褐铁矿焙烧与磁选工艺试验研究

我国铁矿石资源丰而不富，在约581亿t储量中，97%为贫矿，平均品位为33%，需要进行选矿处理后才能利用。近年来，随着我国经济的快速发展，钢铁工业持续高速增长，铁矿石供求矛盾日益突出。因此，迫切需要依靠技术进步尽可能地开发利用低品位复杂难选铁矿石资源，以保障钢铁工业持续稳定发展。

褐铁矿是我国储量较大的难利用铁矿资源之一，矿石含铁35%~40%，高者可达50%，我国已探明褐铁矿储量12.3亿t，占全国铁矿储量的2.3%。褐铁矿为无定形的铁的氧化物和氢氧化物，以针铁矿、水针铁矿为主要组成，并包含数量不等的纤铁矿、水纤铁矿，多呈土状、胶状（肾状、钟乳状等）、非晶质或隐晶质，常发育于赤铁矿－针铁矿裂隙和晶洞中，充填交代和胶结。

由于褐铁矿具有化学成分不固定、含铁量很不稳定、水分含量变化大、碎磨过程中容易过粉碎等特殊性质，属于极难选铁矿石。国内外学者也开展了大量的关于褐铁矿开发利用的研究工作，在常规的重选、浮选、磁选、焙烧工艺的基础上，也采用了一些新的磁化焙烧方法，如闪速磁化焙烧、微波磁化焙烧、钠化还原焙烧，也取得了一些进展，为褐铁矿的开发利用提供了很好的研究基础。

本文主要是对某细粒含锰褐铁矿开展工作，矿区赋存结核状锰铁矿资源量331.5万t，土状锰铁矿2417.4万t。该地区铁矿不仅嵌布粒度细，而且伴生有锰，开发利用难度大。在系统地研究了该细粒含锰褐铁矿工艺矿物学特性的基础上，进行了磁化焙烧－磁选工艺条件的试验研究，分析了磁化焙烧产品中磁铁矿的嵌布情况，并提出了进一步研究的思路，为该类型褐铁矿的开发利用提供了研究基础。

1、矿石性质

试验原料为湖南某细粒褐铁矿，矿石埋藏接近地表，风化粉碎严重，矿样呈蓬松粉状，水分含量高，采样为块状和粉状混合物，2mm以上部分经颚式破碎机和对辊式破碎机破碎，全部通过2mm筛后，混匀备用。该矿主要有价元素铁以赤铁矿、褐铁矿形式存在，锰以羟锰矿的形式存在。

2、试验方法

取300g铁矿原料与一定量的煤粉（－200目90%）混合，控制一定的煤粉的质量百分比（煤炭重量/（煤炭重量＋铁尾矿重量）），混匀后装入不锈钢坩埚，待SX－8－13马弗炉内温度升至设定温度后，将不锈钢坩埚放入炉内焙烧一定时间，取出水淬、烘干，称取25g磁化焙烧样品在球磨机中磨一定时间，再用磁选机进行弱磁选（磁场强度为88kA/m），得金属铁粉。超声波预处理中，超声波频率为42kHz，功率为400W。

3、磁化焙烧条件试验

（1）焙烧温度

从焙烧产品的分析结果可以看出，随着焙烧温度的提高，焙烧产品的铁品位不断提高；随着焙烧温度的提高，磁选铁精矿品位不断提高，同时铁回收率也提高较大。在850℃时，磁选精矿品位为57.11%，铁回收率为84.43%，均为较高，因此，确定较好焙烧温度为850℃。焙烧设备主要是回转窑。

（2）焙烧时间

焙烧产品品位除去反应时间为20min时较低外，其他样品变化不大，在50%左右；磁选精矿品位，随着磁化焙烧时间的不同，变化不大；铁回收率则在磁化焙烧时间过长、过短的情况下，都较低，而在40min、60min两个点比较高。确定较好的焙烧时间为60min。

（3）煤炭加入量

煤炭在磁化焙烧生产过程中，即起到产生热量的作用，也为磁化焙烧提供还原气氛。由于本试验是在马弗炉内进行，煤炭主要是作为还原剂。

从不同煤加入量的磁选试验结果可以看出，随着煤炭加入量的增加，焙烧产品中铁品位有下降的趋势；经过磁选后，得到的铁精矿品位随着煤炭加入量变不大；回收率则随着煤炭加入量的增加，逐渐降低。从试验数据可以看出，较好煤炭加入量为3%，但为了更好地保持磁化焙烧过程中的还原气氛，试验中增加煤炭量到4%。

4、磁选条件试验

（1）磨矿细度

对不同磨矿细度的产品进行磁选试验，磁选试验采用的原料为煤炭加入量为3%，850℃焙烧60min，磁选场强为在120kA/m。

（2）磁选场强

磁选试验结果可以看出，随着磁选场强的增强，磁选精矿品位有所下降，但回收率大幅度提高；磁选场强在对该矿的磁选指标影响较大，考虑到回收率问题，确定较好场强为159kA/m。

5、磁选工艺优化

根据磨矿细度试验和磁选场强试验结果，采用4%煤炭加入量原料，在850℃条件下，还原60min得到的产品，在磁选机内进行磁选工艺优化试验。磁选工艺优化主要进行了多次精选、改变磁选场强以及加入超声波预处理的技术方法。

研究表明，磁铁矿作为一种亚铁磁性的矿物，具有较大的矫顽力及剩磁，在现有磁选设备中，较强的磁场造成磁铁矿强烈磁团聚，致使分选精度下降，恶化选别指标。而超声波具有机械振动和空化作用，在一定程度上能够减轻磁选过程的磁包裹，磁选精矿品位有一定程度的提高。在本研究中，引进了超声波技术对磁选后的粗精矿进行超声波预处理，以减轻磁铁矿颗粒的团聚。

不同磁选流程下得到的铁精矿中锰品位均比较高，含量在7%左右，这说明，通过磁化焙烧－磁选工艺处理该矿，无法实现铁和锰的有效分离。铁精矿中锰品位偏高，是精矿中铁品位无法进一步提高的一个重要原因。

总之，采用降低磁选场强、提高精选次数和强力搅拌分散等技术手段，均无法从该磁化焙烧产品中磁选出铁品位＞60%的合格铁精矿。

综合考虑，确定159kA/m磁选场强条件下，三次精选流程为较好工艺流程，得到的铁精矿品位为55.72%，回收率80.84%。

6、结论与展望

（1）通过磁化焙烧－磁选条件试验，确定了较好磁化焙烧和磁选工艺条件，分别为原料煤炭加入量4%、焙烧温度850℃、焙烧时间60min，磁选场强159kA/m。

（2）对较好磁化焙烧条件下的焙烧产品进行了磁选工艺优化，通过多次精选、改变磁选场强以及超声波环境下强力搅拌等技术手段的对比发现，优化后的磁选工艺能将铁精矿品位提高，但提高幅度不大，同时铁回收率降低严重。确定了在159kA/m磁选场强条件下，三次精选流程为较好流程，得到的铁精矿品位为55.72%，回收率80.84%。

（3）该类型含锰细粒褐铁矿难以通过磁化焙烧－磁选工艺，得到含铁＞60%的铁精矿产品；原因在于磁铁矿粒度细小，难以同脉石矿物有效解离，建议尝试通过提高还原焙烧温度，采用直接还原工艺将铁还原为金属铁，实现铁颗粒长大，然后磁选的技术方法处理该类型矿。