酒钢镜铁山铁矿石直接还原-磁选试验研究

酒钢镜铁山铁矿石直接还原-磁选试验研究
张志荣;孙体昌;胡天洋
【摘要】With blast furnace dust as reducing agent, experiment was conducted with a refractory iron ore from Jingtieshan Mine of JISCO by the process of direct reduction and magnetic separation. Results show that a direct⁃reduced iron ( DRI) with iron content of 93.45% was obtained at a TFe recovery of 87.14%, with reductant ratio of 30%, after a roasting process at temperature of 1 200℃ for 60 min, indicating the blast furnace dust bringing about a good reducing effect. It is feasible that Jingtieshan iron ore is used to prepare DRI powder by direct reduction process, thus providing a new utilization of blast furnace dust.%以高炉除尘灰为直接还原剂，针对镜铁山式难选铁矿石进行了直接还原⁃磁选试验研究。

结果表明，高炉除
尘灰有较好的还原效果，在配比为30％、焙烧温度为1200℃、焙烧时间为60 min的条件下，可以获得铁品位93．45％、铁总回收率为87．14％的还原铁粉。

研究表明，酒钢镜铁山矿直接还原制备还原铁粉是可行性的，同时为高炉除尘灰的开发利用找到了一个新的途径。

【期刊名称】《矿冶工程》
【年(卷),期】2014(000)005
【总页数】4页(P54-57)
【关键词】高炉除尘灰;氧化铁矿石;直接还原焙烧;还原铁粉
【作者】张志荣;孙体昌;胡天洋
【作者单位】酒钢选烧厂，甘肃嘉峪关735100; 北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083;北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083;北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083
【正文语种】中文
【中图分类】TD925
镜铁山铁矿属于寒武纪前奥陶纪沉积变质铁矿，矿石类型为碧玉型弱磁性复合铁矿石;其以穿越矿区的北大河为界划分为桦树沟和黑沟两个矿区。

矿石中铁矿物主要有镜铁矿、镁菱铁矿和褐铁矿，少量磁铁矿;脉石矿物主要为碧玉、重晶石、铁白云石和石英。

矿体产于浅变质的灰绿千枚岩中，呈层状或层状透镜体，矿体下盘常有薄层含铁较高的灰黑千枚岩;矿石主要呈条带状构造;该矿是典型的复杂、难选、氧化贫铁矿石［1-2］。

其有以下特点:矿物组成复杂多样、比例多变;单矿物纯度低，杂质含量高;其中菱铁矿实际上是含镁锰菱铁矿，铁品位只有37.7%(菱铁矿理论铁品位为48.2%);而脉石和围岩却含铁，其中铁白云石含铁10.6%左右，碧玉含铁10.5%左右，黑灰色千枚岩含铁8.3%左右;主要含铁矿物与脉石矿物之间的比磁化系数、密度等物理参数有大小相近或交叉的现象，导致采用强磁选及重选工艺难以分选;矿物嵌布粒度粗细不均，需要细磨。

镜铁山铁矿石目前采用块矿磁化焙烧-弱磁-反浮选、粉矿强磁选的生产工艺流程［3-4］;其中磁化焙烧是处理该矿最有效的途径，但是弱磁选精矿存在机械夹杂严重，导致精矿品位低、杂质含量高的问题，经过反浮选只能达到品位60%左右［5-6］、回收率79%的指标;粉矿无法磁化焙烧，只能采用强磁选，2014年1～2月生产数据表明强磁精矿品位只有46%左右，回收率65%左右。

中国绝大多数铁矿是贫矿，先煤基直接还原、再通过磁选或直接电炉熔分等方式进
行处理是有效的途径［7-10］;镜铁山矿直接还原焙烧-磁选工艺有研究的必要。

高炉在冶炼过程中产生大量的除尘灰，Fe、C 含量较高，各大钢铁公司主要将其
作为二次资源返回烧结流程配料循环使用［11-12］，但Zn 等元素的循环累积导致大量的粉尘无法直接回炉。

部分钢厂通过选冶联合工艺分别选出Fe、C 矿物，
并除去有害杂质Zn 等［13］，但存在流程长、成本高的问题;部分钢厂无法处理
高炉除尘灰，只好堆存，占用土地同时造成环境污染和资源浪费［14］。

国内外
一直在探索高炉除尘灰的利用途径，其中高炉除尘灰单独采用转底炉直接还原，取得了较好的效果［7］。

但是将其作为铁矿石直接还原剂，鲜有研究和报道。

本文以国内外知名的、难选的镜铁山式弱磁性铁矿石为原矿，以高炉除尘灰为还原剂，进行了直接还原焙烧试验研究，以寻找高炉除尘灰的利用途径和镜铁山矿直接还原的可行性。

直接还原-磁选具有原料和能源的灵活性大、生产成本较低、环境污染少等优势［7］，原料上对矿物类型适应广，能源上可采用非焦煤，世界各地均有大量产出，价格也比较低［16-17］。

该工艺技术对于酒钢镜铁山铁矿石提高利用水平有着重要的启发。

该技术工业化后可以将弱磁性难选铁矿石的长流程“磁化焙烧-弱磁选-浮选-烧结-炼铁-炼钢”转化为短流程“直接还原焙烧-弱磁选-炼钢”，同时可以
省去中间的焦炭制备，对于西部贫氧化难选矿的利用有着现实意义。

1 试验原料与研究方法
1.1 原矿性质
试验用矿石为酒钢镜铁山2013年9月下旬生产用矿石，以下简称原矿;按照产出
的矿区分别称桦树沟矿和黑沟矿，其中桦树沟矿经过干式预选［2］，以下简称为预选矿。

原矿中主要有用元素为铁，预选矿和黑沟矿品位分别为32.40%、
38.50%。

主要杂质元素为硅、镁、钡和钙等，其中硅、钡和有害元素硫的含量较高，但磷元素的含量不高。

原矿的矿物分析表明，铁的主要矿物形式为镜铁矿、褐
铁矿和菱铁矿的混合矿，另有少量磁铁矿。

铁矿石的嵌布粒度粗细不均，从0.5 mm 至数微米不等，部分矿石含类质同象元素镁和锰;主要脉石矿物为碧玉和重晶石［1］。

1.2 高炉灰的性质及来源
试验用还原剂为酒钢高炉重力和布袋除尘灰，晾干后按照1∶1的比例混匀作为还原剂，以下简称高炉灰，其粒度为-1 mm 粒级占90%以上。

成分分析表明:铁品位26.7%，固定碳38%，全硫0.96%，SiO2为7.29%，CaO 为6.00%，ZnO 为3.79%。

1.3 研究方法
试验所用工艺流程如图1 所示。

图1 试验所用原则流程
设定不同还原剂配比(原矿与高炉灰的质量比)，将高炉灰与原矿混合均匀放在石墨坩埚中，然后放进马弗炉中进行还原焙烧，分别进行焙烧温度、还原剂用量、焙烧时间工艺参数的条件试验。

焙烧产物冷却后，进行选矿试验和化学分析，确定最佳工艺流程及指标。

由于高炉灰含铁，以下回收率计算过程中一并给予考虑。

2 研究结果与讨论
2.1 高炉灰的还原效果
由于预选矿和黑沟矿矿石品位差异较大，分别进行试验研究。

高炉灰用量30%，焙烧时间60 min，预选矿和黑沟矿在不同焙烧温度下的试验结果见图2。

其中磁选磁场强度为144 km/A，下同。

图2 焙烧温度对还原铁粉品位和回收率的影响(a)预选矿;(b)黑沟矿
从图2 可以看出，焙烧温度对预选矿、黑沟矿磁选后还原铁粉的品位和回收率影响都很大，随着温度提高，品位和回收率均呈现提高趋势，1 250 ℃时品位和回收率都达到最高。

焙烧温度继续提高，焙烧后会产生明显的结块现象，焙烧产品很难
从坩埚中取出，所以焙烧温度不能高于1 250 ℃。

2.2 还原剂用量试验
焙烧温度1 200 ℃，焙烧时间60 min，不同高炉灰用量试验结果见图3。

图3 还原剂用量对还原铁粉品位和回收率的影响(a)预选矿;(b)黑沟矿
从图3 可以看出，还原剂用量对焙烧结果影响也较大，提高还原剂用量可增加还原铁粉产率，提高铁回收率，但使得还原铁粉品位下降。

综合品位和回收率，高炉灰用量在30%比较适宜。

从焙烧温度、还原剂用量试验来看，预选矿、黑沟矿的试验规律和条件基本相近;考虑到生产实际过程中预选矿和黑沟矿大体按照1∶1的比例输出，所以后续试验过程中对两种原矿样按照1∶1的比例配矿形成镜铁山原矿综合样进行试验。

2.3 焙烧时间试验
为考察还原时间的影响，进行了焙烧时间的试验，结果见图4。

从图4 可以看出，随着焙烧时间延长，还原铁粉品位不断提高;焙烧时间在60 min 以上时，还原铁粉品位和回收率保持稳定状态。

所以焙烧时间60 min 是合适的。

图4 焙烧时间对还原铁粉品位和回收率的影响
2.4 磨矿时间试验
还原剂用量30%，焙烧温度1 200 ℃，焙烧时间60 min;一段磨矿浓度67%，一段弱磁选，磁场强度188 kA/m。

磨矿设备为RK/BM-棒磨机，筒容积1.1 L，装有10 根Φ15 mm×115 mm 钢棒，充填率19%，筒转速192 r/min。

一段磨矿时间试验结果见图5。

图5 一段磨矿时间对还原铁粉品位和回收率的影响
从图5 可以看出，磨矿时间延长后，还原铁粉品位呈提高趋势，回收率呈下降趋势。

一段磨矿就可使直接还原铁品位提高到90%以上。

一段磨矿5 min 的条件下，对一段磁选产品进行二段磨矿试验，考察磨矿细度对
直接还原焙烧选别指标的影响，结果见图6。

图6 二段磨矿时间对还原铁粉品位和回收率的影响
从图6 可以看出，二段磨矿时间延长后，还原铁粉品位呈提高趋势，回收率呈下
降趋势。

实验室一段磨矿时间5 min，二段磨矿4 min，就可使直接还原铁品位提高到92%以上，且可保证较高的回收率。

2.5 最佳条件试验
直接还原最佳条件试验数质量流程见图7。

图7 镜铁山矿直接还原最佳条件试验数质量流程
2.6 最终产品分析
对稳定试验的最终还原铁粉进行多元素分析，结果见表1。

表1 镜铁山还原铁粉多元素分析结果(质量分数)/%
从表1 可以看出，最终还原铁粉中ZnO 含量较低，表明其在加热过程中已经挥发，可以从烟气中回收;S 含量较高，主要由重晶石和还原剂带入。

3 结论
1)高炉除尘灰含有较高的铁和碳，试验表明其可以作为酒钢镜铁山铁矿石直接还原焙烧-磁选的还原剂使用，且对该类型弱磁性复合难选铁矿石有较好的还原效果。

2)还原剂用量为30%，焙烧温度1 200 ℃，焙烧时间60 min，一段磨矿5 min，二段磨矿4 min，镜铁山矿直接还原焙烧-磁选获得的最终指标为:还原铁粉产率30.94%，铁品位93.45%，回收率87.14%。

最终还原铁粉中有害元素S 偏高，
需要进一步研究脱硫措施。

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