鞍钢某铁尾矿磁化焙烧—磁选试验研究

张 毅 余 莹 张五志 高 鹏

（1.东北大学资源与土木工程学院，辽宁 沈阳 110819；2.难采选铁矿资源高效开发利用技术国家地方联合工程研究中心，辽宁 沈阳 110819；3.鞍钢集团矿业弓长岭有限公司选矿分公司，辽宁 辽阳 111008）

我国铁矿资源丰富，探明储量800多亿t［1］，但具有铁品位低、嵌布粒度细、杂质多等特点，90%以上的铁矿石需要选矿处理，每年产出大量的铁尾矿。铁尾矿的堆存不仅是对资源的浪费，还会引发一系列的环保问题。因此，加强铁尾矿资源高效分选技术研究，对提高矿产资源的综合利用水平具有重要意义［2-3］。

我国铁尾矿的突出特点是矿物种类繁多、性质复杂、粒度极细、泥化严重，单一的物理分选手段并不能有效地解决铁尾矿资源的利用问题。磁化焙烧技术结合选矿及冶金学科特点，将弱磁性矿物转化为强磁性矿物，进而通过弱磁选工艺回收目的矿物，已成为处理难选铁矿石最典型、最有效的方法之一［4-7］。目前，针对铁尾矿资源的特点及赤铁矿转化为磁铁矿技术上存在的问题，选矿工作者经过不断的探索和研究，已形成多种难选铁尾矿选矿新技术［8-9］。如西安建筑科技大学相关团队［10］在水泥行业悬浮预热器的基础上，研发了难选铁矿石高固气比悬浮焙烧新装备，并利用该装备对大西沟菱铁矿尾矿（TFe品位15.1%）进行了半工业焙烧试验，在740℃、CO2含量1.0%的焙烧条件下，获得了铁品位53.3%、铁回收率70.5%的磁选精矿；东北大学相关团队［11］对鞍钢东部尾矿进行磁选预富集—悬浮磁化焙烧—磁选半工业试验，在给矿TFe品位11.5%的条件下，获得了铁品位65.7%、铁回收率89.9%的磁选铁精矿，为难选铁尾矿资源的高效利用提供了示范。

鞍钢某铁矿拥有大量的铁矿物，铁品位在15%左右。为确定适宜的铁回收工艺，进行了详细的工艺条件研究，本文重点介绍了焙烧工艺条件研究情况。

1 试样性质及研究方法

1.1 试样性质

试样-0.074 mm粒级占75%，对其进行化学成分分析、铁物相分析、XRD分析，结果分别见表1、表2及图1。

由表1及表2可知，试样TFe品位为14.70%，主要杂质SiO2含量为66.17%，有害元素P、S、Na含量较低；铁主要以赤褐铁矿的形式存在，分布率为83.87%，磁性铁分布率为2.13%，以碳酸铁及硫化铁形式存在的铁较少。

由图1可知，试样中主要有用矿物为磁铁矿、赤铁矿，主要脉石矿物为石英。

1.2 试验方法

首先将焙烧炉升温至预定温度，然后通入N2排净炉内空气，再将一定浓度比例的N2和CO混合气体给入炉内还原腔体（CO浓度以CO占N2和CO混合气体的体积分数表示），之后将待焙烧物料10.0 g给入焙烧管内进行磁化焙烧。物料完成焙烧后，停止通入还原气体CO并关闭焙烧炉，继续通入N2排净还原气体，待焙烧物料冷却至室温后得到焙烧产品。最后对焙烧产品进行弱磁选试验，磁场强度为87.12 kA/m，获得磁选精矿。

2 试验结果与讨论

2.1 焙烧温度试验

在焙烧时间为5 min、气体流速为500 mL/min、CO浓度为30%的条件下，考察焙烧温度对焙烧产品分选指标的影响，结果见图2。

由图2可知，随着焙烧温度的升高，磁选精矿TFe品位先升后降，TFe回收率升高；焙烧温度过低会导致反应速率缓慢；焙烧温度过高，试样容易发生过还原反应，生成弱磁性的FeO，且能耗和生产成本大大增加。综合考虑，确定后续试验的焙烧温度为580℃。

2.2 焙烧时间试验

在焙烧温度为580℃、气体流速500 mL/min、CO浓度30%的条件下，考察焙烧时间对焙烧产品分选指标的影响，结果见图3。

由图3可知，随着焙烧时间的增加，磁选精矿TFe品位先快速升高后逐渐降低，TFe回收率先大幅度升高后基本不变。焙烧时间较短，还原不够充分，部分赤褐铁矿未能还原成磁铁矿；焙烧时间过长，大部分赤铁矿已转化为磁铁矿，继续焙烧会导致过还原，生成弱磁性的FeO。综合考虑，确定后续试验的焙烧时间为5 min。

2.3 CO浓度试验

在焙烧温度580℃、焙烧时间5 min、气体流速500 mL/min的条件下，考察CO浓度对焙烧产品分选指标的影响，结果见图4。

由图4可知，随着CO浓度的增加，磁选精矿TFe品位降低，TFe回收率缓慢升高；当CO浓度为30%时，TFe回收率达到最大值。这种现象说明，当CO浓度不足30%时，试样中赤褐铁矿还未完全反应，选别指标仍有提升空间；CO过剩，一部分新生成的磁铁矿过还原成FeO，从而降低了物料的磁性，导致选别指标变差。综合考虑，确定后续试验CO浓度为30%。

2.4 气体流速条件试验

在焙烧温度为580℃、焙烧时间为5 min、CO浓度为30%的条件下，考察气体流速对焙烧产品分选指标的影响，结果见图5。

由图5可知，气体流速的增加对磁选精矿TFe回收率的影响较小，但品位小幅下降。当气体流速为500 mL/min时，可获得TFe品位为62.17%、TFe回收率为84.02%的磁选精矿。因此，后续试验确定气体流速为500 mL/min。

2.5 焙烧产品分析

在焙烧温度为580℃、焙烧时间为5 min、CO浓度为30%、气体流速为500 mL/min的条件下，得到的焙烧产品的铁物相分析结果见表3，其他参数不变情况下不同焙烧时间的产物XRD图谱见图6。

由表3可知，试样焙烧产品TFe含量为14.57%，其中，磁性铁含量和分布率显著提高，赤褐铁含量和分布率大幅度降低。与表2对比可知，经悬浮磁化焙烧后，大部分赤褐铁转化为磁性铁。

由图6可知，经过焙烧，试样的磁铁矿和赤铁矿衍射峰发生了明显变化；焙烧时间从1 min增加至5 min，试样的赤铁矿衍射峰不断降低，直至消失，磁铁矿的衍射峰逐渐增强，说明赤铁矿中的铁转化成了磁性铁；继续延长焙烧时间至6 min，又重新出现赤铁矿的衍射峰，研究结果进一步佐证了适宜的焙烧时间为5 min。

3 结 论

（1）鞍钢某铁尾矿TFe品位为14.70%，主要杂质SiO2含量为66.17%，有害元素P、S、Na的含量较少；铁尾矿中的铁主要以赤、褐铁矿的形式存在，分布率为83.87%，磁性铁分布率为2.13%；铁尾矿中主要有用矿物为磁铁矿、赤铁矿，主要脉石矿物为石英。

（2）采用磁化焙烧—磁选工艺对试样开展了试验研究，确定了适宜的焙烧条件为：焙烧温度580℃、焙烧时间5 min、CO浓度30%、气体流速500 mL/min。焙烧产品经弱磁选选别，可获得TFe品位62.17%、TFe回收率84.02%的磁选精矿。

（3）焙烧产品的铁物相分析结果表明，磁性铁含量和分布率显著提高，赤褐铁含量和分布率大幅度降低。不同焙烧时间下产品的XRD图谱进一步说明铁尾矿中的赤褐铁向磁性铁的转化。