镜铁矿悬浮磁化焙烧过程中的铁物相与磁性转变研究_李嘉.pdf

镜铁矿悬浮磁化焙烧过程中的铁物相 与磁性转变研究 李嘉 1， 2 孙永升 1， 2 李艳军 1， 2 韩跃新 1， 2 （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） 摘要甘肃某镜铁矿石主要有价元素为铁， TFe含量为59.61， 原矿中94.79的铁以赤褐铁的形式存在， 脉 石矿物主要为石英， 含量为8.11。为考察焙烧过程主要影响因素对焙烧产物的物相转化与磁性转变的影响， 进行 了悬浮焙烧试验。结果表明 镜铁矿经悬浮磁化焙烧后， 焙烧产物中铁主要以磁铁矿的形式存在， 磁性明显增强； 随 着焙烧温度升高、 焙烧时间延长、 CO浓度增加、 总气量增加， 焙烧产品中镜铁矿含量均逐渐降低， 磁铁矿含量均逐渐 增加， 焙烧产品饱和磁化强度和最大比磁化系数均先提高后降低； 在焙烧温度为550 ℃、 焙烧时间为4 min、 CO浓度 为20、 总气量为600 mL/min时， 焙烧产物的比饱和磁化强度为63.66 A m2/kg、 最大比磁化系数为5.0210-4m3/kg； 焙烧过程铁物相按照Fe2O3→Fe3O4→FeO的反应顺序进行， 焙烧产物铁物相的转化会影响铁矿物磁性的强弱， 并且 主要与磁铁矿的含量相关。试验结果可以为我国镜铁矿资源悬浮焙烧过程机理研究提供理论依据。 关键词镜铁矿悬浮磁化焙烧物相转化磁性转变 中图分类号TD925.7， TF046.2文献标志码A文章编号1001-1250 （2019） -02-038-06 DOI10.19614/ki.jsks.201902007 Study on Iron Phase Transation and Magnetic Transation during Suspension Magnetization Roasting of Specularite Li Jia1， 2Sun Yongsheng1， 2Li Yanjun1， 2Han Yuexin1， 22 （1. School of Resources and Civil Engineering， Northeastern University， Shenyang 110819， China； 2. National-Local Joint Engineering Research Center of Refractory Iron Ore Resources Efficient Utilization Technology， Shenyang 110819, China） AbstractThe main valuable element of a specularite ore in Gansu Province is iron. The content of TFe is 59.61. 94.79 of the iron in the raw ore exists in the of hematite and limonite. The gangue mineral is mainly quartz and the con⁃ tent is 8.11. In order to investigate the effect of main factors on phase transation and magnetic transation of roasted products， suspension roasting experiments were carried out. The results show that after the suspension magnetization roasting of specularite，the roasted product iron mainly exists in the of magnetite，and the magnetism is obviously enhanced. With the increase of roasting temperature， roasting time， CO concentration and total gas volume， the content of specularite in roasted products decreases gradually， the content of magnetite increases gradually， and the saturation magnetization and max⁃ imum specific magnetization coefficient of roasted products increase first and then decrease. The specific saturation magnetiza⁃ tion of the roasted product is 63.66 Am2/kg and the maximum specific magnetization coefficient is 5.0210-4m3/kg when the roasting temperature is 550 ℃ and the roasting time is 4 min， the concentration of CO is 20 and the total gas volume is 600 mL/min. The iron phase in the roasting process changes in the order of Fe2O3→Fe3O4→FeO. The transation of the phase of the roasted product will affect the magnetic strength，and is mainly related to the content of magnetite. The experimental re⁃ sults can provide theoretical basis for the mechanism of suspension roasting of specularite resources in China. KeywordsSpecularite， Suspension magnetization roasting， Phase transation， Magnetism transation 收稿日期2018-11-25 基金项目国家自然科学基金项目 （编号 1874071） 。 作者简介李嘉 （1992） ， 男， 硕士研究生。通讯作者孙永升 （1986） ， 男， 副教授， 硕士研究生导师。 总第 512 期 2019 年第 2 期 金属矿山 METAL MINE Series No. 512 February 2019 38 ChaoXing 我国的镜铁矿主要分布于安徽霍邱、 甘肃嘉峪关 等地区， 由于矿石矿物间共生关系复杂、 脉石矿物含 铁较高， 利用现有选矿工艺很难获得理想指标， 属于 国内外难选红矿之一 ［1-2］。东北大学与中国地质科学 院成都矿产综合利用研究所、 沈阳鑫博工业技术发展 公司等单位合作， 提出悬浮磁化焙烧磁选是解决弱 磁性、 难选、 低品位铁矿的有效方法， 并进行了大量的 试验以及基础性研究 ［3-7］。悬浮磁化焙烧解决了传统 磁化焙烧所存在的还原不均匀、 还原时间长、 污染高、 能耗高， 以及还原产品选别指标差的问题 ［8-10］。 本文针对甘肃某镜铁矿石， 采用悬浮焙烧技术， 运用X射线衍射分析仪、 振动样品磁强计分析了焙烧 温度、 CO浓度、 焙烧时间、 总气量对焙烧产物的物相 转化与磁性转变的影响， 为悬浮焙烧过程机理研究 提供一定的依据。 1试验原料 试验原矿取自甘肃酒钢镜铁山选矿厂， 其化学 成分分析见表1， 铁化学物相分析结果见表2， XRD图 谱见图1。 由表1可知， 原矿TFe含量为59.61， FeO含量 为3.80， 主要杂质SiO2含量为8.11。此外Al2O3、 MgO、 CaO、 Na 等杂质含量较低， 分别为 0.15、 1.12、 0.24、 0.18， 有害元素P、 S含量很少， 烧失 为4.61。 从表2可知， 原矿中铁物相分布相对集中， 铁主 要以赤褐铁矿的形式存在， 赤褐铁矿含量为56.50， 铁在赤褐铁矿中分布率高达94.79， 而磁性铁、 硫化 铁和硅酸铁中的铁含量较低， 分布率分别为0.13、 0.35、 0.09， 另有4.64的铁以碳酸铁形式存在。 由图1可知， 矿石主要矿物为镜铁矿， 脉石矿物 主要为石英， 其他矿物由于含量较低， 未被检测出。 2试验方法与设备 磁化焙烧在悬浮焙烧炉中进行， 其装置示意图 如图2所示。首先通入N2用来排净炉内的其他气体， 将悬浮焙烧炉炉温升到试验所需的温度， 称取镜铁 矿原矿沿漏斗倒入炉管中， 使其能均匀地分布于多 孔石英板上， 待温度稳定后， 通入一定CO浓度的混 合气体 （CO浓度以CO占N2和CO的体积分数表示） ， 焙烧一定时间后关闭加热器， 停止通入CO气体， 并 切换N2吹扫冷却， 将焙烧产物制样， 进行X射线衍射 以及磁性分析。 李嘉等 镜铁矿悬浮磁化焙烧过程中的铁物相与磁性转变研究2019年第2期 39 ChaoXing 3试验结果与讨论 3. 1焙烧温度对焙烧产物的影响 为考察焙烧温度对焙烧产物的影响， 试验固定 CO浓度为20、 焙烧时间为3 min， 总气体流量 （简称 总气量） 为600 mL/min， 不同焙烧温度条件下焙烧产 物的X射线衍射图谱如图3所示， 不同焙烧温度条件 下焙烧产物的磁性分析如图4所示。 由图3可知 随着焙烧温度的增加， 镜铁矿的特 征衍射峰不断减弱； 而新生成磁铁矿的特征衍射峰 开始出现， 并逐渐增强， 这表明焙烧温度升高可以促 进还原反应的进行； 当焙烧温度为550 ℃时， 镜铁矿 的特征衍射峰较少， 这说明大部分镜铁矿已经转化 为磁铁矿； 当焙烧温度大于600 ℃时， 镜铁矿的特征 衍射峰仍然存在， 但同时可以发现浮士体的特征衍 射峰， 这说明在焙烧温度大于600 ℃时， 磁化焙烧过 程极易发生过还原反应生成浮士体。 由图4可知 随着焙烧温度的升高， 焙烧产物的 比磁化强度随外磁场强度的增加先快速增加， 随后 缓慢增加， 最后趋于平稳达到磁饱和状态， 而焙烧产 物的比磁化系数随外磁场强度的增加则是先快速增 加， 到最大值后缓慢减小； 当焙烧温度由550 ℃升高 到 600 ℃时， 焙烧产物的比饱和磁化强度由 59.76 Am2/kg 增加至 60.81 Am2/kg， 最大比磁化系数由 4.3210-4m3/kg增加至4.6810-4m3/kg， 可以看出焙 烧温度增加了50 ℃， 而二者相对增加并不是很明显； 虽然焙烧温度为600 ℃时， 焙烧产品含有少量的弱磁 性的浮士体， 但由于其磁铁矿含量亦相对较高， 导致 600 ℃时焙烧产物的比饱和磁化强度和最大比磁化 系数较550 ℃时高； 当焙烧温度为650 ℃时， 由于生 成较多弱磁性的浮士体， 导致焙烧产物磁性降低。 综合考虑， 确定焙烧温度为550 ℃。 3. 2CO浓度对焙烧产物的影响 为考察CO浓度对焙烧产物的影响， 固定焙烧温 度为550 ℃、 焙烧时间为3 min， 总气量为600 mL/min， 不同CO浓度条件下焙烧产物的X射线衍射图谱如图 5所示， 不同CO浓度条件下焙烧产物的磁性分析如 图6所示。 由图5可知 随着CO浓度的增加， 镜铁矿的特征 衍射峰不断减弱， 而新生成磁铁矿的特征衍射峰逐 渐增多增强； 当CO浓度为30时， 已经开始出现浮 士体的特征衍射峰， 这表明较高的CO浓度能促进CO 分子与矿物颗粒的接触， 会使还原速度加快， 但是同 时也极易发生过还原反应生成浮士体。 由图6可知， 随着CO浓度的升高， 焙烧产物的比 饱和磁化强度和最大比磁化系数呈现先升高后降低的 金属矿山2019年第2期总第512期 40 ChaoXing 趋势； 当CO浓度由20增加到30时， 焙烧产物的比 饱和磁化强度由59.76 A m2/kg增加至61.75A m2/kg， 最大比磁化系数由 4.3210-4m3/kg 增加至 4.84 10-4m3/kg， 二者相对增加量较小； 继续增加CO浓度， 由于磁铁矿含量的减少和浮士体含量的增加， 焙烧 产物磁性降低。综合考虑， 确定CO浓度为20。 3. 3焙烧时间对焙烧产物的影响 为考察焙烧时间对焙烧产物的影响， 固定焙烧温 度为550 ℃、 CO浓度为20， 总气量为600 mL/min， 不 同焙烧时间条件下焙烧产物的X射线衍射图谱如图 7所示， 不同焙烧时间条件下焙烧产物的磁性分析如 图8所示。 由图7可知 随着焙烧时间的延长， 镜铁矿的特 征衍射峰不断减弱， 直至消失； 而新生成磁铁矿的特 征衍射峰逐渐增多增强； 当焙烧时间为4 min时， 镜 铁矿的特征衍射峰已经消失， 继续延长焙烧时间， 则 会出现浮士体的特征衍射峰。 由图8可知 随着焙烧时间的延长， 焙烧产物的 比饱和磁化强度和最大比磁化系数都呈先升高后降 低的趋势； 在焙烧时间为4 min时， 焙烧产物的比饱 和磁化强度和最大比磁化系数都达到最大值， 分别 为63.66 A m2/kg、 5.0210-4m3/kg， 此后， 继续延长焙 烧时间， 焙烧产物的磁性则降低。综合考虑， 确定焙 烧时间为4 min。 3. 4总气量对焙烧产物的影响 为考察总气量对焙烧产物的影响， 固定焙烧温 度为550 ℃， CO浓度为20， 焙烧时间为4 min， 不同 总气量下焙烧产物的X射线衍射图谱如图9所示， 不 同总气量下焙烧产物的磁性分析如图10所示。 由图9可知 随着总气量的增加， 镜铁矿的特征 衍射峰不断减弱， 直至消失； 而新生成磁铁矿的特征 衍射峰逐渐增多增强； 当总气量为600 mL/min时， 镜 铁矿的衍射峰已经消失， 继续增加总气量， 则会出现 浮士体的特征衍射峰。 由图10可知， 随着总气量的增加， 焙烧产物的比 饱和磁化强度和最大比磁化系数都呈现先升高后降 低的趋势， 在总气量为600 mL/min时， 焙烧产物的比 饱和磁化强度和最大比磁化系数都达到最大值， 分 别为63.66 Am2/kg、 5.0210-4m3/kg， 继续增加总气 量， 焙烧产物的磁性则会降低。 李嘉等 镜铁矿悬浮磁化焙烧过程中的铁物相与磁性转变研究2019年第2期 41 ChaoXing ［1］ ［2］ ［3］ ［4］ ［5］ ［6］ ［7］ ［8］ 4结论 （1） 甘肃酒钢镜铁山选矿厂原矿主要有价元素 为铁， TFe含量为59.61， 原矿中94.79的铁以赤褐 铁的形式存在， 脉石矿物主要为石英， 含量为8.11。 （2） 矿石经悬浮磁化焙烧后， 焙烧产物中铁主要 以磁铁矿的形式存在。矿石在焙烧温度为550℃、 焙 烧时间为4min、 CO浓度为20、 总气量为600mL/min 条件下悬浮焙烧后， 焙烧产物的比饱和磁化强度为 63.66 A m2/kg、 最大比磁化系数为5.0210-4m3/kg， 磁 性明显增强。焙烧过程铁物相按照Fe2O3→Fe3O4→ FeO的反应顺序进行， 焙烧产物铁物相会影响其磁性 的强弱， 并且主要与磁铁矿的相对含量相关。 参 考 文 献 韩跃新， 孙永升， 李艳军， 等. 我国铁矿选矿技术最新进展 ［J］ ． 金属矿山， 2015 （2） 1-11． Han Yuexin, Sun Yongsheng, Li Yanjun, et al. 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