含铁物料中加入占处理物料重量5％～25％的铁粉或铁泥混匀；(2)将混匀的物料置于微波还原焙烧炉中还原焙烧2～8分钟，使弱磁性铁矿物还原成磁铁矿；(3)用永磁弱磁选机磁选得到铁精矿。
实验室的微波还原焙烧炉的频率为2450MHz、功率为1.3kw的微波炉中。
工业上微波还原焙烧炉的频率为915～2450MHz、功率为75～500kw。
与传统的碳热还原技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)用废铁粉或铁泥作还原剂，用弱磁选可将其作为铁精矿回收，可变废为宝，没有还原剂的消耗、过程清洁、成本大幅度降低；而且由于铁粉或铁泥在微波场中升温极快，对高温还原反应具有促进作用。
(2)由于微波仅选择性加热铁矿物，导致铁矿物和脉石矿物热膨胀系数不同，在晶格间应力的作用下，铁矿物更容易在晶界断裂单体解离，有利于后续的磁选回收富集。
(3)微波焙烧不仅可降低磁化还原反应的活化能，而且因其可选择性地加热铁矿物，不需要象碳热还原那样将整个物料加热至600～800℃的高温，还原反应效率高，可显著降低过程所需的能耗。实验表明：将同样二份1kg的红铁矿粉，一份用焦炭作还原剂，在4kw的马弗炉中还原焙烧，另一份用废铁粉作还原剂，在频率2450MHz、功率1.3kw的微波炉中还原焙烧6分钟，还原剂加入量均为处理物料的20％，后者在6分钟内可将98％的弱磁性铁矿物还原为强磁性的磁铁矿，而前者50分钟内弱磁性铁矿物的还原率不到60％，本发明所处理的弱磁性铁矿物物料含铁品位为15～45％，得到的铁精矿其铁品位大于60％，回收率大于80％。
(4)突破传统工艺处理贫、细、杂难选红铁矿和含铁工业废料成本高、效率低的瓶颈，使目前传统工艺难以处理的大量铁矿资源得到回收和利用。
具体实施方式
以下结合一些实例对本发明做进一步的详细说明，下列实例均在实验室做，实验处理物料重量均为1kg，微波炉频率为2450MHz、功率为1.3kw。
实例1：湖北楚星集团制酸后的硫铁矿烧渣，经分析主要化学成分以质量百分数计：全铁(TFe)40.24、S 1.12、P 0.07、Cu 0.32、FeO 6.99、SiO2 14.72、CaO 4.62、MgO 0.68，其中铁矿物以赤铁矿为主。将烧渣和加入占烧渣重量10％的铁泥混匀，放入微波还原焙烧炉中还原焙烧5分钟，再用永磁弱磁选机分选，得品位为61.56％的铁精矿，回收率达86.13％。
实例2：广西平果铝厂赤泥中含有赤铁矿、针铁矿、水化石榴石、一水硬铝石、含水铝硅酸钠、钙钛矿、羟钙石、方解石等物相，其中赤铁矿和水化石榴石含量较高，其主要成分以质量百分数计：TFe 36.9、Al2O3 15.06、SiO2 10.16、Na2O 1.87，采用强磁选工艺，铁精矿的品位均小于55％、回收率在35％左右。将广西平果铝厂赤泥和加入占赤泥重量12％的铁粉混匀，放入微波还原焙烧炉中还原焙烧7分钟，再用永磁弱磁选机分选，得品位为60.13％的铁精矿，回收率达82.51％。
实例3：湖北长阳宁乡式高磷铁矿是我国尚未开发利用的一种重要铁矿类，湖北长阳宁乡式沉积赤铁矿主要矿物成份有：赤铁矿、菱铁矿、方解石、白云石、绿泥石、胶磷矿、黄铁矿、粘土矿物和石英等，将含TFe 41.64％、P 1.02％的长阳高磷铁矿和加入占高磷铁矿重量10％的铁粉混匀，放入微波还原焙烧炉中还原焙烧5分钟，再用永磁弱磁选机分选，得品位为60.94％的铁精矿，回收率83.79％，且得铁精矿中P≤0.25％的脱磷效果。
Claims (3)
1、用微波还原弱磁性铁矿物制取铁精矿的方法，按以下步骤进行：(1)在处理的粉状含铁物料中加入占处理物料的5％～25％的铁粉或铁泥混匀；
(2)将混匀的物料置于微波还原焙烧炉中还原焙烧2～8分钟，使弱磁性铁矿物还原成磁铁矿；(3)用永磁弱磁选机磁选得到铁精矿。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：实验室的微波还原焙烧炉的频率为2450MHz、功率为1.3kw的微波炉中。
3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：工业上微波还原焙烧炉的频率为915～2450MHz、功率为75～500kw。
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