柳钢屯秋鮞状赤铁矿制取直接还原铁的试验研究

2018-03-27   作者：佚名   网友评论 0 条

　　屯秋鲕状赤铁矿属于嵌布粒度细、含杂质多、易泥化的难选红铁矿[3]。地质勘探查明，屯秋铁矿地质总储量为3658.69万吨，其中富矿1176.83万吨，贫矿2481.86万吨。上世纪八十年代露天开采和破碎工程建成投产，已形成年产铁矿石100万吨的生产规模。

　　屯秋鲕状赤铁矿是世界上公认的难选铁矿石之一，历次不同规模选矿试验研究结果表明，采用一般的机械选矿法精矿含铁品位仅为52%~54%，采用回转窑磁化焙烧法精矿含铁品位为55%~58%，两种选矿方法所得产品质量不理想，产品市场竞争力不强，投资建选厂风险较大。上世纪70年代筹建的120万吨回转窑磁化焙烧选矿厂和2008年柳钢再次筹建的60万吨回转窑磁化焙烧选矿厂，因国内国际经济形式的变化而被迫停建[2]。

　　直接还原是指用气体或固体还原剂在低于铁矿石软化温度下，在反应装置内将铁矿石还原成金属铁的方法。其产品称直接还原铁，这种铁保留了失氧前的外形，形成了大量的微孔隙，显微镜下形似海绵构造，故又称海绵铁[4]。直接还原铁（DRI）因质地纯净、成分稳定，是一种替代废钢、冶炼优质钢和特殊钢的理想原料[5]。

　　对鲕状赤铁矿进行直接还原，可以改变其物相，使矿石的微细粒的鮞状结构转变为粒度粗大的粒状结构，为磨矿磁选创造了较好的条件，从而提高铁的金属回收率[1]。为此，为高效开发屯秋铁矿石，本文拟采用直接还原-磁选工艺开展屯秋鮞状赤铁矿制取直接还原铁的探索试验,以其为后续工业化试验提供技术支撑。

　　1、试验设备

　　主要试验设备：①SXL-1303型程控箱式电炉一台；②XMQ-Φ240×90锥形球磨机一台；③XCGS-73型Φ50磁选管一台；④XPC-100×125鄂式破碎机一台；⑤150ml瓷坩埚一批；⑥成分化验分析仪器等设备装置。

　　2、试验原料

　　试验矿样

　　屯秋矿区露采矿段（龙骨岭、水牯山、南部露天）采出矿石，粒度0-3mm。原矿主要化学成分分析见表1。

　　从原矿主要化学成分分析结果表1可知：原矿含铁偏低，主要有害元素P和K2O超标，直接进钢厂冶炼影响炉况顺行。

　　2.2还原剂

　　采用柳钢炼铁高炉喷吹煤粉，粒度0-1mm。主要化学成分见表2。

　　脱硫剂

　　石灰粉,CaO≥60%,粒度0～3mm。

　　3、试验方法

　　屯秋鲕状赤铁矿直接还原试验是在SXL-1303型程控箱式电炉内进行，电炉消耗功率10KW，控温范围500~1300℃，工作室尺寸200×400×160。试验时，将铁矿粉、煤粉和石灰粉按设计质量配比事先混匀装入带盖的150ml瓷坩埚中，将瓷坩埚置入程控箱式电炉工作室内，按预先设定的升温程序自动升温焙烧，关机停炉保温10min后,从工作室内取出瓷坩埚冷却至室温，然后将还原产物进行破碎、磨矿和磁选处理，以得到含铁品位较高的还原铁粉。

　　4、试验结果与讨论

　　4.1焙烧温度试验

　　固定焙烧时间为90min，铁矿粉、煤粉和石灰粉质量比为100：25：5，还原温度分别在1000℃、1050℃、1100℃、1150℃、1200℃进行焙烧，还原产物破碎至0~3mm后送入球磨机磨矿20min，在磁场强度为2A的条件下进行1次磁选，试验结果如图1所示。

　　由图1可见：还原温度由1000℃上升到1200℃的过程中，还原产物磁选精矿铁品位和回收率随着还原温度的提高而逐渐上升，当还原温度大于1150℃时，铁的回收率略有下降。此外，在1200℃焙烧温度下，还原产物与坩埚粘结，这是因为温度过高使焙烧矿中产生大量的液相而导致还原动力学条件的严重恶化，不利于工业化生产操作。综合考虑，选择焙烧温度为1150℃。

　　4.2焙烧时间试验

　　固定焙烧温度为1150℃，铁矿粉、煤粉和石灰粉质量比为100：25：5，磨矿20min，在磁场强度为2A的条件下进行1次磁选，考察焙烧时间对还原产物磁选精矿铁品位和铁回收率的影响。试验结果如图2所示。

 　　由图2可见，焙烧时间短，矿石中的铁矿物没有得到充分还原，铁品位及回收率偏低。延长焙烧时间，可提高铁品位及回收率，当焙烧时间达到90min时，还原产物经过磨矿磁选可获得精矿铁品位89.30%，回收率91.13%的选别指标。但焙烧温度超过90min后，还原产物与坩埚粘结。因此，选择焙烧时间为90min。

　　4.3还原剂用量试验

　　固定焙烧温度为1150℃，还原时间90min，铁矿粉与石灰粉质量比为100：5，磨矿20min，在磁场强度为2A的条件下进行1次磁选，考察不同还原剂用量对还原产物磁选精矿铁品位和铁回收率的影响。试验结果如图3所示。

　　由图3可见，还原剂用量的增加，还原产物磁选精矿铁品位有上升的趋势，当还原剂用量配比≥25%时，铁的回收率有所下降，其原因是过量的碳对还原析出的铁颗粒聚集与长大起阻碍作用，使矿石中的铁还原不充分。综合考虑，选择还原剂用量配比为25%。

　　4.4产品化验分析

　　屯秋鮞状赤铁矿在选定还原焙烧磁选条件下,获得的还原铁粉送柳钢质检化验中心化验分析，结果如表3所示。
　　从表3可知，屯秋鮞状赤铁矿经过直接还原-磁选工艺处理后所获得的还原铁粉含磷仍然偏高，还需要进一步的脱磷处理，但如果钢厂冶炼特殊钢（如集装箱钢板），磷可作为有益成分使用。金属铁和碱金属钾钠指标已符合转炉炼钢冷却剂的质量要求。

　　5 结论

　　（1）屯秋鮞状赤铁矿含铁品位偏低，有害元素磷高,碱金属钾钠超标,直接进钢厂入炉冶炼影响炉况顺行。目前，矿山每年仅开采少量富矿配矿使用。

　　（2）屯秋鮞状赤铁矿采用直接还原-磁选工艺，在选定还原焙烧磁选条件下,获得了铁品位89.30%；含磷0.51%；K2O+ Na2O≤0.20%；回收率91.13%的还原铁粉。产品经压块可替代废钢用于转炉炼钢冷却剂或冶炼特殊钢（如集装箱钢板）。

　　参考文献

　　1陈述文等.贵州赫章鮞状赤铁矿直接还原磁选试验研究[J].金属矿山，1997年第11期。

　　2蒋次林.广西屯秋鮞状赤铁矿直接还原生产海绵铁探讨[J].现代矿业，2014年第6期。

　　3朱俊士.选矿试验研究与产业化[M].北京:冶金工业出版社，

　　4全钮嘉.钢铁冶金百科全书 [M]. 北京:冶金工业出版社，

　　5朱德庆.细磨精矿冷固成型机理研究及在直接还原中的研究[J].中南工业大学，