改善高铝铁矿预还原-熔分行为的研究

　　中南大学资源加工与生物工程学院，长沙 410083

　　1  前言

　　高铝铁矿及高锰铁矿储量丰富，但其中各种矿物嵌布粒度微细，赋存状态复杂，铁和铝、铁和锰有相当比例是以类质同象存在，难以分离，是典型的复杂难选铁矿石资源[1-5]。此外，还有一种高铝含铁二次资源-赤泥，我国每年赤泥排放量高达数百万吨，但综合利用率仅有4%[6]；世界锰资源储量约为6.3亿，我国含量高达4400万吨，在已勘查的矿床中，铁含量超过标准的高铁锰矿资源占73%[7]。因此，研究如何综合利用高铝及高锰铁矿资源对缓解我国钢铁行业的压力及降低对进口矿的依赖度有重要意义。

　　高铝铁矿因Al2O3含量较高，不能直接用于高炉冶炼铁水，而配加少量高铝铁矿用于烧结时，一方面配加比例太低，导致该类资源利用程度较低，另外又会对烧结矿质量产生不利影响。因此，高铝铁矿中铁铝分离是实现其高效利用的前提。由于传统的物理选矿工艺不能将铝铁很好的分离，目前大多数采用火法工艺进行分离，但是大多数火法工艺需要添加大量的盐类添加剂，导致生产成本急剧增加，并且不利于设备顺行[8-13]。由于锰和铁的性质相近，所以两者往往紧密共生或以类质同象形态存在，常规的选矿工艺很难将其分离，目前最有效的手段是将其作为高炉炉料生产富锰渣，但是富锰渣工艺需要以焦炭为燃料和还原剂，随着焦煤资源的不断减少，且炼焦工艺环境污染大[14-19]。因此，需开发一种具有金属回收率高、环境污染小等优点的熔融还原工艺，以实现对铁和铝、铁和锰的高效分离，从而达到对这两种资源的高效利用。本文以两种铁矿石为原料，在研究两种原料物化性能、工艺矿物学特征及还原行为的基础上，对两种矿的混合矿预还原-熔分行为进行深入研究，以高锰铁矿促进高铝铁矿的还原，为实现铁、铝和锰在熔分中的高效分离提供理论依据。

　　2  原料性能及研究方法

　　2.1 含铁原料性能

　　2.1.1 物化性能

　　两种含铁原料的化学成分如表1所示。由表可知，高铝铁矿铁品位为41.92%，铝、硅含量较高，分别为13.74%和13.96；高锰铁矿铁品位为42.32%，其锰、铝和硅含量分别为9.24%、6.60%和4.22%；两种原料的烧损（LOI）量均比较大，分别为7.20%和11.05%。

　　2.1.2 矿相组成及赋存状态

　　图1为两种含铁原料的XRD分析结果。由图可知，高铝铁矿的矿物组成以赤铁矿（Hematite）、针铁矿（Goethite）、高岭石（Kaolinite）和三水铝石（Gibbsite）为主；高锰铁矿则以赤铁矿、针铁矿、软锰矿（Pyrolusite）、高岭石和三水铝石为主。表2为两种含铁原料主要元素赋存状态，由表2可知，两种含铁原料中铁、铝和硅的赋存形式相似，铁主要赋存于赤铁矿和针铁矿中，比例分别达98.59%和98.87%；铝均以含铝硅酸盐类矿物 (高岭石)和独立的铝矿物 (三水铝石和一水铝石)为主，两者三种矿物分布率分别为62.66%和41.36%、26.20%和51.06%及11.14%和7.58%；硅均以硅酸盐类矿物为主，分布率分别达94.99%和85.78%，少量为游离的石英。另外，高锰铁矿中锰主要以氧化锰为主，分布率达72.73%，其次为锰铁矿物（类质同象），达19.70%。
 

　　表1 含铁原料化学成分分析 (wt %)

　　Table 1 Chemical compositions of the raw materials (wt %)

　　2.2 还原剂性能

　　对试验所用还原剂进行工业分析、灰分成分分析以及软熔特性分析，结果如表3、表4所示。由表3可知，还原剂固定碳含量为52.12%，挥发分为30.41%，全硫含量较低，为0.58%，灰分仅为4.49%，具有较高的软化温度，达1376℃，是一种理想的还原剂；由表4可知，灰分中主要含硅、钙、铁和铝等。 

　　表3 还原煤工业分析及其灰分软熔性特性

　　Table 3 Industrial analysis of reductant coal and fusibility of coal ash