印尼某海滨砂矿精矿直接还原-磨矿-磁选提铁试验研究.pdf

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第32卷第5期矿冶工程V01．32№52012年l0月MININGANDMETALLURGICALENGINEERING0ctober2012印尼某海滨砂矿精矿直接还原一磨矿一磁选提铁试验研究①高本恒，王化军，，曲媛，李黎(1．北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083；2．金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京100083)摘要：采用直接还原技术研究了印尼某海滨砂矿弱磁选精矿的综合利用，考察了助还原剂NCP用量、还原剂烟煤用量、还原温度、还原时间等条件对铁还原效果的影响。结果表明：在NCP用量7．5％，烟煤用量17．5％，还原温度1150℃，还原时间90min的条件下进行直接还原，再经磨矿一弱磁选所得的粉末铁精矿TFe品位可达91．06％，回收率达97．27％，同时得到富钒钛渣，为进一步利用钒和钛创造了条件。关键词：海滨砂矿；钒钛磁铁矿；直接还原；磁选；粉末铁中图分类号：TD95文献标识码：A文章编号：0253—6099(2012)05一OO44—03ExperimentalResearchonExtractingIronfromBeachPlacerConcentrateinIndonesiabyDirectReduction-Grinding-MagneticSeparationGA0Ben—heng。，WANGHua-jun。，QUYuan一，LILi，(1．SchoolofCivil&EnvironmentalEngineering，UniversityofScience&TechnologyBering，Beijing100083，China；2．KeyLaboratoryofHighEficiencyMiningandSafetyforMetalMines，Beijing100083，China)Abstract：AdirectreductiontechnologywasadoptedforcomprehensiveutilizationofironresourcesfromtheweakmagneticseparationconcentrateofabeachplacerinIndonesia，andtheinfluenceofprocessingparametersonthereductioneffect，suchasadditiveagentNCPdosage，reductantdosage，reductiontemperatureandreductiontime，wasstudied．Theresultsshowthat，afterareductionundertheconditionssuchastheNCPdosageof7．5％，thecoaldosageof17．5％，thereduc—tiontemperatureof1150oCandthereductiontimeof90min，theorewasgrindedandbeneficiatedwithalowintensitymagneticseparator，andtheTFegradeandrecoveryfortheironconcentratepowderreached91．06％and97．27％，respectively，andaslagofrichvanadiumtitaniumcanbeobtainedforfurtherextractionofvanadiumandtitanium．Keywords：beachplacer；vanadiumtitaniummagnetite；directreduction；magneticseparation；powderiron近年来，随着国内外铁矿石资源供需的日益紧张以表1矿样多元素分析结果(质量分数)／％及全球铁矿石价格不断飙升¨J，如何更好的利用海滨砂矿这类储量丰富的低品位钒钛磁铁矿资源越来越引起人们的重视。许多研究者对此进行了大量的研究J，代表性的工艺有高炉法、回转窑一电炉法、还原一磨选法等。本表2还原剂烟煤的工业分析结果(质量分数)／％文采用直接还原技术将印尼某海滨砂矿弱磁选精矿中的铁氧化物还原成粉末铁，而钛和钒都富集在尾矿中。此方法不仅可以获得高品位的粉末铁精矿，同时还有利于后续提钒及富钛工艺的进行，从而最终实现对钒钛2研究方法磁铁矿中所含的有价元素综合利用的目的。将钒钛磁铁精矿、助还原剂NCP及还原剂烟煤按1试验原料照一定比例配矿、混匀后置于石墨坩埚中，加盖密封；试验所用矿样(以下称钒钛磁铁精矿)为印尼某同时将马弗炉升温，待温度达到直接还原试验设定温海滨砂矿经初步选矿富集后的海滨砂矿精矿，其多元素度时，将坩埚移人马弗炉中，直接还原一定时间后，取分析结果见表1，还原剂烟煤的工业分析结果见表2。出冷却，所得的直接还原矿经过破碎一磨矿一磁选工艺①收稿日期：2012-04-21作者简介：高本恒(1987一)，男，山东济宁人，硕士研究生，主要研究方向为矿物加工工程。通讯作者：王化军(1963一)，男，内蒙古通辽人，教授，主要从事选矿工艺与设备、工业固体废弃物资源化利用技术研究。 第5期高本恒等：印尼某海滨砂矿精矿直接还原．磨矿．磁选提铁试验研究45进行分选，可获得粉末铁及钒钛渣。磨矿采取3O+lO由图2可知，适量烟煤有助于钒钛磁铁精矿的还min阶段磨矿方式，磁选磁场强度为111kA／m。因为原。选择烟煤用量为15％。直接还原工艺条件的不同，直接还原矿在相同磨矿时3．3还原温度试验间的磨矿粒度不同，一段磨矿时间30min，磨矿粒度约图3为还原温度对铁还原效果的影响规律。试验为一0．043mm粒级占95％；二段磨矿时间10min，磨时NCP用量5％，烟煤用量15％，还原时间60min。矿粒度约为一0．030mm粒级占95％。3试验研究3．1NCP用量试验研究了助还原剂NCP用量对铁还原效果的影响规律，试验结果如图1。试验时还原剂用量为20％，还原温度1100qC，还原时间为60min。还原温度／℃＼图3还原温度对铁还原效果的影响规律蝈由图3可知，提高还原温度有助于促进钒钛磁铁精矿的还原，这意味着温度是决定还原效果的关键因素[8,10。在温度为900～1200oC范围内，随着温度的升高，粉末铁品位及回收率也随之升高，还原温度为NCP用量／％1100oC时，粉末铁品位为87．51％，回收率为94．32％；图1NCP用量对铁还原效果的影响规律继续升高温度至1200c【=，铁品位增加了近3个百分点，回收率略有增加。但温度过高烧结熔融现象严重，由图1可知，随着NCP用量的增加，粉末铁品位及不利于后续磨选，考虑拟采用改良隧道窑的生产工艺回收率随之增加，表明添加NCP有利于钒钛磁铁精矿特点，选择还原温度为1100oC。中铁氧化物的还原。当NCP用量为5％时，粉末铁3．4还原时间试验品位(TFe)为88．22％，回收率为94．53％；继续增大图4为还原时间对铁还原效果的影响规律。试验NCP用量，品位和回收率增幅较小。这是因为随着NCP时NCP用量5％，烟煤用量15％，还原温度1100oC。用量的增加，还原过程中熔融烧结现象趋于严重，造成相同磨矿条件下金属铁单体解离难度提高。从生产成本及工艺操作等因素考虑，选择NCP用量为5％。3．2烟煤用量试验图2为烟煤用量对铁还原效果的影响规律。试验时NCP用量为5％，还原温度1100oC，还原时间60min。2030405060708090100110120130还原时间／rain图4还原时间对铁还原效果的影响规律由图4可知，还原温度一定时，还原时间直接影响钒钛磁铁精矿还原成金属铁的充分程度。在还原时间为30—90min范围内，延长还原时间，粉末烟煤用量／％铁品位及回收率有较大幅度提高。还原时间为90min图2烟煤用量对铁还原效果的影响规律时，粉末铁品位为88．47％，回收率为94．48％；继续延 矿冶工程第32卷长时问，粉末铁品位略有降低，回收率略有增加，试验的V富集在钒钛渣中，富集比分别为2．44和2．35，为现象是烧结程度逐渐增加。为实现比较理想的铁还原综合利用TiO：和V创造了有利条件。效果，并且节约能源，降低生产成本，综合考虑粉末铁品位和回收率，选择还原时间为90min。表5验证试验结果3．5正交试验考虑到各因素之间对铁还原效果的影响存在着相互作用，设计了L。(3)正交试验，以确定最佳还原工艺参数条件。正交试验L。(3)因素及水平见表3，正交试验数据结果见表4。表3正交试验(3)因素水平表4结语1)印尼某海滨砂矿弱磁选得到的钒钛磁铁精矿表4正交试验结果及铁品位、回收率极差分析TFe品位为60．50％，含TiO，11．72％，含V0．43％，主要杂质成分为SiO2、A12O3、MgO；由于TiO2、SiO2和A1：O，总量达到了17．73％，作为炼铁原料直接利用不仅价值不高，而且有价金属利用率低。2)单因素工艺条件试验结果表明，NCP和烟煤用量增加，有助于铁的还原；升高还原温度，延长还原时间，能够促进铁的还原。3)正交试验工艺条件优化试验结果表明，在还原温度1150clC，还原时间90min，NCP用量7．5％，烟煤用量17．5％时，可获得TFe品位91．06％，铁回收率97．27％的粉末铁，实现了较理想的铁分离富集效果。4)钒钛磁铁精矿中所含的钛90％以上富集于钒钛渣中，富集比达到2．44；85％以上的钒也富集于钒钛渣中，富集比也达到2．35，这为下一步从钒钛渣中回收利用钛、钒奠定了良好的原料基础。参考文献：通过正交试验极差分析可以得出：①因素影响大小：C>A>D>B，即NCP用量>还原温度>烟煤用量>[1]吴荣庆．中国铁矿石供给战略的分析[C]／／2011年中国铁矿石还原时间。②最佳试验条件为：A，BC，D。，即还原温会议．北京，2011．度1150℃，还原时间90min，助熔剂用量7．5％，还原[2]刘占魁，王烨．我国铁矿石资源可持续发展战略的探讨[J]中国矿业，2010，19(1)：43—45．剂用量17．5％。[3]许晓杰，包向军，赵鹏．我国煤基直接还原铁发展现状及前景3．6验证试验[J]．世界金属导报，2010(1)：l一4．在最佳还原工艺条件下，进行了2组验证试验，结【4]LiuGui—su，StrezovV，LucasJA，eta1．Thermalinvestigationsofdi—果见表5。表5结果表明，在还原温度1150cc，还原reetironorereductionwithcoalfJ]．ThemmchimicaActa，2004．时问90min，NCP用量7．5％，烟煤用量17．5％的工艺410(1)：133—140．[5]郭新春．钒钛磁铁矿的利用现状及其使用价值[J]．攀枝花科技，条件下进行直接还原．磨矿一磁选，所得粉末铁品位1996(2)：14—18．91．06％，回收率97．27％，取得了比较理想的铁分离[6]朱德庆，姜涛，郭宇峰，等．钒钛磁铁精矿铁钒钛综合利用新流与富集效果；得到的富钛渣平均TiO品位为26．69％，程[J]．矿产综合利用，1999(2)：l6—2O．V品位为0．94％，而且有90．82％的TiO和86．83％(下转第53页) 第5期刘辉等：ZKB型直线振动筛优化设计与仿真分析53[2]赵环帅，王振年．国内外高频振动筛的现状与发展趋势[J]．金3结语属矿山，2009(11)：105—161．[3]郭年琴，匡永江．振动筛国内外研究现状及发展[J]．世界有色针对筛分设备存在的生产效率不高、强度低、使用金属，2009(5)：26—27．寿命短、噪声大、共振振幅大等问题，通过振动动力学[4]刘习军，贾启芬．工程振动理论与测试技术[M]．北京：高等教育理论分析研究，利用Maflab与ANSYS进行优化与仿出版社，2004．真分析，对振动筛结构参数进行了进一步设计优化，从[5]张建勋，王辉，周明，等．ZKB2460直线振动筛的设计[J]．而提高了振动筛生产效率、降低动力消耗，通过有效避煤矿机械，2002(12)：16—18．[6]张翠萍，魏少强，郭勤淘，等．振动筛设计规范[M]．北京：机械工开共振区，提高振动筛使用可靠性并延长其使用寿命。业部机械标准化研究所，1999．采用Matlab与ANSYS进行优化与仿真分析，有效减[7]任玉杰．数值分析及其MATLAB实现[M]．北京：高等教育出版少了物理样机的数量与试机次数，缩短了产品开发周社，2007．期，为振动筛的设计提供了一种有效的设计思路与[8]杨善国．基于MATLAB的直线振动筛优化设计[J]．煤矿机械，方法。2005(5)：6—7．[9]盛和太，喻海良，范训益，等．ANSYS有限元原理与工程应用实例参考文献：大全[M]．北京：清华大学出版社，2006．[1]段志善，郭宝良．我国振动筛分设备的现状与发展方向[J]．矿[10]毛会庆．基于有限元法大型直线振动筛动态性能的分析[D]．山机械，2009，37(4)：1—4．青岛：青岛科技大学机电工程学院，2010．(上接第49页)[12]何焕华．氧化镍矿处理工艺述评[J]．中国有色冶金，2004(6)：12—15．理方法：中国，ZL200610163831．6[P]．[13]陈景友，谭巨明．采用红土镍矿及电炉生产镍铁晶粒技术探讨[17]范兴祥，汪云华，顾华祥，等．一种转底炉快速还原含碳红土镍矿[J]．铁合金，2008(3)：13—15．球团富集镍的方法：中国，ZL200610163832．0[P]．[14]李建华，程威，肖志海．红土镍矿处理工艺综述[J]．湿法冶[18]汪云华、范兴祥、关晓伟，等．一种从红土镍矿中富集镍及联产铁金，2004，23(4)：191—192．红的方法：中国，200810058082．X[P]．[15]范兴祥，汪云华，顾华祥，等．一种转底炉-电炉联合法处理红土[19]WangYun-hua，FanXing-xiang．Aprocessforconcentrationofnickel镍矿生产镍铁晶粒方法：中国，ZL200610163834．X[P]．andiointproductionofironredfromnickellaterite：China，[16]汪云华，范兴祥，顾华祥，等．不同类型红土镍矿的还原一磨选处2008237569『P]．