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            高鋁鐵礦資源綜合利用現狀

            • 作者:網站編輯
            • 發布時間:2018-02-07 09:39
            • 來源:互聯網
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              引用格式:

              袁祥奕,劉牡丹.我國技術最新進展[J].現代礦業,2017(2):110-113.

              鋁鐵礦石在印度、澳大利亞、印度尼西亞及我國廣西、廣東等國家和地區儲量豐富,但礦石中Al2O3含量較高,若直接作為煉鐵原料,會引起高爐焦比上升、產量下降、操作困難、爐渣流動性變差等問題,因此必須對其進行提鐵降鋁才可獲得用於工業生產的合格精礦。另一方麵,該高鋁鐵礦石中主要鐵礦物褐鐵礦,屬弱磁性礦物,嵌布粒度細,且有用礦物與脈石礦物結合緊密,鋁、鐵以類質同象的形式存在,單體解離度低,難以通過選礦方法實現鐵鋁的有效分離,是典型的難處理鐵礦石資源。隨著經濟的快速發展和工業化進程加快,優質的富鐵鐵礦資源逐漸減少,綜合、高效地利用國內外儲量豐富的高鋁礦石資源,對緩解鐵礦資源短缺的壓力具有重要的意義。

              1 鋁鐵分離工藝

              實現高鋁鐵礦石綜合利用的關鍵是開發高效經濟的鋁鐵分離技術。長期以來,國內外學者圍繞高鋁鐵礦的鋁鐵分離開展了廣泛的研究,主要分離方法可歸納為三類:選礦法、焙燒法和生物法。

              1.1 選礦法

              1.1.1 重選法

              水力旋流法、分散-絮凝法及搖床、跳汰等重力選礦法均被廣泛用於高鋁鐵礦石的鋁鐵分離研究。

              B.Das以印度某TFe品位57%、Al2O3含量8.3%的高鋁鐵礦為原料,經水力旋流器重選分離,可獲得TFe品位64.0%、Al2O3含量3.5%的鐵精礦;采用重—磁聯合工藝對Barsua、Bolani及Kiriburu高鋁鐵礦分選,均可得到鐵品位60.0%以上、Al2O3含量低於3.5%的鐵精礦,鐵回收率大於60%。M.P.Srivastava等采用水力旋流器和螺旋溜槽對Kiriburu高鋁鐵礦進行兩段閉路分選,由於原礦粒度細,導致鐵回收率僅37.30%。整體而言,采用水力旋流器對原礦進行預先分級,可促進鋁鐵分離,但高鋁鐵礦往往粒度微細,鐵回收率較低。

              K.H.Rao采用選擇絮凝法對印度Barsuan鐵品位52.5%、Al2O3含量7.4%的高鋁鐵礦直接進行選擇性絮凝分離鋁鐵,最終得到了Tfe品位 65.0%、Al2O3品位1.8%的鐵精礦;但該工藝所用絮凝劑為改性澱粉,難以廣泛應用。S.A.Ravishankar等以印度Raihara高鋁鐵礦泥為原料,對其進行選擇性分散和選擇性絮凝。結果表明,用澱粉和PAMX作絮凝劑可以使赤鐵礦高嶺土完全分離,但對氧化鋁-氧化鐵結構中鋁鐵的分離卻無選擇性,因此鋁鐵分離的關鍵是開發一種含羥氨類選擇性基團的高分子合成聚合物,以分離鋁鐵。

              跳汰法是對高鋁鐵礦進行提鐵降鋁的一種普遍工藝。B.Das[6]采用跳汰法研究了礦石粒度、水流速度及水流大小對Orissa高鋁鐵礦泥分選效果的影響。在原礦鐵品位56.5%、Al2O3含量6.2%的條件下,可獲得鐵品位63.7%、Al2O3含量3.15%的鐵精礦,鐵回收率78.6%。B.Sarkar等[7]對某粒度-1 mm、Al2O3含量4.28%的高鋁鐵礦為原料,首先采用水力旋流器脫除極微細粒的礦泥,以盡早降低Al2O3含量,再采用重力沉降分離器進行鋁鐵分選,最終鐵精礦Al2O3含量降低到1.66%,鐵回收率57.00%。

              搖床、跳汰工藝在回收細粒級礦物上存在很大局限,強力重力分選機(EGS)及多段重力分選機(MGS)為細粒級鐵礦的回收提供了有效途徑。R.Subrata對印度東部某高鋁低品位針鐵礦進行選礦研究,原礦鐵品位54.43%、Al2O3含量8.02%,經搖床選別後再經MGS分選,可得到TFe品位 66.50%、Al2O3 含量1.17%的鐵精礦,總鐵回收率大於70%。

              重力分選因成本低、操作簡單、環境汙染小等優點在高鋁鐵礦的分選上被廣泛應用,但鋁鐵嵌布關係複雜與粒度較細時,鋁鐵分離效果差,鐵回收率不佳。

              1.1.2 磁選

              D.S.Rao等係統研究了Karnataka高鋁鐵礦石礦物學特征及地球化學性質,為這類礦石的選礦研究提供了理論依據。根據礦石性質,世界各地的研究者采用磁選及磁選—浮選聯合工藝廣泛開展高鋁鐵礦的選礦研究。

              B.Das等對鐵品位48%~60%左右的印度Barsua、Bolani及 Meghahatuburu地區的高鋁鐵礦泥采用水力旋流器分級—強磁選工藝處理,最終得到了TFe品位61%~65%、Al2O3含量2.5%的鐵精礦,鐵回收率最高可達78%。M.K.Ghose 以Barsuat高鋁鐵礦為原料,采用濕式強磁選工藝處理,也得到近似但稍差的指標。

              印度某高鋁赤鐵礦TFe品位 59.16%、Al2O3 含量6.08%,原礦中21.93%的鐵賦存於褐鐵礦聚集體中。由於聚集體在磨礦過程中易泥化,鄭桂兵等分別采用階段磨礦—粗細粒級分別磁選、強磁選—陽離子捕收劑反浮選、磁化焙燒—磁選3種工藝對該礦進行選別。結果表明,3種工藝均可在一定程度實現鐵的富集,但精礦SiO2、Al2O3含量偏高,其中階段磨礦—粗、細粒級分別磁選工藝效果最好,可得到TFe品位64.22%、Al2O3含量2.93%的鐵精礦,鐵回收率約75%。

              薑濤等采用強磁選工藝研究印度尼西亞某TFe品位 48.92%、Al2O3含量8.16%的高鋁鐵礦石,僅得到TFe品位49.34%、Al2O3含量7.36%的鐵精礦。原因是該礦石中鋁主要以微細粒嵌布或類質同像形式存在於鐵礦物中,無法有效實現鐵鋁的解離,大部分鋁在磁選過程中與鐵礦物一起進入磁性物,分選效果不明顯。

              磁選法處理高鋁鐵礦能在一定程度上提高精礦鐵品位,但該工藝總體鐵回收率與降鋁效果不理想,特別是鋁以微細粒嵌布或類質同象形式存在於鐵礦物中的高鋁鐵礦。

              總體而言,對於鐵、鋁礦物嵌布關係簡單的高鋁鐵礦,重選、磁選等選礦方法均能得到滿足煉鐵工業生產要求的鐵精礦,但鐵回收率均比較低;但對於鋁鐵嵌布關係複雜的高鋁鐵礦,由於鋁容易以類質同象形式替代鐵,采用選礦法對其進行鋁鐵分離的效果較差。

              1.2 焙燒法

              目前關於高鋁鐵礦的焙燒處理工藝研究主要集中在中南大學,包括焙燒浸出法、磁化焙燒法和直接還原法。

              1.2.1 焙燒浸出法

              周太華等開發了鈉鹽焙燒—浸出工藝,對印度尼西亞某Al2O3含量8.16%高鋁鐵礦石進行處理,得到了TFe品位62.72%、Al2O3含量3.62%的鐵精礦,有效實現了鋁鐵的分離。有價元素在浸出液中富集後可進一步回收,殘留在鐵精礦中的鋁礦物主要是呈微細粒嵌布於鐵礦物中的α-Al2O3。但該工藝采用進行浸出,對設備腐蝕大,成本也相對較高。

              1.2.2 磁化焙燒法

              鞍山某TFe品位 24%、Al2O3含量7.42%、SiO2含量47.39%的高鋁鐵礦,主要礦物為赤鐵礦、褐鐵礦和高嶺土。C.Li等 采用磁化焙燒工藝處理該礦石,得到TFe 品位61.3%、回收率88.2%的鐵精礦。李光輝等對印度尼西亞某TFe品位48.92%、Al2O3含量8.16%的高鋁鐵礦進行磁化焙燒—磁選試驗,僅獲得TFe 品位63.28%、Al2O3 含量10.3%的鐵精礦,可見磁化焙燒—磁選工藝將鐵富集到精礦中,但對高鋁鐵礦的鋁鐵分離效果不好。

              1.2.3 直接還原法

              劉牡丹等對印度尼西亞某Al2O3含量8.16%的高鋁鐵礦深入開展了鈉化還原過程的熱力學特性、礦物物理化學性能變化規律、反應動力學規律及礦物分離的微觀機製研究,建立了高鋁鐵礦鋁鐵分離的物理化學基礎,開發了高鋁鐵礦直接還原焙燒鋁鐵分離的技術。試驗結果表明,該工藝能有效實現高鋁鐵礦的鋁鐵分離,獲得TFe品位91.00%、Al2O3含量1.36%的還原鐵粉,鐵回收率91.58%,鋁脫除率90.47%。該金屬鐵粉經過進一步處理後可用於電爐煉鋼,非磁性物可綜合回收鋁、矽、鈉、等有價元素,實現資源的綜合利用。相比目前高鋁鐵礦的各種焙燒工藝而言,直接還原工藝較為成功,具有流程簡單、產品指標優異的優點,但以鈉鹽作添加劑焙燒,成本高昂,對設備的耐腐蝕性要求也較高,因此工業應用難度較大。

              1.3 生物法

              生物法主要通過微生物菌種對高鋁鐵礦進行浸出,從而達到脫除鋁、矽的目的。該方法是一種新興技術,國內外學者在這方麵的研究相對較少,報道不多。

              N. Pradhan以Bolani TFe品位52.94%、Al2O3含量9.95%的高鋁鐵礦泥為原料,分別研究了黑曲黴和環狀芽胞杆菌浸出工藝對其鋁鐵分離的影響。結果表明,采用黑曲黴對高鋁鐵礦進行就地堆浸,15 d後浸出液Al2O3含量可降低到5.93%,但TFe品位也降低到40%左右;采用環狀芽胞杆菌堆浸,6 d後浸出液Al2O3含量為5.8%,鐵品位51.74%;采用黑曲黴在培養基中浸出高鋁鐵礦,13 d後浸出液Al2O3含量為7.64%,鐵品位53%;采用環狀芽胞杆菌培養基浸出,鐵的溶解相對更多。可見,這兩種微生物作為浸出介質所得的鐵精礦品質較差。

              N.Deo等詳細研究了多黏芽孢杆菌對赤鐵礦、剛玉、石英、高嶺石等礦物表麵性質的影響,發現生物預處理可增強石英、高嶺石的疏水性及赤鐵礦、剛玉的親水性,同時顯著增強細菌蛋白質對石英、高嶺石的吸附作用及多糖對赤鐵礦和剛玉的吸附作用。因此,上述礦物經生物預處理後可通過浮選實現鋁、矽礦物與鐵礦物的分離。

              生物法雖然具有成本低、環境汙染小等優勢,可選擇性地脫除礦石中的部分鋁、矽礦物,但反應周期長,礦漿濃度較低,且鐵礦物在浸出過程也發生溶解,均會降低精礦鐵品位和回收率。

              2 結 語

              高鋁鐵礦資源儲量豐富,具備解決全球鐵礦資源供需矛盾的潛力。該資源利用的關鍵技術目前主要選礦法、焙燒法、生物法3種工藝。

              (1)選礦法工藝簡便、處理能力大,能有效分選鋁鐵嵌布關係簡單的高鋁鐵礦石。研發高效的氧化鋁-氧化鐵分散劑、絮凝劑和能低成本分選細粒高鋁鐵礦的設備等是探索經濟高效地實現鋁鐵分離的方向。

              (2)焙燒法獲得的鐵精礦品質優良,部分產品鐵品位、回收率和鋁脫除率均可達到90%以上,將來的研究方向應著重於解決處理成本過高的問題。

              (3)生物法是一條新穎的處理高鋁鐵礦石的途徑,雖然目前存在脫除效果有限、回收率不高、反應時間長等缺陷,但其具有環境汙染小、設備簡單、成本低等優勢,具有廣闊的研究空間。

              (4)如何克服現有工藝的弊端,在係統研究高鋁鐵礦石性質和工藝礦物學性質的基礎上,開發簡單、高效的工藝實現高鋁鐵礦的綜合利用是將是今後該領域科研工作的發展方向。

             



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