某菱铁矿石直接还原—弱磁选试验_何威.pdf

某菱铁矿石直接还原弱磁选试验 何威曾维伟陈向廖德华 1 （湖南有色金属职业技术学院， 湖南 株洲 412006） 摘要以某菱铁矿石为原料， 采用直接还原弱磁选工艺， 研究了焙烧温度、 还原时间、 碳铁质量比对还原焙 烧产品金属化率的影响， 以及磨矿细度、 磁场强度对弱磁选指标的影响。结果表明 在还原焙烧温度为1 050 ℃， 还 原时间为100 min， 碳铁质量比为2.3的条件下， 得到铁金属化率为90.88的还原焙烧产品； 还原焙烧产品在磨矿细 度为-0.037 mm占79.60， 磁场强度为79.62 kA/m下， 得到铁品位为92.40， 铁回收率为96.60的还原铁粉， 可直 接作为炼钢原料。 关键词菱铁矿煤基直接还原弱磁选 中图分类号TD925.7文献标志码A文章编号1001-1250 （2019） -03-086-04 DOI10.19614/ki.jsks.201903013 Study of Direct Reduction and Low Intensity Magnetic Separation on Siderite He WeiZeng WeiweiChen XiangLiao Dehua12 （Hunan Nonferrous Metals of Vocational and Technical College， Zhuzhou 412006， China） AbstractUsing a siderite ore as raw material， experimental study on direct reduction and low intensity magnetic sepa- ration process was carried out. The effects of roasting temperature， reduction time and carbon-iron mass ratio on the metalliza- tion rate of reduction roasted products were studied. And the effects of grinding fineness and magnetic field intensity on the in- ds of low intensity magnetic separation were studied. The results show that the reduced product assaying 90.88 metalliza- tion rate was obtained under the conditions of reduction roasting temperature at 1 050 ℃ for 100 min and mass ratio of carbon- iron in 2.3. And the magnetic concentrate， assaying 92.40 iron and 96.60 iron recovery， were produced under the condi- tions of grinding size -0.037 mm account for 79.60，magnetic field intensity of 79.62 kA/m. The magnetic concentrate can be used as raw material for steelmaking. KeywordsSiderite， Coal based direct reduction ， Low intensity magnetic separation 收稿日期2019-01-22 作者简介何威 （1984） ， 女， 讲师， 硕士。 我国是高品位、 易选铁矿石资源贫乏的国家， 但 菱铁矿资源较丰富 ［1-5］。由于菱铁矿理论铁品位较 低 （仅为48.2） ， 且富集难度较大， 因而用于钢铁冶 炼的只是少量富矿。因此， 研究菱铁矿的高效开发 利用工艺对缓解我国铁矿石供给不足具有重要意 义。 目前， 国内处理菱铁矿石的工艺主要有磁化焙 烧弱磁选、 直接还原弱磁选、 强磁选及磁浮联合 分选工艺 ［6-9］。随着钢铁工业结构的调整， 直接还原 电炉冶炼短流程发展迅猛。发展短流程， 首要任 务是发展直接还原铁的生产， 直接还原铁因质地纯 净、 供货稳定， 是替代废钢、 供电炉冶炼优质钢和特 殊钢的理想原料， 不仅可以作为废钢的代用品， 而且 是生产优质钢 （特殊钢） 不可缺少的稀释剂 ［10］。因 此， 加快发展直接还原铁的生产是解决电炉炉料的 有效途径。随着鲁中5万t直接还原铁和北京密云 6.2万t直接还原铁投产并取得良好效果后， 煤基直接 还原生产技术在国内日趋成熟。我国天然气缺乏但 煤炭资源丰富的特点决定了煤基直接还原是我国发 展直接还原的首选。 试验采用煤基直接还原弱磁选工艺对某菱铁 矿石进行了优质直接还原铁生产工艺条件研究。 1试验原料 1. 1菱铁矿石 试验用某菱铁矿石主要化学成分分析结果见表 1， 铁物相分析结果见表2。 总第 513 期 2019 年第 3 期 金属矿山 METAL MINE Series No. 513 March 2019 86 ChaoXing 由表1可见， 矿石铁品位达40.62， 主要脉石组 分SiO2和Al2O3等含量均较低， 有害杂质磷、 硫的含量 很低， 所生产的直接还原铁粉将是优质炼钢原料。 由表2可见， 矿石中铁的赋存状态较简单， 呈碳 酸盐形式产出的铁占95.25， 结合表1可见， 该矿石 属低磷硫单一原生菱铁矿矿石。 1. 2烟煤 试验用还原剂为某烟煤， 工业分析结果见表3， 其灰分的主要化学成分见表4。 由表3和表4可以看出， 试验用烟煤有害元素S、 P含量非常低， 灰分少， 根据MT/T 561-2008煤的固定 碳分级标准， 该煤固定碳含量低， 挥发分为30.41， 属于中高挥发分变质程度较低的烟煤。 2试验方法 将菱铁矿石和烟煤分别破碎至-10 mm 和-1 mm， 各自混匀后按一定碳铁质量比称取200 g菱铁矿 石和一定量的烟煤， 将1/3的烟煤置于ϕ46 mm100 mm的耐火材料还原罐底部， 再加入所需的矿石， 最 后加入余下的烟煤， 待还原炉达到设定温度后， 将还 原罐置入还原炉中， 还原一定时间后取出， 盖煤冷 却， 得到还原焙烧矿； 还原焙烧矿经破碎、 磨矿、 弱磁 选， 最终获得直接还原铁粉， 分析、 计算铁的金属化 率和铁回收率。 磨矿采用XMQ24090型球磨机， 弱磁选采用 XCGS-70型磁选管， 矿相显微分析采用德国Leica高 温显微图像分析系统， X射线衍射仪为北京大学仪器 厂生产的BD-86X型射线衍射仪。 试验流程见图1。 3试验结果及分析 3. 1直接还原试验 3. 1. 1还原温度试验 还原温度试验固定还原时间为100 min， 碳铁质 量比为1.9， 还原产品的金属化率见图2。 由图2可以看出， 还原温度上升至1 000 ℃前， 随 着还原温度的升高， 还原产品的金属化率迅速上升； 继续提高还原温度至1 100 ℃， 还原产品的金属化率 上升不显著。这一方面是因为FeCO3的分解反应属 强吸热过程， 温度升高有利于FeCO3的分解； 另一方 面， 在煤基直接还原过程中， 铁氧化物还原的限制反 应FeOCO→FeCO2为放热反应 （13.6 kJ/mol） ， 从热 力学的角度看， 升高温度对放热反应不利， 而从动力 学的角度看， 升高温度会提高反应速率， 金属铁晶粒 成核速率和晶核长大速率均增大 ［11］； 同时， 还原温度 升高， 布多尔反应加剧， 气相内CO浓度提高， 在一定 程度上也促进了还原反应的进行。 为了进一步查明不同还原温度下焙烧产品中矿 物的赋存形式， 对950、 1 050、 1 150 ℃下焙烧产品进 2019年第3期何威等 某菱铁矿石直接还原弱磁选试验 87 ChaoXing 行了XRD分析， 结果见图3。 由图3可以看出， 还原温度提高， 石英 （SiO2） 和浮 士体 （FexO） 的特征峰逐步消失； 在1 050 ℃时浮士体消 失， 继续升高温度至1 150 ℃， 石英的特征峰不明显， 可 能是一部分浮士体与石英生成了铁橄榄石， 剩余的石 英和新生成的铁橄榄石的量都较少而未在XRD图谱 中显现特征峰， 因此无需过高的还原温度。试验确定 的还原温度为 1 050 ℃， 对应的铁的金属化率为 88.28。 3. 1. 2还原时间试验 还原时间试验固定还原温度为1 050 ℃， 碳铁质 量比为1.9， 还原产品的金属化率见图4。 从图4可以看出 随着还原时间的延长， 还原产 品的金属化率呈先快后慢的上升趋势。还原过程的 后期， 金属化率上升速率下降， 主要是由于待还原的 菱铁矿越来越少、 还原性气氛越来越弱、 反应向颗粒 中心发展阻力增大所致。综合考虑， 确定还原时间 为100 min， 对应的金属化率为88.28。 3. 1. 3碳铁质量比试验 在还原温度为1 050 ℃、 还原时间为100 min情 况下考察了碳铁质量比对还原产品金属化率的影 响， 试验结果见图5。 由图5可以看出， 碳铁质量比由1.5提高至1.9， 还原产品的金属化率迅速上升； 继续提高碳铁质量 比， 还原产品的金属化率趋于平缓。综合考虑， 确定 后续试验的碳铁质量比为2.3， 对应还原产品的金属 化率为90.88。 实验室试验的碳铁质量比通常较工业生产 （0.5 左右） 高， 主要是由于马弗炉为非封闭的小型反应体 系， 该体系与外界容易发生物质交换 ［12］。 3. 2焙烧产品磨矿弱磁选试验 焙烧产品磨矿弱磁选试验的给矿为焙烧温度 为1 050 ℃、 还原时间为100 min、 碳铁质量比为2.3情 况下的还原焙烧产品， 其SEM图片见图6。 由图6可以看出， 还原焙烧产品中铁晶粒的大小 不均， 粒度普遍偏小， 利用莱卡图像分析软件计算的 铁晶粒平均粒径为4.19 μm （也有粒径大约1 mm的 “小铁珠” ） ， 计算的铁晶粒面积占整个视域面积的 22.45。铁晶粒粒度细小决定了还原焙烧产品需在 较高的磨矿细度下才能充分单体解离。 3. 2. 1磨矿细度试验 磨矿细度试验的弱磁选磁场强度为79.62 kA/m， 1次弱磁选试验结果见图7。 从图7可以看出， 磨矿细度从-0.037 mm69.20 提高至 79.60， 还原铁粉铁品位从 90.08提高至 92.40， 铁回收率从87.94提高至96.60； 继续提高 磨矿细度， 还原铁粉铁回收率和铁品位均小幅下降。 综合考虑， 确定磨矿细度为-0.037 mm占79.60。 金属矿山2019年第3期总第513期 88 ChaoXing ［1］ ［2］ ［3］ ［4］ ［5］ ［6］ ［7］ ［8］ ［9］ ［10］ ［11］ ［12］ 3. 2. 2磁场强度试验 磁场强度试验的磨矿细度为-0.037 mm占 79.60， 1次弱磁选试验结果见图8。 由图8可以看出， 磁场强度提高， 还原铁粉铁品 位变化较小， 铁回收率呈先快后慢的上升趋势。综 合考虑， 确定适宜的磁场强度为79.62 kA/m， 对应的 还原铁粉铁品位为92.40、 铁回收率为96.60。 4结论 （1） 某菱铁矿石铁品位为40.62， 铁的赋存状态 较简单， 呈碳酸盐形式产出的铁占总铁的95.25， 主 要脉石成分SiO2、 Al2O3等含量均较低， 有害杂质磷、 硫含量很低， 属优质菱铁矿石。 （2） 矿石以某烟煤为还原剂， 在还原焙烧温度为 1 050 ℃， 还原时间为100 min， 碳铁质量比为2.3情况 下， 还原焙烧产品中铁的金属化率为90.88。 （3） 还原焙烧产品磨至-0.037 mm占79.6的情 况下， 1 次弱磁选（79.62 kA/m）可获得铁品位为 92.40、 铁回收率为96.60的还原铁粉。 参 考 文 献 文新雷， 彭瑛.我国钢铁行业集中度与经济大战的关系探析 ［J］ .现代经济信息， 2011 （9） 198-203. 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