赤褐铁矿磁化焙烧矿物组成和物相变化规律

矿、人工磁铁矿、浮选 精 矿、浮 选 尾 矿 的 Ｘ 射 线 衍 射 分析采 用 德 国 ＢＲＵＫＥＲ 生 产 的 Ｄ８ Ａｄｖａｎｃｅ Ｘ 射 线衍射仪，辐 射 源 为 Ｃｕ（λ＝０．１５４ １８ｎｍ），步 宽 为 ０．０２°，扫描范围为１５°～９０°，扫 描 速 度 为 ９°／ｍｉｎ，电 压４０ｋＶ，电流４０ ｍＡ，分析有用矿物与脉石矿物在 焙 烧 和 浮 选 过 程 中 的 变 化 ，研 究 矿 物 晶 体 结 构 。
第 ２６ 卷 第 ７ 期
钢铁研究学报
２０１４ 年 ７ 月
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｉｒｏｎ ａｎｄ Ｓｔｅｅｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ
Ｖｏｌ．２６，Ｎｏ．７ Ｊｕｌｙ ２０１４
赤褐铁矿磁化焙烧矿物组成和物相变化规律
张 汉 泉 ， 汪 凤 玲
（武汉工程大学环境与城市建设学院，湖北 武汉 ４３００７３）
５５．６９ ５９．００ ４６．６７
浮选精 矿品位
６０．５９ ６１．８８ ６５．１９
回收率
７９．３０ ７９．９５ ５３．７３
矿物组成结构及其表面物理化学性质是决定其 浮选性能的内因，本文 采 用 ＸＲＤ、显 微 镜 测 试 技 术， 观察磁化焙烧 矿 物 组 成 和 物 相 变 化，研 究 晶 体 结 构 和表面性质对人工磁铁矿反浮选性能的影响。 根据矿物 的 光 学 性 质，可 以 用 显 微 镜 完 成 矿 石 中矿物的鉴定、矿 物 粒 度 测 定、矿 物 解 离 度 测 定、矿 石结构 分 析 以 及 选 矿 产 物 的 矿 物 学 分 析 等 工 作。 Ｎｅｌｌｒｏｓ，Ｈｕｒｌｅｙ 用 显 微 镜 分 析 球 团 矿 结 构 。 ［１１］ 通 过原矿和焙烧 矿 的 脉 石 矿 物 进 行 显 微 镜 下 观 察，比 较焙烧后脉石 矿 物 组 成 发 生 的 变 化，研 究 矿 物 表 面 性质。本文所 用 显 微 镜 均 为 尼 康 ＬＶ１００ＰＯＬ，观 察 有用矿物 时 是 反 射 光，观 察 脉 石 矿 物 时 是 透 射 光。 Ｘ 射线衍射可 以 对 晶 体 结 构 进 行 分 析，物 相 进 行 定 性分析，准确测 定 混 合 物 中 各 相 的 衍 射 强 度 求 出 多 相物质中 各 相 的 含 量，进 行 物 相 定 量 分 析。Ｋｕｍａｒ 采用ＳＥＭ 和 ＸＲＤ 技术分析了微波预处理矿石表面 性质和晶格缺陷 的 变 化 。 ［１２］ 本 文 对 焙 烧 原 矿、焙 烧
磁化焙烧—磁选工艺是有效处理难选弱磁性氧 化铁矿的方法 之 一，通 过 这 种 方 法 得 到 的 磁 铁 矿 物 理化学性能与天然存在的磁铁矿具有较大的差别，
称之为 人 工 磁 铁 矿，其 品 位 在 ５５％ ～５８％ 之 间 。 ［１－２］ 目前广大研究工作者对人工磁铁矿性能进行了大量Βιβλιοθήκη Baidu的研究，罗立群 等 研 究 了 氧 化 铁 矿 磁 化 焙 烧 产 品 磁
２ 测试样品
所用矿样 为 某 褐 铁 矿，该 矿 在 实 验 室 条 件 下 通 过单一的重选、磁选、浮选及其传统的联合工艺 均不 能取 得 理 想 指 标，最 终 确 定 采 用 磁 化 焙 烧—磁 选— 反 浮 选 工 艺 ，测 试 样 品 为 ：褐 铁 矿 原 矿 、焙 烧 矿 、人 工 磁铁矿、人工磁铁矿反浮选精矿、人工磁铁矿反 浮选 尾矿。
基 金 项 目 ：国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 （５１１４４００３） 作 者 简 介 ：张 汉 泉 （１９７１— ），男 ，博 士 ，副 教 授 ； Ｅ－ｍａｉｌ：１３４７７０２２２９６＠１３９．ｃｏｍ； 收 稿 日 期 ：２０１３－０６－０９
第 ７ 期 张 汉 泉 等 ：赤 褐 铁 矿 磁 化 焙 烧 矿 物 组 成 和 物 相 变 化 规 律
１ 研究方法和原理
早在２０００ 年 专 家 提 出，炼 铁 要 以 精 料 为 基 础， 高炉入炉铁品位要 向 大 于 ６３％ 发 展，来 提 高 高 炉 利 用系数［７］，为了适应市场的需 要，可 通 过 反 浮 选 进 一 步提高人工磁铁 矿 品 位，表 １ 为 几 种 磁 铁 矿 反 浮 选 结果。表明磁化焙烧—磁选得到的人工磁铁矿和天 然磁铁矿在反 浮 选 方 面 具 有 较 大 的 差 别，因 此 对 人 工磁铁矿浮选性能的研究显得尤为重要。
Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｉｎｅｒａｌ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｈａｓｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｎ Ｈｅｍａｔｉｔｅ ａｎｄ Ｌｉｍｏｎｉｔｅ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｏａｓｔｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓ
ＺＨＡＮＧ Ｈａｎ－ｑｕａｎ， ＷＡＮＧ Ｆｅｎｇ－ｌｉｎｇ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ａｎｄ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ ４３００７３，Ｈｕｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍａｇｎｅｔｉｚｉｎｇ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｆｏｌｌｏｗｅｄ ｂｙ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｕｎｉｔ ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｔｈｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ ｉｒｏｎ ｏｒｅｓ．Ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｍａｇｎｅｔｉｔｅ ｂｙ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｏａｓｔｉｎｇ－ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｎａｍｅｄ ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｍａｇｎｅｔｉｔｅ ｗｅｒｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｒｏｍ ｎａｔｕｒａｌ ｍａｇｎｅｔｉｔｅ．Ｒｅｖｅｒｓｅ ｆｌｏｔａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｆｌｏｔａｔｉｏｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｈａｓ ｇｒｅａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｍａｇｎｅｔｉｔｅ ａｎｄ ｎａｔｕｒａｌ ｍａｇｎｅｔｉｔｅ，Ｘ－ｒａｙ ｄｉｆ－ ｆｒａｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｅｒｅ ａｄｏｐｔｅｄ ｔｏ ａｎａｌｙｓｉｓ ｆｌｏｔａｔｉｏｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｍａｇｎｅｔｉｔｅ ｂｙ ｏｂｓｅｒｖｉｎｇ ｃｈａｎｇｅ ｉｎ ｍｉｎｅｒａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｈａｓｅ ｉｎ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｏａｓｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｆ ｒａｗ ｏｒｅ ｅｘｉｓｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｆｏｒｍ ｏｆ ｄｅｔｒｉｔａｌ ｑｕａｒｔｚ ａｎｄ ｓｉｌｉｃｅｏｕｓ ｍｕｄｓｔｏｎｅ，ｗｈｉｌｅ ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｆ ｒｏａｓｔｉｎｇ ｏｒｅ ｅｘｉｓｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｆｏｒｍ ｏｆ ｓｉｌｉｃａ ｑｕａｒｔｚ，ａｎｄ ｐａｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ｑｕａｒｔｚ ｗａｓ ｃｏａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｉｒｏｎ ｏｒｅ，ｍｏｒｅ ｗｉｄｅｌｙ ｓｐｒｅａｄ ｔｈａｎ ｒａｗ ｏｒｅ，ｉｎｃｏｍｐｌｅｔｅ ｃｒｙｓｔａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｓ ｅｍｅｒｇｅｄ． Ｍｉｎｅｒａｌ ｐｈａｓｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｉｓ ｃｈａｎｇｅｄ ａｎｄ ｉｎｈｏｍｏｇｅｎｅｉｔｙ ｉｓ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｉｎ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｏｒｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｆｔｅｒ ｒｏａｓｔｉｎｇ，ｉｒｏｎ ｍａｉｎｌｙ ｅｘｉｓｔｅｄ ｉｎ ｍａｇｎｅｔｉｔｅ ａｎｄ ｍａｇｈｅｍｉｔｅ，ｐｅａｋ ｏｆ ｌａｉｈｕｎｉｔｅ ａｎｄ ｉｒｏｎ ｓｉｌｉｃａｔｅ ａｐｐｅａｒｅｄ ｉｎ ｒｏａｓｔｉｎｇ ｏｒｅ；ｔｈｅｒｅ ｗｅｒｅ ｌａｉｈｕｎｉｔｅ，ｑｕａｒｔｚ ｉｎ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ ｏｆ ｒｏａｓｔｉｎｇ ｏｒｅ，ｑｕａｒｔｚ，ａｎｄ ｉｎ ｎａｔｕｒａｌ ｍａｇｎｅｔｉｔｅ ｓｉｌｉｃｏｎ ｅｘｉｓ－ ｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｆｏｒｍ ｏｆ ｑｕａｒｔｚ；ｐａｒｔ ｏｆ ｑｕａｒｔｚ ｓｔｉｌｌ ｅｘｉｓｔｅｄ ｉｎ ｒｅｖｅｒｓｅ ｆｌｏｔａｔｉｏｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ，ｐａｒｔ ｏｆ ｌａｉｈｕｎｉｔｅ ａｎｄ ｉｒｏｎ ｓｉｌｉ－ ｃａｔｅ ｅｎｔｅｒｅｄ ｔｈｅ ｒｅｖｅｒｓｅ ｆｌｏｔａｔｉｏｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｍａｇｎｅｔｉｔｅ；ｍｉｎｅｒａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ；ｌａｉｈｕｎｉｔｅ；ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｉｔｙ
摘 要：磁化焙烧—磁选工艺是有效处理难选弱磁性氧化铁矿的最有效方法之一，所得到的铁精矿性质与天然 磁 铁矿性质具有较大的差别。反浮选结 果 表 明，人 工 磁 铁 矿 和 天 然 磁 铁 矿 在 浮 选 性 能 方 面 具 有 较 大 的 差 异 ，采 用 ＸＲＤ（Ｘ－ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）、显微镜测试技术观察磁化焙烧矿物组成和物相变化，原矿中硅以碎屑石英和硅质泥岩 形 式存在，焙烧后有部分硅质泥岩，还有部分石英是被铁矿包裹，分布较原矿分散，即磁化焙烧形成的磁铁矿有一 定 的包裹、充填和浸染现象，具有不完整的晶体结构，分布分散，矿石内部组织结构的不均匀程度增加。原矿有 用 矿 物主要以 Ｆｅ２Ｏ３ 形式存 在，脉 石 矿 物 主 要 是 石 英 ；焙 烧 后 铁 矿 物 的 赋 存 由 Ｆｅ２Ｏ３ 转 变 成 Ｆｅ３Ｏ４ 为 主，并 掺 杂 Ｆｅ２Ｏ３，ＦｅＯ，Ｆｅ，矿物组成发生变化，矿物不均匀性增强。焙烧物中还出现高铁橄榄石和铁硅 酸 盐 峰，一 部 分 橄 榄 石 和 硅 酸 盐 矿 物 进 入 反 浮 选 精 矿 ，造 成 铁 损 失 。 关 键 词 ：人 工 磁 铁 矿 ；矿 物 组 成 ；铁 橄 榄 石 ；非 均 匀 性 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００１－０９６３（２０１４）０７－０００８－０４
·９·
性能的变化，结 果 表 明，经 过 闪 速 磁 化 焙 烧 后，弱 磁 性铁矿物均转变为人造磁性颗粒和人造磁铁矿集合 体［３－４］，Ｂａｒａｎｉ，Ｊａｖａｄ Ｋｏｌｅｉｎｉ和 Ｒｅｚａｅｉ等 研 究 表 明， 微波技术磁化后，磁 化 系 数 增 加 ６～７ 倍，但 磁 化 率 分布 不 均 匀［５］，郭 珊 杉 发 现 磁 化 焙 烧－磁 选 磁 铁 矿 与 石英混合矿和天然磁铁矿与石英混合矿磁选管分选 效果存在差异，磁化焙 烧－磁 选 磁 铁 矿 与 石 英 混 合 矿 产生了较明显 的 磁 团 聚 现 象，很 难 达 到 和 天 然 磁 铁 矿与石英混合矿相近的分离效果 。 ［６］
３ 结果与讨论
３．１ 光 学 显 微 镜 分 析 在 焙 烧 温 度 ７５０ ℃、还 原 剂 用 量 １５％ （质 量 比）、焙烧时间６０ ｍｉｎ条件下焙烧褐铁矿，采用 偏 光 显微镜对原矿 和 焙 烧 矿 脉 石 矿 物 进 行 镜 下 鉴 定，探 明脉石矿物组成。 图 １（ａ）～ （ｃ）为 原 矿 中 脉 石 矿 物 组 成 ，主 要 脉 石 矿物石英以碎 屑 石 英 和 硅 质 泥 岩 形 式 存 在，还 有 少 量含钙镁离子碳酸盐岩以藻核形石形式存在。 图１（ｄ）～ （ｈ）为 焙 烧 矿 脉 石 矿 物 组 成，通 过 焙 烧主要脉石矿 物 赋 存 较 原 矿 有 所 变 化，有 以 硅 质 石 英及碎屑形式存在，还有部分细晶花岗岩，而且焙 烧 后一部分硅是 被 铁 矿 包 裹 着，即 磁 化 焙 烧 形 成 的 磁 铁矿有一定的包裹、充填和浸染现象，具有不完 整 的 晶体结构，分布较焙烧之前分散，矿石内部组织 结构 的不均匀程度 增 加，可 能 是 因 为 磁 化 焙 烧 是 从 矿 石 表 面 开 始 ，焙 烧 产 品 中 存 在 着 还 原 程 度 不 同 的 颗 粒 。 ３．２ Ｘ 射线衍射（ＸＲＤ）分析 通过 ＸＲＤ 分析，对矿物中的铁物相及硅物相 进 行 分 析 ，了 解 有 用 矿 物 与 脉 石 矿 物 的 物 相 变 化 规 律 。 由 图 ２ 原 矿 ＸＲＤ 图 谱 可 知，有 用 矿 物 主 要 以 Ｆｅ２Ｏ３ 形式存在，有少量的 铁 白 云 石 和 绿 泥 石，脉 石 矿物主要以 ＳｉＯ２ 形式存在，含有少量的磷灰石和高 岭石。 经过焙烧，矿物中物相发生了变化，原矿中铁 主 要 以 赤 铁 矿 形 式 存 在 ，焙 烧 后 磁 性 急 剧 增 强 ，铁 主 要 以 磁 铁 矿 和 磁 赤 铁 矿 存 在 ，为 弱 磁 选 提 供 条 件 ，同 时 焙 烧 矿 中 铁 白 云 石 峰 减 弱 ，说 明 在 焙 烧 过 程 中 铁 白 云 石会分解，分解产物 Ｆｅ２Ｏ３ 被还原成 Ｆｅ３Ｏ４ 有利于磁
表 １ 人 工 磁 铁 矿 反 浮 选 结 果 Ｔａｂｌｅ １ Ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｍａｇｎｅｔｉｔｅ
ｒｅｖｅｒｓｅ ｆｌｏｔａｔｉｏｎ ％
矿 种
四 川 某 褐 铁 矿［８］ 鄂 西 鲕 状 赤 铁 矿［９］ 某 天 然 磁 铁 矿［１０］
人工磁铁 矿铁品位