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菱鐵礦粉壓球機在國內市場利用率

發布時間:2018-05-04 08:28| 瀏覽: |來源: 新聞中心

我國鐵礦資源豐富,但大部分是低品位礦,有不少赤鐵礦粉壓球機、褐鐵礦粉壓球機、菱鐵礦粉壓球機等,特點是鐵品位低,晶粒微細,與脈石嵌布緊密,單體解離困難,因而難用常規選礦方法選別,未能得到合理利用.隨著鋼鐵工業的高速發展,可供利用的富礦越來越少,因此,有效開發利用低品位鐵礦石和復雜共生礦石具有重要意義.近年來我國科研工作者對復雜難選低品位鐵礦石的利用進行了大量研究,發現直接還原焙燒?磁選方法是處理低品位鐵礦石的有效途徑之一.直接還原所用原料大多是高品位礦石或經選礦后得到的高質量鐵精礦,且直接還原后得到的就是還原鐵產品,不需再進行磨礦磁選.而用原礦進行直接還原,雖然也是將鐵礦石中的鐵氧化物還原為金屬鐵,但由于原礦品位低,還原后的含鐵量也低,不能直接作為產品使用,必須經磨礦磁選才能獲得高品位的直接還原鐵.
近年來我國對低品位鐵礦石的直接還原磁選進行了一些研究,取得了較好的效果.用直接還原焙燒?磁選工藝處理鄂西寧鄉式高磷鮞狀赤鐵礦,最終得到高品位、高回收率、低含磷量的還原鐵產品.對低品位菱鐵礦進行煤基回轉窯直接還原,得到了金屬化率85%的直接還原鐵.采用固定床罐式法煤基還原貧菱鐵礦,得到鐵品位80%以上的海綿鐵.針對某種超微細粒貧赤鐵礦開發了煤基直接還原?磁選新工藝,制備出高品位鐵精礦.雖然近幾年低品位難選鐵礦石直接還原焙燒研究取得了一些進展,但所用礦石都是破碎到一定粒度的粉礦.粉礦直接還原在工業應用中存在諸多問題,如影響料層的透氣性、惡化爐內環境、還原速度變慢、運輸困難等,在一定程度上影響了低品位鐵礦石直接還原的應用.將低品位鐵礦石粉礦壓球后進行直接還原焙燒可解決粉礦直接焙燒存在的各種問題,為低品位原礦直接還原焙燒的工業化所用裝備提供更多選擇.
鐵礦石原礦破碎后直接進行壓球與高品位的鐵精礦粉壓球機有很多不同,如原礦粒度較粗、原礦中脈石礦物含量高、礦物種類復雜,這些因素都會影響其成球性,且對直接還原焙燒過程的影響也可能不同于粉礦直接還原焙燒.目前原礦直接壓球后進行還原焙燒的研究較少,特別是菱鐵礦直接壓球焙燒還未見報道.本工作對嘉峪關某地菱鐵礦石原礦破碎到粒度小于2mm后壓球的成球性、成球后直接還原過程的可行性及影響因素等進行了研究.
所用礦樣為嘉峪關某地菱鐵礦石(以下稱原礦),鐵品位較低,僅為33.75%,SiO2含量較高,為17.58%,有害雜質P含量較低,而S含量較高,其他雜質有Al2O3,CaO,MgO,MnO等.主要礦物為淺白色的菱鐵礦和黑色的石英.礦石的目的礦物為菱鐵礦,其中含類質同像元素鎂、錳,脈石礦物主要為石英、綠泥石等.菱鐵礦以條帶狀浸染的形式與脈石礦物混雜交生,菱鐵礦晶粒微細,粒度在幾十微米左右.該礦石為較典型的變質沉積鐵礦石,極難分選,采用常規選礦方法回收鐵較困難.
實驗用還原劑為新疆哈密煤,破碎至粒度小于2mm備用.煤樣工業分析結果為:固定碳含量63.24%,揮發分26.85%,灰分9.90%.該煤固定碳高、灰分低、揮發分高,是較好的還原劑.實驗用無機粘結劑為膨潤土,膨潤土主要成分是蒙脫石,并含有一定量其他粘土礦物和非粘土礦物.有機粘結劑是由纖維素基天然高分子聚合物經化學反應而成,其主要部分為含大量羥基和羧基的長鏈分子,壓球所用壓球機設備為GY-650礦粉壓球機為300kN.還原焙燒設備為GME-8/200馬弗爐.磨礦設備采用RK/BM三輥四筒智能棒磨機,磁選采用0~200kA/m的弱磁選管.掃描電子顯微鏡為配備能譜分析儀的LEO-1450型.
首先將原礦經顎式破碎機和對輥破碎機破碎至粒度小于2mm后備用.稱取一定量原礦、還原劑煤和粘結劑混勻,加入一定量水攪拌均勻后裝入模具中,置于礦粉壓球機上壓球,緩慢給壓,達到一定壓力后保持該壓力30s后卸壓.壓制成型后的濕球和干球分別測定落下強度,在0.5m高處落下4次不碎后進行直接還原焙燒磁選實驗.濕球在100℃時放入烘箱中干燥5h后得到干球.將達到強度的小球放入加蓋的石墨坩堝中,一定量外配煤均勻覆蓋在小球表面,置于馬弗爐中進行還原焙燒,將還原焙燒自然冷卻后的礦球統一稱為焙燒球.焙燒球再進行磨礦、磁選條件實驗.直接還原焙燒磁選最終得到的產品中鐵品位大于90%,為避免與常規的鐵精礦混淆,將該產品稱為還原鐵產品.
為了考察原礦的成球性,分別對原礦在不同粘結劑種類、用量和不同煤用量條件下進行了實驗.無機粘結劑膨潤土在鐵精礦成球中用的較多,但在原礦壓球中用的較少,因此首先對粒度小于2mm的原礦,在壓力40MPa、水量10%、不添加煤的條件下,以膨潤土為粘結劑進行其用量壓球實驗,結果表明,原礦以膨潤土為粘結劑成球性較差,在膨潤土用量增加到5%(ω)時濕球在0.5m高處的落下強度只能達到1次.由于膨潤土中SiO2和Al2O3含量較高,
加入大量膨潤土會帶入較多雜質,因此不再繼續增大膨潤土用量,膨潤土無法使原礦成球達到要求的強度.研究中所用有機粘結劑是一種高效無毒、無臭、無味的高分子粘結劑,在焙燒過程中被完全燒掉,在礦球內部不殘留任何雜質,且粘結效果高于膨潤土,用量小,僅為膨潤土的1/5~1/10.因此,本工作進行了原礦添加有機粘結劑的礦粉壓球機壓球實驗.粒度小于2mm的原礦在壓力40MPa、水量10%的條件下進行了不同煤用量和不同有機粘結劑用量實驗,原礦在不添加有機粘結劑的情況下無法成球,添加少量有機粘結劑后其成球性明顯變好.在不添加煤時,在有機粘結劑用量達到0.3%時即可使球的落下強度達到4次,干球的強度達到4次以上.加入還原劑煤后,隨煤用量增加,小球成球性變差,因此為了使球落下強度達到4次,添加的粘結劑用量需增加.由表可看出,煤用量為10%時,需添加0.4%粘結劑;煤用量為20%時,需添加0.5%粘結劑.同時,對比濕球和干球落下強度,原礦不加入煤,干球強度高于濕球強度,加入0.4%粘結劑時,濕球落下強度為4次,干球落下強度為6次;加入煤后干球強度略低于濕球強度,同時隨煤用量增加,干球強度越來越低于濕球強度.原礦中加入有機粘結劑后,其與原礦的主要固結作用有膠結作用、吸附作用、活性官能團的絡合與螯合作用、長鏈分子的橋連作用.各種固結作用的交互作用使礦球具有較高的機械強度.在礦石中加入還原劑煤后進行壓球礦球的強度降低,主要是因為煤親水性較差,與鐵礦石結合能力較差,內配煤用量增多隔絕了鐵礦石顆粒與粘結劑的接觸,因此使礦石成球性變差.通過壓球實驗并綜合考慮原礦鐵品位,粒度小于2mm的原礦的最佳壓球條件為內配煤用量10%,有機粘結劑用量0.4%,壓力40MPa,水量10%,在此條件下壓球后進行還原焙燒和磨礦磁選實驗.焙燒溫度對焙燒效果的影響.其他實驗條件為:內配煤10%、外配煤20%、焙燒時間40min;磨礦磁選條件參考其他實驗的結果,確定為:一段磨礦細度小于74mm占50%、二段磨礦細度小于74mm占85%、磁選磁場強度111kA/m.
隨焙燒溫度升高,還原鐵鐵品位顯著提高,在1200℃時達91.11%;鐵回收率在1000~1050℃有較大提高,隨后隨溫度升高略有提高,而在1200℃時有所降低.觀察不同溫度下還原焙燒后自然冷卻的焙燒球發現,隨溫度增加,焙燒球硬度增加,且溫度越高焙燒球變形越明顯.在1200℃的焙燒球硬度明顯比1000℃的焙燒球大,燒后收縮變形也更明顯.這可能是由于溫度越高越有利于焙燒球內部生成的金屬鐵的擴散凝聚,所以焙燒球表現出的硬度較高,收縮也明顯.還原焙燒溫度是還原反應過程中很重要的影響因素,提高溫度對鐵氧化物的還原、碳的氣化及還原反應中生成的鐵粒的凝聚均有促進作用溫度越高,還原氣氛越好,可促使還原中生成的鐵粒向中心聚攏,脈石向外殼聚集,因此本實驗中鐵品位隨溫度升高而逐漸提高.但溫度如果太高,原礦中大量存在的Si與還原生成的FeO發生反應生成低熔點的鐵橄欖石,高溫時鐵橄欖石會在還原礦的表面形成大量液相,阻礙還原氣氛向內部擴散,因此本實驗中鐵回收率在1200℃時降低.由于1200℃時鐵品位較高,雖然回收率略有降低,但后續實驗可進一步提高回收率,所以確定還原焙燒溫度為1200℃.
焙燒溫度1200℃,其他條件同上,焙燒時間實驗結果見圖3.由圖可看出,隨焙燒時間延長,直接還原鐵鐵品位和鐵回收率都增加,80min時鐵品位和回收率分別達95.9%和78.78%.在鐵礦石中鐵氧化物的還原是逐級進行的,主要經歷從高價鐵向低價鐵的還原過程.延長還原反應時間有利于菱鐵礦向金屬鐵轉化,且促使生成的鐵晶粒不斷兼并長大,同時也有利于氧化亞鐵與脈石生成的鐵橄欖石再還原,因此鐵品位和回收率都隨之增加.因此,最終確定還原焙燒時間為80min.溫度為1200℃,焙燒時間為80min,其他條件同上,外配煤用量可見隨外配煤用量增加,還原鐵中鐵品位逐漸降低,回收率則顯著提高.在鐵礦直接還原過程中,覆蓋在焙燒球外的外配煤主要起保持還原氣氛、減少碳氣化過程中生成的防止還原生成的金屬鐵被氧化的作用.當外配煤用量較低時,覆蓋在焙燒球周圍的煤較少,不能很好地保持還原氣氛,還原生成的金屬鐵較少,因此導致后續磁選得到的鐵回收率較低.但過量的煤粉會影響后續磨礦磁選過程,因此鐵品位隨煤用量增加而降低.綜合考慮,選擇外配煤用量為20%.
通過上述實驗確定的最佳焙燒條件為內配煤用量10%,外配煤用量20%,焙燒溫度1200℃,焙燒時間80min.還原焙燒后的焙燒球又進行了磨礦磁選實驗.采用兩段磨礦?磁選的實驗流程,最終確定的實驗條件為一段磨礦細度小于74mm占79%,二段磨礦細度小于43mm占35%,兩段磁選磁場強度均為111kA/m.同樣的實驗重復2次取平均值,最終獲得的直接還原鐵品位92.76%,回收率為85.97%.對低品位復雜難選鐵礦石原礦采用壓球后再直接還原焙燒磁選的工藝得到了高品位和高回收率的還原鐵產品,充分證明該工藝在技術上是可行的.該工藝不僅可為我國大量存在的低品位復雜難選鐵礦石的處理提供一條新途徑,且其還原得到的直接還原鐵品位可達90%以上,可作為煉鋼原料,彌補我國廢鋼資源的不足,因此具有很好的應用前景.
最佳壓球條件下壓制成型的球入爐焙燒前和在最佳焙燒條件下焙燒后的焙燒球.焙燒前的球顏色呈深棕色,表面粗糙,為30mm×20mm的扁圓球.焙燒后冷卻的焙燒球顏色呈鐵灰色,內部有縮孔,未發生粘結、碎裂、膨脹等現象,有收縮變形,強度很高.傳統的燒結球團直接還原工藝鐵精礦需經造球、干燥、預熱、燒結等工序制成球團礦后再直接還原,工序復雜且能源消耗較高,焙燒后球存在破碎、粉末化問題.而本工作采用粒度小于2mm的原礦經壓球后直接還原焙燒,還原過程中球未發生粘連、碎裂、膨脹等現象,焙燒球基本保持原貌.這可能是因為原礦壓球后鐵氧化物在還原后最終形成金屬鐵,隨著反應進行,生成的鐵不斷增加,鐵晶粒在高溫下不斷擴散凝聚,連晶程度越來越高,連成片狀或網狀,最終形成堅硬的焙燒球。
為了進一步研究球焙燒后內部結構,對最佳焙燒條件下的焙燒球內部進行了掃描電子顯微鏡和能譜分析,白色部分為菱鐵礦還原生成的金屬鐵,灰色部分為原礦中脈石礦物石英在還原中形成的鐵橄欖石,其生成過程可能是原礦還原過程中生成的金屬鐵被礦石中的殘氧氧化成FeO,進而擴散至固態反應物界面的固相反應過程,金屬鐵連接成明顯的片狀,粒度比原礦中鐵礦物大,因此,還原后焙燒球的強度較高,且分選后鐵品位和回收率都較高.同時,在壓球時加入的內配煤在反應中氣化形成較多的氣孔,有利于CO擴散,實現鐵氧化物的迅速還原;且在焙燒過程中在焙燒球外部覆蓋20%的外配煤,還原焙燒過程不發生粘連.因此粒度小于2mm原礦壓成球后還原焙燒狀態良好.
4結論
(1)粒度小于2mm的復雜難選菱鐵礦石壓球實驗表明,該礦加入無機粘結劑成球性較差,加入有機粘結劑成球性明顯改善.不加煤壓球時,需添加0.2%有機粘結劑,加入煤后影響原礦成球性,煤用量越多,需添加的粘結劑越多.在煤用量10%時,需添加0.4%有機粘結劑;煤用量20%時,需加入0.5%有機粘結劑.
(2)提高還原焙燒溫度和時間都有助于原礦中鐵的還原,實驗確定的最佳焙燒溫度為1200℃,焙燒時間80min.提高外配煤用量有助于保持還原氣氛,但煤粉過量會影響后續磨礦磁選過程,實驗最終確定的外配煤用量為20%.
(3)原礦壓成的球焙燒過程中未發生粘結、破碎、膨脹,焙燒球強度較好.還原反應生成的金屬鐵連接成片.
(4)對原礦品位為33.75%的菱鐵礦石進行了煤基直接還原,提出了礦粉壓球機壓球機壓球-直接-還原-磨礦-磁選的工藝流程,最終得到了鐵品位為92.76%、回收率為85.97%的直接還原鐵產品.

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