CN104846189A - 含菱铁矿的混合铁矿流态化焙烧分选方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含菱铁矿的混合铁矿流态化焙烧分选方法，是将粒度-0.5mm的含菱铁矿的混合铁矿于氧化气氛中进行多级流化态预热，预热到混合铁矿温度为600-800℃；然后在流化态条件下，将预热所得物料于还原气氛中焙烧，进一步置于空气中进行流态化冷却至室温，再磨矿磁选既得。本发明的方法适用于多种的含菱铁矿的混合矿的分选，反应速度快，效率高，工艺过程中不利于选别的副产物少，能耗低，分选效果好，非常适于工业化推广。

Description

含菱铁矿的混合铁矿流态化焙烧分选方法

技术领域

本发明涉及难选铁矿的分选技术，特别涉及一种含菱铁矿的混合铁矿磁化焙烧技术。

背景技术

我国已探明菱铁矿资源储量18.34亿t，含菱铁矿混合铁矿更是储量巨大，例如吉林临江羚羊铁矿（约10亿吨）、镜铁山铁矿（4.84亿吨）、綦江铁矿（约3亿吨）、鞍山地区小孤山铁矿（10亿吨以上）以及鄂西地区鲕状赤铁矿（37亿吨）等。由于菱铁矿理论含铁品位较低（48.27%），含菱铁矿的混合铁矿不仅降低了精矿品位，还会影响精矿的冶炼性能，需要浮选作业时，菱铁矿的存在会恶化浮选环境。目前钢铁行业已利用的菱铁矿是部分富矿和部分与磁铁矿、赤铁矿共生的混合矿，但总体利用率还不足10%。开发新技术与新装备，解决含菱铁矿混合铁矿资源的大规模工业化利用难题，对于提高我国铁矿石自给率，缓解我国铁矿石资源短缺的压力具有重要的现实意义。

目前，非焙烧法获得的菱铁矿精矿，主要作为烧结原料使用，但配加后会导致烧结矿产品质量下降。菱铁矿球团焙烧的最大特点是碳酸盐的大量分解，这不仅使生球在干燥过程中产生爆裂，还大大降低了预热球的强度。然而，通过焙烧—磁选工艺则很容易获得满足冶金要求的铁精矿。目前，菱铁矿磁化焙烧主要有竖炉工艺和回转窑工艺两种。由于这两种工艺都采用焙烧堆积态的方式，因而都存在焙烧时间长、处理量小、效率低、能耗高、操作控制困难等缺点，随着焙烧技术和装备的发展，其应用将被弱化。流态化磁化焙烧技术由于其焙烧时间短、效率高、能耗低等众多优点，近年来受到了众多科研工作者的青睐，针对菱铁矿的流态化焙烧试验研究也偶见报道。但都由于技术或装备上的原因，并没有在工业上实施应用。

随着工业化进程的加速，我国铁矿石需求量持续增加，铁矿石对外依存度居高不下。另一方面，我国现有大量的含菱铁矿混合铁矿的复杂难选铁矿石，该类矿石用传统的选矿方法难以获得理想的选别指标，而传统的磁化焙烧也处在被淘汰的边缘（回转窑的结圈问题和高能耗问题，竖炉只能焙烧大块物料）。因此急需新型高效的工艺来适应工业发展需求。

针对含菱铁矿混合铁矿石的选矿技术研究方面，国内学者主要进行了磁化焙烧—弱磁选—反浮选技术、强磁—重选—浮选技术、强磁—浮选技术研究。酒泉钢铁（集团）公司针对其含菱铁矿的镜铁矿矿石，采用磁化焙烧—弱磁选—阳离子反浮选工艺处理，在给矿36.35%的情况下获得了弱磁选精矿品位大于60%的良好指标。新疆克州亚星矿产资源集团选矿厂处理的切列克其铁矿主要为菱铁矿和赤(褐)铁矿，采用磁化焙烧—弱磁选工艺，当原矿铁品位为41.72%时，获得的精矿品位为63.25%，回收率达86%。河北某鲕状（菱）赤铁矿石，有人研究了磁选、浮选、磁化焙烧—弱磁选选别技术研究，结果表明磁化焙烧—弱磁选工艺是分选此类铁矿石的有效方法，在温度750℃、焙烧时间80min、煤粉配比5%的最佳焙烧条件下，焙烧矿经弱磁选可以获得精矿铁品位为59.94%、回收率84.87%的良好指标。针对梅山铁矿含赤褐铁矿与菱铁矿的尾矿，采用强磁—重选—强磁—反浮选技术，可获得精矿铁品位为57.01%、回收率为19.36%的较好指标。东北大学针对东鞍山含碳酸盐铁矿石采用分步浮选工艺，获得了总的铁精矿铁品位63%以上，回收率65%左右的工业技术指标，但是堆存了大量的含菱铁矿中矿。

针对难选铁矿磁化焙烧装备方面，除传统的竖炉、回转窑焙烧之外，流态化焙烧成为研究热点，也最有发展潜力。酒钢针对镜铁山式铁矿采用筛分分级后，块矿进入竖炉焙烧，粉矿采用强磁选工艺，两种工艺混合铁精矿品位只能达到55%左右。大西沟菱铁矿使用回转窑焙烧，焙烧矿经磁选—反浮选后可以获得60%左右的铁精矿。西安科技大学在大量试验的基础上开发出了一种用于菱铁矿粉料悬浮磁化焙烧的半工业化试验装置，利用该装置，大西沟菱铁矿粉料在氧含量为1.05%的弱氧化气氛中于800℃或850℃下悬浮磁化焙烧1min，可获得磁选精矿铁品位不低于58.21%、铁回收率不小于79.39%的焙烧产品。余永富院士团队采用自主研发的闪速磁化焙烧中试装置，对铁品位为21.21%的大西沟铁矿菱铁矿-1mm粉矿进行闪速磁化焙烧—弱磁选探索性试验，在反应炉进气CO含量为2%~3%，反应炉温度为900~960℃的条件下，获得了铁精矿产率为38%~40%，铁品位>56%，金属回收率>80%的良好试验指标。

可以看出，无论是常规的竖炉、回转窑磁化焙烧，还是新型的流态化焙烧工艺，其共同的特点都是加热和还原反应同时进行。因此，需要严格控制反应温度和反应气氛。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种技术先进、经济合理、工业化可行性高、节能环保，可以获得高质量的铁精矿产品的含菱铁矿的混合铁矿流态化焙烧分选方法。

本发明的技术目的是通过以下技术方案实现的：

一种含菱铁矿的混合铁矿流态化焙烧分选方法，包括如下步骤：

（1）将粒度-0.5mm的含菱铁矿的混合铁矿于氧化气氛中进行多级流化态预热，预热到混合铁矿温度为600-800℃；

（2) 在流化态条件下，将预热所得物料于还原气氛中焙烧10-600s，焙烧温度为550-600℃；还原气氛中，还原性气体含量为10-100v/v%；

(3） 将步骤（2）所得物料在一定条件下置于空气中进行流态化冷却至室温；

（4）对步骤（3）所得物料进行磨矿，然后进行磁选或磁浮联合分选，得精矿。

本发明的主要特点是预热与反应分开进行，区别于传统的一步焙烧，适用于不同菱铁矿含量的混合铁矿。

本发明先将混合矿高温氧化气氛预热，再在低温还原气氛焙烧，可以避免常规焙烧过程中容易出现的结圈问题，其次，与一步焙烧法相比，本发明的消耗并未提高，传统的一步焙烧工艺中，其气体产物中CO剩余浓度较低，这给二次利用带来了一定困难，甚至有的就直接向大气排放，造成了能源的浪费；本发明的两步焙烧工艺，剩余CO浓度较高，气体有望获得再次利用，收集热量。本发明能够有效降低能耗。

本发明中，至于多级预热是采用常规预热装置对矿物原料进行分阶段预热，例如，可第一级预热把物料加热到200℃，第二级加热到400℃，第二级预热后，尾气温度约为400℃，可将400℃的尾气就用来预热原料使其达到200℃，以此类推。多段预热参照常规技术即可。

本发明中，还原气氛下的焙烧温度为550-600℃，与常规工艺相比，本发明处理等量物料的时间更短，最低时间为10s，这取决于具体的焙烧温度，在本发明焙烧温度范围内，温度越高，时间越短。对本工艺而言，焙烧时间高至所述600s是允许的。但是，即便焙烧时间有富余，本发明的工艺也不会发生过还原反应。这是由于当温度低于570℃时，过还原所需的CO浓度随温度的升高而增加，当温度高于570℃时，过还原所需的CO浓度随温度的升高而降低。本发明，将温度控制在550~600℃，可以使参与反应的CO浓度达到最高水平，加快反应速度但不会发生过还原反应。

虽然当反应温度超过570℃，CO浓度过高时，反应生成的Fe₃O₄会进一步反应生成弱磁性的富氏体（FeO）；而低于570℃时，在较高浓度的CO气氛下，会过还原生成金属铁。但据本发明研究，后两个副反应的反应速率，远不及Fe₂O₃还原成Fe₃O₄的反应速率。因此，本发明控制反应温度为550-600℃，在所述的还原气氛下，反应效率高，并能够避免物料生成富氏体或金属铁，即便生成少量金属铁，对选别也不会产生不利的影响。因此，在本发明的时间内，不管焙烧时间长或短，均能保证焙烧产品质量均匀稳定。

同时，由于通过高温有氧环境的预热，物料中挥发出CO₂气体或水汽，使矿石中已经出现了少量的细孔，这对提升反应速率有非常积极的作用。

再者，常规技术中，还原焙烧的还原气体浓度均较低，而还原性气体浓度高时又容易导致过还原，本发明通过工艺控制，能使反应在较高还原气体浓度下进行，进一步提高反应速率，保证反应效果。

本发明步骤（3)中采用流化态进行冷却，不仅保证物料品质均一性，同时可以很好的回收物料的残余热量，降低能耗。

优选的，所述混合铁矿是指：赤铁矿、褐铁矿、磁铁矿中至少一种与菱铁矿混合的混合矿石。

本发明步骤（4）中，磨矿、磁选、浮选工艺，可根据步骤（3）所得物料性质参照现有技术进行，具体而言，磨矿细度、磁选工艺参数、浮选药剂种类及用量均可参照常规磁铁矿的分选工艺参数进行。

本发明的有益效果：

本发明的技术效果在于：

1、适用范围广。现有的各种焙烧工艺，仅适用于特定规格的矿石，对于不同来源、品位的含菱铁矿的矿石，需要确定不同的选矿条件，例如当以菱铁矿为主时，通常在中性气氛（氮气保护气氛）或弱氧化气氛中完成；当以赤褐铁矿为主时，通常是在还原气氛中完成；而焙烧过程中，若菱铁矿含量变化较大，则需调工艺过程中的各种反应条件以便获得较好的焙烧效果；对设备及工艺参数要求高。

本发明不管菱铁矿含量多少，都可以获得非常好的选矿效果，提高含菱铁矿的混合矿利用率。一种工艺适用于多种的含菱铁矿的混合矿的分选。

2、本发明对工艺过程中的气氛控制要求并不严格，产品质量更稳定。

3、本发明反应速度快，效率高，工艺过程中不利于选别的副产物少，能耗低。

4、本发明的流化态焙烧磁选方法，优先适用于TFe品位30%及以上，也适用于品位很低的复杂难选含菱铁矿的混合铁矿的分选。更低品位矿石，可经过预选富集后进行流态化焙烧分选。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述。

实施例1

鄂西某高磷鲕状赤铁矿，原矿品位45%左右，含磷1.20%，菱铁矿分布率约为3~5%。采用流态化焙烧-磁选工艺，在给料速度100kg/h，给料粒度-0.5mm的条件下，经过两级预热，第一级预热温度为350℃，第二级预热温度为800℃，焙烧温度为550~575℃，还原气体流量4.5m³/h，还原气体中CO浓度70%~90v/v%，停留时间5min，在此条件下获得的焙烧产品经磨矿至-0.074mm92%左右，经过一粗一精弱磁选（粗选磁场强度120kA/m，精选磁场强度80kA/m）获得了TFe品位56.83%，回收率90.78%的选别指标。磁选精矿经过一粗一精反浮选，浮选抑制剂为玉米淀粉，捕收剂为油酸钠，粗选用量分别为抑制剂600g/t▪原矿，捕收剂600g/t▪原矿，精选用量减半，最终获得了TFe品位60.13%，含磷0.24%，总回收率74.58%的高质量铁精矿。

实施例2

重庆地区某綦江式铁矿，原矿品位36%左右，菱铁矿分布率约为50%，采用流态化焙烧—磁选工艺，在给料速度125kg/h，给料粒度-0.15mm的条件下，经过两级预热，第一级预热温度为300℃，第二级预热温度为700℃，焙烧温度570~600℃，还原气体流量3m³/h，还原气体中CO浓度90v/v%，停留时间3min，在此条件下获得的焙烧产品经磨矿至-0.074mm98%左右，经过一粗一精弱磁选（粗选磁场强度120kA/m，精选磁场强度80kA/m）获得了TFe品位57%以上，回收率90%以上的选别指标。

实施例3

东鞍山某含碳酸盐铁矿浮选中矿，原矿品位43%，菱铁矿分布率约10~20%，采用流态化焙烧—磁选工艺，在给料速度125kg/h，给料粒度-0.074mm占90%的条件下，经过两级预热，第一级预热温度为350℃，第二级预热温度为750℃，焙烧温度570~600℃，CO流量4.5m³/h，CO浓度70~90%，停留时间1min，获得的焙烧产品经磨矿至-0.038mm95%左右，经过一粗一精两段弱磁选（粗选磁场强度120kA/m，精选磁场强度80kA/m），获得了TFe品位65%以上，回收率80%以上的选别指标。以该矿为例，每年处理80万吨原矿可以获得45万吨TFe品位65%以上的优质铁精矿，铁精矿成本仅为250元。按当前售价600元/吨计，年可获利税1.5亿元以上。

实施例4

某细粒级浮选中矿，原矿品位40%，菱铁矿分布率约10~20%，采用流态化焙烧—磁选工艺，在给料速度125kg/h，给料粒度-0.045mm占80%的条件下，经过两级预热，第一级预热温度为350℃，第二级预热温度为750℃，焙烧温度570~600℃，CO流量4.5m³/h，CO浓度10~15v/v%，停留时间10s，获得的焙烧产品经磨矿至-0.038mm占95%左右，经过一粗一精两段弱磁选，获得了TFe品位65%以上，回收率80%以上的选别指标。

需要说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，本领域技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的保护范围当中。

Claims (2)

1.一种含菱铁矿的混合铁矿流态化焙烧分选方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）是将粒度-0.5mm的含菱铁矿的混合铁矿于氧化气氛中进行多级流化态预热，预热到混合铁矿温度为600-800℃；

（2）在流化态条件下，将预热所得物料于还原气氛中焙烧10-600s，焙烧温度为550-600℃；还原气氛中，还原性气体含量为10-100v/v%；

（3）将步骤（2）所得物料置于空气中进行流态化冷却至室温；

（4）对步骤（3）所得物料进行磨矿，然后进行磁选或磁浮联合分选，得精矿。

2.根据权利要求1所述的含菱铁矿的混合铁矿流态化焙烧分选方法，其特征在于，所述混合铁矿是指：赤铁矿、褐铁矿、磁铁矿中至少一种与菱铁矿混合的混合矿石。