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菱铁矿粉压球机在国内市场利用率

发布时间:2018-05-04 08:28| 浏览: |来源: 新火彩票平台

我国铁矿资源丰富,但大部分是低品位矿,有不少赤铁矿粉压球机、褐铁矿粉压球机、菱铁矿粉压球机等,特点是铁品位低,晶粒微细,与脉石嵌布紧密,单体解离困难,因而难用常规选矿方法选别,未能得到合理利用.随着钢铁工业的高速发展,可供利用的富矿越来越少,因此,有效开发利用低品位铁矿石和复杂共生矿石具有重要意义.近年来我国科研工作者对复杂难选低品位铁矿石的利用进行了大量研究,发现直接还原焙烧?磁选方法是处理低品位铁矿石的有效途径之一.直接还原所用原料大多是高品位矿石或经选矿后得到的高质量铁精矿,且直接还原后得到的就是还原铁产品,不需再进行磨矿磁选.而用原矿进行直接还原,虽然也是将铁矿石中的铁氧化物还原为金属铁,但由于原矿品位低,还原后的含铁量也低,不能直接作为产品使用,必须经磨矿磁选才能获得高品位的直接还原铁.
近年来我国对低品位铁矿石的直接还原磁选进行了一些研究,取得了较好的效果.用直接还原焙烧?磁选工艺处理鄂西宁乡式高磷鲕状赤铁矿,最终得到高品位、高回收率、低含磷量的还原铁产品.对低品位菱铁矿进行煤基回转窑直接还原,得到了金属化率85%的直接还原铁.采用固定床罐式法煤基还原贫菱铁矿,得到铁品位80%以上的海绵铁.针对某种超微细粒贫赤铁矿开发了煤基直接还原?磁选新工艺,制备出高品位铁精矿.虽然近几年低品位难选铁矿石直接还原焙烧研究取得了一些进展,但所用矿石都是破碎到一定粒度的粉矿.粉矿直接还原在工业应用中存在诸多问题,如影响料层的透气性、恶化炉内环境、还原速度变慢、运输困难等,在一定程度上影响了低品位铁矿石直接还原的应用.将低品位铁矿石粉矿压球后进行直接还原焙烧可解决粉矿直接焙烧存在的各种问题,为低品位原矿直接还原焙烧的工业化所用装备提供更多选择.
铁矿石原矿破碎后直接进行压球与高品位的铁精矿粉压球机有很多不同,如原矿粒度较粗、原矿中脉石矿物含量高、矿物种类复杂,这些因素都会影响其成球性,且对直接还原焙烧过程的影响也可能不同于粉矿直接还原焙烧.目前原矿直接压球后进行还原焙烧的研究较少,特别是菱铁矿直接压球焙烧还未见报道.本工作对嘉峪关某地菱铁矿石原矿破碎到粒度小于2mm后压球的成球性、成球后直接还原过程的可行性及影响因素等进行了研究.
所用矿样为嘉峪关某地菱铁矿石(以下称原矿),铁品位较低,仅为33.75%,SiO2含量较高,为17.58%,有害杂质P含量较低,而S含量较高,其他杂质有Al2O3,CaO,MgO,MnO等.主要矿物为浅白色的菱铁矿和黑色的石英.矿石的目的矿物为菱铁矿,其中含类质同像元素镁、锰,脉石矿物主要为石英、绿泥石等.菱铁矿以条带状浸染的形式与脉石矿物混杂交生,菱铁矿晶粒微细,粒度在几十微米左右.该矿石为较典型的变质沉积铁矿石,极难分选,采用常规选矿方法回收铁较困难.
实验用还原剂为新疆哈密煤,破碎至粒度小于2mm备用.煤样工业分析结果为:固定碳含量63.24%,挥发分26.85%,灰分9.90%.该煤固定碳高、灰分低、挥发分高,是较好的还原剂.实验用无机粘结剂为膨润土,膨润土主要成分是蒙脱石,并含有一定量其他粘土矿物和非粘土矿物.有机粘结剂是由纤维素基天然高分子聚合物经化学反应而成,其主要部分为含大量羟基和羧基的长链分子,压球所用压球机设备为GY-650矿粉压球机为300kN.还原焙烧设备为GME-8/200马弗炉.磨矿设备采用RK/BM三辊四筒智能棒磨机,磁选采用0~200kA/m的弱磁选管.扫描电子显微镜为配备能谱分析仪的LEO-1450型.
首先将原矿经颚式破碎机和对辊破碎机破碎至粒度小于2mm后备用.称取一定量原矿、还原剂煤和粘结剂混匀,加入一定量水搅拌均匀后装入模具中,置于矿粉压球机上压球,缓慢给压,达到一定压力后保持该压力30s后卸压.压制成型后的湿球和干球分别测定落下强度,在0.5m高处落下4次不碎后进行直接还原焙烧磁选实验.湿球在100℃时放入烘箱中干燥5h后得到干球.将达到强度的小球放入加盖的石墨坩埚中,一定量外配煤均匀覆盖在小球表面,置于马弗炉中进行还原焙烧,将还原焙烧自然冷却后的矿球统一称为焙烧球.焙烧球再进行磨矿、磁选条件实验.直接还原焙烧磁选最终得到的产品中铁品位大于90%,为避免与常规的铁精矿混淆,将该产品称为还原铁产品.
为了考察原矿的成球性,分别对原矿在不同粘结剂种类、用量和不同煤用量条件下进行了实验.无机粘结剂膨润土在铁精矿成球中用的较多,但在原矿压球中用的较少,因此首先对粒度小于2mm的原矿,在压力40MPa、水量10%、不添加煤的条件下,以膨润土为粘结剂进行其用量压球实验,结果表明,原矿以膨润土为粘结剂成球性较差,在膨润土用量增加到5%(ω)时湿球在0.5m高处的落下强度只能达到1次.由于膨润土中SiO2和Al2O3含量较高,
加入大量膨润土会带入较多杂质,因此不再继续增大膨润土用量,膨润土无法使原矿成球达到要求的强度.研究中所用有机粘结剂是一种高效无毒、无臭、无味的高分子粘结剂,在焙烧过程中被完全烧掉,在矿球内部不残留任何杂质,且粘结效果高于膨润土,用量小,仅为膨润土的1/5~1/10.因此,本工作进行了原矿添加有机粘结剂的矿粉压球机压球实验.粒度小于2mm的原矿在压力40MPa、水量10%的条件下进行了不同煤用量和不同有机粘结剂用量实验,原矿在不添加有机粘结剂的情况下无法成球,添加少量有机粘结剂后其成球性明显变好.在不添加煤时,在有机粘结剂用量达到0.3%时即可使球的落下强度达到4次,干球的强度达到4次以上.加入还原剂煤后,随煤用量增加,小球成球性变差,因此为了使球落下强度达到4次,添加的粘结剂用量需增加.由表可看出,煤用量为10%时,需添加0.4%粘结剂;煤用量为20%时,需添加0.5%粘结剂.同时,对比湿球和干球落下强度,原矿不加入煤,干球强度高于湿球强度,加入0.4%粘结剂时,湿球落下强度为4次,干球落下强度为6次;加入煤后干球强度略低于湿球强度,同时随煤用量增加,干球强度越来越低于湿球强度.原矿中加入有机粘结剂后,其与原矿的主要固结作用有胶结作用、吸附作用、活性官能团的络合与螯合作用、长链分子的桥连作用.各种固结作用的交互作用使矿球具有较高的机械强度.在矿石中加入还原剂煤后进行压球矿球的强度降低,主要是因为煤亲水性较差,与铁矿石结合能力较差,内配煤用量增多隔绝了铁矿石颗粒与粘结剂的接触,因此使矿石成球性变差.通过压球实验并综合考虑原矿铁品位,粒度小于2mm的原矿的最佳压球条件为内配煤用量10%,有机粘结剂用量0.4%,压力40MPa,水量10%,在此条件下压球后进行还原焙烧和磨矿磁选实验.焙烧温度对焙烧效果的影响.其他实验条件为:内配煤10%、外配煤20%、焙烧时间40min;磨矿磁选条件参考其他实验的结果,确定为:一段磨矿细度小于74mm占50%、二段磨矿细度小于74mm占85%、磁选磁场强度111kA/m.
随焙烧温度升高,还原铁铁品位显著提高,在1200℃时达91.11%;铁回收率在1000~1050℃有较大提高,随后随温度升高略有提高,而在1200℃时有所降低.观察不同温度下还原焙烧后自然冷却的焙烧球发现,随温度增加,焙烧球硬度增加,且温度越高焙烧球变形越明显.在1200℃的焙烧球硬度明显比1000℃的焙烧球大,烧后收缩变形也更明显.这可能是由于温度越高越有利于焙烧球内部生成的金属铁的扩散凝聚,所以焙烧球表现出的硬度较高,收缩也明显.还原焙烧温度是还原反应过程中很重要的影响因素,提高温度对铁氧化物的还原、碳的气化及还原反应中生成的铁粒的凝聚均有促进作用温度越高,还原气氛越好,可促使还原中生成的铁粒向中心聚拢,脉石向外壳聚集,因此本实验中铁品位随温度升高而逐渐提高.但温度如果太高,原矿中大量存在的Si与还原生成的FeO发生反应生成低熔点的铁橄榄石,高温时铁橄榄石会在还原矿的表面形成大量液相,阻碍还原气氛向内部扩散,因此本实验中铁回收率在1200℃时降低.由于1200℃时铁品位较高,虽然回收率略有降低,但后续实验可进一步提高回收率,所以确定还原焙烧温度为1200℃.
焙烧温度1200℃,其他条件同上,焙烧时间实验结果见图3.由图可看出,随焙烧时间延长,直接还原铁铁品位和铁回收率都增加,80min时铁品位和回收率分别达95.9%和78.78%.在铁矿石中铁氧化物的还原是逐级进行的,主要经历从高价铁向低价铁的还原过程.延长还原反应时间有利于菱铁矿向金属铁转化,且促使生成的铁晶粒不断兼并长大,同时也有利于氧化亚铁与脉石生成的铁橄榄石再还原,因此铁品位和回收率都随之增加.因此,最终确定还原焙烧时间为80min.温度为1200℃,焙烧时间为80min,其他条件同上,外配煤用量可见随外配煤用量增加,还原铁中铁品位逐渐降低,回收率则显著提高.在铁矿直接还原过程中,覆盖在焙烧球外的外配煤主要起保持还原气氛、减少碳气化过程中生成的防止还原生成的金属铁被氧化的作用.当外配煤用量较低时,覆盖在焙烧球周围的煤较少,不能很好地保持还原气氛,还原生成的金属铁较少,因此导致后续磁选得到的铁回收率较低.但过量的煤粉会影响后续磨矿磁选过程,因此铁品位随煤用量增加而降低.综合考虑,选择外配煤用量为20%.
通过上述实验确定的最佳焙烧条件为内配煤用量10%,外配煤用量20%,焙烧温度1200℃,焙烧时间80min.还原焙烧后的焙烧球又进行了磨矿磁选实验.采用两段磨矿?磁选的实验流程,最终确定的实验条件为一段磨矿细度小于74mm占79%,二段磨矿细度小于43mm占35%,两段磁选磁场强度均为111kA/m.同样的实验重复2次取平均值,最终获得的直接还原铁品位92.76%,回收率为85.97%.对低品位复杂难选铁矿石原矿采用压球后再直接还原焙烧磁选的工艺得到了高品位和高回收率的还原铁产品,充分证明该工艺在技术上是可行的.该工艺不仅可为我国大量存在的低品位复杂难选铁矿石的处理提供一条新途径,且其还原得到的直接还原铁品位可达90%以上,可作为炼钢原料,弥补我国废钢资源的不足,因此具有很好的应用前景.
最佳压球条件下压制成型的球入炉焙烧前和在最佳焙烧条件下焙烧后的焙烧球.焙烧前的球颜色呈深棕色,表面粗糙,为30mm×20mm的扁圆球.焙烧后冷却的焙烧球颜色呈铁灰色,内部有缩孔,未发生粘结、碎裂、膨胀等现象,有收缩变形,强度很高.传统的烧结球团直接还原工艺铁精矿需经造球、干燥、预热、烧结等工序制成球团矿后再直接还原,工序复杂且能源消耗较高,焙烧后球存在破碎、粉末化问题.而本工作采用粒度小于2mm的原矿经压球后直接还原焙烧,还原过程中球未发生粘连、碎裂、膨胀等现象,焙烧球基本保持原貌.这可能是因为原矿压球后铁氧化物在还原后最终形成金属铁,随着反应进行,生成的铁不断增加,铁晶粒在高温下不断扩散凝聚,连晶程度越来越高,连成片状或网状,最终形成坚硬的焙烧球。
为了进一步研究球焙烧后内部结构,对最佳焙烧条件下的焙烧球内部进行了扫描电子显微镜和能谱分析,白色部分为菱铁矿还原生成的金属铁,灰色部分为原矿中脉石矿物石英在还原中形成的铁橄榄石,其生成过程可能是原矿还原过程中生成的金属铁被矿石中的残氧氧化成FeO,进而扩散至固态反应物界面的固相反应过程,金属铁连接成明显的片状,粒度比原矿中铁矿物大,因此,还原后焙烧球的强度较高,且分选后铁品位和回收率都较高.同时,在压球时加入的内配煤在反应中气化形成较多的气孔,有利于CO扩散,实现铁氧化物的迅速还原;且在焙烧过程中在焙烧球外部覆盖20%的外配煤,还原焙烧过程不发生粘连.因此粒度小于2mm原矿压成球后还原焙烧状态良好.
4结论
(1)粒度小于2mm的复杂难选菱铁矿石压球实验表明,该矿加入无机粘结剂成球性较差,加入有机粘结剂成球性明显改善.不加煤压球时,需添加0.2%有机粘结剂,加入煤后影响原矿成球性,煤用量越多,需添加的粘结剂越多.在煤用量10%时,需添加0.4%有机粘结剂;煤用量20%时,需加入0.5%有机粘结剂.
(2)提高还原焙烧温度和时间都有助于原矿中铁的还原,实验确定的最佳焙烧温度为1200℃,焙烧时间80min.提高外配煤用量有助于保持还原气氛,但煤粉过量会影响后续磨矿磁选过程,实验最终确定的外配煤用量为20%.
(3)原矿压成的球焙烧过程中未发生粘结、破碎、膨胀,焙烧球强度较好.还原反应生成的金属铁连接成片.
(4)对原矿品位为33.75%的菱铁矿石进行了煤基直接还原,提出了矿粉压球机压球机压球-直接-还原-磨矿-磁选的工艺流程,最终得到了铁品位为92.76%、回收率为85.97%的直接还原铁产品.


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