高铁铝土矿的强化还原焙烧-磁选除铁.pdf

2 6 有色金晨 选矿部分2 0 1 6 年第l 期 d 嫡l O ．3 螂厂j ．蛔．1 6 7 l 撇．加1 6 ．0 1 ．∞7 高铁铝土矿的强化还原焙烧一磁选除铁 谢武明，楼匡宇，张文治，邢瑜，简静仪，刘敬勇 广东工业大学环境科学与工程学院，广州5 1 0 0 0 6 摘 要以高铁铝土矿为原料，在合适的温度和时间条件下利用铝土矿的煤基直接还原原理，研究N 8 2 c 0 3 和c a F 2 对其 中铁氧化物还原的影响，并考察磁场强度和物料粒径对磁选效果的影响。得出最佳工艺条件为反应时间为l 胁m i n ，反应温度 为l1 5 0 ℃，还原剂投加量为2 5 ％；磁选粒度一7 5 皿占8 0 ％，磁场强度为1 5 0k A ／m 。添加3 ％N 弛c 0 3 和3 ％∞j 进行还原 焙烧，磁选后铝精矿铝品位为5 8 ．8 ％，铁含量减少到4 ．0 ％。满足生产石油压裂支撑的原料要求。 关键词高铁铝土矿；磁选；c 如；N a 2 c 0 3 ；磁场强度；直接还原 中国分类号’I D 9 5 2 ．5文献标志码A文章编号1 6 7 l 明9 2 2 0 1 6 o l 枷| 2 6 扔 风≥i n f o r ∞R e d u c t i o n 确删疏唱- m a 割屺廿cs e 舯r a a 岫i n 砥洳【o 、，i 鸣F e m 皿 o f 砸g hh 蛐C 伽【t e n tB 舢l 妯比 臃耽以略，加Ⅳ叠‰，l 兽弘，Z 泓A 峪耽n 旒i ，剧． 褡沌，强蝌五矗g 一，删如驴粥 ＆无∞Z 旷毓加姗脚 据，l c e 口耐勖g 妇硎昭，C h ，咖愕己锄聍璐毋矿死流咖， ‰粥洳u5 J ∞嘶，吼讹 A b s 咖眦E 胝to f №C 0 3 肌dC 啦o nr e d u c t i o no fh 讪i ∞nc o n t e n tb a I l 】【i t ew 鹪咖d i e du n d e r 血e 鲥t 枷e t e m 讲I 瑚岫m 粕d1 1 e s p o n 鸵t i m e ，帅d 出ee x c i t a t i o nc m 代n ta n dp 枷c l es i 淝雒砘to nd l em a g n e t i cs e p 删t i o n ．T h e 弛s I I l t ss h o wt l I a tt } I eb 酷t 嘲p ∞鸵t i 柏∞i s1 8 0I n j ．m ，陀∞t i o nt e m p e r a t I l 比i sl1 5 0 ℃，剃u c i I l ga g e n td 0 6 a 妒i s 2 5 ％，m 哪鲥cf i e l di I l t e m 时i s1 5 0k A ／m 粕dt l l ep a n i c ks i 跹w h i c hc 觚p 嘲7 5 岬s i e v e ∞c 伽n t e df o r8 0 ％i s t l l eb 鹤t ．H o w e v e r ，稍t l l3 ％o fN a 2 C 0 3 舳d3 ％o f C a F 2 ，g r a d eo fb a u 】【i t ei 眦陀鹊髑t o5 8 ．8 ％，锄di I o nc 佃t e n t d e c r e a ∞st o4 ．O ％．强eo b t a i n e db 跏x i t ec o n e e 曲融en l e e t st l l ei r o l lc o n t e n tl e v e lr e q l l i 蕾e di nt l l ep o d u c t i o no fo i l h c t I l r i n gp m p p i n g ． K 对咖m s l I i g l li 啪c ∞t e n tb 跏妣；c a F 2 ；№c 0 3 ；p a n i c l e8 i z e ；m a g n e t i cf i e l di n t e n s 畸；r e d u c 如n 铝土矿是生产石油压裂支撑剂的主要原料。但 是，我国高铝矿石因长期开采而保有储量迅速下降， 矿区生态环境恶化，铝土矿资源供需失衡的现象已 日益突出引。高铁铝土矿的储量相当丰富，但是其 铁氧化物含量超过1 5 ％，在应用上有很大的局限 性一4 I 。高铁铝土矿生产的石油压裂支撑剂耐腐蚀 强度大大降低J 。广西某铝土矿厂铝土矿铁含量高 达1 8 ％，属于高铁铝土矿，除铁后可用于生产石油压 裂支撑剂。这将有力提高资源利用效率和促进区域 经济，具有重要的现实意义。 目前，国内外主要的除铁方法有生物法、熔炼 法、碱浸出法、焙烧磁选法、强磁选法等忡1 。z i m 呲r E 【l 伽使用浓硫酸从赤泥中分离出可用于工业生产氧 化铁和氧化铝。酸浸出法和熔炼法所需的成本较 大，难以在工业生产中广泛应用1 | 。印勇等∞1 采用 煤基直接还原焙烧磁选的方法进行除铁，铁去除率 达到6 4 ．2 2 ％，效果较好。胡文涛等Ⅲ1 在煤基直接 还原焙烧的基础上，研究N a 2 C O ，对高铁铝土矿中铁 氧化物还原效果的影响，发现N a 2 C O ，对铁氧化物的 还原有促进作用。N a 2 C O ，和C a F 2 均对铁氧化物还 原有促进作用，但单独使用时用量都较大，成本高， 对设备的腐蚀增大，影响了工业应用。本试验在煤 基直接还原的基础上，探讨了同时添加N a 2 C 0 3 和 C a F 对铁氧化物还原的促进作用，确定磁选粒径和 磁场强度，得到最佳工艺条件。 目广东省大学生创新创业训练项目 1 l 弘5 1 3 2 4 6 ；y 丑0 1 3 1 1 8 4 5 1 1 2 期2 0 1 4 - l O 珊修回日期2 0 1 5 l l - 2 2 奔谢武明 1 9 7 4 ． ，男，博士，副教授，主要从事资源综合利用与清洁生产方面的研究。项日篱金稿者基投作 万方数据 2 0 1 6 年第1 期谢武明等高铁铝土矿的强化还原焙烧磁选除铁 ” 注采用化学分析法得出 滴定法 。 已 ≤ 魁 憩 图1 铝土矿X 射线衍射分析结果 F i g ．1 X R Dd i a g m mo f b 跏】【i t e 图l 可知，本试验所用高铁铝土矿中，含铁矿物 主要以硫铁矿和F e M g o 。形式存在，含铝矿物主要 为水铝石。 1 ．2 试验设备及药品 主要试验仪器有u 咖M A 一Ⅲx 射线衍射仪、奥 豪斯A S C X - 1 0 l 磁选管、S 勉4 - 1 3 马弗炉、日立Z - 2 0 0 0 原子吸收分光光度计，W F J 2 1 0 0 可见分光光度 计。添加剂为分析纯C a F 和N a 2 C O ，，还原剂为无 烟煤。 1 ．3 试验流程 高铁铝土矿中铁含量过高，会导致石油压裂支 撑剂耐腐蚀性强度降低，难以满足国家标准，试验流 程如图2 所示。 图2 试验流程 f i g ．2 n o w s h e e to fe x p e r i m e n t 1 ．4 试验方法 将按一定配比的5 0g 样品混匀，转移到刚玉坩 埚中封盖，马弗炉升温至8 0 0 ℃，然后将坩埚置于马 弗炉中，再升温至所需温度，恒温一段时间。取出坩 埚，立即碳封，保证其在缺氧状态下冷却。常温后取 出，于研钵中磨细，过粒径为7 5 岬的筛网，磨后样 品用磁选管磁选；计算出磁选铁精矿的铁品位，铝精 矿中铝品位、铁含量及铝土矿铝回收率和铁去除率。 分析方法铝采用分光光度法检测2 0 ；铁采用 火焰原子吸收法检测3 1 。 2 结果与讨论 2 ．1 反应时间、温度及还原剂投加量对还原效果的影响 铝土矿反应时间、温度和还原剂投加量对铝土 矿铁氧化物还原效果的影响试验结果见图3 5 。 图3时间对还原效果的影响 F i g ．3 E f f b c to ft i m ei nI ．e d u c t i o n 万方数据 2 8 有色金属 选矿部分2 0 1 6 年第l 期 图4 还原剂投加量对还原效果的影响 F 培4 E f f e c to fR e d u c i n ga g e n td o s a g e i nr e d u c t i o n 图5 温度对还原效果的影响 F i g ．5 E l r e c to ft e Ⅱ畔r a t i o ni nr e d u c t i o n 零 瓣 擎 叵 餐 瓣 篮 ．啊 由图3 可知，随着反应时间的延长，铝土矿中铁 去除率升高，1 8 0I I l i n 后升高趋于平缓，说明反应已 接近完全，确定最佳反应时间为1 8 0m i n 。 图4 中，随着还原剂投加量的增加，铝土矿中铁 去除率逐渐升高，当还原剂投加量达到2 5 ％后，去除 率趋于稳定，此时铁氧化物基本反应完全。说明还 原剂投加量在低于2 5 ％的情况下，还原气氛不充分， 影响到铝土矿中铁氧化物的还原，确定最佳还原剂 投加量为2 5 ％。 图5 反应出温度从l0 5 0 ℃上升到11 5 0 ℃的 过程中，铝土矿铁去除率从3 6 ．0 ％升高到5 4 ．5 ％； 但从11 5 0 ℃升高到12 0 0 ℃阶段，铁去除率升高 趋缓。 在煤基直接还原中，主要的反应为 F e O C 一 F e C O ．1 5 2k J 1 反应 1 称为直接还原反应，属于强吸热反应， 提高温度有利于直接还原反应的进行u 引，同时可以 促进煤的反应活性、渣铁分离率和降低还原铁中的 杂质含量。但是当温度超过1 1 7 7 ℃后，容易生成极 难还原的2 F e O s i O ，并产生软化和融化，降低铁氧 化物的还原效率5 | ，确定最佳反应温度为l1 5 0 ℃。 从图3 5 可以看出，反应时间、还原剂投加量 和反应温度对铝精矿铝品位和铝土矿铝回收率的影 响均不明显。 在不加入任何添加剂的情况下铝精矿铁含量为 8 ．6 ％，无法满足石油压裂支撑的原料成分要求。因 此，可以考虑通过投加添加剂等措施进一步提高高 铁铝土矿的除铁效率。 2 ．2 添加剂对直接还原的影响 为了进一步考察不同添加剂对铝土矿直接还原 的影响，在反应温度l1 5 0 ℃、反应时间1 8 0m i n 、还 原剂投加量2 5 ％的条件下，得出试验结果，如图6 、 图7 。 图6C a F 投加量对还原效果的影响 F i g ．6 E f E b c to fC a F 2d o s a g ei nr e d u c t i o n 图7N a C O ，投加量对还原效果的影响 F i g ．7 E f f 宅c to fN a 2 C 0 3d o s a g ei nr e d u c t i o n 万方数据 2 0 1 6 年第l 期谢武明等高铁铝土矿的强化还原焙烧一磁选除铁垄墅 图6 、图7 可以看出1 随着C a F 含量的增加， 铝土矿铁去除率增加；2 N a 2 C O ，含量从O ％到4 ％ 时，铝土矿铁去除率提高明显，超过4 ％后趋于平缓； 3 比较图6 和图7 的铁去除率发现，N a 2 c O ，对直接 还原作用的促进大于C a F ；4 添加N a 2 C O ，后铝精 矿铁含量可以达到生产压裂支撑剂的要求，c a F 则 无法满足。 C a F ．和N a 2 C O ，对直接还原均有明显的促进作 用，若单独使用两种添加剂，使用量都很大，有必要 进行两种添加剂互配的试验研究。试验结果如图8 所示。 图8C a F 与N a 2 C O ，混合对还原效果的影响 F i g ．8 E 骼c to f C a F 2 锄dN a 2 C 0 3 d o s a g ei nr e d u c t i ∞ 图8 表明，相对于c a F 和N a 2 C O ，单独添加，两 者混合添加对直接还原的促进作用更明显。当两种 添加剂投加量分别超过3 ％，铝土矿铁去除率上升趋 势平缓，铝精矿铁含量达到6 ．5 ％，满足要求。过多 的C a F 和N a 2 c 0 3 均会对还原设备造成危害，确定 两种添加剂的添加量为3 ％。 有研究表明，N a 2 C O ，在还原焙烧过程中会解离 出N a 2 0 【I6 | ，C a F 2 由于部分解离作用会产生C a o 【1 7 j 。 N a 2 0 和c a o 可以使固相体系F e A 1 2 0 3 一s i 0 2 生 成容易被还原的F e O N a 2 0 和F e m C a o ，且C a o 可以促进反应时铁晶须的生成强1 1 ，从而促进铁氧 化物的还原。 2 ．3 磁场强度对磁选效果的影响 在整个铁氧化物还原过程中，铁氧化物还原程 度、晶核长大程度和铁渣分离效果不同，即最终研磨 所得粉末的铁品位存在差异，研究确定磁场强度提 高磁选效果显得尤为必要口2 | 。在焙烧温度11 5 0 ℃、焙烧时间1 8 0I I l i n 、还原剂投加量2 5 ％、N a 2 C 0 3 投加量为3 ％、C a F 投加量为3 ％条件下，考察磁场 强度的影响，试验结果如图9 。 图9 磁场强度对磁选效果的影响 F i g ．9 E 妊＆t0 fm a 印甜c6 e l di I l t e 璐畸i I l m a 孕把t i c ∞p 枷o n 冰 祷 擎 国 镫 褂 篮 稍 磁场强度从5 0k A ／m 升高到2 0 0k A ／m ，铝土矿 铁去除率从5 3 ．0 ％上升到8 6 ．8 ％，铝土矿铝回收率 从9 0 ．5 ％下降到8 0 ．4 ％，而铝精矿铝品位先升高后 降低。这是因为磁场强度变大，原矿中弱磁性物质 以及部分含铝矿物被磁选入铁精矿中，铝土矿铝回 收率下降，而铁去除率上升，且提高磁场强度对设备 的要求也变高，增加成本旧】，确定最佳磁场强度为 1 5 0k A ／m 。 2 ．4 颗粒粒径对磁选效果的影响 磁选过程受矿物粒度大小的影响，降低物料的 颗粒粒径，能提高磁选效果mJ 。选择条件焙烧温 度l1 5 0 ℃、焙烧时间1 8 0m i n 、还原剂投加量2 5 ％、 N a 2 C 0 3 投加量3 ％、C a F 2 投加量3 ％、磁场强度1 5 0 k A ／m ，试验结果如图1 0 。 堡 橱 加 镫 趔 砖 6 06 57 07 58 08 59 0 一7 4u m 含量／％ 图1 0 颗粒粒径对磁选效果的影响 F i g ．1 0 E f f e c to fp 刮r t i c l ed i 锄e t e ri n 1 0 0 9 5 零 褂 擎 9 0 圄 嗡 骼 凿 8 5 稍 8 0 m a g n e t i c 鸵p 删扎’ 由图l O 可知，随着原矿粒径的减小，铝土矿铁 鲫 加 ∞ ∞ 加 如 加 m 0 万方数据 3 0 有色金属 选矿部分2 0 1 6 年第l 期 去除率升高。细化矿石的粒度，可以促使铁和其它 矿物颗粒分离，有利于提高铁精矿铁品位和铝精矿 铝品位。当过粒径7 5 岬筛网比例为8 0 ％时，铝精 矿铁含量为4 ．0 ％；而进一步的研磨，对铝土矿铁去 除率和铝回收率影响较小。确定过粒径7 5 皿筛网 的比例8 0 ％为最佳磁选粒径。 3 结论 1 N a 2 C O ，幂“C a F 可以显著提高高铁铝土矿中 铁氧化物的还原效率。 2 当反应温度为1 1 5 0 ℃，反应时间1 8 0m i n ，还 原剂投加量2 5 ％，N a 2 C O ，和C a F 2 投加量各3 ％，磁 选磁场强度1 5 0k A ／m ，过粒径7 5 斗m 筛网占8 0 ％ 时，获得铁精矿铁品位为6 3 ．2 ％，铝精矿铝品位为 6 8 ．8 ％、铝回收率为9 3 ．4 ％、铁去除率为8 9 ．8 ％，铁 铝分离效果很好。 3 通过中温焙烧磁选后，铝精矿中铁含量降低 为4 ．O ％，满足生产石油压裂支撑剂的原料要求，为 广西一带高铁铝土矿的应用提供了基础条件。 参考文献 [ 1 ] 刘中凡，杜雅君．我国铝土矿资源综合分析[ J ] ．轻金 属，2 0 0 0 1 2 8 ．1 2 ． [ 2 ] 魏党生．高铁铝土矿综合利用工艺研究[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 0 8 6 1 4 ．1 8 ． [ 3 ] 胡四春，赵恒勤，马华龙，等．高铁铝土矿中温金属化焙 烧一磁选工艺试验研究[ J ] ．轻金属，2 0 l O 1 0 6 ．1 0 ． [ 4 ] 王林俊．我国矾土基均质料的发展现状及其在不定形耐 火材料中的应用[ J ] ．耐火材料，2 0 1 2 ，4 6 3 2 2 0 _ 2 2 3 ． [ 5 ] 印勇，谢刚，李荣兴，等．高铁铝土矿降铁试验研究 [ J ] ．热加工工艺，2 0 1 4 ，4 3 4 4 3 4 6 ． [ 6 ] P l l a 】目l I l iA ，J a y 舳tM ，N 砒a m j 蚰KA ．B i o b e n e I i c i a t i ∞o f b 删t e 鹏i I l gB ∞m u 8p o l y l n y n c a l c i 啪粕di m nr { e m o v a l [ J ] ．h t 阴1 撕o n a lJ o l m I a lo f M i 舱r a lP b o c e 锅i n g ，1 9 9 6 ，4 8 5 1 枷． [ 7 ] 及亚娜，孙体昌，蒋曼，等．煤种对红土镍矿直接还原 焙烧一磁选的影响[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 1 1 1 2 7 - 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