高铁赤泥制备铁精粉工艺试验

3138 编辑：中冶有色技术网来源：中国铝业山东分公司研究院

2023-02-02 13:36:51

1前言

拜耳法赤泥的利用越来越受到关注，特别是节能减排力度的加强，如何更好的利用拜耳法赤泥，开辟更多的利用途径最大限度的减少赤泥排放量显得更加重要。早期的赤泥原位磁选试验以及磁化焙烧选铁的试验，虽然也取得了很好的实验结果，但当时由于各方面条件所限，并没有做更多更深入的研究工作。

随着国际铁矿石的价格飞涨，而氧化铝价格下滑的形势，如何进一步节能降耗，摆在技术人员的面前，目前中国铝业山东分公司的三个分厂的拜耳法产量都在加大，二铝通过高梯度高强度磁选除铁的办法，对铝土矿的依赖性很强，并且得到的铁矿砂品位含量低，同样在回收率上低，造成大量的铁元素物质还是残留在溢流赤泥中，如何更好的全面利用，降低排放量，在实验室采用低铝低硅矿溶出高铁赤泥进行磁化焙烧，得到富矿铁精粉与尾矿渣，并对高铁赤泥提取铁精粉进行了研究论证

2高铁赤泥磁化焙烧提取铁精粉试验

2.1原理

高铁赤泥中主要的矿物组成为方解石、石英、钠硅渣、赤铁矿、针铁矿和伊利石等。赤泥中的氧化铁含量为30%左右，以赤铁矿、针铁矿为主要存在状态，二者的含量占赤泥总铁含量的95%以上，其次为硅酸铁盐类[1]。磁化焙烧是将高铁赤泥加热到一定温度后在相应气氛中进行物理化学反应，低温还原焙烧恰好适用于赤泥中的赤铁矿和针铁矿，常用的还原剂有C，CO和H2等，赤铁矿，针铁矿在加热过程中会首先排出化合水，变成不含水的赤铁矿，然后按还原反应被还原成磁铁矿，再通过磁选分离，得到铁精粉[2]。

高铁赤泥中铁元素的存在形态大致有Fe2O3 ，Fe3O4，FeOOH，NaFeO2，FeS2，FeO及其与2FeO·SiO2 和FeO·Al2O3等的复合化合物[3]。它们的还原顺序于分解顺序相同：

3Fe2O3 2Fe3O4 6FeOOH 6FeO 6Fe。

2.2原料

高铁赤泥、烟煤块、自制复合助剂。设备：高温炉、球磨机

高铁赤泥成分见表1. 铝土矿和赤泥中铁矿物的XRD和DTA图谱见图1.

表1.试验用拜耳法赤泥的主要化学成分(%)

试验用拜耳法赤泥的主要化学成分(%)

铝土矿和高铁赤泥中铁矿物的XRD和DTA图谱

图1 铝土矿和高铁赤泥中铁矿物的XRD和DTA图谱

A-针铁矿;B-赤铁矿;C-钛铁矿;D-磁铁矿;E-赤泥中钛铁矿;H-赤铁矿;GO-针铁矿

2.3实验过程与条件

按照处理低品位铁矿石的办法，对原生赤泥直接配碳进行低温还原焙烧，然后对焙烧渣脱碳处理后，进行球磨，磨细后的焙烧渣再进行磁选，得到铁精粉和尾矿渣。

主要实验条件：温度：600度;时间：1小时;干基配碳比：15%。

2.4技术控制要点

保持还原气氛，控制原生赤泥还原焙烧的磁化率。

脱碳处理过程中防止还原物的二次氧化与磁性铁的二次包覆，控制铁精粉的杂质含量，即铁精粉的二次除杂。磁选过程控制铁精粉的品位，保持高的回收率。

3试验结果与分析

实验室得到铁精粉3000g。实验结果磁化焙烧-分离分选数据如下表2.，全部按照Fe2O3折合计算

表2.磁化焙烧-分离分选数据

磁化焙烧-分离分选数据

铁精粉SEM见图2，尾渣SEM见图3，X光见图4， EDS见图5

铁精粉SEM 图3尾渣SEM

图2铁精粉SEM 图3尾渣SEM

由图可知：铁精粉和尾矿中铁元素的物相鉴定显示为：四氧化三铁。另外在尾矿中还有部分未还原的赤铁矿和部分亚铁。尾矿中硅渣的物相并未发生变化。磁化率达到90%，回收率在75%，铁精粉的全铁品位在65%。从结果可以看出：采用煤基还原高铁赤泥，磁选获得高品位铁精粉在技术是可行的。

由于国际铁矿石价格涨得很高，使得此技术在经济上有了很好的空间。铁精粉的其他杂质含量，经过测试，与济钢炼铁厂提供指标也是吻合的。主要是钛、铝、硅、硫、磷的指标[4]。

焙烧温度、焙烧时间、炭粉及焙烧渣的处理方式是影响焙烧效果的主要因素。(影响因素分析略)在焙烧温度500 ℃、 15% 炭粉、焙烧时间 60 min 时，磁选精矿中总铁含量达到 65%，磁化率为 90%，回收率为 75%。产品杂质含量低，可作为铁精粉做炼铁原料。

铁精粉X-ray图谱图5尾矿EDS图谱

图4铁精粉X-ray图谱图5尾矿EDS图谱

尾矿中折合氧化铁的含量在9.28，里面通过物相可以看出，还有部分磁铁矿相，主要是有发生了磁铁矿的二次包覆与氧化现象，需进一步改进。磁选后的残渣中的矿物组成以 NaAlSiO4 为主，并含有石英、赤铁矿、三水铝土矿等。经过进一步除杂，为下一步利用打下很好基础。分选的铁精粉粒度组成如下图，图6。

分选铁精粉粒度组成

图6分选铁精粉粒度组成

还原矿磁选时选用普通磁选机，不再使用高梯度、高强度的脉冲磁选机，加大处理量，大大降低了磁选成本。

4Slon高梯度磁选机磁选分离铁精粉

采用Slon高梯度磁选机进行高铁赤泥磁选分离试验，流程如下图7，试验数据见表3。

磁选分离铁精粉流程图

图7磁选分离铁精粉流程图

表3高铁赤泥磁选数据

高铁赤泥磁选数据

由表中可以看出高铁赤泥属于弱磁性物质，特别是细粒与微细粒的赤铁矿在赤泥中互相包覆现象，所以当它们进入磁选机进行磁选分离时，将会沿着磁力线形成磁链或磁束[5]。但是细的磁链的退磁因子比单个颗粒的小得多，而它的磁化率或磁感应强度却比单个颗粒高得多。在磁选机磁场中形成的磁链对回收微细的磁性颗粒，特别是湿选时有好的影响，在磁场比较强的区域方向上，水介质对磁链的运动阻力小于单个颗粒的阻力。生产实践也证明很少有单个颗粒在磁选过程中出现，目前第二氧化铝厂所选的铁矿砂绝大多数是以磁链存在的。

5磁选分离铁精粉前沿技术分析

5.1超导磁选技术

超导磁选机具有重量轻，体积小，处理量大的优点，属于很先进的磁选技术，但是由于目前超导材料稀贵，加之还需要附属制冷设备和绝热设备，设备费用极高，目前从设备到技术应用还处于研制和试验阶段[6]，对于拜耳法赤泥的磁选工业应用是不适合的。

5.2磁流体静态热分选技术

磁流体分选技术是利用顺磁性液体与铁磁性胶体的悬浮液为分选介质，与重力分选具有相似之处，不过，除了重力场的作用，还有磁场作用。高铁赤泥中含有细颗粒或微细颗粒形成的絮团或磁团，当磁极形状、间隙和磁势一定时，一定密度和磁化率的赤泥料浆只在相应的高度上悬浮，也就是说，完全可以实现拜耳法赤泥中的铁矿物与脉石颗粒在赤泥料浆中通过磁力的影响，进行分层悬浮，再现溶出过程中的数学模型分布，根据悬浮高度差再用机械的办法将它们一一分离[7]。这样对与提高铁矿砂的品位以及同时提高铁的回收率意义重大，实现拜耳法赤泥的完全分选。

6经济效益估算

每处理1吨高铁赤泥可得铁精粉0.2吨，每年处理200万吨赤泥计算，可得铁精粉40万吨。每吨铁精粉处理成本600元/吨。铁精粉目前售价800元/吨。每吨可得到利税200元/吨。

每年可创造产值：4.0亿元。每年可创造利税0.8亿元。

7结语

利用低铝低硅矿溶出高铁赤泥，通过SEM-EDS手段，采用 XRD、DTA-TG、IR方法，控制技术条件，磁化焙烧与磁选分离得到富矿铁精粉与尾矿渣，试验磁化率达到了90%，回收率在75%，铁精粉的全铁品位在65%。

利用Slon系列高梯度脉冲磁选机研究了高铁赤泥磁选分离铁精粉，细的磁链的退磁因子比单个颗粒的小得多，而它的磁化率或磁感应强度却比单个颗粒高得多。在目前的市场行情下，克服技术上的障碍，在经济上进行比对，高铁赤泥分选铁精粉在技术和市场、环境要求等方面都是可行的。

参考文献

[1]尹中林，顾松青，并行法氧化铝生产新工艺-我国混联法氧化铝生产工艺的发展方向[J]，世界有色金属，2001(7):19-23.

[2]中国铝业山东分公司，中国铝业山东分公司赤泥综合利用研究进展，2010年，全国氧化铝赤泥综合利用技术交流现场会会刊[M]，山东：P03-05.

[3]杨重愚编著，氧化铝生产工艺学(M)，1982年，冶金工业出版社，北京：P321.

[4]艾孟井，结合实际贯彻科学发展观一我国氧化铝生产工艺选择[J]，世界有色金属，2005(2):8-13.

[5]毕诗文编著，铝土矿的拜耳法溶出(M)，1996年，冶金工业出版社，北京：P201.