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酒钢-1 mm 镜铁矿粉矿微波磁化焙烧—弱磁选试验
2014-12-22
鉴于酒钢-1 mm 镜铁矿粉矿采用常规选矿方法难以获得好的分选指标,进行常规磁化焙烧 —弱磁选又 需解决球团问题,以哈密烟煤为还原剂,对该粉矿开展了微波磁化焙烧—弱磁选研究,考察了煤粉用 量、微波功率、焙 烧温度、焙烧时间、焙烧产品磨矿细度和弱磁选磁场强度对所获铁精矿指标的影响。试验结果表 明,在煤粉与矿石的 质量比为5%、微波功率为1 kW、焙烧温度为550 ℃ 条件下将该粉矿微波磁化焙烧15 min,然后将 焙烧矿磨细至- 0. 074 mm 占85. 65%,在92. 16 kA/ m 磁场强度下进行1 次磁选管选别,可获得铁精矿铁品位 为55. 1...
Series No. 462 金ꢀ ꢀ 属ꢀ ꢀ 矿ꢀ ꢀ 山ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 总 第 462 期 METAL MINE 2014年第 12 期 Decemberꢀ 2014ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 酒钢 ꢁ1 mm 镜铁矿粉矿微波磁化焙烧—弱磁选试验 1 1,2 1 1 1 1 马ꢀ 浩 ꢀ 陈铁军 ꢀ 刘ꢀ 伟 ꢀ 黄献宝 ꢀ 苏ꢀ 涛 ꢀ 屈万刚 ( 1. 武汉科技大学资源与环境工程学院,湖北 武汉 430081; 2 . 冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室,湖北 武汉 430081) 摘ꢀ 要ꢀ 鉴于酒钢 ꢁ 1 mm 镜铁矿粉矿采用常规选矿方法难以获得好的分选指标,进行常规磁化焙烧—弱磁选又 需解决球团问题,以哈密烟煤为还原剂,对该粉矿开展了微波磁化焙烧—弱磁选研究,考察了煤粉用量、微波功率、焙 烧温度、焙烧时间、焙烧产品磨矿细度和弱磁选磁场强度对所获铁精矿指标的影响。 试验结果表明,在煤粉与矿石的 质量比为 5% 、微波功率为 1 kW、焙烧温度为 550 ℃ 条件下将该粉矿微波磁化焙烧 15 min,然后将焙烧矿磨细至 ꢁ 0 . 074 mm 占 85. 65% ,在 92. 16 kA/ m 磁场强度下进行 1 次磁选管选别,可获得铁精矿铁品位为 55. 10% 、铁回收率为 6. 65% 的较好指标,从而为该 ꢁ 1 mm 镜铁矿粉矿中铁矿物的高效回收提供了一种新思路。 关键词ꢀ 酒钢 ꢁ 1 mm 镜铁矿粉矿ꢀ 微波磁化焙烧ꢀ 弱磁选 8 ꢀ ꢀ 中图分类号ꢀ TD951. 1ꢀ ꢀ ꢀ 文献标志码ꢀ Aꢀ ꢀ ꢀ 文章编号ꢀ 1001-1250(2014)-12-066-04 Experiment of the Process of Microwave Magnetization Roasting and Low Intensity Magnetic Separation for Fine Specularite at -1 mm of Jiugang 1 1,2 1 1 1 1 Ma Hao ꢀ Chen Tiejun ꢀ Liu Wei ꢀ Huang Xianbao ꢀ Su Tao ꢀ Qu Wan'gang ( 1. College of Resource and Environment Engineering,Wuhan University of Science and Technology,Wuhan 430081,China; 2 . Hubei Key Laboratory for Efficient Utilization and Agglomeration of Metallurgic Mineral Resources,Wuhan 430081,China) Abstractꢀ It is hard to obtain good separation index for the specularite at ꢁ 1 mm in Jiugang company by conventional beneficiation process. In the conventional magnetic roasting-low intensity magnetic separation,the problem of pellets has to be solved. With Hami bituminous coal as reducing agent,the process of the microwave magnetization roasting-low intensity magnet- ic separation study for fine ore is carried out to investigate the effect of the dosage of pulverized coal,microwave power,roasting temperature,roasting time,grinding fineness of roasted products and low intensity magnetic field strength on the iron concen- trate indexes. The test results showed that under the conditions of the mass ratio of pulverized coal to ore 5% ,microwave power 1 kW,and calcined at 550 ℃ ,the raw fine ores were treated by the microwave magnetizing roasting for 15 min,and then the roasted products are ground to the fineness of ꢁ 0. 074 mm 85. 65% . By this method,good indicators of iron concentrate with Fe grade of 55. 10% and Fe recovery of 86. 65% was achieved by adopting one-stage magnetic tube separation with magnetic field strength of 92. 16 kA/ m. The research provides a new idea for high efficient recovery of iron ore from fine specularite at ꢁ 1 mm. Keywordsꢀ ꢁ 1 mm fine specularite of Jiusteel,Microwave magnetizing roasting,Low intensity magnetic separation ꢀ ꢀ 酒钢镜铁矿粉矿品位低、矿物组成复杂、嵌布粒 采用微波加热的方式可以直接对含碳铁矿粉进 行碳热还原,这样可以省去球团制备过程;同时,由于 铁矿石吸收微波的能力较强以及微波可导致矿石颗 粒内部产生微裂隙,使得微波加热还具有可大大缩短 焙烧时间和有利于焙烧产物磨矿解离的特点。 本研 究以哈密烟煤作为还原剂,对酒钢 ꢁ 1 mm 镜铁矿粉 矿进行微波磁化焙烧—磨矿—弱磁选试验,取得了较 好的试验结果。 [ 1-2] 度较细,选别指标一直难以提高 。 磁化焙烧是目 [ 3-4] ,武汉科技 前处理难选铁矿石较典型、有效的方法 大学已完成了酒钢 ꢁ 15 mm 镜铁矿粉矿中 15 ~ 5 mm [ 5] 粒级的磁化焙烧—弱磁选研究 ,5 ~ 1 mm 粒级的 磁化焙烧—弱磁选研究也正在进行之中,但 ꢁ 1 mm 粒级进行常规磁化焙烧需要制备含碳球团,面临较大 [ 6] 的技术难题 。 收稿日期ꢀ 2014-10-11 作者简介ꢀ 马ꢀ 浩(1989—),男,硕士研究生。 · 66· ꢀ ꢀ ꢀ 马ꢀ 浩等:酒钢 ꢁ 1 mm 镜铁矿粉矿微波磁化焙烧—弱磁选试验 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2014 年第 12 期 1 ꢀ 试样和试验设备 1 . 1ꢀ 试ꢀ 样 试样主要化学成分分析结果见表 1。 由表 1 可 知,试样铁品位仅为 28. 69% ,SiO2 含量达 27. 21% , 有害元素 S、P 含量均不高。 表 1ꢀ 试样主要化学成分分析结果 Table 1ꢀ Main chemical component analysis of the sample % 成ꢀ 分 含ꢀ 量 成ꢀ 分 含ꢀ 量 TFe 28. 69 CaO FeO SiO 27. 21 2 Al O 2 3 5. 97 4. 17 P MgO 2. 54 MnO 0. 87 S 1. 75 0. 32 0. 03 ꢀ ꢀ 试样 X 射线衍射图谱见图 1。 由图 1 可以看出: 试样中铁矿物主要是赤铁矿(镜铁矿),其次是菱铁 矿;脉石矿物以石英为主,其次是重晶石、白云母、白 云石。 图 2ꢀ 试样显微镜照片 Fig. 2ꢀ Micrograph of the sample × 90 型锥形球磨机;弱磁选设备采用 HLXCGS ꢁ ϕ50 型磁选管。 2 ꢀ 试验方法 ( 1)每次取 300 g 原矿,与一定比例的煤粉混合 后装入加盖坩埚,置于微波马弗炉中,并调整微波功 率给微波马弗炉升温。 图 1ꢀ 试样 XRD 图谱 Fig. 1ꢀ XRD analysis of the sample H—赤铁矿;Q—石英;S—菱铁矿; B—重晶石;D—白云石;M—云母 (2)待炉温达到设定值后保温焙烧一定时间,关 闭微波炉,取出坩埚,将焙烧矿水淬冷却。 试样铁物相分析结果见表 2。 由表 2 可知:试样 中的铁主要赋存于赤褐铁矿中,其次以碳酸铁形式存 在,有少量硅酸铁、磁性铁、硫化铁。 ( 3)水淬样经干燥后,在 60% 磨矿浓度下球磨一 定时间,过滤、干燥,取 20 g 进行 1 次弱磁选,根据所 得精矿的铁品位、铁回收率指标确定合适的煤粉用 量、微波功率、焙烧温度、焙烧时间、磨矿细度和弱磁 选场强。 表 2ꢀ 试样铁物相分析结果 Table 2ꢀ Iron phase analysis of the sample % 铁相态 赤褐铁矿中铁 碳酸铁 金属量 21. 14 5. 22 分布率 73. 07 18. 04 5. 91 3 ꢀ 试验结果及分析 3. 1ꢀ 微波焙烧条件的确定 硅酸铁 1. 71 3 . 1. 1ꢀ 微波功率对精矿指标的影响 磁性铁 0. 52 1. 80 在煤粉与矿样的质量比为 5% 、焙烧温度为 550 硫化铁 0. 34 1. 18 全ꢀ 铁 28. 93 100. 00 ℃、保温时间 15 min、磨矿时间为 3 min、磁场强度为 92. 16 kA/ m 的条件下考察微波功率对精矿指标的影 响,试验结果见图 3。 ꢀ ꢀ 试样显微镜照片见图 2。 由图 2 可以看出,试样 中的铁矿物主要呈稠密浸染状或稀疏条带状分布于 脉石矿物中,嵌布粒度较细,在 0. 02 ~ 0. 2 mm 之间, 单体解离难度很大。 由图 3 可知,随着微波功率的增大,精矿的铁品 位和铁回收率均先小幅波动后急剧降低。 这是由于 微波功率增大使物料升温速率不断提高,当温度上升 1 . 2ꢀ 试验设备 微波焙烧设备采用 HAMiLab ꢁ C1500 型高温微 [ 7] 过快时物料会产生“热失控” 现象 ,最终物料因局 波马弗炉,额定功率为 3 kW,输入功率为 0. 2 ~ 1. 4 kW 连续可调;测温设备采用 Raytek 型红外测温仪, 量程为 250 ~ 1 450 ℃;磨矿设备采用 HLXMQ ꢁ ϕ240 部温度过高而烧结熔融,导致其孔隙率降低,阻碍还 [ 8] 原反应的进行 ;同时烧结熔融使已还原的铁矿物 与脉石矿物结合得更加紧密,影响磨矿和分选效率。 · 67· 总第 462 期ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金ꢀ ꢀ 属ꢀ ꢀ 矿ꢀ ꢀ 山ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2014 年第 12 期 图 3ꢀ 微波功率对精矿指标的影响 图 5ꢀ 焙烧温度对精矿指标的影响 Fig. 3ꢀ Effect of microwave power on product indexes Fig. 5ꢀ Effect of roasting temperature on product indexes ■ —铁品位; □ —铁回收率 ■ □ —铁品位; —铁回收率 但微波功率太低时矿样升温时间过长,如微波功率为 . 4 kW 时升温耗时达 45 min,而微波功率为 1 kW 时 升温仅需 15 min。 综合考虑,选择微波功率为 1 kW。 由图 5 可以看出,随着焙烧温度的提高,精矿的 铁品位在 55. 75% ~ 54. 63% 的小范围内呈总体下降 趋势,铁回收率则先由 17. 72% 急剧上升到 86. 65% , 之后趋于稳定。 0 3 . 1. 2ꢀ 煤粉用量对精矿指标的影响 在微波功率为 1 kW、焙烧温度为 550 ℃、保温时 焙烧温度较低时,还原不够充分,因此虽然精矿 铁品位较高,但铁回收率很低;焙烧温度较高时,生成 的磁铁矿会与脉石矿物发生黏结,因此虽然精矿铁回 收率较高,但精矿铁品位会受到一定影响。 根据图 5 结果,选择焙烧温度为 550 ℃。 间为 15 min、磨矿时间为 3 min、磁场强度为 92. 16 kA/ m 的条件下考察煤粉用量(与矿样的质量比,下 同)对精矿指标的影响,试验结果见图 4。 3. 1. 4ꢀ 保温时间对精矿指标的影响 在煤粉用量为 5% 、微波功率为 1 kW、焙烧温度 为 550 ℃、磨矿时间为 3 min、磁场强度为 92. 16 kA/ m 的条件下考察保温时间对精矿指标的影响,试验结 果见图 6。 图 4ꢀ 煤粉用量对精矿指标的影响 Fig. 4ꢀ Effect of the dosage of pulverized coal on product indexes ■ □ —铁品位; —铁回收率 由图 4 可知,随着煤粉用量的增加,精矿的铁品 位在 55. 79% ~ 54. 80% 的小范围内呈总体下降趋 势,铁回收率则先由 67. 69% 大幅度提高到 86. 65% , 然后在煤粉用量超过 5% 后有所回落,同时可发现此 时物料的升温速率明显加快。 图 6ꢀ 保温时间对精矿指标的影响 Fig. 6ꢀ Effect of holding time on product indexes ■ □ —铁品位; —铁回收率 煤粉是强吸波物质,随着煤粉用量的增加,煤粉 由图 6 可以看出,随着保温时间的延长,精矿的 铁品位在 55. 54% ~ 54. 86% 的小范围内波动,铁回 收率则先上升后下降,最大值出现在保温 15 min 时, 为 86. 65% 。 因此,确定保温时间为 15 min。 3. 2ꢀ 弱磁选条件的确定 [ 9] 周边的矿石因温度较高而被优先还原 ,当煤粉过 量时,这部分矿石易发生过还原反应,这是煤粉用量 超过 5% 后精矿铁回收率发生回落的原因所在。 根据图 5 结果,选择煤粉用量为 5% 。 3 . 1. 3ꢀ 焙烧温度对精矿指标的影响 3. 2. 1ꢀ 磨矿细度的确定 在煤粉用量为 5% 、微波功率为 1 kW、保温时间 磨矿细度是影响选矿结果的重要因素之一。 合 适的磨矿细度既能保证大部分有用矿物的单体解离, 又可避免泥化现象。 将煤粉用量为 5% 、微波功率为 为 15 min、磨矿时间为 3 min、磁场强度为 92. 16 kA/ m 的条件下考察焙烧温度对精矿指标的影响,试验结 果见图 5。 1 kW、焙烧温度为 550 ℃、保温时间为 15 min 条件下 所得焙烧矿分别球磨 2、2. 5、3、3. 5、4 min,然后在 · 68· ꢀ ꢀ ꢀ 马ꢀ 浩等:酒钢 ꢁ 1 mm 镜铁矿粉矿微波磁化焙烧—弱磁选试验 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2014 年第 12 期 9 2. 16 kA/ m 磁场强度下进行 1 次弱磁选,精矿指标 1 kW、焙烧温度为 550 ℃ 条件下将该粉矿微波磁化 焙烧 15 min,然后将焙烧矿磨细至 ꢁ 0. 074 mm 占 的变化见图 7。 85. 65% ,在 92. 16 kA/ m 磁场强度下进行 1 次磁选管 选别,可获得铁品位为 55. 10% 、铁回收率为 86. 65% 的铁精矿。 参ꢀ 考ꢀ 文ꢀ 献 [ 1]ꢀ 苗ꢀ 梁,李国栋,姜永智,等. 西北某难选铁矿石选矿试验[ J]. 金属矿山,2013(3):73-76. Miao Liang,Li Guodong,Jiang Yongzhi,et al. Experimental research on beneficiation of a refractory iron ore at Northwest of China[ J]. Metal Mine,2013(3):73-76. 图 7ꢀ 磨矿时间对产品指标的影响 Fig. 7ꢀ Effect of grinding time on product indexes [ [ 2]ꢀ 伍喜庆,李国平,胡ꢀ 聪,等. 镜铁矿连生体可选性研究[J]. 金 属矿山,2012(5):74-78. ■ □ —铁品位; —铁回收率 从图 7 可知,随着磨矿时间的延长,精矿的铁品 位从 52. 68% 上升至 55. 33% ,而铁回收率从 88. 64% 下降至 83. 41% 。 兼顾精矿的铁品位和铁回收率,取 磨矿时间为 3 min,此时磨矿细度为 ꢁ 0. 074 mm 占 Wu Xiqing,Li Guoping,Hu Cong,et al. Separability of specularite intergrowth[J]. Metal Mine,2012(5):74-78. 3]ꢀ 任亚峰,余永富. 难选红铁矿磁化焙烧技术现状及发展方向 [J]. 金属矿山,2005(11):20-21. 8 5. 65% 。 Ren Yafeng,Yu Yongfu. Present status and development orientation of magnetization roasting technology for refractory red iron ores[J]. Metal Mine,2005(11):20-21. 3 . 2. 2ꢀ 弱磁选磁场强度的确定 将煤粉用量为 5% 、微波功率为 1 kW、焙烧温度 [ [ 4]ꢀ 张宗旺,李ꢀ 健,李ꢀ 燕,等. 国内难选铁矿的开发利用现状及 发展[J]. 有色金属科学与工程,2012,03(1):72-77. Zhang Zongwang,Li Jian,Li Yan,et al. The development and utiliza- tion status of China's refractory ore[ J]. Nonferrous Metals Science and Engineering,2012,03(1):72-77. 为 550 ℃、保温时间为 15 min 条件下所得焙烧矿球 磨至 ꢁ 0. 074 mm 占 85. 65% ,分别在 60. 85、76. 71、 9 2. 16、108. 38、124. 43 kA/ m 磁场强度下进行 1 次弱 磁选,所得精矿指标的变化见图 8。 5]ꢀ 丁春江,陈铁军,胡佩伟,等. 镜铁山 5 ~ 15 mm 粒级镜铁矿石磁 化焙烧—弱磁选试验[J]. 金属矿山,2014(3):71-74. Ding Chunjiang,Cheng Tiejun,Hu Peiwei,et al. Magnetic roasting and low intensity magnetic separation experiment of specularite parti- cles at 5 ~ 15 mm from Jingtie Mountain[J]. Metal Mine,2014(3): 7 1-74. [ [ [ 6]ꢀ 陈ꢀ 津,刘ꢀ 浏,曾加庆,等. 微波加热还原含碳铁矿粉试验研 究[J]. 钢铁,2004,39(6):1-5. Chen Jin,Liu Liu,Zeng Jiaqing,et al. Experimental research of mi- crowave heating on iron ore concentrates containing coal and lime 图 8ꢀ 磁场强度对精矿指标的影响 [ J]. Iron and Steel,2004,39(6):1-5. 7]ꢀ 王ꢀ 华. 铁氧化物微波场中升温行为及其煤基直接还原研究 D]. 长沙:中南大学,2011. Fig. 8ꢀ Effect of magnetic field intensity on product indexes ■ □ —铁品位; —铁回收率 [ 从图 8 可知:随着磁场强度由 60. 85 kA/ m 提高 到 92. 16 kA/ m,精矿的铁品位从 55. 62% 小幅下降到 Wang Hua. Study on the Temperature Rising Behavior and Coal- based Direct Reduction of Iron Oxides in Microwave Field [ D]. Changsha:Central South University,2011. 5 8 5. 10% , 铁 回 收 率 则 从 58. 16% 迅 速 上 升 到 6. 65% ;之后继续提高磁场强度,精矿的铁品位下降 8]ꢀ 王晓辉,彭金辉,夏洪应,等. 云南惠民铁矿微波磁化焙烧工艺 [ J]. 中南大学学报:自然科学版,2012,43(6):2043-2047. 显著而铁回收率变化不大。 因此,选择弱磁选磁场强 度为 92. 16 kA/ m。 Wang Xiaohui,Peng Jinhui,Xia Hongying,et al. Microwave magneti- zation roasting for iron ore of Huimin in Yunnan Province[J]. Jour- nal of Central South University:Science and Technology,2012,43 4 ꢀ 结ꢀ 论 ( 6):2043-2047. ( 1)酒钢 ꢁ 1 mm 镜铁矿粉矿中的铁主要以赤褐 [ 9]ꢀ Ishizaki K,Nagata K,Hayashi T. Localized heating and reduction of magnetite ore with coal in composite pellets using microwave irradia- tion[J]. ISIJ International,2007,47(6):817-822. 铁矿(镜铁矿)形式存在,且铁矿物嵌布粒度细,常规 选矿方法分选难度大。 ( 2)在煤粉与矿石的质量比为 5% 、微波功率为 (责任编辑ꢀ 孙ꢀ 放) · 69·
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