低品位微细粒赤铁矿高效利用技术研究

论文摘要

随着我国钢铁工业的快速发展,一方面,对铁矿石的需求逐年上升,另外一方面,铁矿资源在经过多年开采后,可供利用的富矿资源已经很少,而各国对资源的开发总是遵循着先富后贫、先易后难的原则,因此,目前我国可利用的铁矿资源日益趋向于贫、细、杂。在铁矿价格大幅上涨的大背景下,微细粒嵌布贫铁矿作为我国储量很大的难处理铁矿资源,其高效利用利用新技术研究被提上了日程,尤其作为超微细低品位赤铁矿资源,由于其有用矿物嵌布粒度极细、原矿性质复杂,其开发利用,更是一个世界性难题。本课题根据国内外对微细贫铁矿的研究现状,总结了当前微细粒铁矿处理工艺的研究现状及方法。首先对两种低品位微细粒赤铁矿进行了工艺矿物学研究,包括原矿的矿物组成、物相及嵌布特性等。针对该类矿石超细嵌布的结构构造特点,采用了传统选矿方法,如磁选,浮选以及磁选-浮选联合工艺等进行了探索性试验优化研究,在此基础上成功开发出预选-直接还原-磁选新工艺,并对工艺参数进行了优化。通过采用包括XRD、光学显微镜以及SEM在内的现代微观测试方法对矿物的工艺矿物学进行了详细的研究。分析表明:两种铁矿的铁品位均仅为30%左右,石英是两种矿物的主要脉石矿物,主要的铁矿物都是赤铁矿。江口式铁矿主要以微细粒赤铁矿（大部分在3-5μm）形式存在,其晶粒呈点状均匀分布在脉石矿物中间,且部分以浸染状与脉石矿物共生;海南尾矿主要以微细粒镜铁矿（也是一种赤铁矿）形式存在,还伴有少量的磁铁矿、褐铁矿及黄铁矿等,常为细片状或针柱状,晶体粒度一般也在5-50μm之间,铁矿物晶粒比江口矿中的粗一些,但铁矿物也大多以浸染状与脉石共生,分散程度高,嵌布关系也较为复杂,两者均属于微细低品位难选赤铁矿。采用了传统的强磁选、单一浮选（包括正浮选、反浮选等）、磁化焙烧—磁选以及磁选—浮选等工艺对原矿进行了详细的研究。结果表明,对江口铁矿,常规工艺均不能实现铁矿物的富集;对海南尾矿采用浮选工艺,取得较好的预选富集的效果。试验通过采用闭路分段磨矿工艺,江口铁矿控制磨矿粒度-0.030mm占95%以上,在氢氧化钠用量200g/t,淀粉用量1400g/t,十二胺用量200g/t的条件下反浮选,得到TFe 33.70%,回收率49.87%的铁精矿;海南尾矿控制磨矿粒度-0.030mm在95%以上,氢氧化钠用量200g/t,淀粉用量1400g/t,十二胺用量200g/t,得到TFe 39.96%,铁回收率74.97%以上的铁精矿。新工艺研究结果表明:通过对江口铁矿原矿和海南预选精矿压块煤基直接还原,在还原温度分别为950℃和1000℃,还原时间均为80min的条件下,得到金属化率90%以上的还原团块,然后采用阶段磨矿阶段选别,在两段磨矿-两段磁选工艺下,得到TFe分别大于65%和90%,金属化率大于95%,铁回收率在75%以上的铁精矿,且其中有害杂质少,可作为电炉炼钢的原料。理论研究方面,首先探讨了预选富集工艺浮选剂作用原理。其次,解释了低品位微细粒嵌布铁矿物在还原过程中,在强还原性气氛下,一方面,矿物中Fe2O3晶粒能够得到长大,有利于后续分选;另一方面,高温条件下,大量石英及硅酸盐矿物与金属铁氧化物作用生成低熔点化合物铁橄榄石（2FeO·SiO2）。当温度升高到一定程度以后,2FeO·SiO2等低熔点化合物将生成并发生软化和熔化,进而形成大量液相,包裹在团块的表面,影响还原性气氛向团块内部扩散。本论文的研究为我国目前大量的复杂贫、细铁矿资源的利用提供新的技术路线,从而也将为充分开发利用我国贫、细铁矿资源,减少对国外铁矿资源的依赖程度产生积极的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 第一章 文献综述
• 1.1 我国铁矿资源及利用状况
• 1.1.1 资源现状、特点与利用前景
• 1.1.2 我国钢铁工业的发展对铁矿石的需求现状
• 1.2 国内外铁矿选矿研究现状和发展趋势
• 1.2.1 国外难处理铁矿资源利用概况
• 1.2.2 国内难处理复杂贫铁矿选矿概况
• 1.3 我国主要复杂贫铁矿选矿技术现状
• 1.4 我国微细粒贫铁矿选矿技术发展的趋势及新工艺的开发
• 1.4.1 微细粒赤铁矿分选新工艺
• 1.4.2 发展方向
• 1.5 本课题研究的目的意义
• 第二章 原料性能及研究方法
• 2.1 原料性能
• 2.1.1 铁矿
• 2.1.2 还原剂
• 2.2 试剂
• 2.3 研究方法
• 2.3.1 传统选矿工艺及方法流程
• 2.3.2 新工艺及流程
• 2.3.3 试验设备及参数
• 2.4 主要评价指标
• 第三章 铁矿工艺矿物学研究
• 3.1 矿物组成
• 3.2 主要矿物的嵌布特征
• 3.2.1 江口铁矿微观结构研究
• 3.2.2 海南尾矿主要矿物嵌布分析
• 3.3 小结
• 第四章 选矿工艺优化及预选富集研究
• 4.1 江口矿选矿工艺优化
• 4.1.1 高梯度强磁选试验
• 4.1.2 单一浮选试验
• 4.1.3 磁化焙烧—磁选试验
• 4.1.4 磁选—浮选试验
• 4.1.5 小结
• 4.2 海南尾矿选矿工艺试验
• 4.2.1 脱硫条件试验
• 4.2.2 预选脱硅富集条件试验
• 4.2.3 海南尾矿浮选预选联合流程试验
• 4.3 本章小结
• 第五章 直接还原—磁选新工艺研究
• 5.1 试验原料
• 5.2 低品位铁矿直接还原工艺参数优化
• 5.2.1 还原温度
• 5.2.2 还原时间
• 5.2.3 煤/矿（质量比）
• 5.2.4 小结
• 5.3 还原矿磨矿—磁选工艺制度优化
• 5.3.1 磁场强度
• 5.3.2 磨矿粒度
• 5.3.3 小结
• 5.4 综合试验流程及最终产品质量指标
• 5.4.1 最优条件综合试验流程
• 5.4.2 选矿产品指标
• 5.5 本章小结
• 第六章 预选—直接还原—磁选新工艺理论基础
• 6.1 浮选预选工艺药剂作用理论
• 6.1.1 浮选抑制剂淀粉与矿浆pH值的关系
• 6.1.2 浮选中捕收剂十二胺浮选石英的作用机理
• 6.2 铁氧化物还原过程的基本理论
• 6.2.1 铁氧化物还原热力学基础
• 6.2.2 直接还原过程热力学条件及影响因素
• 6.3 磁选及改变物质磁性理论
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间主要研究成果