大西沟菱铁矿焙烧实验研究
王亚强
（陕西大西沟矿业有限公司）
摘 要: 由于菱铁矿（FeCO3）属于磁性极弱的弱磁性矿物，采用常规的选矿工艺无法获得高品位铁精矿，只有经过焙烧—磁选—反浮选，精矿品位达到60%左右，才可作为冶炼钢铁原料。菱铁矿受热分解是菱铁矿磁化焙烧的控制性环节，选择合适的温度场，控制好焙烧气氛，是菱铁矿磁化焙烧的技术关键。
关键词: 菱铁矿 焙烧 温度场
1 前言
1.1资源情况
大西沟铁矿是迄今为止我国已探明的最大菱铁矿床，地质储量3.02亿吨，平均地质品位28.01%，其中B+C级26560.25万吨，D级3643.37万吨。一期开采范围内表内储量4123.18万吨，境界内表内矿2616.04万吨。二期表内储量2.9亿吨，表内矿2.19亿吨。
该矿床属特大型菱铁矿床，占陕西省铁矿石总储量的47.6%，水文地质条件简单，属典型的山坡露天矿。
矿石以菱铁矿为主，占总储量的97%，并伴有少量磁铁矿石，磁铁矿石属酸性贫矿。
1.2半工业试验情况
由于菱铁矿（FeCO3）属于磁性极弱的弱磁性矿物，采用常规的选矿工艺无法实现工业生产，国际、国内也无成功开发经验可供借鉴，要实现规模开发必须进行半工业试验。
在试验室试验取得预期效果的前提下，2004年3月中旬至9月中旬龙钢集团和长沙矿冶研究院在大西沟铁矿合作，开展“大西沟低品位难处理菱铁矿焙烧—磁选—反浮选半工业试验”研究工作，历时半年于2004年10月提交了《大西沟低品位难处理菱铁矿焙烧—磁选—反浮选半工业试验报告》，取得了非常可靠的试验结果：原矿品位25.31%，经焙烧后焙烧矿品位达到30.08%，经磁选—反浮选精矿品位达到61.48%，回收率达到83.83%，为规模开发菱铁矿打下了坚实基础，同时也开创了国内菱铁矿选别的先河。该技术成果经陕西省科技厅组织专家鉴定，其结论为：“国内首创，国际领先”。
为了加快矿钢一体化建设，提高矿石自给率，龙钢集团从2005年开始进一步加快了矿山的开发步伐，一期90万吨/年工程建设已完成，二期800万吨/年项目建设正在有条不紊地开展。
2 菱铁矿试生产情况
90万吨/年第一条生产线于2006年8月3日投产后，矿业公司积极组织实施试生产，试产初期进行了为期一个月的参数摸索，并成立了攻关小组，9—12月中旬主要进行了不同工艺参数的对比性试生产，暴露出许多问题，并自行研究设计改造方案，12月中旬对回转窑系统进行了技术改造，2007年1—4月份生产处于稳定提高状态。目前除结圈外，其它工艺基本顺畅，焙烧和选矿指标接近于半工业试验，精矿品位达到55%左右，选矿回收率75%左右。
3 焙烧理论基础
（1）、菱铁矿过程中主要化学反应
1、菱铁矿分解反应方程
3
FeCO3
=
1
Fe3O4
+
2
CO2
+
1
CO
298K时的标准摩尔焓 KJ/mol
-740.6
-1118.4
-393.51
-110.52
上式298K时反应热 KJ/mol
205.86
298K时FeCO3分解吸热 KJ/Kg（FeCO3）
591.55
FeCO3反应Fe3O4生成量 Kg/Kg（FeCO3）
0.6667
FeCO3反应CO生成量 m3/Kg（FeCO3）
0.0644
FeCO3反应CO2生成量 m3/Kg（FeCO3）
0.1287
2、赤铁矿磁化还原反应方程
3
Fe2O3
＋
1
CO
=
2
Fe3O4
+
1
CO2
298K时的标准摩尔焓 △fH⊙ KJ/mol
-822.2
-110.52
-1118.4
-393.51
上式298K时反应热 △rH⊙ KJ/mol
-53.19
298K时Fe2O3还原放热 KJ/Kg(Fe2O3)
-110.81
Fe2O3反应Fe3O4生成量 Kg/Kg（Fe2O3）
0.9667
CO理论消耗量 m3/Kg(Fe2O3)
0.04667
3、氧化亚铁氧化反应方程
3
FeO
＋
1
CO2
=
1
Fe3O4
+
1
CO
298K时的标准摩尔焓 KJ/mol
-272
-393.51
-1118.4
-110.52
上式298K时反应热 KJ/mol
-19.41
298K时FeO还原放热 KJ/Kg(FeO)
-89.86
CO理论消耗量 m3/Kg(FeO)
0.10370
3.1菱铁矿原矿差示扫描量热(DSC)—热重(TG)分析
图1和图2为纯菱铁矿、图3和图4为菱铁矿原矿在空气环境和氮气环境中的差示扫描量热(DSC)—热重(TG)分析曲线。图1中第1吸热峰为563.8℃，这是菱铁矿激烈分解区，第1放热峰为600.0℃，这是菱铁矿分解完全后的Fe3O4氧化放热区，第2吸热峰为848.8℃，这是Fe2O3还原、碳酸盐分解区。对两种矿物（原矿、纯矿物）在氮气和空气两种气氛中的DSC—TG曲线研究表明：
(1)同菱铁矿纯矿物在空气环境和氮气环境中的DSC—TG曲线相比，菱铁矿原矿的DSC—TG曲线其吸热谷、放热峰形状、数目大致相同，只是位置不同，菱铁矿原矿的反应温度更高，原矿中菱铁矿开始分解温度比纯菱铁矿约高50℃；
(2)不同品位的菱铁矿，焙烧分解的温度各不相同；
(3)不同的焙烧气氛，菱铁矿磁化焙烧的温度场也不一样；
(4)菱铁矿受热分解是菱铁矿磁化焙烧的控制性环节，控制好气氛场，选择合适的温度场，是菱铁矿磁化焙烧的技术关键。
图1 菱铁矿原矿在空气环境中的差示扫描量热(DSC)曲线
图2 纯菱铁矿在氮气环境中的差示扫描量热(DSC)曲线
图3 菱铁矿原矿在空气环境中的热重分析(TG)曲线
图4 纯菱铁矿在氮气环境中的热重分析(TG)曲线
4 实验研究
由于生产中原矿与半工业试验原矿在成分、粒度等方面有较大的差别，现有原矿中有部分褐铁矿，且菱铁矿本身在颜色上差别也较大，褐铁矿采用现在的焙烧工艺是不可能完成磁转化的，需要在焙烧过程中配煤作还原剂。对现有原矿进行马弗炉焙烧实验，确定焙烧过程是否有必要在原矿中配煤及配煤量。同时确定原矿成分变化对焙烧温度等的影响，将菱铁矿焙烧实验室试验和生产中的回转窑焙烧进行对比，发现回转窑焙烧中存在的问题，确定回转窑焙烧的参数。实验设备采用：CX2-4-10马弗炉、XCGS磁选管。有关实验条件、试验结果见附表。
5 结论
以上试验表明：
(1)相同焙烧时间下，焙烧矿磁性铁随焙烧温度的提高而增加；现有原矿只有足够的焙烧温度和时间，是能够获得较高的磁性铁，原矿粒度越细，要求的焙烧时间越短、焙烧温度越低；相同焙烧温度下，焙烧磁性铁随焙烧时间的提高而增加；在菱铁矿磁化率相同时，提高焙烧温度可缩短焙烧时间。
(2)在原料主要为褐铁矿时，不配煤焙烧难以获得较高的磁性铁；随原矿粒度的下降，所需的焙烧时间较少；褐铁矿焙烧好后有比菱铁矿更好的可选性。
(3)现有焙烧矿磁抛尾尾矿采用不加煤焙烧，不能得到较高的焙烧矿磁性铁，配有一定的煤粉后焙烧可获得较高磁性铁，但焙烧温度达到800℃以上时配煤焙烧将产生过还原，也不能获得较高磁性铁。
参 考 文献
1.长沙矿冶研究院，陕西大西沟低品位菱铁矿焙烧-磁选-反浮选半工业试验研究报告，2004；
2.王秋林等：低品位菱铁矿回转窑焙烧的正交实验研究，矿冶工程，2005，Vol.25 No.2；
3.游达明等：菱、褐铁矿选矿研究成果产业化过程中的问题与对策,矿冶工程，2007，Vol.27 No.1；
4.罗良飞等：王家滩菱铁矿焙烧选矿试验研究，金属矿山，2007，Vol.367。
附表：
大西沟菱铁矿马弗炉焙烧试验条件及结果表
序
号
种类
粒度
烧成温度
烧成时间
min
烧成
方法
添加
煤量
焙烧后
原矿
精矿(%)
尾矿(%)
回收率(%)
TFe(%)
mFe(%)
FeO(%)
1
原矿
混合
650℃
60
恒温
28.14
22.70
2
原矿
混合
700℃
60
恒温
34.01
24.95
3
原矿
混合
750℃
60
恒温
33.86
28.96
4
原矿
>15mm
700℃
60
恒温
32.82
28.14
5
原矿
>15mm
800℃
90
恒温
37.72
33.86
6
原矿
7-15mm
700℃
60
恒温
31.19
26.88
7
原矿
7-15mm
800℃
60
恒温
29.63
8
原矿
<7mm
700℃
60
恒温
33.34
29.40
9
原矿
混合
650℃
45
恒温
27.99
21.36
10
原矿
混合
650℃
60
恒温
28.14
22.70
11
原矿
混合
650℃
75
恒温
30.11
24.74
12
原矿
混合
700℃
50
恒温
30.11
25.12
56.06
7.19
87.32
13
原矿
混合
700℃
60
恒温
28.75
24.28
56.21
7.94
84.29
14
原矿
混合
700℃
70
恒温
35.86
28.07
15
原矿
混合
700℃
80
恒温
35.71
28.60
56.89
9.99
87.37
16
原矿
混合
750℃
45
恒温
29.81
24.06
57.65
8.47
83.92
17
原矿
混合
750℃
60
恒温
31.47
27.23
55.83
7.72
87.58
18
原矿
混合
800℃
40
恒温
28.60
25.42
55.83
8.32
83.32
19
原矿
混合
750℃
45
恒温
29.81
24.06
57.65
8.47
83.92
20
原矿
混合
700℃
60
恒温
28.75
24.28
56.21
7.94
84.29
21
原矿
混合
650℃
75
恒温
30.11
24.74
22
原矿
混合
650℃
60
恒温
5%
29.05
24.66
6.35
23
原矿
混合
700℃
60
恒温
5%
32.30
24.80
24
原矿
混合
700℃
60
恒温
5%
26.63
20.58
58.10
8.93
78.54
25
黑褐色矿石
＞15mm
700℃
60
恒温
38.13
19.82
65.82
27.08
49.24
26
黑褐色矿石
＞15mm
700℃
60
恒温
5%
32.68
30.41
27
黑褐色矿石
＞15mm
700℃
75
恒温
5%
34.19
28.90
28
黑褐色矿石
＞15mm
700℃
75
恒温
10%
36.92
32.38
60.37
6.96
91.72
29
黑褐色矿石
＜8mm
700℃
60
恒温
10%
36.00
31.80
58.35
4.95
94.25
30
黑褐色矿石
＜2mm
700℃
45
恒温
10%
34.50
30.30
60.15
4.50
93.99
31
二焙磁尾
混合
700℃
60
恒温
8%
31.78
24.80
10.90
焙烧前TFe27.77
32
二焙磁尾
混合
700℃
60
恒温
5%
31.34
26.14
12.42
33
二焙磁尾
混合
700℃
60
恒温
31.63
26.73
13.56
34
二焙磁尾
混合
800℃
60
恒温
8%
28.07
8.39
25.12
35
一焙磁尾
混合
800℃
60
恒温
8%
6.31
焙烧前TFe23.02
36
一焙磁尾
混合
800℃
60
恒温
14.48
