生物质磁化焙烧赤铁矿的研究.pdf

第14卷第4期
矿业程
2016年8月
Mining Engineering
生物质磁化焙烧赤铁矿的研究
张士元2冯雅丽李浩然2
(1.北京科技大学土木与环境工程学院,北京100083;
2.中国科学院过程工程研究所生化工程国家重点实验室,北京100190)
摘要:利用生物质磁化焙烧赤铁矿,分别研究了焙烧温度、焙烧时间、生物质用量等实验条件对铁矿
石磁化焙烧效果的影响,确定最佳实验条件为焙烧温度700℃,焙烧时间50min,生物质用量8%,对焙
烧产品进行磁选可达到品位61.48%、回收率91.31%的铁精矿。对焙烧产品进行XRD分析表明,焙烧产
品中铁物相主要为磁铁矿,说明利用生物质作为还原剂焙烧赤铁矿可以达到还原的效果。
关键词:生物质;赤铁矿;磁化焙烧;机理研究
中图分类号:TFO46.2文献标识码:A文章编号:1671-8550(2016)04-0031-03
0引言
烧,防止铁矿石在高温下出现粘结的现象,焙烧产
物有利于通过磁选回收铁。全球每年的生物质产量
铁矿石焙烧在铁矿石富集和炼铁行业中占有重超过1000亿吨,即使可供能源开发利用的生物质
要位置。铁矿石的工业化磁化焙烧方法主要是气基不超过总量的1%,生物质能源也成为仅次于煤
或煤基还原焙烧法,由于受到天然气资源的分布炭、石油与天然气的第四大消费能源,可见研究
原因及其他经济因素的制约,煤基还原焙烧法在国利用生物质磁化焙烧铁矿石对节约资源、绿色生产
内外渐渐占到主导位置。然而煤基还原剂具有较高的可持续发展战略具有重要意义。目前越来越多的
的燃烧点和较低的反应活性是的煤基磁化焙烧的温研究人员开始关注生物质能在传统工业中的应用。
度普遍在800℃左右。另外煤灰分的主要成分是王永斌等研究褐铁矿的还原焙烧时发现生物质的
Al2O3和SiO2等,在较高温度下,与FeO很容易焙烧效果比褐煤好,而且焙烧温度较褐煤低
生成低熔点的复杂化合物例如低熔点的铁橄榄100℃。朱国才等研究焙烧还原软锰矿时发现生
石?,从而对产品质量产生不良影响,降低回收率物质热解产生的焦油有利于还原过程。
造成铁矿物的损失。此外,煤的燃烧会产生大量的
研究利用生物质代替化石燃料煤作为还原剂磁
CO2和烟尘对温室效应和大气污染都有不利影响。化焙烧赤铁矿,从经济效益和环境保护方面为铁矿
因此,煤基还原法对煤的要求很高,高能耗、高石的磁化焙烧探索可行的方法。
成本并且对环境污染大,在环保可持续发展战略下
很难继续发展。目前,世界环境、能源问题突出,
1实验
煤基铁矿石焙烧法对环境破坏不可低估,随着经济1.1实验原理
危机和能源危机的到来的寻求一种清洁能源代替不
铁氧化物经过磁化焙烧,可显著增强其磁性
可再生能源煤作为还原剂焙烧还原铁矿石需求日益而其他脉石矿物磁性改变不明显,利用铁矿物的这
迫切。
性质可以实现分离和提纯的目的。
生物质相对于化石能源是一种无毒并且具有可
在磁化焙烧的过程中,发生的主要化学反应
再生性的碳中性清洁能源。生物质储量丰富,分布
3FE2 O; +CO=2FES O,+CO2
范围广泛;含有害元素N、S低,具有改善环境、
3FE,O H,=2FE,O +H,O
(2)
调节气候的功能。另外,生物质具有较好的透气
通过磁化焙烧的产品可以利用磁选的方法实现
性,可有效的在较低温度下实现赤铁矿的磁化焙磁铁矿和脉石矿物的分离。由于铁矿物磁性的显著
增强,通常采用弱磁坜磁选即可实现。
收稿日期:2016-04-15
1.2原料特性
基金项目:国家自然科学基金(Nos.21176026,21176242);中国
大洋矿产资源研究开发计划(No.DY125-15-T-08);中央高
实验原料以河北某赤铁矿为研究对象。对原矿
校基础研究基金(No.FRTーTP-09-002B)
进行化学元素分析和X射线衍射分析,结果见表1
作者简介:张士元(1986-),男(汉族),北京科技大学土木与环
和图1
境工程学院博士研究生。
矿业工程
第14卷第4期
表1原矿的化学多元素分析结果(%
还原剂配比,低于这一比例时还原气氛不足只有
TFE Cao Mgo Sio2 Al203 $03 P2O5 K2O Ti(
部分赤铁矿被还原,高于8%时由于温度较高铁
47.583.920.8417.635.650.152.020.580.16
矿物出现过还原现象使得回收率降低。因此,生
12000
HI
物质用量选取8%较为合适。
10000
H-三氧化二铁
S-三氧化硅
8000
6000
4000
H
H
H
K
唱
哥回
品位
26/(°)
回收率20
图1原矿的X射线衍射谱
0
2468101214
由表1和图1可知该铁矿石中铁矿物组分为赤
生物质用量%
铁矿,主要脉石矿物为石英。该矿石中矿物组成相
图2生物质用量对磁化焙烧效果的彤晌
对简单,铁品位47.58%,需要经过选别富集才能2.2焙烧温度和时间磁化焙烧效果的影响
应用于炼铁过程。研究中使用的生物质原料为松树
焙烧温度和时间对赤铁矿磁化焙烧效果的影响
锯末,来源于北京郊区家具加工厂。
结果如图3。实验条件为生物质用量为赤铁矿质量
1.3实验方法
8%,焙烧温度和时间为变量,磨矿浓度为60%,
铁矿石矿样首先用颚式破碎机破碎至一5mm,磨矿细度为≤0.074mm占90%,磁选强度均采用
再用对辊破碎机破碎至-2mm,混匀分样装袋备
110kA/m。
用,取样利用三辊四筒棒磨机麾至一0.15mm。将
松树锯末80℃烘干4h,破碎至一0.1mm,混合均
68
-600℃
匀装袋备用。每次取矿样20g,取生物质按照一定
配比混匀后装人加盖的刚玉坩埚,在马弗炉中恒温
64
800℃
焙烧一定时间,待反应结束后从马弗炉中取出放入
真空干燥箱中冷却;待焙砂冷却至室温取出利用三
辊四筒棒蘑机进行磨矿,最后采用磁选管实现分选。
56
b内如动めsめ
实验结果及讨论
寸间
2.1生物质用量对磁化焙烧效果的影响
还原剂生物质用量对赤铁矿的磁化焙烧效果
有着重要的影响,实验结果如图2。实验条件为
焙烧温度800℃,焙烧时间60min,磨矿浓度为
60%,磨矿细度为≤0.074mm占90%,磁选强
40
600℃
度均采用110kA/m。生物质用量为赤铁矿质量
20
650℃
700℃
的2%~14%。从图中可以看出,生物质用量磁
0℃
800℃
选铁精矿的品位影响较小,回收率的变化尤为突
b'1め2d30'00'10go如
时间(mnin
出。当生物质用量在2%~14%范围变化时,铁
精矿的品位基本保持在约60%。当生物质用量为
图3焙烧温度和时间对赤铁矿磁化焙烧效果的影响
2%~8%时,铁精矿回收率从26.79%上涨到
从实验结果可以看出焙烧温度和时