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菱铁矿的选矿开发研究与发展前景
2006-01-16
简述了当前我国铁矿资源巨大需求市场条件下,开发菱铁矿资源的必要性,着重论述了开发菱铁矿 资源采用的焙烧-磁选、强磁选、浮选、预还原及相关技术的研究现状,介绍了菱铁矿分离技术的最新研究与发展 前景。
Series No. 355 Januaryꢀ 2006 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 20总06第年 3第551期期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ METAL MINE · 选 矿 工 程 · 菱铁矿的选矿开发研究与发展前景 1 , 2 罗 立 群 ( 1. 武 汉 理 工 大 学 ; 2. 长 沙 矿 冶 研 究 院 ) 摘 ꢀ 要 ꢀ 简 述 了 当 前 我 国 铁 矿 资 源 巨 大 需 求 市 场 条 件 下 , 开 发 菱 铁 矿 资 源 的 必 要 性 , 着 重 论 述 了 开 发 菱 铁 矿 资 源 采 用 的 焙 烧 - 磁 选 、 强 磁 选 、 浮 选 、 预 还 原 及 相 关 技 术 的 研 究 现 状 , 介 绍 了 菱 铁 矿 分 离 技 术 的 最 新 研 究 与 发 展 前 景 。 关 键 词 ꢀ 菱 铁 矿 ꢀ 热 分 解 ꢀ 预 处 理 ꢀ 选 矿 技 术 Explorative Research on Beneficiation of Siderite and Its Development Prospect 1 , 2 Luo Liqun ( 1. Wuhan University of Technology; 2. Changsha Institute of Mining and Metallurgical Research ) Abstractꢀ The necessity of exploiting siderite ore resource under a condition of great market demand on iron resources in China is expounded briefly. The present status of the research on the technologies relating to the utilization of siderite ore resource is highlighted, such as roasting - magnetic separation, high intensity magnetic separation, pre - reduction and oth er correspondent techniques. The most recent research on the separation technology for siderite ore and its development pros pect are described. Keywordsꢀ Siderite, Thermal decomposition, Pre - treatment, Technology for mineral processing ꢀ ꢀ 钢 铁 及 其 产 品 的 可 持 续 循 环 利 用 和 再 生 , 使 它 亿 t。 1990 年 以 来 , 中 国 粗 钢 、 铁 矿 石 产 量 及 铁 矿 石 进 口 量 的 发 展 过 程 见 图 1。 受 亚 洲 旺 盛 需 求 的 影 响 , 近 年 来 全 球 铁 矿 石 市 场 出 口 价 格 大 幅 度 上 升 , 2003 年 和 2004 年 , 升 幅 达 到 了 11 00% 和 18. 70% 。 2005 年 4 月 , 西 澳 铁 矿 石 的 合 同 价 格 更 是 飙 升 71. 50% 。 成 为 世 界 各 国 实 现 工 业 化 、 体 现 人 与 自 然 和 谐 发 展 的 “ 绿 色 材 料 ” 。 铁 矿 石 作 为 钢 铁 生 产 的 主 要 原 材 料 , 确 保 稳 定 供 给 是 我 国 钢 铁 工 业 持 续 发 展 的 关 键 。 尽 管 我 国 属 于 铁 矿 石 资 源 较 为 丰 富 的 国 家 , 但 铁 矿 石 以 贫 矿 为 主 , 铁 矿 石 的 消 费 不 能 自 给 , 达 到 经 济 合 理 利 用 的 资 源 较 少 。 而 我 国 具 有 丰 富 的 菱 铁 矿 资 源 , 研 究 采 用 合 理 的 选 矿 技 术 来 充 分 利 用 菱 铁 矿 资 源 , 提 高 铁 矿 石 的 自 给 率 , 是 符 合 我 国 工 业 经 济 发 展 国 情 和 整 个 社 会 发 展 安 全 的 必 经 之 路 。 为 此 , 对 菱 铁 矿 的 选 矿 开 发 研 究 与 发 展 前 景 作 一 介 绍 。 1 ꢀ 开 发 菱 铁 矿 资 源 的 前 提 与 必 要 性 铁 矿 石 是 钢 铁 工 业 的 主 要 原 料 , 世 界 钢 产 量 的 / 3, 我 国 钢 产 量 的 绝 大 部 分 是 以 铁 矿 石 为 基 本 原 料 2 图 1ꢀ 1990 年 以 来 中 国 粗 钢 、 铁 矿 石 产 量 及 铁 矿 石 进 口 量 1 - 铁 矿 石 产 量 ; 2 - 粗 钢 产 量 ; 3 - 进 口 铁 矿 石 量 据 业 内 人 士 预 计 , 2005 年 中 国 钢 产 量 将 超 过 3 亿 t, 生 铁 产 能 达 2. 7 ~ 2. 8 亿 t, 对 铁 矿 石 的 需 求 总 量 将 继 续 稳 步 增 长 , 预 计 将 达 到 5. 4 亿 t, 可 见 我 国 生 产 的 。 近 年 来 , 我 国 钢 铁 工 业 快 速 发 展 , 对 铁 矿 石 原 料 的 需 求 加 速 增 长 ; 而 我 国 铁 矿 石 原 料 比 较 短 缺 , 供 应 能 力 严 重 不 足 。 2003 年 我 国 钢 产 量 达 到 2. 2 亿 t, 首 次 取 代 日 本 成 为 世 界 上 头 号 铁 矿 石 进 口 大 国 , 进 口 量 超 过 1. 4 亿 t, 耗 外 汇 额 近 40 亿 美 元 ; 罗 立 群 ( 1968 - ) , 男 , 武 汉 理 工 大 学 资 源 与 环 境 工 程 学 院 , 博 士 研 究 生 , 长 沙 矿 冶 研 究 院 , 高 级 工 程 师 , 现 通 信 地 址 : 410012 湖 南 省 长 沙 市 麓 山 南 路 966 号 。 2 004 年 钢 产 量 达 到 2. 72 亿 t, 生 铁 2. 52 亿 t, 国 产 铁 矿 石 达 3. 0 亿 t, 进 口 成 品 铁 矿 石 猛 增 到 2. 08 · 68· ꢀ ꢀ ꢀ 罗 立 群 : 菱 铁 矿 的 选 矿 开 发 研 究 与 发 展 前 景 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2006 年 第 1 期 钢 铁 工 业 承 受 着 铁 矿 石 资 源 短 缺 的 巨 大 压 力 。 专 家 指 出 , 目 前 我 国 铁 矿 石 的 消 费 不 能 自 给 , 而 我 国 具 有 丰 富 的 菱 铁 矿 资 源 , 因 此 可 充 分 利 用 菱 铁 矿 资 源 , 提 高 铁 矿 石 的 自 给 率 , 确 保 我 国 工 业 经 济 持 续 发 展 和 整 个 社 会 发 展 的 安 全 。 表 1ꢀ 典 型 菱 铁 矿 资 源 的 基 本 特 征 与 可 选 性  矿 山 名 称 矿 床 类 型 矿 石 性 质 可 选 性 中 等 韩 钢 大 西 沟 铁 沉 积 变 质 菱 矿 铁 矿 菱 铁 矿 为 主 , 条 带 状 构 造 中 温 热 液 接 触 交 代 含 铜 矽 卡 岩 型 混 合 矿 , 残 余 交 代 结 构 武 钢 大 冶 铁 矿 较 好 较 难 中 等 难 选 较 好 难 选 2 ꢀ 我 国 菱 铁 矿 资 源 的 主 要 特 征 与 性 质 . 1ꢀ 菱 铁 矿 的 资 源 分 布 与 成 矿 特 征 酒 钢 镜 铁 山 铁 沉 积 变 质 矿 矿 床 含 菱 铁 矿 的 铁 质 碧 玉 型 , 条 带 状 浸 染 构 造 2 昆 钢 王 家 滩 铁 中 低 温 热 液 矿 裂 隙 充 填 石 英 菱 铁 矿 类 型 , 可 剥 块 状 和 致 密 块 状 我 国 菱 铁 矿 资 源 较 为 丰 富 , 储 量 居 世 界 前 1] 。 已 探 明 储 量 18. 34 亿 t, 占 铁 矿 石 探 明 储 量 的 [ 列 宣 钢 庞 家 堡 铁 矿 赤 铁 矿 型 混 合 矿 , 鲕 状 块 状 构 造 浅 海 相 沉 积 [ 2] 3 . 4% , 另 有 保 有 储 量 18. 21 亿 t 。 我 国 菱 铁 矿 主 鞍 山 式 沉 积 变 质 磁 铁 矿 型 混 合 矿 , 块 状 条 带 状 构 造 要 分 布 在 湖 北 、 四 川 、 云 南 、 贵 州 、 新 疆 、 陕 西 、 山 西 、 广 西 、 山 东 、 吉 林 等 省 ( 区 ) , 特 别 是 在 贵 州 、 陕 西 、 山 西 、 甘 肃 和 青 海 等 西 部 省 ( 区 ) , 其 菱 铁 矿 资 源 一 般 占 全 省 铁 矿 资 源 总 储 量 的 一 半 以 上 , 如 陕 西 省 柞 水 县 大 西 沟 菱 铁 矿 矿 床 储 量 超 过 3 亿 t。 太 钢 峨 口 铁 矿 水 钢 观 音 山 铁 风 化 淋 滤 矿 矿 床 淋 滤 成 褐 铁 矿 , 不 规 则 多 种 构 造 ꢀ ꢀ 指 整 个 矿 床 资 源 的 可 选 性 。 铁 的 碳 酸 盐 , 经 中 性 或 弱 还 原 气 氛 焙 烧 后 , 二 氧 化 碳 从 矿 石 中 分 解 出 来 , 矿 石 品 位 立 即 得 以 提 高 , 而 且 铁 矿 物 的 磁 性 显 著 增 强 , 脉 石 矿 物 磁 性 则 变 化 不 大 , 从 而 可 利 用 高 效 的 弱 磁 选 将 物 料 分 离 。 所 以 , 菱 铁 矿 通 过 磁 化 焙 烧 后 是 很 易 富 集 的 矿 石 。 酒 钢 镜 铁 山 铁 菱 铁 矿 多 以 碎 屑 颗 粒 或 以 胶 结 物 的 形 式 广 泛 分 布 于 不 同 环 境 沉 积 岩 中 , 特 别 是 在 湖 泊 和 海 相 沉 积 物 中 十 分 常 见 。 从 成 因 类 型 来 看 , 主 要 有 与 中 酸 性 ( 包 括 偏 基 性 与 偏 碱 性 ) 岩 浆 侵 入 活 动 有 关 的 接 触 矿 、 水 钢 观 音 山 铁 矿 就 是 用 焙 烧 磁 选 工 艺 处 理 含 [ 交 代 - 热 液 铁 矿 床 , 如 湖 北 大 冶 、 福 建 马 坑 、 内 蒙 古 黄 岗 等 ; 与 中 性 钠 质 或 偏 钠 质 火 山 侵 入 活 动 有 关 的 铁 矿 , 如 江 苏 、 安 徽 两 省 的 宁 芜 铁 矿 、 云 南 大 红 山 铁 矿 等 ; 沉 积 型 赤 铁 矿 和 菱 铁 矿 床 , 主 要 产 于 地 台 型 碎 屑 碳 酸 盐 建 造 中 , 如 鄂 西 、 赣 西 、 湘 东 地 区 的 赤 铁 矿 ( 镁 ) 菱 铁 矿 的 复 合 氧 化 铁 矿 5 ~ 7] 。 例 如 , 酒 钢 的 块 矿 竖 炉 磁 化 焙 烧 - 磁 选 工 艺 , 从 1972 年 投 产 , 至 今 已 有 30 多 年 的 历 史 ; 四 川 省 威 远 、 湖 南 省 新 化 等 地 的 菱 铁 矿 生 产 , 因 储 量 不 多 , 规 模 不 大 ; 而 我 国 菱 铁 矿 储 量 最 大 的 陕 西 省 大 西 沟 菱 铁 矿 也 正 准 备 用 磁 化 焙 烧 工 艺 进 行 首 期 90 万 t/ a 的 工 业 生 产 。 - 菱 铁 矿 ; 变 质 沉 积 铁 矿 , 形 成 于 中 晚 元 古 代 及 震 旦 纪 的 沉 积 铁 矿 , 如 甘 肃 镜 铁 山 , 陕 西 大 西 沟 、 河 北 张 家 口 等 ; 风 化 淋 滤 残 积 型 铁 矿 , 主 要 是 第 四 纪 表 生 风 化 作 用 对 早 先 形 成 的 铁 矿 床 的 改 造 , 如 广 东 大 宝 山 、 贵 州 观 音 山 等 3, 4] 。 按 照 菱 铁 矿 磁 化 焙 烧 的 反 应 气 氛 与 化 学 过 程 , 影 响 菱 铁 矿 磁 化 焙 烧 的 因 素 主 要 有 焙 烧 方 法 、 焙 烧 工 艺 与 焙 烧 炉 、 焙 烧 燃 料 与 还 原 剂 、 焙 烧 温 度 和 还 原 时 间 等 , 适 于 菱 铁 矿 磁 化 焙 烧 的 生 产 操 作 条 件 见 表 [ 2 . 2ꢀ 菱 铁 矿 的 资 源 性 质 与 可 选 性 2 , 各 条 件 的 控 制 是 相 互 依 存 , 紧 密 相 关 的 。 物 料 的 菱 铁 矿 ( FeCO ) 含 铁 品 位 较 低 , 理 论 铁 品 位 也 3 焙 烧 粒 度 与 磁 化 焙 烧 炉 对 焙 烧 时 间 影 响 最 大 。 例 如 , 酒 钢 选 矿 厂 对 镜 铁 山 铁 矿 用 100 m3 鞍 山 式 竖 炉 焙 烧 50 ~ 15 mm 的 块 矿 , 用 焦 炉 和 高 炉 混 合 煤 气 作 燃 料 和 还 原 剂 , 焙 烧 时 间 需 8 ~ 10 h; 用  2. 4 m × 50 m 回 转 窑 处 理 15 ~ 0 mm 的 粉 矿 , 用 褐 煤 作 燃 料 和 还 原 剂 , 焙 烧 时 间 为 2 ~ 4 h; 而 中 科 院 化 工 冶 金 所 对 酒 钢 菱 铁 矿 用 煤 气 作 还 原 剂 的 流 态 化 焙 烧 炉 扩 大 试 验 表 明 , 焙 烧 时 间 只 要 10 min 左 右 。 菱 铁 矿 块 只 有 48. 20% , 有 些 还 含 有 镁 、 锰 元 素 , 形 成 镁 ( 锰 ) 菱 铁 矿 { ( Mg, Mn) FeCO } 。 菱 铁 矿 属 三 方 晶 系 , 粒 3 状 构 造 , 菱 面 体 解 理 发 育 。 其 资 源 的 采 、 选 、 冶 均 比 较 困 难 , 目 前 已 用 于 冶 炼 钢 铁 的 部 分 富 矿 不 足 菱 铁 矿 总 储 量 的 10% , 贫 矿 未 得 到 开 采 , 在 其 它 方 面 的 应 用 也 基 本 是 空 白 。 已 利 用 的 部 分 多 为 与 磁 铁 矿 和 赤 铁 矿 共 生 的 混 合 矿 , 典 型 含 菱 铁 矿 的 资 源 基 本 特 征 与 可 选 性 见 表 1。 [ 8] , 外 层 形 成 红 褐 3 ꢀ 开 发 菱 铁 矿 资 源 的 主 要 技 术 及 应 用 . 1ꢀ 焙 烧 - 磁 选 技 术 度 较 大 时 , 热 分 解 存 在 分 层 现 象 3 色 的 γ - Fe O3 , 内 层 形 成 黑 色 的 Fe O4 , 内 外 层 的 2 3 磁 化 焙 烧 是 物 料 或 矿 石 加 热 到 一 定 的 温 度 后 在 厚 度 与 热 处 理 的 温 度 、 焙 烧 保 温 时 间 及 焙 烧 气 氛 密 切 相 关 。 对 水 资 源 缺 乏 的 地 区 , 作 者 9] 对 焙 烧 矿 采 [ 相 应 的 气 氛 中 进 行 物 理 化 学 反 应 的 过 程 。 菱 铁 矿 是 · 69· 总 第 355 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2006 年 第 1 期 用 干 式 冷 却 排 矿 方 式 , 研 究 表 明 从 焙 烧 温 度 至 400 的 高 温 区 冷 却 时 , 焙 烧 矿 需 在 无 氧 条 件 下 进 行 冷 菱 铁 矿 分 解 的 活 化 能 ( E = 76. 3 ~ 80. 5 kJ/ mol) 、 反 应 级 数 ( n ≈1. 5) 都 非 常 接 近 , 而 速 度 常 数 k 随 着 温 度 的 增 加 而 增 大 。 当 物 料 粒 度 小 于 1. 3 mm 时 , 热 分 解 反 应 的 进 程 受 动 力 学 方 程 ( 7) 控 制 ; 粒 度 大 于 2. 0 mm 时 , 分 解 反 应 进 程 受 扩 散 控 制 ; 介 于 1. 3 ~ 2. 0 mm 之 间 时 , 成 为 受 两 者 控 制 的 过 渡 区 域 。 分 解 产 物 的 物 理 性 质 依 赖 于 焙 烧 反 应 历 程 , 因 此 要 获 得 所 要 求 的 产 物 性 质 , 必 须 选 择 合 适 的 操 作 参 数 。 ℃ 却 ; 在 400 ℃ ~ 300 ℃以 下 可 在 空 气 中 冷 却 , 磁 选 作 业 不 受 影 响 。 在 工 业 生 产 中 , 炽 热 的 焙 烧 矿 ( 700 ℃ 左 右 ) 用 圆 筒 冷 却 机 可 实 现 冷 却 , 解 决 了 缺 水 地 区 的 菱 铁 矿 应 用 问 题 。 表 2ꢀ 影 响 菱 铁 矿 磁 化 焙 烧 的 主 要 因 素 及 其 生 产 操 作 条 件 磁 化 焙 烧 适 于 菱 铁 矿 磁 化 焙 烧 的 生 产 操 作 条 件 主 要 因 素 - d α/ d t = K exp ( - E / RT) ( 1 - α) n ( 7) 0 ꢀ 此 外 , 菱 铁 矿 焙 烧 磁 选 后 有 利 于 改 善 铁 精 矿 的 还 原 焙 烧 、 中 性 焙 烧 、 氧 化 还 原 焙 烧 、 γ - 磁 化 焙 烧 等 焙 烧 方 法 ꢀ [ 6] 。 竖 炉 块 矿 焙 烧 ( 75 ~ 15 mm) 、 回 转 窑 粉 矿 焙 烧 ( 15 烧 结 性 能 , 提 高 烧 结 矿 的 成 品 率 和 机 械 强 度 焙 烧 工 艺 与 焙 烧 炉 ~ 0 mm) 、 多 膛 炉 和 沸 腾 炉 粉 矿 焙 烧 ( 5 ~ 0 mm) 、 3. 2ꢀ 强 磁 选 及 其 相 关 分 选 技 术 流 态 化 焙 烧 炉 ( 3 ~ 0 mm) 固 、 液 、 气 态 还 原 剂 均 可 , 如 褐 煤 、 泥 煤 、 重 油 、 水 煤 气 、 高 炉 煤 气 菱 铁 矿 或 镁 菱 铁 矿 具 有 弱 磁 性 , 比 磁 化 率 x 为 焙 烧 燃 料 与 还 原 剂 - 9 3 - 9 [ ( 35 ~ 150) × 10 ] m / kg, 平 均 达 到 116 × 10 焙 烧 温 度 焙 烧 时 间 一 般 控 制 在 650 ~ 900 ℃ 长 则 6 ~ 8 h, 短 则 15 ~ 10 min 3 m / kg, 参 见 表 3。 虽 然 矿 石 品 位 低 、 矿 物 组 成 复 杂 , 随 着 强 磁 选 工 艺 技 术 的 发 展 和 装 备 水 平 的 提 高 , 用 强 磁 选 技 术 可 以 成 功 分 选 包 含 ( 镁 ) 菱 铁 矿 在 内 的 赤 铁 矿 、 镜 铁 矿 、 褐 铁 矿 等 弱 磁 性 铁 矿 物 , 且 获 得 了 令 人 鼓 舞 的 成 就 。 20 世 纪 80 年 代 最 早 在 工 业 上 应 用 的 Shp 系 列 湿 式 强 磁 选 机 用 于 选 别 富 含 菱 铁 矿 的 酒 钢 粉 矿 , 使 酒 钢 上 千 万 吨 粉 矿 得 以 应 用 , 至 今 已 有 20 多 年 的 生 产 实 践 ; 长 沙 矿 冶 研 究 院 20 世 纪 90 年 代 对 大 西 沟 菱 铁 矿 的 扩 大 试 验 表 明 , 将 弱 磁 选 后 的 菱 铁 矿 用 Shp 强 磁 选 机 抛 尾 , 铁 品 位 由 23. 17% 提 高 到 28. 77% , 且 抛 去 总 产 率 为 24. 70% 、 铁 品 位 ꢀ ꢀ 按 照 铁 矿 物 磁 化 焙 烧 图 , 对 菱 铁 矿 而 言 , 其 焙 烧 的 实 质 是 将 弱 磁 性 的 铁 矿 物 热 分 解 后 转 变 为 强 磁 性 磁 铁 矿 ( Fe O4 ) 和 磁 赤 铁 矿 ( γ - Fe O3 ) 。 但 菱 铁 3 2 矿 的 实 际 分 解 过 程 十 分 复 杂 , 热 分 解 过 程 及 其 产 物 的 微 观 结 构 变 化 和 异 常 磁 学 特 性 与 影 响 还 不 很 清 楚 。 其 热 分 解 的 一 般 过 程 认 为 是 : FeCO → Fe O 4 3 3 → γ - Fe 2 示 的 分 解 反 应 , 而 后 在 一 定 的 条 件 下 形 成 ( 2) ~ O 3 → α - Fe 2 O 3 , 即 菱 铁 矿 发 生 ( 1) 式 所 ( 6) 式 的 转 化 产 物 。 对 热 分 解 成 Fe O 的 过 程 中 出 3 4 8 5 . 37% 的 尾 矿 ; 球 团 后 焙 烧 的 总 精 矿 铁 品 位 达 9. 18% , 铁 回 收 率 为 81. 95% 。 乌 克 兰 对 巴 卡 尔 菱 现 FeO 过 程 和 FeO 的 转 化 还 存 在 分 歧 , 李 思 导 等 [ 13] 人 认 为 菱 铁 矿 在 焙 烧 过 程 中 存 在 一 个 自 身 磁 铁 铁 矿 的 10 ~ 0 mm 粉 矿 应 用 超 导 磁 系 的 强 磁 选 机 分 选 , 在 磁 感 应 强 度 为 1. 5 ~ 2. 5 T、 原 矿 含 铁 29. 53% 时 , 干 式 强 磁 选 的 尾 矿 品 位 降 至 14. 90% ~ 9. 40% , 铁 精 矿 品 位 提 高 4. 07 ~ 3. 57 个 百 分 点 , 显 示 了 较 好 的 分 选 应 用 潜 力 。 矿 化 过 程 , 即 热 分 解 产 生 的 CO2 可 使 FeO 转 化 为 Fe O , 而 反 应 生 成 的 CO 又 可 将 试 样 中 的 Fe O 还 3 4 2 3 原 成 Fe O 。 潘 永 信 等 人 通 过 穆 斯 堡 尔 谱 分 析 认 3 4 为 , 磁 铁 矿 可 能 由 菱 铁 矿 直 接 分 解 出 来 , 也 可 能 通 过 菱 铁 矿 分 解 出 的 FeO 和 CO2 气 体 反 应 生 成 , 而 中 间 分 解 产 物 FeO 未 见 或 不 稳 定 存 在 。 表 3ꢀ 菱 铁 矿 及 其 它 铁 矿 物 的 比 磁 化 率 比 磁 化 率 x / ( × 10 m · kg - 1 ) - 9 3 铁 矿 物 名 称 FeCO → FeO + CO ; ( 1) ( 2) ( 3) ( 4) ( 5) ( 6) 3 FeO + CO → Fe O4 + CO; 2 菱 铁 矿 赤 铁 矿 35 ~ 150 50 ~ 250 3 4 2 2 3 2 3 Fe → Fe + Fe O ; 3 Fe O + CO → 3Fe O + CO; 4 镜 铁 矿 6. 5 ~ 82. 69 25 ~ 200 褐 铁 矿 3 4 2 2 3 3 磁 铁 矿 ( 25 ~ 100) × 10 FeO + CO → Fe O + CO; 2 2 3 3 假 象 赤 铁 矿 钛 ( 磁 ) 铁 矿 磁 黄 铁 矿 ( 0. 2 ~ 10) × 10 FeO + H O → Fe O + H  3 2 3 4 2 ( 0. 2 ~ 32) × 10 3 FeCO 分 解 氧 化 的 显 微 结 构 表 现 为 形 成 嵌 布 脉 ( 4 ~ 8) × 10 3 石 的 海 绵 状 的 Fe O , 焙 烧 效 果 良 好 时 FeCO 完 全 ꢀ ꢀ 菱 铁 矿 为 碳 酸 盐 类 矿 物 , 这 类 矿 物 及 脉 石 的 存 在 , 易 造 成 库 区 周 边 土 壤 的 酸 性 化 , 对 环 境 造 成 危 害 。 对 非 铁 矿 山 中 菱 铁 矿 资 源 的 综 合 利 用 , 以 及 由 3 4 3 消 失 , 海 绵 状 Fe O 的 晶 粒 发 育 长 大 完 好 , 对 弱 磁 分 3 4 选 极 为 有 利 。 不 同 粒 度 的 热 分 解 动 力 学 研 究 表 明 , · 70· ꢀ ꢀ ꢀ 罗 立 群 : 菱 铁 矿 的 选 矿 开 发 研 究 与 发 展 前 景 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2006 年 第 1 期 于 菱 铁 矿 引 起 的 环 境 治 理 , 强 磁 选 技 术 显 示 出 良 好 的 应 用 前 景 。 强 磁 选 机 由 于 处 理 能 力 大 , 而 物 料 多 为 选 别 尾 矿 , 适 宜 作 为 铁 资 源 回 收 的 预 处 理 作 业 , 柳 红 对 矿 物 量 占 30% 的 菱 铁 矿 和 赤 铁 矿 的 某 选 铜 尾 砂 进 行 试 验 , 实 现 了 强 磁 选 回 收 铁 资 源 的 可 行 性 。 近 年 来 , 对 矿 浆 具 有 脉 动 作 用 的 SLon 高 梯 度 强 磁 选 机 在 工 业 上 的 成 功 应 用 , 有 效 地 提 高 了 分 选 包 含 菱 铁 矿 在 内 的 弱 磁 性 氧 化 铁 矿 物 的 分 选 指 标 。 针 对 Shp 系 列 强 磁 选 回 收 率 低 的 状 况 , 作 者 采 用 流 膜 磁 分 离 技 术 对 强 磁 选 机 进 行 改 进 , 对 富 含 菱 铁 矿 的 酒 钢 粉 矿 , 在 相 当 的 选 别 条 件 下 , 成 功 地 提 高 了 铁 回 收 率 4. 82 ~ 5. 88 个 百 分 点 , 而 且 工 业 改 造 易 于 进 行 、 改 造 费 用 低 。 乌 克 兰 对 6ERM35 / 315 强 磁 选 机 采 用 齿 板 - 钢 板 网 作 磁 介 质 , 较 大 幅 度 地 提 高 了 菱 铁 矿 的 回 收 率 。 因 发 生 特 性 吸 附 而 保 持 较 高 的 负 电 性 , 从 而 实 现 菱 铁 矿 中 磷 灰 石 的 分 离 。 钟 志 勇 等 人 11] 通 过 表 面 吸 附 分 析 和 疏 水 絮 凝 过 程 中 菱 铁 矿 粒 间 的 作 用 势 能 计 算 , 证 明 疏 水 作 用 能 在 疏 水 絮 凝 过 程 中 是 至 关 重 要 的 作 用 力 且 起 支 配 作 用 。 [ 3. 4ꢀ 预 还 原 技 术 由 于 高 炉 对 铁 原 料 要 求 的 提 高 、 电 弧 炉 炼 钢 的 增 长 以 及 非 高 炉 炼 铁 技 术 的 发 展 , 以 FeCO3 形 式 存 在 的 菱 铁 矿 显 然 不 能 适 应 钢 铁 工 业 发 展 的 需 要 。 因 此 , 开 展 以 菱 铁 矿 为 原 料 的 预 还 原 技 术 生 产 高 炉 冶 炼 原 料 与 海 绵 铁 的 研 究 具 有 重 要 的 实 际 意 义 , 这 方 面 重 庆 大 学 进 行 了 较 多 的 研 究 工 作 12 ~ 14] 。 对 含 铁 37. 00% 的 菱 铁 矿 精 矿 , 煤 基 回 转 窑 预 还 原 的 结 果 表 明 , 预 还 原 后 矿 石 品 位 提 高 到 55. 00% 左 右 , 金 属 化 [ 3 率 达 到 60% , 将 预 还 原 矿 配 矿 后 在 18. 6 m 高 炉 冶 3 . 3ꢀ 浮 选 及 联 合 分 选 技 术 炼 , 高 炉 顺 行 , 产 量 增 加 5% ~ 7% , 焦 比 大 幅 度 降 低 。 采 用 固 定 床 罐 式 法 的 还 原 结 果 表 明 , 能 够 得 到 含 铁 55. 00% , 金 属 化 率 > 90% 的 还 原 矿 , 经 选 别 从 菱 铁 矿 资 源 的 成 因 来 看 , 因 单 独 的 菱 铁 矿 资 源 很 少 , 且 菱 铁 矿 本 身 含 铁 较 低 , 工 业 上 应 用 弱 磁 性 铁 矿 物 的 浮 选 分 离 大 多 指 包 含 菱 铁 矿 在 内 的 赤 铁 矿 、 褐 铁 矿 、 镜 铁 矿 等 含 铁 矿 物 。 对 菱 铁 矿 等 弱 磁 性 矿 物 的 浮 选 , 主 要 有 正 浮 选 富 集 铁 和 反 浮 选 脱 硅 等 两 大 浮 选 工 艺 。 目 前 工 业 生 产 上 菱 铁 矿 的 浮 选 , 主 要 为 含 菱 铁 矿 的 混 合 铁 矿 物 资 源 , 总 体 工 艺 以 含 弱 磁 性 铁 矿 物 的 选 别 为 目 标 。 例 如 , 昆 钢 王 家 滩 、 太 钢 峨 口 铁 矿 的 浮 选 工 艺 。 对 酒 钢 镜 铁 山 矿 产 出 的 含 有 重 晶 石 、 镜 铁 矿 、 菱 铁 矿 和 石 英 的 矿 物 体 系 , 通 过 调 整 矿 浆 pH 值 , 用 磺 酸 盐 为 捕 收 剂 , 就 能 进 行 重 晶 石 和 镜 铁 矿 的 优 先 浮 选 , 且 大 部 分 的 菱 铁 矿 也 能 随 镜 铁 矿 一 起 被 回 收 。 后 , 可 得 到 TFe > 80. 00% , SiO 为 6. 00% 左 右 的 海 2 绵 铁 , 可 望 为 菱 铁 矿 的 有 效 利 用 开 辟 新 的 途 径 。 3. 5ꢀ 菱 铁 矿 选 矿 研 究 的 最 新 发 展 由 著 名 钢 铁 原 料 专 家 、 中 国 工 程 院 院 士 余 永 富 教 授 领 衔 , 作 者 为 主 要 完 成 者 之 一 的 科 研 联 合 攻 关 组 , 对 富 含 菱 铁 矿 的 难 选 贫 铁 矿 资 源 ( 包 括 原 矿 和 中 矿 ) , 实 施 闪 速 磁 化 焙 烧 技 术 , 在 数 以 秒 计 的 时 间 内 , 实 现 了 难 选 贫 铁 矿 资 源 的 磁 化 焙 烧 过 程 。 闪 速 磁 化 焙 烧 技 术 的 实 现 , 有 利 于 大 大 提 高 难 选 弱 磁 性 矿 物 的 铁 回 收 率 , 缩 短 现 有 工 业 生 产 的 工 艺 流 程 , 降 低 能 源 消 耗 , 提 高 我 国 铁 矿 资 源 的 利 用 率 , 将 促 进 我 国 铁 矿 选 矿 技 术 的 进 一 步 发 展 。 因 弱 磁 性 铁 矿 物 浮 选 矿 浆 中 菱 铁 矿 的 存 在 且 为 回 收 目 的 矿 物 , 对 菱 铁 矿 的 复 合 分 选 技 术 及 其 表 面 随 着 微 波 技 术 的 发 展 , 出 现 了 微 波 焙 烧 处 理 新 技 术 。 由 于 微 波 焙 烧 具 有 能 提 高 加 热 速 率 、 选 择 性 加 热 、 从 物 料 的 内 部 先 加 热 、 安 全 与 自 动 化 水 平 高 等 优 点 , 被 用 来 辅 助 焙 烧 与 熔 炼 硫 化 精 矿 。 斯 洛 伐 克 Znamenácková[ 15] 用 微 波 焙 烧 法 详 细 研 究 了 菱 铁 矿 的 磁 性 能 变 化 特 征 , 试 样 取 自 斯 洛 伐 克 Nizná Slaná 化 学 性 质 、 疏 水 絮 凝 和 表 面 吸 附 特 征 的 研 究 相 当 活 [ 跃 10, 11] 。 何 廷 树 采 用 高 模 数 水 玻 璃 ( m = 3. 1) 作 分 散 剂 , 阴 离 子 聚 丙 烯 酰 胺 作 絮 凝 剂 , 同 时 用 六 偏 磷 酸 钠 消 除 Ca + 、 Mg2 + 的 影 响 , 采 用 选 择 性 - 脱 泥 工 2 [ 10] 对 菱 铁 艺 , 能 有 效 地 回 收 细 粒 菱 铁 矿 石 。 孙 克 己 矿 的 表 面 性 质 研 究 表 明 , 菱 铁 矿 在 水 溶 液 中 能 够 发 生 溶 解 作 用 , pH < 6. 5 时 , 菱 铁 矿 在 溶 液 中 溶 解 的 离 子 量 急 剧 增 加 , 其 等 电 点 pH = 5. 6; pH > 8. 5 时 , 菱 铁 矿 的 矿 浆 溶 液 中 几 乎 没 有 铁 离 子 存 在 。 pH > 7. 5 时 , 菱 铁 矿 表 面 的 Zeta - 电 位 迅 速 下 降 , 具 有 较 高 的 电 负 性 。 当 加 入 阴 离 子 捕 收 剂 , 菱 铁 矿 表 面 的 Zeta 矿 山 , 含 铁 25. 10% 、 SiO 9. 60% , 试 验 粒 度 为 0. 5 ~ 2 1. 0 mm。 通 过 比 磁 化 率 的 测 定 、 化 学 分 析 和 X 射 线 衍 射 方 法 证 实 , 在 微 波 焙 烧 处 理 10 min 后 , 菱 铁 矿 的 磁 性 能 发 生 了 本 质 变 化 ; 处 理 15 min 后 , 比 磁 化 率 迅 速 增 加 而 且 菱 铁 矿 剧 烈 分 解 , 此 时 样 品 易 于 分 选 , 最 大 磁 场 为 0. 17 T 时 , 铁 回 收 率 高 达 97. 60% ; 而 当 微 波 处 理 40 min 后 , 由 于 物 料 熔 化 形 成 粉 体 烧 - 电 位 的 绝 对 值 下 降 ; 在 这 个 pH 值 区 段 的 磷 灰 石 , · 71· 总 第 355 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2006 年 第 1 期 结 物 , EDX 分 析 表 明 , 物 料 中 包 含 金 属 铁 及 其 铁 的 明 , 包 含 菱 铁 矿 在 内 的 难 选 铁 原 料 的 闪 速 磁 化 焙 烧 技 术 和 微 波 焙 烧 技 术 , 可 望 成 为 高 效 的 菱 铁 矿 加 工 应 用 技 术 。 复 杂 氧 化 物 而 显 示 氧 化 相 的 特 性 , 其 中 全 铁 4 5. 40% 、 金 属 铁 7. 10% , SiO2 则 升 至 15. 50% 。 虽 然 微 波 焙 烧 在 矿 物 加 工 及 其 预 处 理 中 显 示 出 极 大 的 潜 力 , 但 目 前 尚 处 于 研 发 阶 段 , 仍 有 诸 如 微 波 发 射 装 置 的 工 业 化 和 过 程 控 制 装 备 与 工 艺 等 一 系 列 问 题 需 要 研 究 解 决 。 ( 3) 随 着 人 们 对 菱 铁 矿 及 分 解 产 物 的 深 入 认 识 , 菱 铁 矿 在 日 用 陶 瓷 、 建 材 、 化 工 、 农 业 、 环 保 等 行 业 显 示 出 极 大 的 应 用 潜 力 。 参 考 文 献 3 . 6ꢀ 菱 铁 矿 资 源 的 其 它 应 用 研 究 1 2 3 ꢀ http: / / www. orientaltravel. com/ china_k. htm. 随 着 科 技 的 进 步 , 人 们 对 菱 铁 矿 热 分 解 的 磁 性 ꢀ ꢀ 姚 培 慧 主 编 . 中 国 铁 矿 志 . 北 京 : 冶 金 工 业 出 版 社 , 1993 汪 国 栋 , 宋 ꢀ 雄 . 中 国 铁 矿 成 矿 地 质 特 征 和 资 源 潜 力 . 地 质 找 矿 论 丛 , 1996, 11( 4) : 35 ~ 41 产 物 和 一 系 列 异 常 磁 学 特 征 的 认 识 提 高 , 发 现 菱 铁 矿 热 分 解 产 物 在 化 工 、 建 材 、 农 业 、 环 保 等 行 业 具 有 极 大 的 潜 在 应 用 价 值 16 ~ 18] 。 张 迎 春 等 人 [ 19] 以 菱 铁 矿 为 主 要 原 料 , 结 合 其 它 天 然 矿 物 原 料 , 按 照 传 统 陶 瓷 生 产 的 工 艺 过 程 , 研 制 出 磁 性 日 用 陶 瓷 。 其 特 点 是 经 外 磁 场 磁 化 后 , 磁 性 可 长 久 保 留 , 可 以 广 泛 用 于 制 作 各 类 磁 疗 保 健 用 品 。 例 如 , 磁 化 杯 、 磁 按 摩 器 、 磁 性 浴 缸 等 。 在 建 材 行 业 , 可 用 含 菱 铁 矿 的 尾 砂 作 铁 掺 和 剂 , 生 产 磁 性 水 泥 等 。 [ 4 ꢀ http: / / www. sdinfo. net. cn/ gmrs/ Homepage/ J_jskcms. htm 5ꢀ 高 春 祥 , 向 智 远 , 郭 效 东 . 酒 钢 分 级 闭 路 焙 烧 工 艺 生 产 实 践 . 金 属 矿 山 , 1995( 4) : 32 ~ 35 6 7 8 ꢀ ꢀ ꢀ 袁 永 偿 . 镁 菱 铁 矿 开 发 利 用 的 可 行 性 . 贵 州 工 业 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) , 2002, 31( 5) : 25 ~ 27, 31 邹 德 余 , 伍 成 波 , 何 生 平 , 等 . 提 高 镁 菱 铁 矿 含 铁 品 位 的 研 究 . 矿 冶 工 程 , 2003, 23( 6) : 30 ~ 31 张 迎 春 , 杨 秀 红 , 王 英 哲 , 等 . 空 气 环 境 下 热 处 理 菱 铁 矿 的 形 貌 特 征 . 黑 龙 江 科 技 学 院 学 报 , 2001, 11( 1) : 41 ~ 43, 52 罗 立 群 , 张 泾 生 , 高 远 扬 , 等 . 菱 铁 矿 干 式 冷 却 磁 化 焙 烧 技 术 研 究 . 金 属 矿 山 , 2004( 10) : 28 ~ 31, 35 在 环 境 工 程 应 用 方 面 , 可 用 菱 铁 矿 作 重 金 属 离 子 的 吸 附 剂 。 土 耳 其 Mehmet 等 人 [ 20] 用 菱 铁 矿 来 吸 9ꢀ 附 废 水 中 的 重 金 属 离 子 , 虽 然 菱 铁 矿 的 吸 附 能 力 与 溶 液 pH 值 、 起 始 重 金 属 离 子 浓 度 、 菱 铁 矿 的 用 量 及 温 度 有 关 , 但 其 吸 附 效 果 很 好 。 对 铅 离 子 的 吸 附 研 1 1 1 1 1 1 0ꢀ 孙 克 己 . 磷 灰 石 、 菱 铁 矿 和 赤 铁 矿 的 表 面 化 学 性 质 研 究 . 化 工 矿 物 与 加 工 , 2002( 9) : 1 ~ 4 1ꢀ 钟 志 勇 , 卢 寿 慈 . 菱 铁 矿 表 面 吸 附 和 疏 水 絮 凝 的 试 验 研 究 与 计 算 . 金 属 矿 山 , 1997( 3) : 20 ~ 24 究 表 明 : 在 溶 液 pH = 2. 97、 温 度 25 ℃、 起 始 Pb2 + 2 浓 + + 2ꢀ 朱 子 宗 , 张 丙 怀 . 煤 基 还 原 贫 菱 铁 矿 冶 炼 海 绵 铁 的 实 验 研 究 . 重 庆 大 学 学 报 , 1998, 21( 3) : 101 ~ 105 度 为 50 mg / L、 菱 铁 矿 的 用 量 为 10 g / L 时 , 对 Pb 的 吸 附 率 高 达 99. 6% , 在 25 ~ 35 ℃ 菱 铁 矿 的 Pb 2 3ꢀ 朱 子 宗 , 张 丙 怀 , 邹 德 余 , 等 . 低 品 位 菱 铁 矿 预 还 原 工 业 试 验 研 究 . 四 川 冶 金 , 1997( 3) : 1 ~ 14 吸 附 能 力 为 ( 10. 32 ~ 14. 06) mg / g, 具 有 较 好 的 工 程 应 用 潜 力 。 4ꢀ 朱 子 宗 , 张 丙 怀 , 邹 德 余 , 等 . 低 品 位 菱 铁 精 矿 综 合 利 用 研 究 . 烧 结 球 团 , 1997, 22( 4) : 13 ~ 16 4 ꢀ 结 ꢀ 论 5ꢀ Znamenácková I, Lovás M, Mockovciaková A, et al. Modification of magnetic properties of siderite ore by microware energy. Separation and Purification Technology, 2005, 43( 2) : 169 ~ 174 6ꢀ 刘 皇 风 . 菱 铁 矿 热 处 理 后 的 异 常 等 温 剩 磁 与 逆 磁 磁 化 . 北 京 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) , 1995, 31( 5) : 621 ~ 630 ( 1) 随 着 我 国 经 济 建 设 的 迅 速 发 展 , 对 钢 铁 产 品 及 铁 矿 石 的 需 求 与 日 俱 增 , 使 我 国 铁 矿 石 的 自 给 率 下 降 ; 同 时 , 近 年 来 进 口 铁 矿 石 价 格 逐 年 攀 升 , 加 剧 了 铁 矿 石 的 供 求 矛 盾 。 结 合 我 国 菱 铁 矿 资 源 丰 富 的 特 点 , 采 用 合 理 的 选 矿 技 术 , 加 速 菱 铁 矿 资 源 的 应 用 具 有 重 要 的 现 实 意 义 。 1 17ꢀ 潘 永 信 , 林 缅 , 郝 锦 绮 . 菱 铁 矿 热 转 变 过 程 中 岩 石 磁 学 性 质 基 本 特 征 . 地 球 物 理 学 报 , 1999, 42( 6) : 756 ~ 762 1 8ꢀ 张 迎 春 , 杨 秀 红 , 施 倪 承 . 菱 铁 矿 的 综 合 利 用 研 究 . 金 属 矿 山 , ( 2) 菱 铁 矿 资 源 在 我 国 分 布 广 泛 、 类 型 多 样 、 组 2001( 1) : 48 ~ 49, 53 成 复 杂 、 含 铁 品 位 低 , 应 根 据 不 同 性 质 特 征 和 应 用 需 要 合 理 采 用 焙 烧 - 磁 选 、 强 磁 选 、 浮 选 、 预 还 原 及 相 关 复 合 分 选 技 术 。 相 对 而 言 , 焙 烧 - 磁 选 使 产 物 磁 性 显 著 增 加 , 且 铁 品 位 立 即 得 以 提 高 , 因 而 成 为 研 究 与 工 业 应 用 最 广 泛 的 菱 铁 矿 加 工 技 术 。 最 新 研 究 表 1 9ꢀ 张 迎 春 , 杨 秀 红 , 胡 ꢀ 瑛 , 等 . 菱 铁 矿 生 产 日 用 陶 瓷 的 研 究 . 金 属 矿 山 , 2002( 1) : 54 ~ 56 20ꢀ Mehmet E Arzu. Lead adsorption from aqueous solution onto siderite. Separation and Purification Technology, 2005, 43( 3) : 259 ~ 264 ( 收 稿 日 期 ꢀ 20051028) · 72·
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