CaO和Na2CO3用量对高磷鲕状赤铁矿石深度还原分选的影响

CaO 和Na 2CO 3用量对高磷鲕状赤铁矿石深度还原分选的影响栗艳锋1，2韩跃新1，2孙永升1，2张琦1，2（1.东北大学资源与土木工程学院，辽宁沈阳110819；2.难采选铁矿资源高效开发利用技术国家地方联合工程研究中心，辽宁沈阳110819）摘要采用深度还原技术处理高磷鲕状赤铁矿可以取得良好的技术经济指标，但添加剂（如CaO 和Na 2CO 3）在深度还原过程中的作用仍需深入研究。

以鄂西某宁乡式高磷鲕状赤铁矿石为原料，考察还原温度、还原时间、碳氧摩尔比对还原指标的影响。

结果表明，适宜的深度还原条件为还原温度1523K、还原时间30min、碳氧摩尔比2.0，获得的还原物料铁金属化率为86.21%，还原物料经磁选获得的磁选精矿铁品位为91.69%、回收率为92.23%。

在最佳还原条件下分别以CaO 和Na 2CO 3为添加剂进行深度还原试验，采用化学成分分析和X 射线衍射（XRD ）探究了CaO 和Na 2CO 3用量对高磷鲕状赤铁矿石深度还原分选指标、脱磷效果和物相转变的影响。

结果表明，添加CaO 和Na 2CO 3均可抑制深度还原过程中铁橄榄石的生成，有效降低精矿中磷含量，提高铁回收率；CaO 可与物料中的SiO 2和Al 2O 3反应生成硅灰石和钙铝黄长石等高熔点硅酸盐，不利于铁品位的提高；Na 2CO 3可与物料中的SiO 2和Al 2O 3反应生成钠长石等低熔点硅酸盐，有利于铁品位的提高。

关键词高磷鲕状赤铁矿深度还原添加剂CaONa 2CO 3物相变化脱磷中图分类号TD925.7文献标志码A文章编号1001-1250（2019）-02-054-06DOI 10.19614/ki.jsks.201902010Effects of CaO and Na 2CO 3Dosage on Beneficiation during Coal -based Reduction of High -phosphorus Oolitic Hematite OreLi Yanfeng 1，2Han Yuexin 1，2Sun Yongsheng 1，2Zhang Qi 1，2（1.School of Resources and Civil Engineering,Northeastern University,Shenyang 110819，China ；2.National -Local Joint Engineering Research Center of Refractory Iron Ore Resources Efficient Utilization Technology ，Shenyang 110819，China ）AbstractHigh -phosphorus oolitic hematite treated with coal -based reduction technology can have good technical -eco⁃nomic indicators ，but the role of additives such as CaO and Na 2CO 3in the reduction process still needs to be further studied.The influence of reduction temperature ，reduction time ，mole ratio of C to O on reduction index was investigated ，taking high -phosphorus oolitic hematite from Western Hubei as research object.The results showed that the appropriate reduction condi⁃tions were the reduction temperature of 1523K ，the reduction time of 30min and mole ratio of C to O is 2.0，the metallizationdegree of the reduced products was 86.21%，the iron grade of magnetic separation was 91.69%，and the recovery was 92.23%.The effects of CaO and Na 2CO 3dosage on separation indexes was investigated on the optimum coal -based reductionconditions ，the chemical composition analysis and X -ray diffraction （XRD ）were used to investigate dosage of CaO and Na 2CO 3on separation index of high -phosphate oolitic hematite ，dephosphorization and phase transition.The addition of CaO and Na 2CO 3can inhibit the formation of fayalite in reduction process ，effectively reduce the phosphorus content in concentrate and improve the iron recovery.CaO can react with SiO 2and Al 2O 3in the samples to form high -melting -point silicates such aswollastonite and gehlenite ，which is not conducive to the improvement of iron grade.Na 2CO 3can react with SiO 2and Al 2O 3inthe samples to form low -melting -point silicate such as albite ，which is conducive to the improvement of iron grade.KeywordsHigh -phosphorus oolitic hematite ，Coal -based reduction ，Additive ，CaO ，Na 2CO 3，Phrase changes ，De⁃phosphorization收稿日期2018-12-11基金项目国家自然科学基金项目（编号：51604063）。

作者简介栗艳锋（1989—），男，博士研究生。

总第512期2019年第2期金属矿山METAL MINESeries No.512February 2019··54高磷鲕状赤铁矿石由于其层层包裹的鲕粒结构、复杂微细粒嵌布和较高的磷含量等特点，使其成为世界上公认的最复杂难选铁矿资源之一［1］。

我国高磷鲕状赤铁矿储量丰富，已探明储量约37.2亿t，主要分布于鄂西、湘中北、桂北、赣西、贵东，川北和滇东北等地［2-3］。

高磷鲕状赤铁矿石复杂的工艺矿物学特性导致其单体解离困难，传统的重选、磁选、浮选等选矿方法难以实现其有效开发利用，磁化焙烧、浸出等工艺又存在尾矿铁品位高、环境污染严重等问题［4-6］，使该类矿石基本成为“呆”矿，无法被开发利用，造成极大的资源浪费。

采用深度还原—磁选技术处理高磷鲕状赤铁矿可以得到铁回收率和品位均大于90%的还原铁粉［7-9］，近年来，该技术吸引了越来越多的关注。

还原过程添加添加剂可以提高还原效果，但添加剂（如CaO和Na2CO3）在深度还原过程中的具体作用仍需深入研究。

本文首先探究了还原温度、还原时间、碳氧摩尔比对深度还原分选效果的影响，确定了最佳的深度还原条件。

在此基础上，分别以CaO和Na2CO3为添加剂，进行不同添加剂用量深度还原试验，并对还原产品进行化学成分分析和XRD分析，得到还原过程物相转变、精矿磷含量等指标，进而考察CaO和Na2CO3用量对高磷鲕状赤铁矿深度还原过程的影响。

1试验原料试验用高磷鲕状赤铁矿石采自鄂西，是典型的宁乡式高磷鲕状赤铁矿，其化学成分分析结果见表1，XRD分析结果如图1所示。

矿石中主要有价金属元素为铁，其含量为42.21%；SiO2、Al2O3和CaO的含量较高，分别为21.80%、5.47%和4.33%；有害元素S、P的含量分别为0.13%和1.31%，磷含量较高。

铁元素主要赋存在赤铁矿中，脉石矿物主要为石英、鲕绿泥石及少量的磷灰石。

试验用还原剂为吉林某地烟煤，其工业分析结果如表2所示。

该烟煤固定碳含量为67.83%，挥发分和灰分的含量分别为18.45%和12.02%，水分含量较低，为1.48%。

2研究方法将高磷鲕状赤铁矿石和煤分别破碎至-2mm，将制备好的煤粉和80g矿样按照试验预设的碳氧摩尔比（煤粉中固定碳与矿石中铁氧化物所含的氧的摩尔数之比）混合均匀。

将混合后的样品放入100mL 的陶瓷坩埚中，并在样品顶部均匀铺一层厚约2mm 的煤粉（2g）用于保证坩埚内的还原气氛。

待KSL-1400X箱式电阻炉升温至设定温度后，迅速将装有混合样品的坩埚放入电阻炉炉膛内，并开始计时。

当还原时间达到预设值时还原试验完成，迅速将还原后试样取出，水冷至室温，过滤，在353K温度下经真空干燥箱烘干，得到还原后物料。

将还原后物料磨细至-0.074mm占90%，缩取10g，化验其全铁和金属铁的含量，按式（1）求得还原物料的铁金属化率。

η=αβ×100%，（1）式中，η为还原物料的铁金属化率，%；α为还原物料中金属铁的含量，%；β为还原物料中全铁的含量，%。

再从磨细后还原物料中均匀缩取20g，在磁场强度为85.17kA/m条件下进行弱磁分选，得到精矿和尾矿，并分别化验其全铁含量，计算铁回收率。

还原温度、还原时间和碳氧摩尔比是影响分选指标的主要因素。

因此，试验首先在无添加剂条件下，探索了还原温度、还原时间和碳氧摩尔比对深度还原分选指标的影响，并确定了最佳试验条件。

再在此条件下分别添加不同质量的CaO和Na2CO3，探索添加剂用量对深度还原过程中物相转变和还原物料分选指标的影响，其中添加CaO的质量分别为2、6、10、14g，添加Na2CO3的质量分别为1、2、4、6、8g。