專利名稱：一種促進(jìn)弱磁性氧化鐵礦磁化還原的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以廢鐵物料作還原劑，采用水蒸氣促使弱磁性氧化鐵礦轉(zhuǎn)變成強(qiáng)磁性 磁鐵礦，以改變?nèi)醮判匝趸F礦磁選性能的工藝方法。
背景技術(shù)：
含鐵礦物種類雖然較多，但在當(dāng)前技術(shù)條件下，具有工業(yè)利用價(jià)值的只有磁鐵礦、 赤鐵礦、磁赤鐵礦、鈦鐵礦、褐鐵礦和菱鐵礦等幾種。其中，磁鐵礦比磁化系數(shù)較大、屬強(qiáng)磁 性鐵礦物，其它鐵礦物比磁化系數(shù)較小、屬弱磁性鐵礦物。弱磁性氧化鐵礦通常稱為紅鐵礦，中國的紅鐵礦資源一般含鐵品位低，礦物組成 復(fù)雜，鐵礦物嵌布粒度細(xì)，分選加工比較困難。紅鐵礦分選加工主要采用磁選和浮選，其中 磁選又包括強(qiáng)磁選和磁化焙燒_弱磁選。通過磁化焙燒可以使難選紅鐵礦轉(zhuǎn)變成易選的磁 鐵礦，因此盡管近年來紅鐵礦分選工藝技術(shù)在研制新的強(qiáng)磁選設(shè)備和新的浮選藥劑以及應(yīng) 用磁選_反浮選等工藝來提高選別指標(biāo)方面有所突破，但對(duì)鐵硅鋁酸鹽礦物含量高的難選 紅鐵礦，磁化還原焙燒仍是一種最為有效的處理方法。弱磁性氧化鐵礦磁化焙燒通常采用碳熱還原焙燒，用碳作為還原劑在還原氣氛條 件下通過焙燒使氧化鐵礦發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，使其中的弱磁性氧化鐵礦物轉(zhuǎn)變成強(qiáng)磁性的 磁鐵礦或赤鐵礦。經(jīng)磁化焙燒后氧化鐵礦物的磁性顯著增強(qiáng)，而其它雜質(zhì)礦物的磁性 基本上不發(fā)生變化，從而增大了氧化鐵礦物與其它雜質(zhì)礦物的磁性差異，使其更易于用磁 選分離和富集?，F(xiàn)行的碳熱還原焙燒工藝，往往存在以下不足(1)雖然碳在氧化鐵礦還原過程中既可以提供熱能，又可以作為還原劑參加反應(yīng)， 但實(shí)際上碳直接還原氧化鐵的作用非常有限，僅限于其與氧化鐵直接接觸時(shí)才有可能。一 旦它們之間分開或形成還原產(chǎn)物，就不可能有直接還原作用。碳熱還原實(shí)際上是C氣化形 成CO氣體產(chǎn)生的間接還原，因?yàn)镃O更容易通過礦石的孔隙向礦石內(nèi)部擴(kuò)散，并與其中的氧 化鐵相互接觸發(fā)生還原反應(yīng)。因此，碳熱還原會(huì)受到碳?xì)饣^程的影響，過程的傳質(zhì)效率通 常較低。(2)對(duì)組成復(fù)雜的難選紅鐵礦，礦石中往往存在大量Si02和A1203等雜質(zhì)，很容易 與金屬Fe反應(yīng)生成鐵橄欖石(Fe2Si04)和鐵尖晶石(FeAl204)等弱磁性鐵硅鋁酸鹽礦物，使 氧化鐵礦的磁化還原率降低。此外鐵礦物與硅鋁酸鹽雜質(zhì)礦物相互燒結(jié)，也會(huì)使鐵礦物難 以單體解離，給鐵礦物分選帶來困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題，是針對(duì)現(xiàn)行碳熱還原焙燒工藝存在的不足，提出一 種促進(jìn)弱磁性氧化鐵礦磁化還原的方法，以提高弱磁性氧化鐵礦的磁化還原效率。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案，一種促進(jìn)弱磁性氧化鐵礦磁化還原 的方法，其特征在于包括有以下步驟
(1)根據(jù)選用的焙燒爐類型，將物料弱磁性氧化鐵礦石進(jìn)行粉碎；(2)在粉碎后的弱磁性氧化鐵礦石中，加入占弱磁性氧化鐵礦石質(zhì)量5% 10% 的水分；(3)根據(jù)弱磁性氧化鐵礦石的含鐵品位，再加入占弱磁性氧化鐵礦石質(zhì)量3% 20%的廢鐵物料作為還原劑；(4)將上述物料置于還原焙燒爐中，進(jìn)行焙燒，使弱磁性氧化鐵礦轉(zhuǎn)變成強(qiáng)磁性磁 鐵礦。按上述方案，步驟(3)中根據(jù)需要加入占弱磁性氧化鐵礦石質(zhì)量0 15%的碳還 原劑。按上述方案，步驟(3)中根據(jù)需要優(yōu)選加入占弱磁性氧化鐵礦石質(zhì)量5 15%的 碳還原劑。按上述方案，步驟(1)所述的弱磁性氧化鐵礦石粉碎后的粒度為0. 5 20mm(最 大粒度)。按上述方案，步驟(4)焙燒溫度為500 800°C，時(shí)間為0. 5 4h。根據(jù)傳統(tǒng)的氧化鐵礦還原理論，氧化鐵礦物可以有三種存在形式，即赤鐵礦 (Fe203)、磁鐵礦(Fe304)和維氏體(FeO)。還原焙燒過程氧化鐵通常是分步還原，當(dāng)溫度高 于570°C時(shí)，按Fe203 — Fe304 — FeO — Fe的順序還原，當(dāng)溫度低于570°C時(shí)，由于FeO的離 解壓大于Fe304的離解壓，F(xiàn)eO不能穩(wěn)定存在，因此按Fe203 — Fe304 — Fe的順序還原。就碳熱還原體系而言，其還原反應(yīng)及在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的自由能變化(AG°)如下
(1)
(2)

3Fe203+C0 = 2Fe304+C02 AG0 = -32990-52. 92T Fe304+C0 = 3Fe0+C02AG0 = 29810-38. 19T
FeO+CO = Fe+C02AG0 = -17540+21. 60T
⑶
iA^-Fe304 + C0 = ^Fe+C02 AG0 = -5700+6. 66T (4)2C+02 = 2C0AG0 = -223426-0. 8431T (5)C+C02 = 2C0A G° = 170707-174. 47T (6)通過對(duì)以上反應(yīng)的熱力學(xué)分析可知，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，碳形成氣態(tài)還原劑C0的反應(yīng) (5)和Fe203還原為Fe304的反應(yīng)(1)很容易進(jìn)行，它們的AG°均為負(fù)值。但還原過程產(chǎn)生 的C02須在978K(705°C )以上，才能通過碳?xì)饣磻?yīng)(6)再生成氣態(tài)還原劑⑶，而高溫下 Fe304不穩(wěn)定，容易還原為非磁性的FeO。此外，當(dāng)?shù)V石中含有Si02和A1203之類的雜質(zhì)時(shí)， 通過反應(yīng)⑶和⑷生成的金屬Fe，也很容易與這類雜質(zhì)反應(yīng)生成鐵橄欖石(Fe2Si04)和 鐵尖晶石(FeAl204)等弱磁性礦物。2Fe+Si02+02 = Fe2Si04 AG0 = -565993+325. 99T (7)Fe2 + Al203 + ^-02 =FeAl204 AG0 = -314251+175. 16T (8)反應(yīng)(7)和⑶的AG°在1460°C以下皆為負(fù)值，反應(yīng)在熱力學(xué)上有很強(qiáng)的推動(dòng)力。與碳熱還原工藝相比，本發(fā)明的有益效果在于(1)可以提高磁化還原反應(yīng)的傳質(zhì)效率，降低還原反應(yīng)所需的溫度。通過比較碳和鐵直接還原赤鐵礦的反應(yīng)熱力學(xué)數(shù)據(jù)不難看出，用鐵還原赤鐵礦的 反應(yīng)(9)，其AG°在所有溫度下皆為負(fù)值，而且隨著溫度提高，其AG°的負(fù)值增大，說明反應(yīng)有較強(qiáng)的熱力學(xué)推動(dòng)。而用碳還原赤鐵礦的反應(yīng)(10)，只有當(dāng)反應(yīng)溫度高于334°C時(shí)，反 應(yīng)的AG°才為負(fù)值。當(dāng)反應(yīng)溫度低于900°C時(shí)，用鐵還原的反應(yīng)AG°值要比用碳更負(fù)，說 明溫度在900°C以下，鐵對(duì)氧的化學(xué)親和力比碳更強(qiáng)，還原反應(yīng)更容易進(jìn)行。4Fe203+Fe = 3Fe304AG0 = -36387-80. 00T (9)3Fe203+C = 2Fe304+C0 AG0 = 137717-227. 39T (10)同樣，F(xiàn)e也可以間接還原Fe203，當(dāng)有H20存在時(shí)，加熱過程中形成的H20蒸氣，很 容易與金屬Fe反應(yīng)生成氣態(tài)還原劑H2。而H2易于向鐵礦的孔隙內(nèi)擴(kuò)散，與礦石中的Fe203 保持較好的接觸條件，促使Fe203還原為Fe304。H2還原Fe203后又生成H20蒸氣，通過H20和 H2的反復(fù)轉(zhuǎn)化，不斷促使Fe203間接磁化還原。
31-Fe+H20 = -Fe304 + H2 AG0 = -30300+25. 42T (11)
443Fe203+H2 = 2Fe304+H20 AG0 = 3010-85. 83T (12)反應(yīng)(11)和(12)在磁化還原焙燒溫度范圍內(nèi)AG°皆為負(fù)值，與碳間接還原過程 碳?xì)饣磻?yīng)(6)要在705°C以上才能再生成氣態(tài)還原劑CO相比，顯然Fe間接還原反應(yīng)在熱 力學(xué)上更易進(jìn)行，還原反應(yīng)所需的焙燒溫度更低。(2)可以阻止弱磁性鐵硅鋁酸鹽礦物的形成，避免鐵礦物與硅鋁酸鹽雜質(zhì)礦物相
互燒結(jié)。在用Fe間接還原Fe203的過程中，由于有H2存在，F(xiàn)e2Si04和FeAl204變得不穩(wěn)定， 金屬Fe與Si02和A1203之間的反應(yīng)不再容易進(jìn)行。Fe2Si04+H2 = 2Fe+Si02+2H20 AG0 = 73193—216. 37T (13)FeAl204+H2 = Fe+Al203+H20 AG0 = 67851-120. 35T (14)當(dāng)溫度大于66°C和291°C時(shí)，反應(yīng)(13)和(14)的A G°為負(fù)值，此時(shí)金屬Fe不再 可能與Si02和A1203反應(yīng)生成Fe2Si04和FeAl204。(3)可以減少還原劑的消耗，過程更清潔。用Fe作還原劑，其反應(yīng)產(chǎn)物為Fe304，通過磁選可作為鐵精礦回收，不會(huì)被浪費(fèi)掉； 而用C作還原劑，其反應(yīng)產(chǎn)物為CO和co2，不能回收且對(duì)環(huán)境有影響。


圖1為還原焙燒前后鐵粉和赤鐵礦的X射線衍射分析結(jié)果。圖2為鐵精礦進(jìn)行X射線衍射分析結(jié)果。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不能作為對(duì)本發(fā)明的限定。實(shí)施例1為證實(shí)金屬Fe在H20的促進(jìn)下可間接使赤鐵礦磁化還原，設(shè)計(jì)了專門的 磁化還原焙燒驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)在箱式電阻爐內(nèi)進(jìn)行，將粒度為0. 6mm的20g純鐵粉和100g純赤鐵礦樣品分 開放置在一密封鋼筒內(nèi)，保持純鐵粉與純赤鐵礦不直接接觸，向純赤鐵礦中加入10g水或 不加水，再在還原焙燒爐中于560°C下焙燒60min，還原焙燒后對(duì)樣品進(jìn)行X射線衍射分析， 并分別與還原焙燒前樣品的X射線衍射分析結(jié)果進(jìn)行比較。同時(shí)，用磁選管分析赤鐵礦的磁化還原率。圖1為純赤鐵礦和純鐵粉在磁化還原焙燒前后進(jìn)行X射線衍射分析的結(jié)果，其中 包括赤鐵礦不含H20和含有10%的H20兩種情況，實(shí)驗(yàn)的還原溫度控制在560°C是為了使還 原產(chǎn)物不形成FeO。X射線衍射分析結(jié)果顯示，不管還原焙燒過程中純赤鐵礦是否含有H20，純鐵粉和 純赤鐵礦在焙燒后都出現(xiàn)了磁鐵礦的衍射峰，說明它們之間已間接發(fā)生了氧化還原反應(yīng)。 但X射線衍射分析表明，不含H2O的赤鐵礦樣品還原后只有部分轉(zhuǎn)變?yōu)榇盆F礦，用磁選管分 析其氧化鐵的磁化還原率也只有57. 32 %，而含H20的赤鐵礦樣品還原焙燒后全部轉(zhuǎn)變?yōu)榇?鐵礦，氧化鐵的磁化還原率達(dá)到100%?？梢?，F(xiàn)e可以通過氧的遷移間接促使Fe203還原為 Fe304,而H20對(duì)氧的遷移有催化作用。實(shí)施例2用硫鐵礦制酸后的燒渣作為弱磁性氧化鐵礦物料，進(jìn)行磁化還原焙燒對(duì) 比實(shí)驗(yàn)。硫鐵礦燒渣的化學(xué)成分如表1、鐵物相組成如表2。表1燒渣化學(xué)多元素分析結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù))/%TFe FeO Si02 CaO MgOA1203 CUPb ZnS P45.13 7.69 16.62 3.82 1.387. 16 0.280.63 0.521.62 0.08
表2燒渣中鐵的物相組成(質(zhì)量分!
硫酸鐵 硫化鐵 硅酸鐵磁性氧化鐵非磁性氧化鐵總量
0.11 0.09 0.529. 4534. 9645. 13
實(shí)驗(yàn)同樣在箱式電阻爐內(nèi)進(jìn)行，每次分別取二份同等的硫鐵礦燒渣樣品(粒度為3mm),--份加入占燒渣質(zhì)量10%的水、5%的廢鐵絲和5%的焦炭，另一份不加水和廢鐵絲，只加入占燒渣質(zhì)量15%的焦炭，于列表3中的不同溫度下還原焙燒60min，然后用弱磁選機(jī)評(píng)價(jià)焙砂的磁選性能，所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果列于表3o
表3不同條件下的對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)類型 還原溫度/°c產(chǎn)率/%50061.0153. 7172. 61
加鐵絲和水 60063. 7560. 6285.6370064. 5160. 2386. 09不加鐵絲和^ (對(duì)比實(shí)施例) ^63. 38 61.02 65. 1348. 33 53.92 55. 7367.87 72.90 80. 43通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)可以看出，在相同焙燒溫度下，加鐵絲和水焙燒，焙砂磁選得到的鐵 精礦品位和回收率都較高，磁選分選性能較好。如圖2所示，對(duì)兩類焙砂磁選后得到的鐵精礦進(jìn)行X射線衍射分析，也發(fā)現(xiàn)不加鐵 絲和水焙燒的鐵精礦X射線衍射圖上發(fā)現(xiàn)了 Fe2Si04的射線峰，而加鐵絲和水焙燒的鐵精礦 沒有此射線峰，進(jìn)一步說明加水可以阻止焙燒過程中形成弱磁性鐵硅鋁酸鹽礦物。本發(fā)明所列舉的各原料都能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，以及各原料的上下限取值、區(qū)間值都能 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，在此不一一列舉實(shí)施例。
權(quán)利要求
一種促進(jìn)弱磁性氧化鐵礦磁化還原的方法，其特征在于包括有以下步驟(1)根據(jù)選用的焙燒爐類型，將物料弱磁性氧化鐵礦石進(jìn)行粉碎；(2)在粉碎后的弱磁性氧化鐵礦石中，加入占弱磁性氧化鐵礦石質(zhì)量5％～10％的水分；(3)根據(jù)弱磁性氧化鐵礦石的含鐵品位，再加入占弱磁性氧化鐵礦石質(zhì)量3％～20％的廢鐵物料作為還原劑；(4)將上述物料置于還原焙燒爐中，進(jìn)行焙燒，使弱磁性氧化鐵礦轉(zhuǎn)變成強(qiáng)磁性磁鐵礦。
2.按權(quán)利要求1所述的促進(jìn)弱磁性氧化鐵礦磁化還原的方法，其特征在于步驟(3)根 據(jù)需要加入占弱磁性氧化鐵礦石質(zhì)量0 15%的碳還原劑。
3.按權(quán)利要求2所述的促進(jìn)弱磁性氧化鐵礦磁化還原的方法，其特征在于步驟(3)根 據(jù)需要加入占弱磁性氧化鐵礦石質(zhì)量5 15%的碳還原劑。
4.按權(quán)利要求1或2所述的促進(jìn)弱磁性氧化鐵礦磁化還原的方法，其特征在于步驟 (1)所述的弱磁性氧化鐵礦石粉碎后的粒度為0. 5 20mm。
5.按權(quán)利要求1或2所述的促進(jìn)弱磁性氧化鐵礦磁化還原的方法，其特征在于步驟 (4)焙燒溫度為500 800°C，時(shí)間為0. 5 4h。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種促進(jìn)弱磁性氧化鐵礦磁化還原的方法，包括有以下步驟(1)將物料弱磁性氧化鐵礦石進(jìn)行粉碎；(2)加入占弱磁性氧化鐵礦石質(zhì)量5％～10％的水分；(3)根據(jù)弱磁性氧化鐵礦石的含鐵品位，再加入占弱磁性氧化鐵礦石質(zhì)量3％～20％的廢鐵物料作為還原劑，同時(shí)根據(jù)需要加入占弱磁性氧化鐵礦石質(zhì)量0～15％的碳還原劑；(4)將上述物料置于還原焙燒爐中，進(jìn)行焙燒，使弱磁性氧化鐵礦轉(zhuǎn)變成強(qiáng)磁性磁鐵礦。本發(fā)明的有益效果在于(1)可以提高磁化還原反應(yīng)的傳質(zhì)效率，降低還原反應(yīng)所需的溫度。(2)可以阻止弱磁性鐵硅鋁酸鹽礦物的形成，避免鐵礦物與硅鋁酸鹽雜質(zhì)礦物相互燒結(jié)。(3)可以減少還原劑的消耗，過程更清潔。
文檔編號(hào)C22B1/02GK101798624SQ20101012303
公開日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2010年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月9日
發(fā)明者張澤強(qiáng), 李冬蓮, 沈上越, 胡文祥 申請(qǐng)人:武漢工程大學(xué)