CN105593386A

CN105593386A - 矿物的处理

Info

Publication number: CN105593386A
Application number: CN201480048156.5A
Authority: CN
Inventors: 亚当·贝恩·罗纳根; T·J·伊万斯; 约翰·塔克斯
Original assignee: Technological Resources Pty Ltd
Current assignee: Technological Resources Pty Ltd
Priority date: 2013-07-17
Filing date: 2014-05-01
Publication date: 2016-05-18
Also published as: WO2015006796A1; AU2014292792B2; AU2014292792A1; JP2016529396A; JP6422037B2; CN111621637A

Abstract

披露了一种处理非磁性含铁材料以形成与富脉石成分可分离的富铁成分的方法。该方法包括通过在还原条件下焙烧该材料处理该含铁材料，这导致(a)形成分离的富铁和富脉石成分和(b)该富铁成分变成磁性的。还披露了一种制备用于冶金工艺的含铁原料的方法。该方法包括上述处理方法并且进一步包括将该处理的含铁材料的尺寸减小到能够实现该富铁成分与该富脉石成分的干式、磁性分离的颗粒尺寸并且将该富铁成分与该富脉石成分磁性分离。

Description

矿物的处理

技术领域

披露了一种从含铁材料干式、物理分离有价值的铁成分的方法。虽然不是排他地，该方法可应用于来自金属处理的尾料、废物和非磁性含铁材料(例如低等级矿石，诸如硬帽(hardcap)、针铁矿矿石和豆状矿石)。具体地，该方法涉及制备非磁性含铁材料用于从无价值成分磁性分离有价值铁成分。

背景技术

从含铁材料磁性分离有价值铁成分要求该有价值铁成分呈磁性敏感状态。因此，已经努力集中于从被认为铁含量太低而不能经济地处理的矿石资源回收额外量的磁性含铁材料，诸如磁铁矿(Fe₃O₄)和赤铁矿(Fe₂O₃)。

一种这样的方法的实例已经由磁化公司(Magnetation,Inc.)开发并且涉及含有磁铁矿、赤铁矿和其他弱磁性矿物的铁矿石的湿加工。更具体地，该矿石被精制到小尺寸(典型地小于0.6mm)并且在一种基于水的浆料中运送穿过一系列磁性站使得磁性敏感颗粒被保留在这些站中。然后将这些颗粒收集作为一种含铁浓缩物。

为了确保该方法在捕获尽可能多的磁性和弱磁性材料方面是经济的，这些磁性站用约920高斯的磁场进行操作。此外，由于在分离过程中水的吸收，收集的材料将具有相对高的水含量。将此水从收集的材料中去除增加了从收集的材料提取铁的过程的进一步的成本。

相当大量的铁矿石具有被认为太低而不能经济地处理的铁含量。这些矿石具有的铁含量落入低于60wt％Fe含量的阈值，该含量是典型地对于适合作为鼓风炉原料的矿石所要求的。为了利用具有小于60wt％的铁含量的铁矿石，将它与具有大于60wt％的铁含量矿石共混以提供具有约60％或更高的总铁含量的冶金工艺原料。

虽然这使得一些具有接近60wt％Fe的针铁矿矿石(FeO(OH))能被利用，针铁矿矿石的绝大多数具有低得多的铁含量。确切地，最大量的针铁矿矿石包含鲕粒岩，这些鲕粒岩包含在20wt％至50wt％之间的Fe。另一种形式的针铁矿包含低等级的豆状矿，这些豆状矿具有在45wt％至55wt％之间的Fe，但是比鲕粒岩更少的丰度。更少的丰度仍然是高等级的豆状矿，这些豆状矿具有甚至更高的Fe含量(在约55wt％至60wt％之间)。

具体地，针铁矿矿石的较低的铁含量伴随着较高的二氧化硅和氧化铝含量。优选的是减少原料中的二氧化硅和氧化铝含量，因为考虑到它们不产生有价值的输出贡献，它们通过鼓风炉或其他铁或钢制造方法加热和处理是昂贵的。

为了使针铁矿矿石(包括鲕粒岩)成为有价值的资源，有必要通过使含铁成分与不含铁成分分离升级该矿石。针铁矿不是磁性敏感的。因此，针铁矿中的有价值含铁成分不能通过磁性分离技术诸如由磁化公司提出的进行回收。

因此，对于经济上可行的方法存在需求，该方法使得有价值铁成分能够从低等级铁矿石(包括但不限于针铁矿)，以及从其他含铁材料(如尾矿)，和金属处理废料回收。

披露概述

根据本发明的一个方面，提供了一种处理非磁性含铁材料以形成与富脉石成分可分离的富铁成分的方法，该方法包括通过在还原条件下焙烧该材料处理非磁性含铁材料，这导致(a)形成分离的富铁和富脉石成分和(b)该富铁成分变成磁性的。

这些还原条件可以包括将该含铁材料暴露于还原条件下以将该含铁成分的金属化增加到至少70％。

该方法可以进一步包括减小含铁材料的颗粒尺寸的步骤。这可以通过压碎、研磨或粉碎实现并且可以在该处理之前和/或之后进行。处理之后在还原条件下焙烧，在减小颗粒尺寸之前该材料可以被允许冷却。

在处理和减小颗粒尺寸之后，该方法可以进一步包括使用低强度磁场干式、磁性分离该富铁成分与富脉石成分。术语“低强度磁场”是指小于1000高斯的磁场。

通过对针铁矿矿石进行的广泛的实验室试验工作，本申请人已经观察到在还原条件下焙烧该矿石以实现高程度的金属化(至少60％)将非磁性矿石转化为磁性形式。这是有意义的，因为它能实现通过磁性分离技术回收非磁性含铁材料。然而，更重要的是，本申请人还已经观察到在该矿石中的有价值铁成分和无价值成分经历相分离，该相分离得到在富脉石相基质中的离散的富铁相。

本申请人随后通过试验工作发现焙烧的矿石优先沿着富铁相和富脉石基质之间的晶界断裂。因此，压碎焙烧的矿石产生磁性、部分金属化的、富铁颗粒，这些颗粒能够在较低磁场(即小于1000高斯)下与富脉石颗粒干式分离。

预期的是该焙烧和磁性分离方法可以应用于大量的可用的非磁性含铁材料，诸如具有小于60wt％Fe(即低等级矿石)的铁含量的非磁性铁矿石资源、尾料和来自金属工艺的废物。然而，在铁矿石方面，预期的是焙烧和磁性分离方法可以用于将低等级矿石升级成为有价值资源。

用于处理该含铁材料的条件可以包括将该含铁材料焙烧到在800℃至1200℃范围内的温度。任选地，该温度可以是在850℃至950℃的范围内。

焙烧时间可以改变，只要它足以引起形成该分离的富铁和富脉石成分并且引起富铁成分变成磁性的。该含铁材料可以经受持续在1分钟至30分钟范围内的时间的处理。该处理时间可以在5至30分钟的范围内。在试验过程中，还发现最高达约60分钟的更长的焙烧时间是有效的。

还原条件可以是强还原性的。例如，这些条件可以包括包含按体积计50％至100％H₂气体和按体积计0至50％N₂气体的缺氧环境。可替代地，多种形式的燃料气体包括CO、CH₄(天然气)和其他气态烃类也可以用于控制氧分压以提供所要求的还原条件。

该含铁材料可以是针铁矿并且该富铁成分可以是赤铁矿。

减小颗粒尺寸的步骤可以涉及将含铁材料的颗粒尺寸减小至适合用于根据该方法的处理的尺寸。可替代地，这可以涉及在处理之后减小该含铁材料的颗粒尺寸以使富铁成分可用于与富脉石成分分离。在另一个替代方案中，这可以涉及在该处理之前并且此外在处理之后通过将处理的材料再循环至初始尺寸减小步骤亦或通过使处理的材料传递到单独的尺寸减小步骤来减小颗粒尺寸。任选地，该处理的材料允许在减小颗粒尺寸之前被冷却。一个或多个颗粒尺寸减小步骤可以产生具有类似粉末形式的含铁材料颗粒，诸如小于4mm并且优选小于2mm。

一个或多个尺寸减小步骤可以包括将该含铁材料的尺寸减小至引起该含铁材料沿着富铁成分和富脉石成分之间的晶界断裂的尺寸。此尺寸减小步骤可以形成具有尺寸小于2mm的富铁成分和富脉石成分的颗粒。

该方法可以涉及在流化床中在还原条件下处理含铁矿物。

安排低强度磁场以分离富铁成分与富脉石成分。该低强度磁场可以具有小于1000高斯并且任选地小于500高斯并且可以在100至250高斯范围内的场强。此外，该分离步骤可以后跟随一个或多个进一步的干式、磁性分离步骤。例如，来自干式、磁性分离步骤的无价值材料可以直接再循环至该磁性分离步骤和/或可以传递到尺寸减小步骤或单独的尺寸减小步骤并且然后传递到该干式、磁性分离步骤或到单独的干式、磁性分离步骤。每个干式、磁性分离步骤的条件(例如磁场强度)可以不同。

该方法可以进一步包括控制还原条件和分离步骤以回收包含在含铁材料中的至少80％的铁。

本发明的另一个方面提供了一种制备用于冶金工艺的含铁原料的方法，该方法包括：

(a)根据以上描述的方面处理含铁材料以产生富铁成分和富脉石成分；

(b)将处理的含铁材料的尺寸减小到能够实现富铁成分与富脉石成分的磁性分离的颗粒尺寸；并且

(c)向通过步骤(b)产生的含铁材料施加磁场以使该富铁成分与该富脉石成分分离。

该方法可以进一步包括将该富铁成分固结成适合用于在冶金容器中冶金加工的形式。该固结步骤可以涉及对该富铁成分附聚、压块或造粒。

该冶金加工可以包括增加该富铁成分的金属化的过程。该冶金加工可以包括从该富铁成分产生铁金属的过程。

附图简要说明

尽管存在可能落入如概述中所述方法的范围内的任何其他形式，但现在将参考附图仅通过举例来描述具体实施例，在附图中：

图1示出了如以上所描述的方法用于处理铁矿石的流程图。

图2是针铁矿在根据以上所描述的方法处理之前的高温SEM显微照片。

图3是针铁矿在根据以上所描述的方法处理之后的另一个高温SEM显微照片并且示出了在富脉石成分的基质相(深色)中的富铁成分的离散相(浅色)。

实施方式说明

以上所描述的方法的实施例的以下说明是在处理针铁矿铁矿石的上下文中。然而，将理解的是该方法可以应用于替代的矿石类型和其他形式的含铁材料，通过对加工条件的合适调整，以实现相同的结果。因此，以下说明不应被解释为将该方法的应用范围限制为针铁矿。

关于图1，针铁矿2作为开采出的矿石提供给压碎机10以将针铁矿2颗粒的尺寸减小至小于4mm的尺寸使得它适合用于下游阶段的加工。

该下游加工阶段涉及在还原条件下处理针铁矿2，这导致含铁成分分离成富铁成分和富脉石成分并且这导致该富铁成分变成磁性的。

具体地，针铁矿2，已经通过压碎机10，被供给到反应器20，该反应器可以是，但不限于，流化床反应器，对该反应器从气体源30供给还原气体。

选择反应器20中的条件以使得针铁矿还原到至少60％的金属化程度。那些条件包括使用强还原条件将针铁矿暴露于低氧分压环境，这些强还原条件由包含按体积计50％至100％的H₂气体的气氛在大于800℃并且最高达1200℃的温度下提供。可替代地，多种形式的燃料气体包括CO、CH₄(天然气)和其他气态烃类也可以用于控制氧分压以提供所要求的还原条件。这些针铁矿颗粒在反应器20中的停留时间根据颗粒的尺寸进行控制。具体地，针铁矿2颗粒被保留在反应器20中持续一段时间，该时间足以使得含铁材料还原到至少60％的金属化程度并且发生相分离成为富铁成分和富脉石成分。这个时间可以是在1分钟至30分钟的范围内。该处理时间可以是在5至30分钟的范围内，尽管还已发现高达60分钟的更长的处理时间是有效的。在处理“之前”和“之后”针铁矿的电子显微镜图像在图2和3中示出。在处理之前，针铁矿表现为纳米尺寸晶体的单相。然而，在处理之后，相对纯的富铁相(图3中的浅色相)作为富脉石基质(在图3中以更暗的相示出)中的离散颗粒形成。本申请人理解这种相分离现象是通过选择用于该处理的特定条件产生的。

来自反应器20的废气32被传递至气体(G)-固体(S)分离器，如旋风分离器34，以从废气32移除灰尘和精细颗粒。不含固体的气体流38从旋风分离器34释放。这可以被加工并且释放到大气中。

来自反应器20的处理过的针铁矿颗粒被送至压碎或研磨阶段40，这进一步减小了这些颗粒的尺寸。本申请人已经发现处理过的颗粒当压碎或研磨时具有沿着富铁相和富脉石相之间的晶界断裂的倾向。因此，压碎阶段40的作用是使得富铁相可用于与富脉石相分离。

离开压碎阶段40的处理过的矿石被传递至磁性分离阶段50。然而，在旋风分离器34中从废气32中去除的固体颗粒和灰尘经由管线36被送至与该处理过的且压碎的针铁矿结合使得它也穿过磁性分离站50。

磁性分离阶段50被配置为用于将处理过的且压碎的颗粒暴露于分离富铁相与富脉石相的磁场。该富铁相是磁性的并且它通过，例如，被吸引至磁体的表面对磁场作出反应。然后从该磁体收集富铁颗粒。由本申请人进行的试验工作揭示了当磁体被放置在与该处理过的且压碎的针铁矿适当接近时将该处理过的且压碎的颗粒暴露于小于1000高斯的磁场足以将该富铁相与该富脉石相分离。然而，磁性富铁颗粒可以在处于100至250高斯范围内的磁场下分离。已经发现卷筒磁体特别适合用于将该富铁相与该富脉石相分离。随着富铁相被吸引至该卷筒上，可以认为该卷筒磁体通过将该富脉石相从该富铁相分离出来起作用。

能够用低强度磁场将该富铁相与该富脉石相分离是超过要求显著更大的磁场的先前的磁性分离过程的重要改进。因此，以上所描述的处理过程有助于降低对从针铁矿中回收铁的全部经济投入，包括减少与该磁性分离阶段有关的成本。

富铁相54是作为包含在开采的针铁矿中含有的铁的90％至95％的还原的矿石产物从磁性分离阶段50回收的。

由本申请人进行的实验室试验工作涉及使低等级(豆状矿)针铁矿经受以上所描述的处理过程。具体地，处理条件包括将矿石压碎至小于2mm的尺寸，在流化床反应器中在大于800℃的温度下将该矿石暴露于主要为H₂气体或其他还原气体和余量的N₂气体的还原性气氛。将该矿石保留在反应器中持续一段时间以实现含铁矿物的大于60％金属化。然后将处理过的矿石通过暴露于小于1000高斯并且低至100高斯的磁场经受磁性分离。

下表示出了对来自西澳大利亚州(WesternAustralia)的皮尔巴拉(Pilbara)地区的MesaA矿井的铁矿石废料进行的上述试验工作的一些结果的实例。具体地，该表示出了开采出的矿石、处理过的矿石、从磁性分离步骤获得的还原的矿石产物和非磁性废料产物的铁、二氧化硅和氧化铝的含量。

从该方法获得的还原的矿石产物具有几乎79％的铁含量。这是开采出的矿石的显著升级，该开采出的矿石含有稍大于50％的铁含量，即远低于用于在冶金工艺中使用的60％阈值。因此，以上所描述的方法能够将矿石升级为具有显著更高的铁含量的还原的矿石。这意味着低等级矿石可以升级以形成经济上有价值的资源。预期的是该方法可以用于升级尾矿、硬帽和矿石废料流，诸如低等级矿石，包括豆状矿和针铁矿。此试验工作表明具有低至45％铁含量的矿石可以被升级以形成包含在矿石等效基础上大于60％铁的产物。

从磁性分离获得的产物被用作冶金工艺的原料以获得铁金属(即通过增加金属化至100％)。虽然该产物可以用作基于熔浴的冶金工艺的原料，该产物的相对精细的颗粒尺寸意味着它不能被常规地直接加入到依赖于将含铁材料暴露于还原气体的冶金工艺中，诸如鼓风炉或转底炉，因为该产物将阻碍还原气体穿过炉料的流动路径。因此，该产物可以通过附聚、压块或造粒方法形成为适当地尺寸的团块，使得它可以用于鼓风炉或转底炉中。已知一系列方法用于形成含铁材料的团块原料。任何那些方法可以用于形成该团块原料。可替代地，该产物可以经由鼓风口诸如与粉煤注入该鼓风炉中。

虽然已描述了一个方法实施例，应理解该方法能够以许多其他形式来实现。

应当理解的是，在澳大利亚或任何其他国家，若本文引用任何现有技术公开文件或现有的或典型的方法，则这种引用不构成对该公开文件或方法形成本领域公知常识的一部分的认可。

在下列权利要求中，以及在之前的描述中，除上下文另有要求外，由于表达语言或必然含意，如在此处披露的装置和方法的各种实施例中术语“包含”以及变体(如“包含了”或“包含着”)以包容性含义来使用，例如指定所述特征的存在而不排除其他特征的存在或添加。

Claims

1.一种处理非磁性含铁材料以形成与富脉石成分可分离的富铁成分的方法，该方法包括通过在还原条件下焙烧该材料处理该含铁材料，这导致(a)形成分离的富铁和富脉石成分和(b)该富铁成分变成磁性的。

2.如权利要求1所定义的方法，其中这些处理条件包括将该含铁材料暴露于还原条件以将该含铁矿物的金属化增加到至少60％。

3.如权利要求1或权利要求2所定义的方法，该方法可以进一步包括在该处理之前和/或之后减小该含铁材料的颗粒尺寸的步骤。

4.如权利要求3所定义的方法，其中在该含铁材料的处理和减小颗粒尺寸之后，该方法进一步包括使用低强度磁场将该富铁成分与该富脉石成分干式、磁性分离。

5.如前述权利要求中任一项所定义的方法，其中该方法进一步包括通过使该含铁材料经受小于1000高斯的磁场将该富铁成分与该富脉石成分分离并且该磁场被选择为将该富铁成分与该富脉石成分分离。

6.如前述权利要求中任一项所定义的方法，其中这些用于处理所开采的矿石的条件包括在处于800℃至1200℃范围内的温度下焙烧该铁矿石。

7.如权利要求6所定义的方法，其中这些用于处理所开采的矿石的条件包括在处于850℃至950℃范围内的温度下焙烧该铁矿石。

8.如权利要求6或权利要求7所定义的方法，其中这些还原条件是强还原性的。

9.如权利要求6至8中任一项所定义的方法，其中这些条件包括包含按体积计50％至100％H₂气体和按体积计0至50％N₂气体的一种缺氧环境。

10.如权利要求6至8中任一项所定义的方法，其中这些条件包括含有燃料气体，诸如CO、CH₄(天然气)或其他气态烃类的一种缺氧环境，用于控制氧分压以提供所要求的还原条件。

11.如前述权利要求中任一项所定义的方法，其中该含铁材料经受持续在1分钟至60分钟范围内的时间的处理。

12.如前述权利要求中任一项所定义的方法，其中该含铁材料或矿石是针铁矿或豆状矿。

13.如权利要求6至12中任一项所定义的方法，当从属于权利要求4时，其中该尺寸减小步骤包括制备具有小于4mm的尺寸的含铁材料的颗粒。

14.如权利要求4至13中任一项所定义的方法，当从属于权利要求3时，其中在该处理之后减小该含铁材料的颗粒尺寸使得该富铁成分可用于与该富脉石成分的分离。

15.如权利要求13所定义的方法，其中该尺寸减小步骤包括将该矿石压碎至一个尺寸，该尺寸导致该处理的矿石沿着该富铁成分与该富脉石成分之间的晶界断裂。

16.如权利要求14或权利要求15所定义的方法，其中该尺寸减小步骤形成具有小于2mm的尺寸的该富铁成分和该富脉石成分的颗粒。

17.如前述权利要求中任一项所定义的方法，其中该方法进一步包括控制这些还原条件和该分离步骤以回收该含铁材料中含有的至少80％的铁。

18.一种制备用于冶金工艺的含铁原料的方法，该方法包括以下步骤：

(a)处理根据前述权利要求中任一项所述的含铁材料以产生富铁成分和富脉石成分；

(b)将该处理的含铁材料的尺寸减小到能够实现该富铁成分与该富脉石成分的干式、磁性分离的颗粒尺寸；并且

19.如权利要求18所定义的方法，其中该方法进一步包括将该富铁成分固结成为适合用于在冶金容器中冶金加工的形式的步骤。

20.如权利要求19所定义的方法，其中该固结步骤包括对该富铁成分附聚、压块或造粒。

21.如权利要求18至20中任一项所定义的方法，其中该冶金加工包括增加该富铁成分的金属化的过程。

22.如权利要求18至20中任一项所定义的方法，其中该冶金加工包括从该富铁成分产生铁金属的过程。