CN114350940A - 一种还原弱磁性铁矿生产碱性铁精矿的方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及弱磁性铁矿磁化焙烧的技术领域，更具体地说，它涉及一种还原弱磁性铁矿生产碱性铁精矿的方法。该一种还原弱磁性铁矿生产碱性铁精矿的方法，将弱磁性铁矿、固体废含有机碳物质和用于提供二氧化碳的源物质干燥后粉碎，然后加入粘结剂和水压制成球团，在800‑900℃下焙烧球团，再将球团水淬冷却后球磨粉碎，最后经过三级磁选得到碱性铁精矿产品。该方法可将磁化焙烧的时间缩短至30‑45min，并且能够获得90%以上的全铁回收率，使用固体废含有机碳物质作为原料，变废为宝，大大降低了生产成本。
Description
技术领域
本申请涉及弱磁性铁矿磁化焙烧的技术领域，更具体地说，它涉及一种还原弱磁性铁矿生产碱性铁精矿的方法。
背景技术
钢铁是一种重要的工业原料，是衡量一个国家综合国力和工业水平的重要指标。随着世界钢铁工业的快速发展，全球优质铁矿石资源渐趋衰竭,劣质难选铁矿成为钢铁工业原料的主要来源。我国铁矿资源多而不富，以中低品位矿为主，矿石类型复杂，难选矿占比多，有些难选铁矿如褐铁矿、赤铁矿等的有用组分嵌布粒度细，或者与有害组分嵌布紧密，难以选别回收，造成铁矿物选矿回收率低，大量有用组分流失到尾矿中。开发利用这部分难选铁矿对于提高铁资源利用率，支撑钢铁工业供给具有重要意义。
为了合理利用劣质难选铁矿资源，现对难选及低品位弱磁性铁矿的选矿方法基本上都是采用磁化焙烧技术将弱磁性铁矿还原成强磁性铁矿，再利用物理选矿法回收。磁化焙烧时一般在球团中加入一定比例的煤作为还原剂，发生反应：
但球团内部存在的煤与弱磁性铁矿接触面积小，无法全面地、迅速地将球团内部的弱磁性铁矿还原生成强磁性铁矿，造成还原焙烧时间长(>60min)、还原率不高(<80％)，而且焙烧球团所需的温度在900℃以上。因此，需要开发一种还原率高、焙烧时间短、焙烧温度更低的磁化焙烧生产精铁矿的方法。
发明内容
为了提高弱磁性铁矿的还原率、缩短焙烧时间，本申请提供一种还原弱磁性铁矿生产碱性铁精矿的方法。
本申请提供的一种还原弱磁性铁矿生产碱性铁精矿的方法采用如下的技术方案：一种还原弱磁性铁矿生产碱性铁精矿的方法，包括以下步骤：
预处理：将弱磁性铁矿干燥至含水量(wt％)≤10％后粉碎得到待焙烧铁矿，将固体废含有机碳物质干燥至含水量(wt％)≤5％后粉碎得到含有机碳物料，将用于提供二氧化碳的源物质干燥至含水量(wt％)≤5％后粉碎得到二氧化碳源物料；
制备球团：将所述待焙烧铁矿、所述含有机碳物料、所述二氧化碳源物料以及粘结剂混合均匀，一边搅拌一边加水制得球团混料，再将所述球团混料制成球形并干燥，得到球团；
磁化焙烧：在800-1000℃下将所述球团隔绝空气焙烧30-60min，得到多孔还原球团；
冷却球磨：将所述多孔还原球团浸入水中冷却，研磨得到还原矿料；
磁选精矿：对所述还原矿料进行磁选得到铁精矿。
通过采用上述技术方案，将难选及低品位的弱磁性铁矿(如赤铁矿、褐铁矿等)、固体废含有机碳物质(如木材加工废料、中药材废渣等)和用于提供二氧化碳的源物质干燥并粉碎，便于混匀制备成球团。控制弱磁性铁矿、固体废含有机碳物质和用于提供二氧化碳的源物质的含水量，使得固体便于粉碎，也有利于提高制备球团时的成球率和降低球团之间的粘结率。
将粉碎后得到的待焙烧铁矿、含有机碳物料、二氧化碳源物料与粘结剂一起混匀，使得四种固体物均匀分布并充分接触，随后一边搅拌一边加水使粘结剂变得粘稠，球团混料中粘稠的粘结剂使得待焙烧铁矿、含有机碳物料和二氧化碳源物料容易被压制成比表面积大且不易破碎的球团，然后干燥球团进行定形。如果将四种固体物质，和水一起加入，大量粘结剂容易在接触到水时迅速结块，不便于得到均匀的球团，因此在加水时也需要搅拌促进均匀混合。
在隔绝空气焙烧球团时，球团中的含有机碳物料会炭化产生木炭(主要成分为C)和木煤气(主要成分为CO、CO2、CH4、H2)，而球团中的二氧化碳源物料在焙烧温度下会分解产生CO2，二氧化碳和木炭在高温下会反应生成还原性气体一氧化碳，在高温下木炭也会和焙烧炉中少量的氧气以及水蒸气发生反应，生成还原性气体一氧化碳和还原性气体氢气，化学反应方程式：
木煤气和由上述反应木炭生成的一氧化碳和氢气共同构成了混合还原剂，在焙烧温度下，多种还原性气体参与反应，共同将弱磁性的褐铁矿(Fe2O3·nH2O)、赤铁矿(Fe2O3)还原为强磁性的磁铁矿(Fe3O4)，化学反应方程式：
还原性气体将弱磁性的褐铁矿、赤铁矿还原为强磁性的磁铁矿后产生的二氧化碳气体会再次与球团中的木炭(在最初还原焙烧时与二氧化碳、氧气、水蒸气反应后剩余的木炭)反应生成一氧化碳还原性气体，一氧化碳还原性气体又将剩余的弱磁性的褐铁矿、赤铁矿还原为强磁性的磁铁矿。
球团内部的含有机碳物料产生有木煤气，二氧化碳源物料在焙烧温度下分解产生有二氧化碳气体，大量气体逸散会在球团内部生成许多细小的孔隙，使得球团的比表面积大大增加。木炭和二氧化碳、水蒸气、氧气反应后生成一氧化碳和氢气会使得球团内部孔隙进一步增多，比表面积进一步扩大。球团内部的多孔结构使得还原性气体与弱磁性铁矿的接触面积巨大，并且热量易于传递到球团中心部位，有利于氧化还原反应全面、迅速地进行，弱磁性铁矿被还原成强磁性铁矿的还原时间大大缩短、还原焙烧温度降低，焙烧成本相应降低，同时得到更高的弱磁性铁矿还原率。
将焙烧后得到的多孔还原球团浸入水中快速冷却，以防高温球团中的强磁性的四氧化三铁在冷却过程中又被空气中的氧气氧化成弱磁性的三氧化二铁。随后将冷却后的多孔还原球团研磨得到还原矿料，对还原矿料进行磁选作业，选出品质符合要求的铁精矿。焙烧好的多孔还原球团内部孔隙多、结构疏松，也使得球磨工序更加容易，有助于降低球磨成本。
优选的，在制备球团步骤中，所述球团混料中待焙烧铁矿、含有机碳物料、二氧化碳源物料、粘结剂以及总水量的质量比为待焙烧铁矿：含有机碳物料：二氧化碳源物料：粘结剂：总水量＝(79.0-85.5):(8-12):(6-8):(0.5-1.0):(14-16)。
通过采用上述技术方案，按一定的比例将待焙烧铁矿、含有机碳物料、二氧化碳源物料混合均匀，有利于焙烧时原料充分反应、减少浪费、降低成本。将粘结剂含量和总水量控制在合适范围内，从而控制粘结剂的黏度使得球团混料容易压制成球并且不易破碎，也使得球团之间不易粘结。
优选的，所述用于提供二氧化碳的源物质选自方解石、石灰石、白云石和菱镁矿中的至少一种。
通过采用上述技术方案，方解石(CaCO3)、石灰石(CaCO3)、白云石(CaCO3·MgCO3)、菱镁矿(MgCO3)在焙烧温度下分解生成二氧化碳以及氧化钙或氧化镁，化学反应方程式：
产生的二氧化碳与木炭反应生成还原性气体一氧化碳，一氧化碳将弱磁性铁矿还原为强磁性铁矿，便于磁选铁精矿。二氧化碳的产生还会使球团内部产生许多孔隙，增大了球团的比表面积，有利于一氧化碳等还原性气体与弱磁性铁矿接触，提高还原反应的速率和还原率。
产生的氧化钙和氧化镁为碱性氧化物，可使焙烧好的多孔还原球团在磁选作业后得到碱性铁精矿产品，在用碱性铁精矿炼铁炼钢时，渣、铁能够良好流畅地分离，有利于高炉生产正常进行。此外，氧化钙和氧化镁还能优先与二氧化硅反应生成硅酸钙、硅酸镁，有利于减少氧化铁与二氧化硅的反应，提高还原率和全铁回收率。
优选的，在制备球团步骤中，直径在10-15mm范围内的所述球团的质量占比大于90％。
若球团粒径过大，球团各部分受热不均匀，使得还原不均匀的现象严重，焙烧时间相应需要延长，也容易使球团外层出现过还原现象,即弱磁性的三氧化二铁(Fe2O3)还原为强磁性的磁铁矿(Fe3O4)后进一步被还原为弱磁性的氧化亚铁(FeO)；若球团粒径过小，制好的球团在移动与焙烧时容易破碎形成粉未与碎块，在还原焙烧时，粉未与碎块太多会阻碍热空气对球团的加热，使一些球团的焙烧温度达不到所要求的焙烧温度，不仅需要延长焙烧时间，还会降低全铁的回收率。
若球团之间的粒径相差过大，在粒径大的球团中弱磁性铁矿还未完全还原为强磁性铁矿时，粒径小的球团中弱磁性铁矿就已经完全还原为强磁性铁矿，并且强磁性铁矿会继续还原为弱磁性的氧化亚铁，化学反应方程式：
上述粒径小的球团发生过还原现象，使得铁精矿的全铁回收率降低。
优选的，在磁化焙烧步骤中，焙烧温度为800-900℃。
通过采用上述技术方案，焙烧温度在800-900℃范围内时，焙烧的铁精矿产率、弱磁性铁矿还原率都较为可观，且焙烧的能源成本不至过高，焙烧的总体生产利润高；焙烧温度小于800℃时，焙烧的铁精矿产率、弱磁性铁矿还原率相对较低，焙烧温度大于900℃时，氧化铁易与二氧化硅反应生成硅酸铁，会降低全铁回收率，并且焙烧成本高。
优选的，在磁化焙烧步骤中，焙烧时间为30-45min。
通过采用上述技术方案，焙烧时间在30-45min范围内时，焙烧的铁精矿产率、弱磁性铁矿还原率都较为可观，且焙烧的时间成本和能源成本不至过高，焙烧的总体生产利润高。
优选的，在冷却球磨步骤中，所述还原矿料中粒径小于0.074mm的颗粒的质量百分比80％。
当还原矿料的粒径过大时，一部分强磁性铁矿与二氧化硅等脉石矿物嵌布紧密形成连生体，还未单体解离，磁选时二氧化硅等脉石矿物会被强磁性铁矿带入到铁精矿中，使得铁精矿中全铁含量与全铁回收率降低；当因为过磨而使还原矿料的粒径过细时，一部分强磁性铁矿会因为过磨使粒径过细而无法被磁选进入铁精矿中，使得全铁回收率降低；而因为过磨得到的粒径过细的一部分杂质颗粒会与强磁性铁矿吸附在一起，在磁选时与强磁性铁矿一起进入到铁精矿中，导致全铁含量降低。
优选的，在磁选精矿步骤中，对所述还原矿料进行磁选Ⅰ工序得到粗精矿Ⅰ，对所述粗精矿Ⅰ进行磁选Ⅱ工序得到粗精矿Ⅱ，对所述粗精矿Ⅱ进行磁选Ⅲ工序得到铁精矿；磁选Ⅰ工序的磁场强度大于磁选Ⅱ工序的磁场强度，磁选Ⅱ工序的磁场强度大于磁选Ⅲ工序的磁场强度。
通过采用上述技术方案，磁选Ⅰ工序、磁选Ⅱ工序、磁选Ⅲ工序的磁场强度依次递减，使得粗精矿Ⅰ、粗精矿Ⅱ、铁精矿的全铁含量逐渐升高，最终得到全铁含量较高的铁精矿。
优选的，在磁选精矿步骤中，磁选Ⅰ工序、磁选Ⅱ工序、磁选Ⅲ工序的磁场强度均为0.15-0.25T。
通过采用上述技术方案，磁场强度在0.15-0.25T范围内时，互相成反比的铁精矿全铁含量和全铁回收率能够达到平衡。
优选的，在磁选精矿步骤中，磁选矿浆的质量浓度为25-35％。
若磁选矿浆浓度过大，铁精矿的质量会受到严重影响；若磁选矿浆浓度过小，在固体质量相等时矿浆的体积增大，增加了磁选时间，使得磁选生产成本增大。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、在焙烧球团时，球团内部会产生二氧化碳、一氧化碳、木煤气等大量气体，大量气体逸散会使得球团内部产生大量孔隙，极大地增加了球团的比表面积，有助于还原性气体将弱磁性铁矿还原为强磁性铁矿，有利于提高还原率和缩短还原焙烧时间。
2、本申请使用方解石、菱镁矿等作为用于提供二氧化碳的源物质时，可以分解产生二氧化碳气体，在球团内部形成大量孔隙，有利于提高还原焙烧速率和还原率；并且二氧化碳气体与木炭反应能够生成一氧化碳还原性气体，一氧化碳还原性气体比固体还原剂煤的还原速率更快、还原率更高。在高温下方解石、菱镁矿等还能分解产生氧化钙或氧化镁，使得焙烧好的多孔还原球团在磁选作业后得到碱性铁精矿产品，在炼铁炼钢时，可利用炉渣与铁水相对密度不同的特点使得渣、铁良好流畅地分离，有利于高炉生产正常进行。此外，氧化钙和氧化镁还能优先与二氧化硅反应生成硅酸钙、硅酸镁，有利于减少氧化铁与二氧化硅的反应，提高还原率和全铁回收率。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。予以特殊说明的是：以下实施例中未注明具体条件者按照常规条件或制造商建议的条件进行，以下实施例中所用原料除特殊说明外均可来源于普通市售，以下弱磁性铁矿的全铁含量均在40％以下。
以下实施例中弱磁性铁矿粉碎至粒径为-0.10mm≥80％，固体废含有机碳物质(棒状/块状)粉碎至粒径为-2.0mm≥90％，固体废含有机碳物质(片状)粉碎至粒径为-5.0mm≥90％，用于提供二氧化碳的源物质粉碎至粒径为-0.10mm≥90％。(粒径为-0.10mm≥80％解释为固体颗粒中粒径小于0.10mm的颗粒的质量占固体总质量的80％以上)
实施例1
本申请提供的一种还原弱磁性铁矿生产碱性铁精矿的方法，包括以下步骤：
预处理：将褐铁矿尾矿自然干燥后(含水量为9.40％)粉碎得到待焙烧铁矿，将植物垃圾(枯叶、枯树枝、枯草、根茎果壳等)自然干燥后(含水量为4.65％)粉碎得到含有机碳物料，将菱镁矿(主要成分MgCO3的含量大于90％)自然干燥后(含水量为4.71％)粉碎得到二氧化碳源物料。
制备球团：将855kg待焙烧铁矿、80kg含有机碳物料、60kg二氧化碳源物料以及5kg羧甲基纤维素投入到混合设备中混合均匀，在搅拌下慢慢喷入55kg水，喷入水的流量为4-5kg/min，制得球团混料。再将球团混料送入压球机中压制成球团(有质量占比为90％的球团直径在10-15mm范围内)，自然晾干。
磁化焙烧：将球团转移到竖炉中，在800℃下隔绝空气焙烧30min，得到多孔还原球团。
冷却球磨：将刚出炉的多孔还原球团迅速浸入水中冷却，随后在湿式球磨机中研磨至粒径为-0.074mm≥80％(0.074mm对应标准筛200目)，得到还原矿料。
磁选精矿：将还原矿料输送到半逆流式永磁脉冲滚筒磁选机中，对还原矿料进行磁场强度为0.25T的磁选Ⅰ工序得到粗精矿Ⅰ，再对粗精矿Ⅰ进行磁场强度为0.20T的磁选Ⅱ工序得到粗精矿Ⅱ，最后对粗精矿Ⅱ进行磁场强度为0.15T的磁选Ⅲ工序得到碱性铁精矿。磁选工序的矿浆质量浓度为35％。
对褐铁矿尾矿、碱性铁精矿产品以及还原矿料磁选后得到的尾矿进行多元素含量分析及方法性能测试(产率、全铁回收率、弱磁性铁矿还原率等)，结果见表1。
表1三种矿物的多元素含量分析及方法性能测试情况
实施例2-7
实施例2-7与实施例1的不同之处在于焙烧时间分别为35min、40min、45min、50min、55min、60min，具体见表2。
表2实施例2-7的焙烧时间条件
| 项目名称 | 焙烧时间/min |
| 实施例2 | 35 |
| 实施例3 | 40 |
| 实施例4 | 45 |
| 实施例5 | 50 |
| 实施例6 | 55 |
| 实施例7 | 60 |
实施例8-11
实施例8-11与实施例1的不同之处在于焙烧温度分别为850℃、900℃、950℃、1000℃，具体见表3。
表3实施例8-11的焙烧温度条件
| 项目名称 | 焙烧温度/℃ |
| 实施例8 | 850 |
| 实施例9 | 900 |
| 实施例10 | 950 |
| 实施例11 | 1000 |
实施例12-15
实施例12-15与实施例1的不同之处在于直径在10-15mm范围内的球团质量占总质量的比值分别为60％、70％、80％、100％，具体见表4。
表4
实施例16-23
实施例16-23与实施例1的区别在于制得的球团粒径范围不同，具体见表5。
表5
| 项目名称 | 球团粒径范围/mm |
| 实施例16 | 5-10 |
| 实施例17 | 5-15 |
| 实施例18 | 5-20 |
| 实施例19 | 10-20 |
| 实施例20 | 10-25 |
| 实施例21 | 15-20 |
| 实施例22 | 15-25 |
| 实施例23 | 15-30 |
实施例24-27
实施例24-27与实施例1的区别在于球磨后得到的还原矿料的粒径不同，具体见表6。
表6
| 项目名称 | 球磨粒径/mm |
| 实施例24 | -0.15(标准筛100目) |
| 实施例25 | -0.10(标准筛150目) |
| 实施例26 | -0.055(标准筛250目) |
| 实施例27 | -0.037(标准筛400目) |
实施例28
实施例28与实施例1的区别在于将还原矿料输送到半逆流式永磁脉冲滚筒磁选机中，对还原矿料进行磁场强度为0.20T的磁选工序得到碱性铁精矿。
实施例29
实施例29与实施例1的区别在于将还原矿料输送到半逆流式永磁脉冲滚筒磁选机中，对还原矿料进行磁场强度为0.25T的磁选工序得到碱性铁精矿。
实施例30
实施例30与实施例1的区别在于将还原矿料输送到半逆流式永磁脉冲滚筒磁选机中，对还原矿料进行磁场强度为0.30T的磁选工序得到碱性铁精矿。
实施例31
实施例31与实施例1的区别在于将还原矿料输送到半逆流式永磁脉冲滚筒磁选机中，对还原矿料进行磁场强度为0.25T的磁选Ⅰ工序得到粗精矿Ⅰ，再对粗精矿Ⅰ进行磁场强度为0.20T的磁选Ⅱ工序得到碱性铁精矿。
实施例32
实施例32与实施例1的区别在于将还原矿料输送到半逆流式永磁脉冲滚筒磁选机中，对还原矿料进行磁场强度为0.25T的磁选Ⅰ工序得到粗精矿Ⅰ，再对粗精矿Ⅰ进行磁场强度为0.20T的磁选Ⅱ工序得到粗精矿Ⅱ，最后对粗精矿Ⅱ进行磁场强度为0.10T的磁选Ⅲ工序得到碱性铁精矿。
实施例33
实施例32与实施例1的区别在于将还原矿料输送到半逆流式永磁脉冲滚筒磁选机中，对还原矿料进行磁场强度为0.25T的磁选Ⅰ工序得到粗精矿Ⅰ，再对粗精矿Ⅰ进行磁场强度为0.20T的磁选Ⅱ工序得到粗精矿Ⅱ，最后对粗精矿Ⅱ进行磁场强度为0.20T的磁选Ⅲ工序得到碱性铁精矿。
实施例34
预处理：将弱磁性混合矿物(褐铁矿、赤铁矿)自然干燥后(含水量为9.21％)粉碎得到待焙烧铁矿，将木材加工废料(木屑、树皮、树根、边角料等)自然干燥后(含水量为4.95％)粉碎得到含有机碳物料，将白云石(主要成分CaCO3·MgCO3的含量大于90％)自然干燥后(含水量为4.68％)粉碎得到二氧化碳源物料。
制备球团：将790kg待焙烧铁矿、120kg含有机碳物料、80kg二氧化碳源物料以及10kg羧甲基纤维素投入到混合设备中混合均匀，在搅拌下慢慢喷入65kg水，喷入水的流量为4-5kg/min，制得球团混料。再将球团混料送入压球机中压制成球团(有质量占比为90％的球团直径在10-15mm范围内)，自然晾干。
磁化焙烧：将球团转移到竖炉中，在850℃下隔绝空气焙烧40min，得到多孔还原球团。
冷却球磨：将刚出炉的多孔还原球团迅速浸入水中冷却，随后在湿式球磨机中研磨至粒径为-0.074mm≥80％，得到还原矿料。
磁选精矿：将还原矿料输送到半逆流式永磁脉冲滚筒磁选机中，对还原矿料进行磁场强度为0.25T的磁选Ⅰ工序得到粗精矿Ⅰ，再对粗精矿Ⅰ进行磁场强度为0.20T的磁选Ⅱ工序得到粗精矿Ⅱ，最后对粗精矿Ⅱ进行磁场强度为0.15T的磁选Ⅲ工序得到碱性铁精矿。磁选工序的矿浆质量浓度为25％。
实施例35
预处理：将赤铁矿自然干燥后(含水量为8.73％)粉碎得到待焙烧铁矿，将废包装用品(废纸壳/板、废包装木板等)自然干燥后(含水量为4.62％)粉碎得到含有机碳物料，将石灰石(主要成分CaCO3的含量大于90％)自然干燥后(含水量为4.73％)粉碎得到二氧化碳源物料。
制备球团：将825kg待焙烧铁矿、100kg含有机碳物料、70kg二氧化碳源物料以及7.5kg羧甲基纤维素投入到混合设备中混合均匀，在搅拌下慢慢喷入60kg水，喷入水的流量为4-5kg/min，制得球团混料。再将球团混料送入压球机中压制成球团(有质量占比为90％的球团直径在10-15mm范围内)，自然晾干。
磁化焙烧：将球团转移到竖炉中，在900℃下隔绝空气焙烧45min，得到多孔还原球团。
冷却球磨：将刚出炉的多孔还原球团迅速浸入水中冷却，随后在湿式球磨机中研磨至粒径为-0.074mm≥80％，得到还原矿料。
磁选精矿：将还原矿料输送到半逆流式永磁脉冲滚筒磁选机中，对还原矿料进行磁场强度为0.25T的磁选Ⅰ工序得到粗精矿Ⅰ，再对粗精矿Ⅰ进行磁场强度为0.20T的磁选Ⅱ工序得到粗精矿Ⅱ，最后对粗精矿Ⅱ进行磁场强度为0.15T的磁选Ⅲ工序得到碱性铁精矿。磁选工序的矿浆质量浓度为30％。
对比例1
对比例1与实施例1的不同之处在于焙烧时间为25min。
对比例2
对比例2与实施例1的区别在于焙烧温度为750℃。
对比例3
对比例3与实施例1的区别在于焙烧温度为700℃。
对比例4
对比例4与实施例34的区别在于将刚出炉的多孔还原球团自然冷却，随后在湿式球磨机中研磨至粒径为-0.074mm≥80％，得到还原矿料。
对比例5
对比例5与实施例35的区别在于磁选工序的矿浆的浓度为20％(质量比)。
对比例6
对比例6与实施例35的区别在于磁选工序的矿浆的浓度为40％(质量比)。
对比例7
预处理：将褐铁矿尾矿自然干燥后(含水量为9.40％)粉碎得到待焙烧铁矿，将无烟煤粉碎得到煤粉，煤粉的粒径小于0.2mm。
制备球团：将855kg待焙烧铁矿、64.8kg煤粉以及5kg羧甲基纤维素投入到混合设备中混合均匀，在搅拌下慢慢喷入55kg水，喷入水的流量为4-5kg/min，制得球团混料。再将球团混料送入压球机中压制成球团(有质量占比为90％的球团直径在10-15mm范围内)，自然晾干。
磁化焙烧：将球团转移到竖炉中，在800℃下隔绝空气焙烧55min，得到多孔还原球团。
冷却球磨：将刚出炉的多孔还原球团迅速浸入水中冷却，随后在湿式球磨机中研磨至粒径为-0.074mm≥80％，得到还原矿料。
磁选精矿：将还原矿料输送到半逆流式永磁脉冲滚筒磁选机中，对还原矿料进行磁场强度为0.25T的磁选Ⅰ工序得到粗精矿Ⅰ，再对粗精矿Ⅰ进行磁场强度为0.20T的磁选Ⅱ工序得到粗精矿Ⅱ，最后对粗精矿Ⅱ进行磁场强度为0.15T的磁选Ⅲ工序得到碱性铁精矿。磁选工序的矿浆质量浓度为35％。
对比例8
对比例8与对比列7的不同之处在于焙烧时间为60min。
对比例9
对比例9与对比例7的不同之处在于焙烧时间为30min，焙烧温度为850℃。
对比例10
对比例10与对比列9的不同之处在于焙烧温度为900℃。
性能检测试验
对实施例1-23、对比例1-3、对比例7-10进行方法性能测试(产率、全铁回收率、弱磁性铁矿还原率)，结果见表7。
表7
对实施例1、实施例24-33进行方法性能测试(产率、全铁含量、全铁回收率)，结果见表8。
表8
| 项目名称 | 产率/％ | 全铁含量/％ | 全铁回收率/％ |
| 实施例1 | 42.95 | 63.23 | 90.16 |
| 实施例24 | 44.06 | 62.01 | 91.23 |
| 实施例25 | 43.4 | 62.72 | 90.78 |
| 实施例26 | 42.21 | 63.19 | 86.27 |
| 实施例27 | 41.43 | 62.8 | 81.96 |
| 实施例28 | 46.37 | 59.89 | 94.16 |
| 实施例29 | 47.01 | 59.47 | 95.03 |
| 实施例30 | 49.06 | 58.45 | 96.07 |
| 实施例31 | 44.57 | 61.96 | 92.08 |
| 实施例32 | 42.80 | 63.33 | 84.83 |
| 实施例33 | 43.52 | 62.75 | 90.44 |
对实施例1、实施例34-35、对比例4-6进行方法性能测试(产率、全铁回收率、全铁含量、弱磁性铁矿还原率)，结果见表9。
表9
| 项目名称 | 产率/％ | 全铁回收率/％ | 全铁含量/％ | 弱磁性铁矿还原率/％ |
| 实施例1 | 42.95 | 90.16 | 63.23 | 90.16 |
| 实施例34 | 64.89 | 89.19 | 62.02 | 89.19 |
| 实施例35 | 48.27 | 85.2 | 62.52 | 85.2 |
| 对比例4 | 60.15 | 84.28 | / | 84.28 |
| 对比例5 | 48.22 | 85.14 | 62.28 | 85.14 |
| 对比例6 | 48.38 | 85.25 | 62.08 | 85.25 |
根据表1的数据可知，在弱磁性铁矿褐铁矿尾矿的全铁含量较低的情况下，通过本方法生产得到的铁精矿产品的全铁含量比褐铁矿尾矿的全铁含量提高了一倍，并且产品中碱性氧化物(氧化钙、氧化镁)的含量大于酸性氧化物(二氧化硅、三氧化二铝)的含量，得到了碱性精铁矿产品。碱性精铁矿产品的全铁回收率(弱磁性铁矿还原率)达到了90.16％，相比于煤还原弱磁性铁矿的方法的还原率(小于80％)具有可观的提高，提高了弱磁性铁矿的利用率，使得生产效益大大增加。
如表7所示，根据实施例1、实施例2-7和对比例1，在其他条件相同的情况下，改变焙烧时间，当焙烧时间达到30min后，产率达到了约43％，全铁回收率达到了90％以上。再继续延长焙烧时间至60min时，虽然各项指标(产率、全铁回收率、弱磁性铁矿还原率)随时间的增长有一定提高，但提高幅度较小，分别只提高了0.43％、0.94％、0.94％，但焙烧时间却延长了一倍，焙烧生产成本相应地几乎增大了一倍，造成生产利润大大降低。焙烧时间过长，还可能使得还原得到的强磁性铁矿被过还原成弱磁性的氧化亚铁，降低全铁回收率。而焙烧时间低于30min时，各项指标(产率、全铁回收率、弱磁性铁矿还原率)不理想，会造成生产利润降低，因此，最佳焙烧时间为30-45min。
如表7所示，根据实施例1和实施例8-11和对比例2-3，在其他条件相同的情况下，改变焙烧温度，当焙烧温度达到800℃后，产率达到了约43％，全铁回收率达到了90％以上。再提高焙烧温度至1000℃时，各项指标(产率、全铁回收率、弱磁性铁矿还原率)的提高幅度较小，分别只提高了0.44％、1.03％、1.03％，但焙烧温度却要升高200℃，焙烧生产成本需要增大许多，会导致生产利润降低。而且焙烧温度超过900℃后，铁矿容易与二氧化硅反应生成硅酸铁，会降低全铁回收率。而还原焙烧温度低于800℃时，各项指标(产率、全铁回收率、弱磁性铁矿还原率)不理想，会使生产利润降低，因此，最佳焙烧温度为800-900℃。
如表7所示，根据实施例1和实施例12-15，在其他条件相同的情况下，改变球团(粒径在10-15mm范围内)的质量占比，当球团(粒径在10-15mm范围内)的质量占比达到90％后，再提高球团(粒径在10-15mm范围内)的质量占比至100％时，各项指标(产率、全铁回收率、弱磁性铁矿还原率)的提高幅度较小，分别只提高了0.09％、0.15％、0.15％。而球团(粒径在10-15mm范围内)的质量占比低于90％时，各项指标(产率、全铁回收率、弱磁性铁矿还原率)开始显著性的下降，会使生产利润降低，因此，最佳的球团(粒径在10-15mm范围内)的质量占比为90％。
如表7所示，根据实施例1和实施例16-23，在其他条件相同的情况下，改变球团粒径，当球团粒径为10-15mm时，各项指标(产率、全铁回收率、弱磁性铁矿还原率)最佳。当球团粒径为5-10mm时，球团因为粒径过小在移动过程中比较易碎，粉末与碎块太多不利于球团的加热；当球团粒径为15-30mm时，球团因为粒径过大容易出现还原不均匀的现象。当球团粒径为10-25mm时，球团可能因为粒径过大出现还原不均匀的现象，也可能因为球团粒径相差过大导致粒径小的球团过还原，使得产率和全铁回收率降低。因此，球团的最佳粒径为10-15mm。
如表7所示，根据实施例1和对比例7-8，添加了无烟煤的球团焙烧55min时的产率为42.81％、弱磁性铁矿还原率为89.95％，添加了无烟煤的球团焙烧60min时的产率为43.05％、弱磁性铁矿还原率为90.41％，相当于实施例1中球团焙烧30min时的产率和弱磁性铁矿还原率。因此，在得到相同的产率、全铁回收率和弱磁性铁矿还原率的情况下，实施例1的方法比对比例7-8的方法所需的焙烧时间短25-30min，几乎缩短了一倍的焙烧时间，能够大大降低生产成本。
如表7所示，根据实施例1和对比例9-10，添加了无烟煤的球团在850℃下焙烧时的产率为42.59％、弱磁性铁矿还原率为89.34％，添加了无烟煤的球团在900℃下焙烧时的产率为43.23％、弱磁性铁矿还原率为90.82％，相当于实施例1中球团在800℃下焙烧时的产率和弱磁性铁矿还原率。因此，在得到相同的产率、全铁回收率和弱磁性铁矿还原率的情况下，实施例1的方法比对比例9-10的方法所需的焙烧温度低50-100℃，大大降低了焙烧成本。
如表8所示，根据实施例1和实施例24-27，还原矿料粒径在-0.074mm时，磁选后得到的碱性铁精矿产品的全铁含量、产率、回收率都较理想。还原矿料粒径在大于0.074mm时，碱性铁精矿产品的产率、回收率只比矿物粒径在-0.074mm时高一点，但碱性铁精矿产品的全铁含量降低较多，这是由于部分磁铁矿物与杂质还没有单体解离，在磁选过程中，杂质会一起被带入到碱性铁精矿中，使得全铁含量降低。铁精矿中全铁含量的降低所带来的减少的利润收益部分大于产率、回收率提高所带来的利润收益部分。
还原矿料粒径在小于0.055mm时，有一部分磁铁矿物因过磨现象使粒径太细，磁选过程中无法磁选上来进入铁精矿产品中，而进入尾矿中造成回收率与产率降低。还有一部分磁铁矿物与杂质都因过磨现象使粒径太细会造成相互吸附粘在一起，在磁选过程中一部分粒径太细的杂质会吸附粘在磁铁矿物上，磁选过程中一起被磁选上来进入铁精矿产品中，使碱性铁精矿中的全铁含量降低。因此碱性铁精矿产品的全铁含量、产率、回收率都会比矿物粒径在-0.074mm时降低。所以还原料的磁选粒级最佳范围为-0.074mm。
如表8所示，根据实施例1和实施例28-30，磁选作业后得到的铁精矿的全铁含量随磁场强度越高而降幅越大，产率与回收率随磁场强度越高而升幅越大。这是因为磁选作业只有一次时，磁选后得到的粗精矿中杂质与贫连生体较多。第二次磁选作业与第三次磁选作业，将粗精矿中杂质与贫连生体去除，达到了提高铁精矿中全铁含量的目的，使得生产利润最大化。并且磁场强度越高,还原矿料中的强磁性铁矿与杂质脉石的贫连生体会因磁场强度的提高而被磁选进入到粗精矿中质量越多，而使磁选后得到的磁铁粗精矿中全铁含量随磁场强度越高而降幅越大，产率与回收率随磁场强度越高而升幅越大。
如表8所示，实施例31与实施例28-30相比可知,磁选作业两次(实施例31)比磁选作业一次(实施例28-30)后得到的铁精矿的全铁含量更高,产率与回收率下降,但全铁含量的提高所带来的增加的利润收益大于产率、回收率下降所带来的减小的利润收益。
如表8所示，实施例31(两次磁选作业)与实施例1(三次磁选作业)相比,磁选作业后得到的铁精矿的全铁含量降低,产率与回收率增加,但全铁含量降低减少的利润收益大于产率、回收率提高所带来的利润收益，因此实施例1的利润收益大于实施例31。因此，根据实施例1和实施例28-31，三次磁选作业比两次磁选作业以及一次磁选作业所带来的利润收益更大。
如表8所示，实施例32与实施例1相比，前两次磁选作业的磁场强度相同，实施例32第三次磁选作业的磁场强度比实施例1小，磁选作业后得到的铁精矿的全铁含量只高一点,但回收率却显著性的降低,这是因为磁场强度越小,还原矿料中的强磁性铁矿与杂质脉石的富连生体会因磁场强度的降低无法被磁选进入到铁精矿中，而是进入到尾矿中，使产率与回收率降低。
如表8所示，实施例33与实施例1相比，前两次磁选作业的磁选场强相同，实施例33第三次磁选作业的磁选场强比实施例1高，磁选作业后得到的铁精矿的全铁含量降低而产率与回收率都增大,这是因为磁选场强越高,还原矿料中的强磁性铁矿与杂质脉石的富贫生体会因磁选场强的提高而被磁选进入到铁精矿中，使产率与回收率提高。
如表9所示，根据对比例4和实施例34，出炉的多孔还原球团用自然冷却法比水迅速浸入水中冷却法磁选后得到的碱性铁精矿产品的产率、回收率都更差，约降低了4-5％，这是因为在自然冷却过程中。刚出炉的多孔还原球团温度高，可以迅速的与空气中的氧发生氧化反应又生成弱磁性的三氧化二铁而在磁选过程中进入尾矿中，使磁选后得到的碱性铁精矿产品的产率、回收率都更差。
如表9所示，根据对比例5-6和实施例35，磁选矿浆浓度为20％时。磁选后得到的碱性铁精矿产品的全铁含量、产率、回收率与磁选矿浆浓度为30％时基本相等,但因在固体质量相等时矿浆的体积增大，增加了磁选时间，使得磁选生产成本增大。磁选矿浆浓度为40％时。磁选后得到的碱性铁精矿产品的全铁含量、产率、回收率与磁选矿浆浓度为30％时相比，全铁含量降低。产率增加、回收率基本相等。但因铁精矿中全铁含量的降低所带来的减少的利润收益部分大于产率提高所带来的利润收益部分。所以磁选矿浆浓度最佳范围为25-35％。
以上具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对以上实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (10)
1.一种还原弱磁性铁矿生产碱性铁精矿的方法，其特征在于，包括以下步骤：
预处理：将弱磁性铁矿干燥至含水量（wt%）≤10%后粉碎得到待焙烧铁矿，将固体废含有机碳物质干燥至含水量（wt%）≤5%后粉碎得到含有机碳物料，将用于提供二氧化碳的源物质干燥至含水量（wt%）≤5%后粉碎得到二氧化碳源物料；
制备球团：将所述待焙烧铁矿、所述含有机碳物料、所述二氧化碳源物料以及粘结剂混合均匀，一边搅拌一边加水制得球团混料，再将所述球团混料制成球形并干燥，得到球团；
磁化焙烧：在800-1000℃下将所述球团隔绝空气焙烧30-60min，得到多孔还原球团；
冷却球磨：将所述多孔还原球团浸入水中冷却，研磨得到还原矿料；
磁选精矿：对所述还原矿料进行磁选得到铁精矿。
2.根据权利要求1所述的一种还原弱磁性铁矿生产碱性铁精矿的方法，其特征在于，在制备球团步骤中，所述球团混料中待焙烧铁矿、含有机碳物料、二氧化碳源物料、粘结剂以及总水量的质量比为待焙烧铁矿：含有机碳物料：二氧化碳源物料：粘结剂：总水量=(79.0-85.5):(8-12):(6-8):（0.5-1.0）:(14-16)。
3.根据权利要求1所述的一种还原弱磁性铁矿生产碱性铁精矿的方法，其特征在于，所述用于提供二氧化碳的源物质选自方解石、石灰石、白云石和菱镁矿中的至少一种。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种还原弱磁性铁矿生产碱性铁精矿的方法，其特征在于，在制备球团步骤中，直径在10-15mm范围内的所述球团的质量占比大于90%。
5.根据权利要求1所述的一种还原弱磁性铁矿生产碱性铁精矿的方法，其特征在于，在磁化焙烧步骤中，焙烧温度为800-900℃。
6.根据权利要求1所述的一种还原弱磁性铁矿生产碱性铁精矿的方法，其特征在于，在磁化焙烧步骤中，焙烧时间为30-45min。
7.根据权利要求1所述的一种还原弱磁性铁矿生产碱性铁精矿的方法，其特征在于，在冷却球磨步骤中，所述还原矿料中粒径小于0.074mm的颗粒的质量百分比 80%。
8.根据权利要求1所述的一种还原弱磁性铁矿生产碱性铁精矿的方法，其特征在于，在磁选精矿步骤中，对所述还原矿料进行磁选Ⅰ工序得到粗精矿Ⅰ，对所述粗精矿Ⅰ进行磁选Ⅱ工序得到粗精矿Ⅱ，对所述粗精矿Ⅱ进行磁选Ⅲ工序得到铁精矿；磁选Ⅰ工序的磁场强度大于磁选Ⅱ工序的磁场强度，磁选Ⅱ工序的磁场强度大于磁选Ⅲ工序的磁场强度。
9.根据权利要求8所述的一种还原弱磁性铁矿生产碱性铁精矿的方法，其特征在于，在磁选精矿步骤中，磁选Ⅰ工序、磁选Ⅱ工序、磁选Ⅲ工序的磁场强度均为0.15-0.25T。
10.根据权利要求1所述的一种还原弱磁性铁矿生产碱性铁精矿的方法，其特征在于，在磁选精矿步骤中，磁选矿浆的质量浓度为25-35%。
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