新喀里多尼亚铬铁砂磁化焙烧—磁选试验

胡桂渊　胡宾生　高爱民　谢　赛

(华北理工大学冶金与能源学院)



新喀里多尼亚铬铁砂磁化焙烧
—磁选试验

胡桂渊胡宾生高爱民谢赛

(华北理工大学冶金与能源学院)

摘要新喀里多尼亚铬铁砂铁品位32.58%，Cr2O3品位29.46%，铁和铬主要赋存在铬铁矿中。为回收利用其中的铁和铬，对其进行磁化焙烧—磁选试验。结果表明，控制煤粉配比2%、磁化焙烧温度825 ℃、焙烧时间35 min，铬铁砂焙烧球团矿经磨矿至-0.048 mm 52%进行1粗1精弱磁选，可获得铁品位58.67%、回收率77.06%、含Cr2O39.08%的铁精矿和Cr2O3品位46.96%、回收率84.75%、含铁15.02%的铬精矿，实现了该铬铁砂铁与铬初步的分离与富集，为确定其工业开发利用工艺流程提供了技术参考。

关键词铬铁砂造球磁化焙烧弱磁选

铬铁矿是冶炼金属铬和铬铁合金的主要原料，在工业生产的各个方面均有广泛的应用。在钢铁工业中，主要用于炼钢过程中的合金化，以增加钢的防腐性、耐磨性、耐热性、延展性和硬度，用于不锈钢、轴承钢、弹簧钢、工具钢及军用特钢的生产[1]；在化学工业中，铬铁矿主要用于制取铬化合物，用于纺织、染料、皮革等领域，也可用于催化剂和触媒剂等化学药剂的制备；耐火材料领域，铬铁矿主要用于制造铬砖、铬镁砖及其他特殊耐火材料。我国是世界上不锈钢生产大国，对铬铁矿的需求量很大，且在不断增加[2]。我国铬铁矿资源贫乏，保有储量仅占世界储量的0.15%，且矿床规模小，矿石品位低，分布零散。我国每年都需高成本进口大量铬铁矿,对外依存度高达95%，供需矛盾十分突出[3-4]。

铬铁矿密度较大且多呈块状，矿相结构中条状和斑状粗粒相互浸染，目前一般采用摇床、跳汰等重选方法对铬铁资源进行回收利用[5]。新喀里多尼亚铬铁砂铁和Cr2O3品位都比较低，不能满足高炉炼铁对原料铁品位和铬铁合金冶炼对原料Cr2O3品位的要求。该铬铁砂化学成分比较复杂，磁化率低，常规选矿工艺难以分离出铁品位较高的铁精矿和Cr2O3品位较高的铬精矿。

热力学计算结果表明，Fe2O3还原反应开始的温度远低于Cr2O3。对铬铁砂进行适当焙烧，可在其中的Cr2O3被还原前，将Fe2O3充分还原成磁铁矿，为磁选分离创造条件。因此，对新喀里多尼亚铬铁砂进行磁化焙烧—磁选试验，以实现铁与铬的初步分离。

1矿石性质

新喀里多尼亚铬铁砂主要化学成分分析结果见表1，主要矿物组成及含量见表2，粒度分析结果见表3，还原剂哈密烟煤粉工业分析见表4。

表1主要化学成分分析结果%

成分TFeFeOCaOMgOSiO2Al2O3Cr2O3烧损含量32.581.320.423.165.276.3429.462.36

表2 　主要矿物组成　　　%

表3　粒度组成

表4哈密烟煤粉工业分析结果

%

从表1～表3可以看出，新该铬铁砂铁品位为32.58%，Cr2O3品位为29.46%，是主要的回收成分；矿物以铬铁矿为主，赤铁矿和褐铁矿较少。铬铁砂中脉石矿物以硅酸盐为主，石英少量；粒度整体较粗，-0.074 mm粒级含量仅占0.22%；还原剂为哈密煤粉，固定碳为52.88%，灰分占19.05%。

2试验方法

将制备的铬铁砂矿样和煤粉进行球磨，控制细度为-0.074 mm占80%,膨润土配比2%，造球水分10%左右，球团矿粒度8～15 mm，用φ500 mm圆盘造球机造球。由于煤粉的亲水性和黏结性都比较差，表面光滑，成球性能明显低于铁矿粉，为保证生球的抗压强度、落下强度和爆裂温度，需控制适当的煤粉配比[6-7]。

固定铬铁砂球团干燥温度300 ℃，干燥时间10 min。干燥后装入φ80 mm×500 mm的磁化焙烧反应器中，在一定的焙烧温度下隔绝空气进行磁化焙烧一段时间。焙烧结束，将铬铁砂焙烧球团在隔绝空气的条件下自然冷却至室温，分析其磁化焙烧效果，以磁化率η(η=ωTFe/ωFeO)来衡量。磁化焙烧反应器结构见图1。

图1　磁化焙烧反应器结构

3试验结果与讨论

为确定最佳的磁化焙烧条件，分别考察煤粉配比、焙烧温度、焙烧时间对铬铁砂球团焙烧效果的影响。

3.1磁化焙烧试验

3.1.1煤粉配比试验

固定焙烧时间40 min，考察不同焙烧温度下，煤粉配比对铬铁砂焙烧球团磁化率的影响，结果见图2。

图2　煤粉配比对铬铁砂焙烧

从图2可以看出，煤粉配比为1%时，各焙烧温度下的铬铁砂焙烧球团磁化率都高于3.0，不能满足磁选工艺的需要。提高煤粉配比，磁化焙烧过程中还原气氛增强，焙烧球团中FeO含量升高，磁化率降低。磁化焙烧温度分别在800,850,870 ℃时，煤粉配比由1%提高到2%，焙烧球团磁化率由3.92，3.38，3.02分别降低到2.46，2.23，2.10，均可满足磁选工艺的需要；煤粉配比由2%继续提高到3%，焙烧球团磁化率分别降低到2.20，1.82，1.67，低于理论磁化率2.33，铬铁砂球团在磁化焙烧过程中也出现了明显的过还原现象，不利于改善后续磁选效果。综合考虑高煤粉配比对铬铁砂造球过程的不利影响和磁化焙烧—磁选工艺的需求，确定铬铁砂球团煤粉配比为2%较为适宜。

3.1.2磁化焙烧温度试验

固定铬铁砂球团煤粉配比2%，磁化焙烧时间40 min，进行焙烧温度条件试验，结果见图3。

图3　焙烧温度对铬铁砂焙烧球团磁化率的影响

从图3可以看出，提高磁化焙烧温度，铬铁砂焙烧球团的磁化率逐渐降低。当焙烧温度为750 ℃时，焙烧球团磁化率达到3.08，不能满足后续磁选工艺的要求；焙烧温度提高到800和850 ℃时，磁化率分别降低为2.46，2.23，接近理论磁化率；焙烧温度提高到870和900 ℃时，磁化率降低至2.10，1.92，低于理论磁化率, 铬铁砂球团在磁化焙烧过程出现过还原，同时温度过高会对磁化焙烧设备产生不利影响，也会增加焙烧成本。因此，铬铁砂球团磁化焙烧温度控制在800～850 ℃比较合适。

3.1.3磁化焙烧时间试验

在铬铁砂球团煤粉配比2%时，在磁化焙烧温度分别为800和850 ℃条件下考察焙烧时间对铬铁砂焙烧球团磁化率的影响，结果见图4。

从图4可以看出，延长焙烧时间，铬铁砂焙烧球团磁化率降低。磁化焙烧温度为800和850 ℃，焙烧时间20 min时，焙烧球团磁化率分别为4.86，4.53，焙烧效果很差。原因是其他铁矿物的晶体结构如赤铁矿六方结转变为磁铁矿的立方结构后才有磁性，但晶体结构转变速度要比化学成分改变的速度要慢得多，较短的磁化焙烧时间不能满足铁矿物晶体结构转变的需要。当焙烧时间延长至30 min时，磁化率降低至2.58，2.29，磁化焙烧效果明显改善；延长到40 min时，磁化率降低至2.46，2.23，接近理论磁化率。因此，铬铁砂球团磁化焙烧时间控制在30～40 min较为合适。

图4　焙烧时间对铬铁砂焙烧球团磁化率的影响

4焙烧球团矿磨矿—磁选试验

控制铬铁砂球团煤粉配比2%，焙烧温度为825 ℃，磁化焙烧时间35 min，获得的铬铁砂焙烧球团矿磁化率为2.46。采用φ328 mm×180 mm弱磁筒式磁选机对该焙烧球团矿进行磨矿—1粗1精弱磁选试验，磨矿细度-0.048 mm 52%，磁场强度120 kA/m。试验流程见图5，结果见表5。

图5　焙烧球团矿磨矿—弱磁选试验流程

表5焙烧球团矿磨矿—1粗1精弱磁选试验结果

%

从表5可以看出，磁化焙烧后铬铁砂球团矿经采用磨矿—1粗1精弱磁选可获得铁品位58.67%、回收率77.06%、含Cr2O39.08%的铁精矿和Cr2O3品位46.96%、回收率84.75%、含铁15.02%的铬精矿。

5结论

(1)综合考虑造球和磁化焙烧效果，铬铁砂造球过程中控制煤粉配比2%是适宜的。提高磁化焙烧温度、延长焙烧时间后，铬铁砂球团中Fe2O3逐渐被还原成FeO，磁化率降低；但磁化焙烧温度过高、焙烧时间过长时，磁化率降低幅度过大，低于理论磁化率2.33时，会恶化磁化焙烧效果，影响后续磁选效果，同时也会对焙烧设备和生产成本的降低产生不利影响。为满足铬铁砂球团磁化焙烧需要，将焙烧温度控制在800～850 ℃、焙烧时间控制在30～40 min，试验取焙烧温度825 ℃，焙烧时间35 min。

(2)将磁化焙烧后的铬铁砂球团矿磨矿至 -0.048 mm 52%，在磁场强度为120 kA/m条件进行1粗1精弱磁选试验，可获得铁品位58.67%、回收率77.06%、含Cr2O39.08%的铁精矿和Cr2O3品位46.96%、回收率84.75%、含铁15.02%的铬精矿，初步实现了铁与铬的分离、富集，为铁精矿和铬精矿的进一步提纯奠定了基础。

参考文献

[1]张成强,李洪潮.苏丹某铬铁矿选矿工艺试验[J]. 现代矿业,2013(6)：27-30.

[2]余良晖, 王海军, 于银杰. 我国铬铁矿战略储备构思[J]. 国土资源, 2006(8):24-25.

[3]李亮.菲律宾某低品位难选铬铁矿选矿工艺研究[J]. 现代矿业,2011(9)：5-10.

[4]李艳军,张剑廷.我国铬铁矿资源现状及可持续供应建议[J]. 金属矿山, 2011(10):27-30.

[5]谢志勇,曹丽华,李新华.宣钢竖炉球团使用巴西精矿的试验研究[J]. 烧结球团,2002(4)：33-36.

[6]胡长庆,张玉柱,尹海生，等.竖炉球团配加巴西精粉的试验研究[J]. 烧结球团,2003(6)：15-17.

(收稿日期2016-02-17)

胡桂渊(1985—)，男，工程师，063009 河北省唐山市新华西道46号。