CN108993770A - 一种微细粒嵌布硅酸盐型氧化铁矿的选矿工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微细粒嵌布硅酸盐型氧化铁矿的选矿工艺。通过采用农林剩余物和硫酸钠为活化焙烧添加剂，以微波为加热热源，高效低能耗的实现铁矿物磁性增强，且微细粒嵌布的硅酸盐型脉石矿物在焙烧过程中可发生活化，并与硫酸钠反应生成酸溶性的物质，继而通过酸溶工艺实现脉石矿物与铁矿物的粗分离，此外，焙烧过程中硫酸钠的添加可促进铁矿物颗粒长大，改善磨矿工艺，强化磁选指标。该工艺技术可有效解决微细粒硅酸盐型铁矿中铁品位低、单体解离困难、焙烧能耗高等问题，且具有工艺流程简单、辅助原料来源广、成本低、反应易于控制等优点，并可用于借鉴解决其他由于硅酸盐微细粒嵌布导致的难解离、产品质量不佳等现象。

Description

一种微细粒嵌布硅酸盐型氧化铁矿的选矿工艺

【技术领域】

本发明属于选矿技术领域，具体涉及一种微细粒嵌布硅酸盐型氧化铁矿的选矿工艺。

【背景技术】

铁矿是钢铁行业的支撑材料，钢铁行业是我国重要的原材料工业之一。随着钢铁产业的高速发展，对铁矿资源的需求越来越大。然而，相对于飞速发展的钢铁行业对铁矿的需求而言，虽然我国铁矿石储量较为丰富，约占世界总储量的12.35％，居世界第四位，但普遍表现为铁品位低、共生关系复杂、嵌布粒度细等特点，约98.57％的铁矿石需通过一定的加工处理才能进行工业应用；逐年的开采导致国内易选铁矿石资源日益枯竭，铁矿石资源贫细化现象越发严重，开发利用难度加大，决定了国产矿生产成本要远高于四大矿山的生产成本，甚至采用现有的铁矿石选矿加工技术很难获得优质的铁精矿产品，种种因素综合作用下，国产矿自供应严重不足，使我国铁矿石对外依存度逐步提高，严重地影响我国资源供给战略安全和资源保障体系，制约了我国国民经济的健康发展。

在我国日益贫细化难选铁矿石资源中，赤铁矿石储量约占85％左右，且有相当一部分矿石中铁矿物主要与高岭石、伊利石或叶腊石等硅酸盐类脉石矿物紧密嵌布，是典型的贫细硅酸盐型赤铁矿石，如蓝山氧化铁锰矿、大红山铁矿等，该类矿石具有独特的“二三四”的物性特点，即“2低”(磁性铁的比例低、次精矿铁品位低)、“3接近”(脉石矿物与铁矿物密度接近、表面化学性质接近、比磁化系数接近)、“4高”(硅酸盐含量高、微细粒含量高、铁精矿中硅含量高、尾款中铁含量高)。反浮选、阶段磨矿-阶段选别和焙烧-磁选的选况和冶炼联合工艺是三种当前国内外处理难选铁矿石常采用的选矿手段。近年来，为了促进难选贫、细化硅酸盐型赤铁矿石的开发利用，选矿工作者借鉴三种常用选矿手段展开了大量的研究工作。

如专利CN103894283A公开了一种针对含铁高硅酸盐型铁矿的阶段磨矿-阶段选别工艺，该发明包括分类、降尾(S1降尾流程和S2降尾流程)、提质步骤，通过多段弱磁选、强磁选、重选等工艺使铁精矿中铁品位提高10个百分点左右，硅含量降低10个百分点左右，并使总尾矿的综合品位由16.2％降低至10.53％左右。

长沙矿冶研究院采用选择性絮凝-反浮选技术，开出一种针对性絮凝剂SA-2，通过对贫细祁东铁矿(铁品位28.36％)进行脱硅提铁，在磨矿细度为-0.038mm占98％时，可获得铁品位为60.36％、铁回收率为62.50％的铁精矿。黄志强、钟宏等采用自主研制的Gemini阳离子捕收剂对铁矿进行反浮选脱除硅酸盐类脉石矿物，可使原矿铁品位由63.86％提高至70.58％，铁回收率达98.42％，SiO2脱除率达83.80％。

然而现有的阶段磨矿-选别工艺和反浮选工艺普遍存在工艺流程较为复杂、硅脱除率低且利用范围较窄等问题，另外，相较于阶段磨矿-选别工艺，反浮选工艺中需要添加各类有机溶剂(如捕收剂、抑制剂、调整剂等，对环境污染较大；焙烧-磁选选冶联合工艺也是处理该类难选铁矿石较为有效的处理手段，其传统的工艺技术是以煤为还原剂，通过焙烧还原技术提高铁矿物的磁性，继而通过磁选得到铁精矿。根据铁矿还原程度的不同分为磁化焙烧-磁选工艺和深度还原焙烧-磁选工艺，前者将矿石中的赤铁矿还原为磁性氧化铁，后者直接将其还原为单质铁，但是两者均存在焙烧过程中焙烧温度较高、焙烧时间较长、焙烧成本较高等问题，深度还原焙烧-磁选工艺在加工能耗和成本等问题上较传统磁化还原焙烧-磁选工艺更为突出，加大了其大规模工业化应用的难度。

研究者为了降低能耗、缓解焙烧-磁选工艺中的环境污染问题，转向于探索和改善现有铁矿的煤基焙烧-磁选工艺。如采用生物质等可再生能源代替传统煤还原剂，可在较低焙烧温度下实现铁矿的磁化，达到降低焙烧温度、减少还原剂成本、减少环境污染的目的，且可有效防止传统煤焙烧过程中出现的烧结现象，符合铁矿石清洁生产的大方向，但是该工艺不能有效改善矿物中微细粒嵌布的微观结构，导致磁选铁精矿中仍然存在硅铝含量较高等问题，此外，改善后焙烧工艺其焙烧温度仍然至少在350℃以上。还有研究者对磁化焙烧设备进行改进，如闪速磁化焙烧装置、流态化磁化焙烧装置等的研发，其技术和经济指标普遍优于传统工艺，但是存在烟气处理困难、能耗较高、焙烧不完全、且原矿粉化粒度要求严格等问题。

鉴于以上，可发现目前针对难选贫细化难选赤铁矿石资源的加工途径主要着重于“脱硅”和“提铁”两个方向，其中“脱硅”技术工艺侧重于物理脱硅，即通过改进磨矿设备或工艺实现单体解离，或对磨矿解离后脉石矿物的选择性高效分离，“提铁”侧重于铁矿物磁化工艺的改进，继而通过物理磨矿-磁选工艺回收铁，或通过强磁选机的研发以期实现微细粒铁矿石的磁选回收。但是对于我国贫细化日益严重的难选赤铁矿石而言，通过物理磨矿较难实现铁矿物的充分单体解离，且过度细磨会导致矿石泥化，影响铁精矿质量指标。

硅酸盐矿物是贫细化硅酸盐型难选赤铁矿石中普遍存在的主要的脉石矿物，对该类矿石资源而言，铁矿资源的回收工艺中的重要工序就是“提质降硅”，其实质就是实现矿物中赤铁矿物与硅酸盐矿物的高效分离。但由于其铁品位低、嵌布粒度细、共生关系密切、利用成本较高，无论是改进的“脱硅”技术还是“提铁”技术，其过程工艺中的物理磨矿手段均较难实现矿物充分单体解离，导致部分夹带硅酸盐脉石矿物进入铁精矿，影响铁精矿质量；且对于我国普遍存在的铁矿资源而言，铁品位低也是造成铁矿石难处理的主要原因之一，加之铁矿中各组成微细粒的嵌布结构，选矿难度大大提升。现存的难选铁矿选矿工艺普遍存在工艺流程复杂、能耗大、成本高、对环境污染等问题，限制该矿的开发利用。

开发一种工艺流程简单、适用范围广、低能耗、经济环保的贫细化硅酸盐型难选赤铁矿石的选矿工艺一直是铁矿加工领域技术人员不懈追求的目标。

【发明内容】

本发明提供一种微细粒嵌布硅酸盐型氧化铁矿的选矿工艺，以解决在中国专利文献“一种针对含铁高硅酸盐型铁矿的阶段磨矿-阶段选别工艺(授权公告号：CN103894283A)”公开的选矿工艺中存在的工艺复杂、能耗高、铁精矿质量低的问题。

为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种微细粒嵌布硅酸盐型氧化铁矿的选矿工艺，包括如下步骤：

S1、焙烧：将铁矿样干燥、碎矿、磨矿至-0.9mm，与农林剩余物和硫酸钠混合均匀，置于惰性气体氛围或缺氧氛围保护的微波反应装置内活化焙烧得到焙烧产物；

S2、酸浸：将S1得到的焙烧产物在惰性气体氛围保护下使焙烧产物在微波反应装置内自然冷却，取出后研磨，然后用酸溶液浸出除杂；

S3、磁选：将S2除杂后的产物洗涤至中性，接着低温干燥后球磨解离后得到矿浆，然后将矿浆进行弱磁选，得到铁精矿。

进一步的，S1中，所述铁矿样为硅酸盐型氧化铁矿，所述硅酸盐型氧化铁矿中硅铝为高岭石、伊利石或叶蜡石中的一种或两种以上混合物，所述硅酸盐型氧化铁矿中铁以赤铁矿、针铁矿等氧化铁矿形式存在。

进一步的，S1中，所述农林剩余物为秸秆、木屑、速生草或碱木质素中的一种或两种以上混合物。

进一步的，S1中，所述铁矿样、农林剩余物和硫酸钠的质量比为100:5～15:3～20。

进一步的，S1中，缺氧氛围的氧气体积比低于5％。

进一步的，S1中，活化焙烧具体为升温后保温，其中升温过程具体为：以20～80℃/min的升温速率升温至100～250℃，保温的时间为20～60min。

优选地，升温目标温度为200℃，保温的时间为30min。

进一步的，S2中，将S1得到的焙烧产物在惰性气体氛围保护下使焙烧产物在微波反应装置内自然冷却，取出后研磨至-0.25mm，然后用酸溶液浸出除杂。

进一步的，S2中，酸溶液为硫酸溶液、硝酸溶液或盐酸溶液中任意一种，其中酸溶液的浓度为0.5～2.0mol/L，浸出温度为30～70℃，浸出时间5～30min，液固比为2:1～10:1；优选地，硫酸浓度为0.7mol/L，浸出温度为60℃，浸出时间10min，液固比为5:1。

进一步的，S3中，矿浆的浓度调节为50％，弱磁选的强度为80～300kA/m。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明联合化学法脱硅和弱磁选进行脱硅提铁，其工艺技术的关键是以微波为活化焙烧热源，在焙烧过程中使硫酸钠与活化后硅酸盐脉石矿物发生反应，增强酸溶能力，农林剩余物的添加可促进酸溶脱硅，同时该反应过程中会出现液相固溶体，促进含铁矿物颗粒的聚集长大，降低磁选工艺前的磨矿能耗，增强磁选效果。

2、在惰性或缺氧氛围的微波场中，农林剩余物可碳化成生物炭，该类物质具有较强的还原能力，此外热裂解碳化过程中产生的可挥发性有机物也具有一定的还原能力，可将矿样中弱磁性赤铁矿物磁化，而磁化后的铁氧化物酸溶性降低，因此，可通过酸溶实现硅铝脉石矿物与铁矿物的一级分离，同时还原性氛围的存在可强化硫酸钠与活化后硅酸盐脉石矿物发生反应，加大硅铝脱除力度。

3、本发明采用微波为加热热源，矿石中的铁氧化物等吸波物质在微波场中升温速率较快，可强化农林剩余物的碳化过程，而碳化后的物质结构较为疏松，可解决传统铁矿焙烧加工过程中出现的烧结现象，节约磨矿成本，且微波加热热源的引入可有效的解决焙烧过程中加热不均匀现象，微波反应装置即开即关，反应易于控制。

4、酸浸后富含硅铝的溶液可通过传统净化工艺实现其资源最大化利用，浸出酸液回收后可多次重复利用，达到绿色选矿、资源循环利用的目的。

5、本发明的方法中铁矿样主要为硅铝脉石矿物，且主要以硅酸盐形式存在，铁主要以赤铁矿、针铁矿、褐铁矿等弱磁性氧化铁矿物为主，故本发明的选矿工艺对铁品位不限，杂质不限，因为可以通过磁选进一步除杂；农林剩余物为秸秆、木屑、速生草、碱木质素等生物质资源，主要起到使弱磁性铁矿磁化的目的，同时可促进硫酸钠与活化后硅酸盐反应，增强酸溶效果；

6、活化焙烧过程中以微波为加热热源，采用活化焙烧-酸溶-弱磁选联合工艺，本发明尤其对于难选微细粒嵌布硅酸盐型赤铁矿的加工回收具有明显的效果，且该工艺以可再生农林剩余物为添加剂，微波代替传统加热热源，不仅充分解决了我国极为丰富的农林剩余物的资源化利用的问题，而且具有工艺流程简单、添加剂来源广、成本低廉、环境污染少、设备简单、反应易于控制等优势，另外，本发明对于其他因硅酸盐型矿物难去除导致的产品质量不高的技术难题可提供一个可解决的理想途径，同时对硅酸盐矿物的回收利用具有重大的理论借鉴意义。

【附图说明】

图1为本发明一种公开微细粒嵌布硅酸盐型氧化铁矿的选矿工艺的流程图；

图2为本发明微细粒硅酸盐型氧化铁矿的BSEM图及各主要元素面扫描分布结果；

图3为本发明不同硫酸钠用量条件下浸出和磁选指标结果；

图4为本发明不同添加剂作用下原矿和焙烧矿的磁滞回线；

图5为本发明5％硫酸钠作用下焙烧产品的BSEM-EDS图。

【具体实施方式】

为便于更好地理解本发明，通过以下实例加以说明，这些实例属于本发明的保护范围，但不限制本发明的保护范围。

如图1所示，图1为本发明微细粒嵌布硅酸盐型氧化铁矿的选矿工艺的流程。

参照图1，本实施例提出的一种公开微细粒嵌布硅酸盐型氧化铁矿的选矿工艺，包括如下步骤：

S1、焙烧：将铁矿样干燥、碎矿、磨矿至-0.9mm，与农林剩余物和硫酸钠混合均匀，置于惰性气体氛围或缺氧氛围保护的微波反应装置内活化焙烧得到焙烧产物；

S2、酸浸：将S1得到的焙烧产物在惰性气体氛围保护下使焙烧产物在微波反应装置内自然冷却，取出后研磨，然后用酸溶液浸出除杂；

S3、磁选：将S2除杂后的产物洗涤至中性，接着低温干燥后球磨解离后得到矿浆，然后将矿浆进行弱磁选，得到铁精矿。

实施例1

一种微细粒嵌布硅酸盐型氧化铁矿的选矿工艺，包括如下步骤：

S1、焙烧：按重量份将100份铁矿样干燥、碎矿、磨矿至0.25mm，与5份农林剩余物和5份硫酸钠混合均匀，置于惰性气体氛围或缺氧氛围保护的微波反应装置内反应，升温速率设定为40℃，焙烧目的温度为200℃，保温时间为30min，活化焙烧得到焙烧产物；

S2、酸浸：将S1得到的焙烧产物在氮气氛围保护下使焙烧产物在微波反应装置内自然冷却，取出后研磨至0.25mm，然后按固液比为10:1于60℃浓度为0.7mol/L硫酸溶液中溶出5min，得到除杂后的产物；

S3、磁选：将S2除杂后的产物洗涤至中性，固液分离后湿法球磨至0.34mm，矿浆浓度调节为50％后于磁选强度为164kA/m的弱酸选中磁选回收铁，溶出产品铁品位可由原矿的40.10％提高至51.24％，磁选精矿铁品位为57.10％，铁回收率为83.52％，Mn为铁精矿中仅次于Fe的元素，含量达9.48％，铁精矿中硅、铝含量仅分别为1.59％、2.90％，硅、铝总脱除率分别达86.52％、81.90％，因此，该铁精矿完全可用作钢铁行业的原材料。

如图2所示，附图2为蓝山氧化铁锰矿的原矿样的BSEM-主要元素面扫图，可以看出矿石以同心环鲕状结合体存在，鲕型颗粒形态清晰，粒度在1mm左右，旁边还有各元素均匀分布的胶状构造。各元素均紧密连生，分布比较均匀，呈现极细粒嵌布状态，属于典型的难选微细粒硅酸盐型氧化铁矿。

实施例2

一种微细粒嵌布硅酸盐型氧化铁矿的选矿工艺，包括如下步骤：

S1、焙烧：按重量份将100份铁矿样干燥、碎矿、磨矿至0.25mm，与5份农林剩余物和5份硫酸钠混合均匀，置于惰性气体氛围或缺氧氛围保护的微波反应装置内反应，升温速率设定为40℃，焙烧目的温度为200℃，保温时间为30min，活化焙烧得到焙烧产物；

S2、酸浸：将S1得到的焙烧产物在氮气氛围保护下使焙烧产物在微波反应装置内自然冷却，取出后研磨至0.25mm，然后按固液比为10:1于60℃浓度为0.7mol/L硫酸溶液中溶出20min，得到除杂后的产物，溶出产品铁品位为52.77％，铁回收率为96.56％；

S3、磁选：将S2除杂后的产物洗涤至中性，固液分离后湿法球磨至0.34mm，矿浆浓度调节为50％后于磁选强度为164kA/m的弱酸选中磁选回收铁，磁选精矿铁品位为56.92％，铁回收率为76.32％。

实施例3

一种微细粒嵌布硅酸盐型氧化铁矿的选矿工艺，包括如下步骤：

S1、焙烧：按重量份将100份铁矿样干燥、碎矿、磨矿至0.25mm，与5份农林剩余物和5份硫酸钠混合均匀，置于惰性气体氛围或缺氧氛围保护的微波反应装置内反应，升温速率设定为40℃，焙烧目的温度为200℃，保温时间为30min，活化焙烧得到焙烧产物；

S2、酸浸：将S1得到的焙烧产物在氮气氛围保护下使焙烧产物在微波反应装置内自然冷却，取出后研磨至0.25mm，然后按固液比为10:1于60℃浓度为2.0mol/L硫酸溶液中溶出5min，得到除杂后的产物，溶出产品铁品位为52.20％，回收率为91.99％；

S3、磁选：将S2除杂后的产物洗涤至中性，固液分离后湿法球磨至0.074mm，矿浆浓度调节为50％后于磁选强度为164kA/m的弱酸选中磁选回收铁，磁选精矿铁品位为56.91％，铁回收率为73.32％，硅、铝溶出率分别为61.91％、45.73％。

对比例1

在同样焙烧、酸浸、磁选条件下，不添加硫酸钠时，硅、铝的溶出率分别仅为14.31％、12.24％，溶出产品铁品位仅为46.31％，磁选铁精矿铁品位仅提高至49.50％。参照附图3，附图3为不同硫酸钠用量条件下浸出和磁选指标结果。参照附图4，附图4为不同添加剂作用下原矿和焙烧矿的磁滞回线，可看出硫酸钠的添加可增强焙烧矿的磁学性能。参照附图5，附图5为5％硫酸钠作用下焙烧产品的BSEM-EDS图，可发现硫酸钠添加可促进铁矿物颗粒的聚集长大，从而降低磨矿能耗、改善磁选结果。

以上内容不能认定本发明具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (7)

1.一种微细粒嵌布硅酸盐型氧化铁矿的选矿工艺，其特征在于，包括如下步骤：

S1、焙烧：将铁矿样干燥、碎矿、磨矿至-0.9mm，与农林剩余物和硫酸钠混合均匀，置于惰性气体氛围或缺氧氛围保护的微波反应装置内活化焙烧得到焙烧产物；

S2、酸浸：将S1得到的焙烧产物在氮气氛围保护下使焙烧产物在微波反应装置内自然冷却，取出后研磨，然后用酸溶液浸出除杂；

S3、磁选：将S2除杂后的产物洗涤至中性，接着低温干燥后球磨解离后得到矿浆，然后将矿浆进行弱磁选，得到铁精矿。

2.根据权利要求1所述的微细粒嵌布硅酸盐型氧化铁矿的选矿工艺，其特征在于，S1中，所述铁矿样为硅酸盐型氧化铁矿，所述硅酸盐型氧化铁矿中硅铝为高岭石、伊利石或叶蜡石中的一种或两种以上混合物，所述硅酸盐型氧化铁矿中铁以赤铁矿、针铁矿形式存在。

3.根据权利要求1所述的微细粒嵌布硅酸盐型氧化铁矿的选矿工艺，其特征在于，S1中，所述农林剩余物为秸秆、木屑、速生草或碱木质素中的一种或两种以上混合物。

4.根据权利要求1所述的微细粒嵌布硅酸盐型氧化铁矿的选矿工艺，其特征在于，S1中，所述铁矿样、农林剩余物和硫酸钠的质量比为100:5～15:3～20。

5.根据权利要求1所述的微细粒嵌布硅酸盐型氧化铁矿的选矿工艺，其特征在于，S1中，缺氧氛围的氧气体积比低于5％；活化焙烧具体为升温后保温，其中升温过程具体为：以20～80℃/min的升温速率升温至100～250℃，保温的时间为20～60min，优选地，保温的温度为200℃，保温的时间为30min。

6.根据权利要求1所述的微细粒嵌布硅酸盐型氧化铁矿的选矿工艺，其特征在于，S2中，将S1得到的焙烧产物在惰性气体氛围保护下使焙烧产物在微波反应装置内自然冷却，取出后研磨至-0.25mm，然后用酸溶液浸出除杂；酸溶液为硫酸溶液、硝酸溶液或盐酸溶液中任意一种，其中酸溶液的浓度为0.5～2.0mol/L，浸出温度为30～70℃，浸出时间5～30min，液固比为2:1～10:1；优选地，硫酸浓度为0.7mol/L，浸出温度为60℃，浸出时间10min，液固比为5:1。

7.根据权利要求1所述的微细粒嵌布硅酸盐型氧化铁矿的选矿工艺，其特征在于，S3中，矿浆的浓度调节为50％，弱磁选的强度为80～300kA/m。