江西某铁尾矿综合回收铁试验研究

江西省某地蕴藏着丰富的铁矿资源，目前的铁矿就有300多万吨，近100多万吨为开采原矿，另外还有十多公里长的此类铁矿矿带，且适于露天开采。由于长期以来只采用筛分洗矿工艺回收块矿，因此有大量铁资源流失到尾矿，对该尾矿进行综合利用，不仅具有很高的开发价值，而且符合我国目前资源，政府提倡的循环经济产业政策。

1、矿石性质

1.1、矿物主要组成及特征

矿石中矿物组成相对较简单，主要的金属矿物有：褐铁矿、赤铁矿、磁铁矿、软锰矿、硬锰矿、黄铁矿、闪锌矿、方铅矿、铜蓝、孔雀石等；脉石矿物有：蛋白石（玉髓）、石英、长石、粘土矿物、绿泥石、方解石、水云母（绢云母）、透闪石等。

1.1.1、氧化铁矿物

铁主要赋存于褐铁矿及赤铁矿中，以褐铁矿占绝对优势。粒度细小，多在0.04mm以下，试样中广泛分布，除了单体颗粒外，还常呈黏附着与其他矿物表面。

1.1.2、硫化物

试样中的硫化物主要是黄铁矿，多呈氧化残余包裹于赤铁矿、褐铁矿中，单体少见，粒度多在0.04mm以下。

1.1.3、硬锰矿、软锰矿

多与褐铁矿、赤铁矿混杂，镜下不易辨识，粒度多在0.01~0.05mm之间。

1.1.4、石英、蛋白石

石英相对较少，主要是蛋白石，呈隐晶质细颗粒，多被褐铁矿沾染。

1.1.5、角闪石等硅酸盐矿物

含量很少，呈针柱状或粒状，部分颗粒表面有褐铁矿黏附。

1.1.6、高岭石等粘土矿物

粒度极细微，多在0.02mm以下，呈尘埃状分散分布，或与褐铁矿混杂，呈絮泥状颗粒。

1.2、矿尾的主要化学成分为：%：Cu0.37，Pb1.76，Zn1.27，As0.07，S0.054，TFe37.16，SiO29.0，Al2O35.86，CaO0.23，MgO0.259，Co0.10，P0.069。由此可知，矿石主要的化学成分是Fe、SiO2和Al2O3，有价成分主要为Fe、Pb、Zn、Cu和Co。

2.1、褐铁矿转化为磁铁矿的主要原理

褐铁矿在高温条件下，采用煤作为还原剂，将褐铁矿转化为磁铁矿。化学反应为：

Fe2O3.nH2O-Fe2O3+nH2O  (1)

3Fe2O3+CO-2Fe3O4+CO2  (2)

其转化过程主要为：褐铁矿在高温条件下失去结晶水，转化成Fe2O3；Fe2O3在还原气分中不愿成Fe3O4。还原反应过程是一个多相反应过程。固相同气相（不愿气体）发生反应。磁化焙烧反应作用分为三个阶段进行；第一阶段扩散，吸附。由于气体的对流或分子扩散作用，不愿气体分子被矿石表面吸附；第二阶段化学反应。被吸附的还原气体和矿石的氧原子相互作用进行化学反应；第三阶段化学产物的脱附。反应生成的气体产物脱离矿石表面，沿着相反的方向扩散到气相中去。

在焙烧过程中，新生成的还原物先形成一个外壳，包围着未被还原的部分，反应逐步向内进行，反应速度由还原物和还原产物的界面所控制。

使Fe2O3转化为F23O4的过程是按下述方式进行的。用还原剂脱掉αFe2O3矿粒外层的氧，则使氧化铁结晶格子局部变形，致使αFe2O3转化为含有一定数量的细孔的γFe2O3，并形成尖晶石型立方晶格的γFe2O3外层。在矿粒表面上继续脱氧将造成铁离子过剩，过剩的铁离子则充填在缺位结点上。外层的所有点充满就变成磁铁矿，这些磁欣矿有着与γFe2O3相同的晶格。这样由外层向内层扩散，这个过程一直向矿粒中心的赤铁矿进行，到赤铁矿全部消失为止。

2.2、将原矿与煤粉混匀后放入磁化焙烧炉中，升温至设置温度恒温2h，改变磁化焙烧温度，900，950，1000和1050℃，产品自然冷却后磨矿85%0.77μm，然后用磁选管进行磁选作业，磁场强度为87.55kA/m，试验结果见图1，本次试验采用无烟煤。烟粉比例为矿样重量的20%。依据试验结果知，950~1000℃为最佳温度。

2.3、煤的种类及用量试验

将无烟煤与褐煤进行对比试验，磁化焙烧温度为950℃，焙烧2h，煤粉的比例分别为8%，15%，20%，结果表明，在相同条件下，褐煤效果明显优于无烟煤；对同一种煤，随着煤粉用量的降低，铁精矿全铁含量降低；另外采用无烟煤，磁化焙烧矿的全铁含量和原矿没有差别，而采用褐煤时，磁化焙烧矿的全铁含量比原矿提高了近10%，磁化焙烧后矿样的重量也减少了±20%。综合成本几指标，选用褐煤，煤粉用量为原矿的15%~20%为宜。试验结果见图2。

2.4、磁化焙烧时间条件试验

确定焙烧温度在950℃，煤的比例分别为20%，改变磁化焙烧时间，分别为1，1.5，2和3h。产品自然冷却后磨矿85%0.77μm，然后用磁选管进行磁选作业，磁场强度为87.55kA/m，试验结果见图3。

2.5、磁场强度试验

对磁化焙烧温度为950℃，煤的用量依然为20%，恒温磁化焙烧2h的产品进行磁场强度条件试验。产品自然冷却后磨至85%0.77μm，给如磁选作业，改变磁场分别为71.63，87.55和103.46kA/m。试验结果见图4，综合技术经济指标考虑，磁选作业的磁场强度以87.55kA/m为最佳。

2.6、磨矿细度条件试验

焙烧产品直接分选时铁矿物与脉石矿物分离效果差，在分选前需要磨矿。其他条件不变，分别对不磨（0.77μm为68%）及磨矿细度分别为80%0.77μm，85%0.77μm，90%0.77μm，98%0.77μm的磁化焙烧产品进行了磁选试验，试验表明，随着磨矿产品中0.77μm的增加，铁精矿产率有所下降，全铁含量随之提高，当0.77μm含量大于85%后，变化速度趋缓。所以以0.77μm占85%为最佳。实验结果见图5。

2.7、流程试验

根据上述试验结果，确定最佳条件（见附表），根据最佳条件试验进行了流程试验，数质量流程见图6。

3、结论

（1）以褐铁矿为主要矿物的铁矿石属难选矿物，对这种矿石磁化焙烧磁选是技术指标最佳的选矿方法，可以兼顾品位和回收率。

（2）此褐铁矿通过磁化焙烧—磁选工艺流程的分选，可获得产率51.46%，全铁含量64.83%，全铁回收率78.88%的铁精矿。各项指标均达到要求。而且磁化焙烧—磁选工艺具有技术工艺合理、可靠，适应性强，易于在生产中实施的特点。

（3）从经济方面考虑，磁化焙烧成本高，只有当地就廉价的煤炭资源时才可以考虑。一般情况下则是采用集中方法的联合流程，如：弱磁选—强磁选—正浮选、分级—重选—浮选等，这些流程虽然比较复杂，但是运营成本都远低于磁化焙烧。

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