助熔剂降低赤褐铁矿深度还原温度的试验研究

刘淑贤，魏少波，牛福生

(河北联合大学矿业工程学院，河北 唐山 063009)

早在20世纪70年代，国外开始研究赤铁矿深度还原技术。目前，北京科技大学倪文[1]、东北大学孙永升[2]等国内专家，均对赤铁矿深度还原进行了研究，选矿指标也较好。但是，深度还原的温度都很高，都在1200℃以上。过高的能耗限制了深度还原的工业化进程，因此降低温度、减少经济成本、提高经济效益是亟待解决的问题。为了降低深度还原的温度，进行了助熔剂的选择及添加试验。

1 矿石性质

试验所用铁矿石为宁乡式某贫细鲕状赤褐铁矿。矿石采样粒度10～50mm，原矿化学多元素分析、铁物相分析如表1、表2所示。

由表1看出，全铁品位35.23%，赤褐铁矿占全铁的82.66%，硅酸铁占9.91%，菱铁矿占6.87%，磁铁矿和硫化铁合起来仅占0.56%。

表1 原矿多元素分析结果

表2 原矿铁物相分析结果

2 助熔剂降低深度还原温度试验

取-2mm赤褐铁矿、无烟煤、不同助熔剂混合均匀，放入50mL坩埚中，待马弗炉升到一定温度时，将其放入炉中深度还原，保温一定时间，把深度还原物料倒入水中，快速冷却。烘干，取样测定。磨矿(细度-200目80%)，磁选。根据还原后的品位和回收率，确定深度还原的适宜条件。

2.1 助熔剂种类试验

在原矿(-2mm)∶无烟煤∶助熔剂=6∶3∶2的配比条件下进行试验。使焙烧温度降到1050℃，其他条件仍与不加助熔剂条件下的最佳条件一致：焙烧时间2h，磨矿细度-200目90%，磁场强度为80kA/m。助熔剂选择Ca基助熔剂CaO、CaF2、石灰石(CaCO3)和Na基助熔剂NaF、NaCl、Na2CO3进行试验。

1.CaO；2.CaF2；3.CaCO3；4.NaF；5.NaCl；6.Na2CO3；7.未加助熔剂最佳标准

图1为焙烧1050℃，在原矿(-2mm)∶无烟煤∶助熔剂=6∶3∶2的配比条件下，各助熔剂对还原矿各指标的最佳效果。从图1中可以看出，在钙基助熔剂中CaCO3的还原效果较好，品位和回收率达到了91.83%和87.56%。但钠基助熔剂中Na2CO3和NaF的还原效果都好于CaCO3，尤其Na2CO3的效果最为显著，比在1150℃时的最佳还原指标都略高，品位达到93.04%，回收率达到94.53%。由此可以得出：当添加Na2CO3助熔剂时，焙烧温度不仅能够降低100℃，并且品位高出0.55%，回收率高出0.76%。我们最后确定Na2CO3为最佳助熔剂。分析Na2CO3为最佳助熔剂的原因如下。

不使用助熔剂时，铁橄榄石和铁尖晶石的深度还原反应如下。

2FeO·SiO2+2CO=2Fe+SiO2+2CO2

2FeO·SiO2+2C=2Fe+SiO2+2CO

FeO·Al2O3+CO=Fe+Al2O3+CO2

在鲕状赤铁矿的深度还原过程中，添加剂中的Na2CO3会首先分解出Na2O，它们置换的能力随碱性的强弱顺序依次为：Na2O>CaO>MgO，所以Na2O促进复杂FeO铁氧化物的分解的效果要好于CaO。在Na2O存在的条件下，复杂铁氧化物的深度还原反应如下。

Fe2SiO4(s)+Na2O(s)+2C(s)→2Fe(s)+Na2SiO4(s)+2CO(g)

FeAl2O4(s)+Na2O?s)+C(s)→Fe(s)+Na2Al2O4(s)+CO(g)

同理，Na2O与SiO2、Al2O3的结合力也大于FeO的结合力，在鲕状赤铁矿深度还原过程中加入适量Na2O，可使Na2O与SiO2、Al2O3结合而游离出FeO，有利于FeO的还原。Na2O取代了Fe2SiO4?FeAl2O4中的FeO，成为自由状态的FeO，而自由状态的FeO活性极高，使得Fe2SiO4?FeAl2O4易于还原。

2.2 助熔剂用量试验

在原矿(-2mm)∶无烟煤∶Na2CO3=6∶3∶X的配比条件下，进行助熔剂用量试验。在焙烧温度为1050℃，焙烧时间2h，磨矿细度-200目90%，磁场强度为80kA/m的条件下试验，其结果如图2所示。

图2 助熔剂Na2CO3用量配比结果

从图2可知，当原矿(-2mm)∶无烟煤∶Na2CO3=6∶3∶2的配比条件下，各指标都达到了最佳值，所以最终确定按以上配比和条件，焙烧温度为1050℃时进行该矿试验。

从以上的试验结果可以看出，Na2CO3配矿比为6∶3∶0.5到6∶3∶2之间，品位和回收率都急剧上升，在配矿比为6∶3∶2时，还原各指标到了最高值；继续加入助熔剂，各指标反而下降。

2.3 加助熔剂后还原温度试验

原矿(-2mm)∶无烟煤∶Na2CO3=6∶3∶2的配比条件下进行试验。使焙烧温度降至950℃、1000℃、1050℃、1100℃、1150℃，其他条件仍与不加助熔剂条件下的最佳条件一致：焙烧时间2h，磨矿细度-200目90%，磁场强度为80kA/m的条件下进行试验，试验结果如图3所示。从图3中可以看出， 焙烧温度为950℃、 1000℃时， 还原精

矿品位分别为88.92%和90.92%，回收率分别为74.33%和84.33%，选矿指标相对较低，到1050℃，达到最佳值，精矿品位和回收率分别为93.04%和94.53%，而随着温度升到1100℃和1150℃还原精矿品位和回收率均略有下降，所以还原温度定为1050℃。

图3 加助熔剂Na2CO3后还原温度试验结果

3 结论

1)通过对CaO、CaF2、 CaCO3、NaF、NaCl、

Na2CO3进行助熔剂种类实验，得出Na2CO3为最佳助熔剂。

2)通过助熔剂用量试验，可确定原矿(-2mm)∶无烟煤∶Na2CO3=6∶3∶2时，还原各指标到了最高值。

3)加助熔剂Na2CO3后，通过实验，还原温度定为1050℃时，可使精矿品位和回收率分别为93.04%和94.53%。

4)在鲕状赤铁矿深度还原过程中加入适量Na2CO3，可使分解出的Na2O与SiO2、Al2O3结合而游离出FeO，有利于FeO的还原。Na2O取代了Fe2SiO4FeAl2O4中的FeO，成为自由状态的FeO，而自由状态的FeO活性极高，使得Fe2SiO4FeAl2O4易于还原。

[1] 倪文，贾岩，徐承焱，等. 难选鲕状赤铁矿深度还原—磁选实验研究[J]. 北京科技大学学报，2010，32(3)：13-17.

[2] 孙永升，韩跃新，包士雷，等. 鲕状赤铁矿深度还原矿组成特性及磁选试验研究[J]. 现代工业，2010(7)：39-42.