酒钢尾矿悬浮磁化焙烧扩大连续试验研究_陈毅琳.pdf

收稿日期2019-11-07 基金项目甘肃省科技重大专项项目 （编号 19ZD2GB001） 。 作者简介陈毅琳 （1966） ， 男， 厂长， 教授级高级工程师。 总第 527 期 2020 年第 5 期 金属矿山 METAL MINE 酒钢尾矿悬浮磁化焙烧扩大连续试验研究 陈毅琳 1 唐晓玲 1 李艳军 2 刘金长 1 孙永升 21 （1. 酒钢集团宏兴钢铁股份有限公司， 甘肃 嘉峪关 735100； 2. 东北大学资源与土木工程学院， 辽宁 沈阳 110819） 摘要酒钢选厂强磁选工艺产生的铁尾矿品位较高， 约为21.50。尾矿大量堆存不仅占用土地、 污染环境， 还 浪费了大量铁资源。为了研究利用悬浮磁化焙烧技术处理该类尾矿的可行性， 缓解酒钢原料不足的矛盾， 对该尾矿进 行了预富集悬浮磁化焙烧磁选反浮选扩大试验研究。试验结果表明 ①酒钢尾矿经一段弱磁两段强磁预富 集工艺分选， 获得了铁品位26.01、 回收率82.71的预富集精矿， 预富集精矿中含铁矿物主要为赤铁矿、 磁铁矿和菱 铁矿， 脉石矿物主要为石英、 白云石和重晶石。②预富集精矿在还原温度530 ℃、 CO流量2.0 m3/h、 N2流量3.0 m3/h、 处 理量99 kg/h的适宜悬浮焙烧工艺参数下， 稳定试验连续运行了48 h， 取得了磁选管磁选铁精矿平均铁品位51.41、 铁 回收率72.39的技术指标。③酒钢总尾矿采用预富集悬浮焙烧磁选反浮选全流程处理， 最终可获得铁品位 58.67、 铁回收率57.82、 SiO2含量6.48的铁精矿， 综合尾矿铁品位12.00， 指标良好。该试验结果为酒钢下一步对 该类尾矿资源的回收利用提供了技术依据。 关键词尾矿坝尾矿强磁预富集悬浮磁化焙烧磁选反浮选 中图分类号TD925.7文献标志码A文章编号1001-1250 （2020） -05-178-07 DOI10.19614/ki.jsks.202005026 Expansion Continuous Experimental of Suspension Magnetization Roasting for JISCO Tailings Chen Yilin1Tang Xiaolin1Li Yanjun22Liu Jinchang12Sun Yongsheng222 （1. JISCO Group Hongxing Iron Steel Co.， Ltd.， Jiayuguan 735100， China； 2. School of Resourses and Civil Engineering， Northeastern University， Shenyang 110819， China） AbstractThe iron grade of JISCO tailings from magnetic separation is about 21．50． A large amount of tailings stock- pilling in tailing dam not only occupied the lands and polluted the environment but also wasted iron resourses． In order to study the feasibility of the suspension magnetization roasting technology for the tailings utilization and relieve the pressure of shortage of raw material in JISCO，the pre-enrichment-suspension magnetization roasting-magnetic separation-reverse flota- tion expansion experiment research was conducted for the tailings． The test results showed that ①The tailings are sorted by one-stage weak magnetic and two-stage strong magnetic pre-enrichment process to obtain a pre-enriched concentrate with iron grade of 26．01 and recovery rate of 82．71． The main iron minerals in the pre-enriched concentrate are hemetite， magnetite and siderite． The major gangue minerals in the pre-enriched concentrate are quartz， dolomite and barite．②In the suitable pro- cess parameters condition of reduction temperature of 530 ℃，CO flow of 2．0 m3/h，N2flow of 3．0 m3/h，treatment amount of 99 kg/h，the tests run stablely in 48 h and get the better technology inds of average iron grade of 51．41 and average iron recovery rate of 72．39 after magnetic separation with magnetic tube． ③Iron concentrate could be obtained with iron grade of 58．67，iron recovery rate of 57．82，SiO2content of 6．48，and comprehensive tailing iron grade is of 12．00 in the whole process of pre-enrichment-suspension roasting-magnetic separation-reverse flotation，which provides technical basis for next stage recycling process of the tailings resources in JISCO． KeywordsTailings in tailings dam，Strong magnetic pre-enrichment，Suspension magnetization roasting，Magnetic separation， Reverse flotation Series No． 527 May 2020 近年来， 随着钢铁工业的迅速发展， 工业废气、 废 水、 废渣数量逐年增多， 其中选矿厂的尾矿排出量较 大， 全世界每年排出的尾矿和废石在50亿t以上。我 国铁矿石资源品位低， 铁矿石年产量大约有15亿t， 尾 178 ChaoXing 矿量高达10亿t以上 ［1-3］。尾矿排放不仅占用大量土 地， 有时因管理不善还会发生尾矿坝溃坝事故， 造成 人员伤亡、 环境污染、 村镇被毁等严重后果。因此， 加强尾矿管理和尾矿的综合利用对于减少土地资源 占用、 改善生态环境、 提高周边地区环境质量和资源 利用效率， 具有非常重要的意义。 目前， 酒钢集团选烧厂尾矿累计堆存量已达到 8 000万t， 而且每年新增尾矿500多万t， 不仅占用土 地、 污染环境， 而且还有可能引发安全问题 ［4-5］。酒钢 选烧厂处理的矿石属典型的复杂难选铁矿资源， 分 选难度极大， 导致现有工艺流程中部分铁矿物流失 进入尾矿， 尾矿铁品位高达21。因此， 酒钢铁尾矿 不仅是一种工业废弃物， 更是一种含铁原料， 具有重 要的回收利用价值。 酒钢与东北大学在共同完成了 “酒钢粉矿悬浮 磁化焙烧扩大试验” 的基础上 ［6-7］， 针对酒钢总尾矿进 行了预富集悬浮焙烧扩大连续试验研究， 以期形 成酒钢尾矿悬浮焙烧工业化生产的技术原型， 为酒 钢尾矿的资源化高效开发利用提供技术支撑。 1试验原料与研究方法 1. 1原料来源及制备 悬浮焙烧连续扩大试验所用原料为酒钢尾矿坝 堆积的尾矿经一段弱磁、 两段强磁工艺预选的粗精 矿 （以下简称为预富集精矿） 。采得尾矿试样细度 为-200目含量大于75， 其化学多元素分析结果见 表1。 由表1可知， 酒钢总尾矿中全铁品位为21.50， 为主要有价元素； 总尾矿中主要脉石成分为SiO2， 含 量高达39.71， 除硅仍然是选矿的主要任务。 尾矿中含有大量已经完全单体解离的脉石， 预先 抛除这部分脉石， 将有利于提高焙烧效率和产能， 从 而降低成本。为此， 试验在酒钢的选矿实验室进行， 首先对选别磁场强度、 中矿冲洗水等参数进行选择试 验， 根据试验结果确定工艺流程及参数为 弱磁选 （0.18 T） 强磁粗选 （1.2 T） 强磁扫选 （1.2 T） 。对上 述尾矿样进行了实验室预富集抛尾试验。对20 t尾矿 样进行抛尾处理， 共生产预富集精矿13 t左右。预富 集试验结果如表2所示。 由预富集试验结果可知， 酒钢尾矿经一段弱磁 两段强磁预富集工艺处理， 可获得铁品位26.01、 回收率82.71的预富集精矿。 1. 2试验设备 连续型悬浮系统见图1。 2原料特性分析 2. 1化学成分分析 对预富集精矿进行了化学多元素分析， 结果见 表3。 表3分析结果表明， 预富集精矿中铁为主要回收 成分， 含量为 26.76； 主要杂质成分为 SiO2， 含量高 达36.20； 此外， Al2O3、 MgO、 CaO、 BaO等杂质成分含 量也较高， 分别为3.58、 2.99、 2.96、 3.98； 同时， 有害元素S的含量较高， 为1.09。 2. 2物相组成分析 2. 2. 1XRD物相分析 预富集精矿X射线衍射分析结果见图2。 由图2可知， 预富集精矿中含铁成分主要为赤铁 矿、 菱铁矿和磁铁矿， 脉石矿物主要为石英、 白云石 和重晶石。 2. 2. 2铁化学物相分析 预富集精矿铁化学物相分析结果见表4。 由表 4可知， 铁化学物相分析结果与 XRD结果 相一致， 铁主要以赤 （镜、 褐） 铁矿形式存在， 分布率 高达64.01； 碳酸铁和磁性铁的含量相对较高， 分布 2020年第5期陈毅琳等 酒钢尾矿悬浮磁化焙烧扩大连续试验研究 179 ChaoXing 率分别为16.89和16.26； 硫化铁和硅酸铁的含量 相对较低。因此， 预富集精矿中主要回收对象为赤 （镜、 褐） 铁矿、 菱铁矿、 磁铁矿。 3悬浮焙烧扩大试验研究 选用连续悬浮焙烧系统进行酒钢尾矿的预富集 精矿样品悬浮焙烧条件试验和稳定运行试验 ［8］。 3. 1悬浮焙烧条件试验 针对总尾矿预富集精矿系统地开展了还原温 度、 还原剂流量、 还原气氛、 处理量等条件试验， 通过 磁选管分选指标判断悬浮焙烧的效果。 3. 1. 1还原温度试验 首先进行还原温度条件试验。固定试验条件 为 处理量99 kg/h， N2流量2.0 m/h， CO流量为3.0 m/ h。试验结果见图3。 由图3可知， 随着还原温度升高， 铁精矿中铁品位 和回收率呈现出先明显升高之后趋于稳定的变化趋 势； 当温度从450 ℃升高到520 ℃时， 精矿铁品位由 47.56 提高到 48.88， 铁回收率由 64.70 提高到 75.14； 随着温度继续升高， 精矿铁品位和回收率分 别在 48.89～50.38 和 72.82～76.15 范围内波 动。因此， 焙烧还原温度应控制在520～550 ℃。 3. 1. 2CO流量试验 分别在还原温度500 、 530和550℃条件下开展了 CO流量试验， 处理量为99 kg/h、 N2流量为2.0 m/h， 试 验结果如图4所示。 由图4可知， 还原剂流量对悬浮焙烧产品磁选结 果影响显著。当还原温度为500 ℃时， 随着CO流量 增加， 铁精矿中铁品位从 48.67 增加到 49.80， 铁 回收率从 69.99 增加到 73.09； 当还原温度为 530 ℃时， 随着 CO 流量增加， 铁品位在 49.47～ 49.97之间波动， 铁回收率在73.94～75.24之间 变化， 可认为两者基本保持稳定； 当还原温度为 550 ℃时， 随着CO流量增加， 铁精矿中铁品位和回收 率均呈现出先增加后降低的趋势； 当还原温度为 530 ℃和550 ℃时， 在整个CO流量范围内， 铁精矿品 位大于49.42， 铁回收率大于73.94。因此， 结合还 原温度 （控制焙烧温度为 520～550 ℃） ， 确定适宜的 CO流量应大于等于2.0 m/h。 3. 1. 3N2流量试验 N2流量对还原过程有重要的影响。试验过程中 金属矿山2020年第5期总第527期 180 ChaoXing 固定CO流量， 调节不同的N2流量进行试验， 根据N2 流量与焙烧产品选别指标的关系， 来评价N2浓度对 还原过程的影响。固定试验条件 处理量99 kg/h、 CO 流量为2.0 m/h、 还原温度为530 ℃。试验结果如图5 所示。 由图5可知， N2流量对铁精矿中铁品位和回收率 具有一定的影响， 当N2流量从1.0 m/h增加到3.0 m/ h时， 铁精矿中铁品位和回收率呈现出略微降低的趋 势， 而当N2流量进一步增加至5.0 m/h时， 精矿中铁 品位和回收率则明显降低。这是由于CO相对浓度 的降低， 导致了还原速度下降； 另一方面， N2流量的 增加导致了总气量的增加， 加快了物料的流动速度， 缩短了还原时间， 导致焙烧过程中铁矿物磁化效果 减弱， 进而造成了分选指标下降。 基于上述试验结果， 确定适宜的 N2流量为 3.0 m/h， 此时， 获得的铁精矿中铁品位为 50.00、 铁回 收率为74.88。 3. 1. 4处理量试验 随着处理量增加， 矿样完成磁化还原所需的还 原剂流量也有所增加。因此， 试验过程中随着给矿 量的增加， CO和N2流量也相应按照一定比例改变， 以便保证提供充足的还原气体。固定还原温度为 530 ℃进行处理量试验， 结果如图6所示。 由图6结果可知， 随着处理量增加， 铁精矿中铁品 位在48.65～49.34之间波动； 当处理量从77 kg/h 增加到 108 kg/h 时， 铁回收率由 76.05 下降到 73.74， 继续增加处理量至124 kg/h， 铁回收率则开 始升高至75.54。在整个处理量变化范围内， 铁精 矿中铁品位大于48.65， 铁回收率大于73.74。尽 管品位和回收率有一定的变化， 但总体上看， 处理量 对指标影响不大。 考虑到系统其它环节的能力， 确定适宜的处理 量为99 kg/h。该条件下可获得铁品位48.89、 铁回 收率74.17的铁精矿。 3. 1. 5还原时间试验 还原时间条件的改变通过调节总气量得以实 现。为了保证反应器内还原气氛相同， CO和N2流量 根据总气量按一定比例进行缩放。固定试验条件为 还原温度530 ℃， 给矿量99 kg/h， 试验结果如图7所 示。 由图7结果可知， 总气量过高或过低均不利于矿 石中弱磁性铁矿物的磁化还原， 适宜的总气量范围 为5.0～6.0 m3/h， 此时可获得铁品位大于49.74、 铁 回收率大于75.93的良好指标。 3. 2预富集精矿悬浮焙烧稳定试验 3. 2. 1稳定试验条件 根据条件试验结果， 最终确定悬浮磁化焙烧连 续稳定试验运行条件为 处理量99 kg/h、 CO流量2.0 m3/h、 N2流量3.0 m3/h、 还原温度530 ℃、 总气量5.0 m3/h。 对焙砂采用实验室磁选管选别， 磁选管选别条件为 磨矿细度-160 目 100、 磁场强度 0.18 T、 选别时间 4.5 min。 3. 2. 2稳定运行试验结果 本次预富集精矿连续稳定试验共计进行了 48 h， 处理矿样4.8 t。稳定试验过程中每隔30 min取小 样一次， 将 4次小样合并混匀作为 2 h样品， 并及时 对2 h样品进行磁选管分选， 以分选指标作为衡量连 2020年第5期陈毅琳等 酒钢尾矿悬浮磁化焙烧扩大连续试验研究 181 ChaoXing 续悬浮焙烧工艺稳定性的标准。悬浮焙烧连续运行 稳定试验结果见表5和图8。 由表5和图8可知， 试验样品经磁选后， 铁精矿 中铁品位均在50以上， 平均值为51.41； 铁回收率 均大于70， 平均值为72.39。上述结果表明悬浮 焙烧产品分选指标稳定。 3. 3预富集精矿悬浮焙烧产品性质分析 3. 3. 1焙烧产品化学成分分析 对焙烧产品进行了化学成分分析， 结果见表6。 由表6可知， 预富集精矿悬浮焙烧产品中TFe品 位为 27.32， FeO 含量为 5.82； 主要杂质成分为 SiO2、 Al2O3、 CaO、 MgO和BaO； 有害元素S含量相对较 高， 达到1.02， 需要进一步确定S的赋存状态。 3. 3. 2焙烧产品XRD物相分析 预富集精矿焙烧产品的XRD分析结果见图9。 由图9可知， 焙烧样品中主要铁矿物为磁铁矿， 脉石矿物主要为石英、 白云石及重晶石。 3. 3. 3焙烧产品铁化学物相分析 预富集精矿焙烧产品和焙烧前的铁化学物相分 析结果见表7。 由表7可知， 焙烧产品中的铁主要以磁性铁的形 式存在， 磁性铁的分布率为83.05； 赤 （镜、 褐） 铁矿 中铁的分布率为 9.66； 碳酸铁的分布率为 4.54。 经计算悬浮焙烧样品的磁性转化率为81.71。 4悬浮焙烧产品分选试验研究 对焙烧扩大试验的焙烧产品进行了选矿工艺流 程、 工艺参数、 产品质量等方面的详细研究 ［9-13］。 4. 1预富集精矿悬浮焙烧产品分选试验 根据焙烧产品的性质， 采用磁选反浮选联合 工艺进行了分选试验。结合总尾矿预富集流程结 果， 采用酒钢总尾矿预富集悬浮焙烧分选的全 流程进行分选试验， 具体工艺流程见文献 ［7］ ， 结果 见表8。 由表8结果可知， 采用预富集悬浮焙烧磁选 反浮选工艺处理酒钢尾矿， 最终可获得铁品位 58.67、 铁回收率57.82、 SiO2含量6.48的铁精矿， 尾矿中铁品位由原来的21.50降低到12左右。 4. 2精矿产品性质分析 4. 2. 1精矿化学成分分析 酒钢总尾矿悬浮焙烧产品经磁选浮选流程分 选后， 所得精矿的化学成分分析结果如表9所示。 由表9可知， 精矿产品的铁品位为58.45； 杂质 金属矿山2020年第5期总第527期 182 ChaoXing ［1］ ［2］ ［3］ ［4］ ［5］ ［6］ ［7］ ［8］ ［9］ 成分CaO和Al2O3含量较少， 分别为1.18和1.11； SiO2和MgO含量相对较高， 分别为6.52和3.59； 有 害元素S、 P的含量较低。S含量由原尾矿中的1.03 下降至0.272， 降低了74。经分析， S在尾矿坝尾 矿中主要以重晶石形式存在， 矿样经磁化焙烧后， 再 经过进一步细磨， 重晶石与磁性铁矿物得到了解离， 且与铁矿物磁性差异加大， 选别后大部分重晶石进 入了尾矿， 因此产品中S含量大大降低。 4. 2. 2精矿铁化学物相分析 酒钢总尾矿悬浮焙烧分选精矿产品的铁化学物 相分析结果见表10。 由表10可知， 精矿产品中的铁主要以磁性铁的 形式存在， 分布率高达97.37； 硅酸铁、 硫化铁和碳 酸铁中铁的分布率分别为1.20、 1.02和0.41。 5结论 （1） 酒钢尾矿经一段弱磁两段强磁预富集工 艺分选， 获得了铁品位 26.01、 回收率 82.71 的预 富集精矿。分析结果表明， 预富集精矿中含铁矿物 主要为赤铁矿、 磁铁矿和菱铁矿， 脉石矿物主要为石 英、 白云石和重晶石。 （2） 预富集精矿在还原温度530 ℃、 CO流量2.0 m3/h、 N2流量3.0 m3/h、 处理量99 kg/h、 总气量5.0 m3/h 的适宜悬浮焙烧工艺参数下， 稳定试验连续运行了 48 h， 取得了磁选管磁选铁精矿平均铁品位51.41、 铁回收率72.39的技术指标。 （3） 酒钢总尾矿采用预富集悬浮焙烧磁选 反浮选全流程处理， 最终可获得铁品位58.67、 铁 回收率57.82、 SiO2含量6.48的铁精矿， 综合尾矿 铁品位12.00， 指标良好。 （4） 悬浮焙烧试验过程中焙烧系统运行良好、 工 作参数控制稳定、 焙烧产品质量优异， 表明该系统生 产运行稳定可靠， 悬浮磁化焙烧在装备和技术上均 是完全可靠的， 研究结果可作为酒钢总尾矿悬浮磁 化焙烧工程化建设的依据。推荐酒钢总尾矿处理流 程为预富集悬浮焙烧磁选浮选流程。 参 考 文 献 戴自希．世界金属矿山尾矿开发利用的现状和前景 ［C］ //中国实 用矿山地质学 （下册） 中国地质学会， 2010335-339． Dai Zixi．Current status and prospects of the development and utili- zation of metal mine tailings in the world ［C］ //Practical Mining Ge- ology in China （Part 2） The Chinese Geological Society， 2010335- 339． 钱家澍．全球铁矿石资源分析与思考 ［N］ ．世界金属导报， 2020- 02-11 （A06） ． Qian Jiashu．Analysis and thinking of global iron ore resources ［N］ ． World Metal Herald， 2020-02-11 （A06） ． 陈虎， 沈卫国， 单来， 等．国内外铁尾矿排放及综合利用状 况探讨 ［J］ ．混凝土， 2012 （2） 88-92． Chen Hu， Shen Weiguo， Shan Lai， et al．Situation of discharge and comprehensive utilization of iron tailings domestic and abroad ［J］ ． Concrete， 2012 （2） 88-92． 袁帅， 韩跃新， 李艳军， 等．国外某赤铁矿石悬浮磁化焙烧 磁选试验 ［J］ ．金属矿山， 2018 （8） 70-72． Yuan Shuai， Han Yuexin， Li Yanjun， et al．Suspension magnetiza- tion roasting-magnetic separation test of a certain hematite ore abroad ［J］ ．Metal Mine， 2018 （8） 70-72． 宋海霞， 徐德龙， 酒少武， 等．悬浮态磁化焙烧菱铁矿及冷却条 件对产品的影响 ［J］ ．金属矿山， 2007 （1） 52-54． Song Haixia， Xu Delong， Jiu Shaowu， et al．Siderite magnetization by suspension roasting and effect of cooling conditions on product ［J］ ．Metal Mine， 2007 （1） 52-54． 袁帅， 韩跃新， 高鹏， 等．难选铁矿石悬浮磁化焙烧技术研 究现状及进展 ［J］ ．金属矿山， 2016 （12） 9-12． Yuan Shuai， Han Yuexin， Gao Peng， et al．Research status and de- velopment of refractory iron ore suspension magnetization roasting technology ［J］ ．Metal Mine， 2016 （12） 9-12． 唐晓玲， 陈毅琳， 韩跃新， 等．酒钢粉矿悬浮磁化焙烧扩大试验 研究 ［J］ ．金属矿山， 2019 （2） 29-33． Tang Xiaoling， Chen Yilin， Han Yuexin， et al．Expansion experimen- tal study for suspension magnetization roasting in Jiugang powder ore ［J］ ．Metal Mine， 2019 （2） 29-33． 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） 20-23． Ren Yafeng， Yu Yongfu．Present status and development orientation of magnetization roasting technology for refractory red iron ores ［J］ ． Metal Mine， 2005 （11） 20-23． 唐晓玲， 陈毅琳， 高泽宾， 等．酒钢选矿厂焙烧磁选铁精矿阳离 子反浮选生产实践 ［J］ ．金属矿山， 2008 （11） 43-45． 2020年第5期陈毅琳等 酒钢尾矿悬浮磁化焙烧扩大连续试验研究 183 ChaoXing ［10］ ［11］ ［12］ ［13］ Tang Xiaoling， Chen Yilin， Gao Zebin， et al．Production practice of cationic reverse flotation of roasted magnetic separation iron con- centrate in Jiugang concentrator ［J］ ．Metal Mine， 2008 （11） 43-45． 余建文， 韩跃新， 李艳军， 等．鞍山式赤铁矿预选粗精矿悬浮态 磁化焙烧磁选试验研究 ［J］ ．中南大学学报自然科学版， 2018 （4） 7-14． Yu Jianwen， Han Yuexin， Li Yanjun， et al．Experimental study on magnetic suspension roasting-magnetic separation of pre-selected coarse concentrate in Anshan-type hematite ［J］ ．Journal of Central South UniversityScience and Technology， 2018 （4） 7-14． 高鹏， 余建文， 韩跃新， 等．东鞍山铁矿石预富集精矿悬浮磁 化焙烧试验 ［C］ //第十一届中国钢铁年会论文集 ．北京， 2017 586-592． Gao Peng， Yu Jianwen， Han Yuexin， et al．Suspension magnetiza- tion roasting test of Donganshan iron ore preconcentration concen- trate［C］ //The Proceedings of 11thChina Iron and Steel Annual Meeting， Beijing， 2017586-592． 张雅琴．酒钢选矿厂焙烧磁选系统改造实践 ［J］ ．金属矿山， 2004 （9） 25-27． Zhang Yaqin．Re practice of roasting magnetic separation sys- tem in Jiugang concentrator ［J］ ．Metal Mine， 2004 （9） 25-27． 王彩虹， 杨云虎．酒钢粉矿竖炉磁化焙烧工艺研究 ［J］ ．金属矿 山， 2017 （9） 96-100． Wang Caihong， Yang Yunhu． Research on magnetization roasting process of shaft furnace in Jiugang iron mine ［J］ ．Metal Mine， 2017 （9） 96-100． 金属矿山2020年第5期总第527期 184 ChaoXing