一种鲕状赤铁矿和硼铁矿混合还原方法

摘要

一种鲕状赤铁矿和硼铁矿混合还原方法。本发明首先将硼铁矿作钠盐还原改性处理，改性硼铁矿经细磨后以一定的质量配比与鲕状赤铁矿充分混匀、造块，团块干燥后在一定温度下以非焦煤为还原剂进行还原焙烧，还原产物再经破碎、磨矿后，采用湿式弱磁选方法分选，最高可获得铁品位大于92%、磷含量低于0.09%的金属铁粉，磁选铁回收率大于93%、磷脱除率大于92%。改性硼铁矿在还原过程中能显著降低还原温度，促进铁晶粒的长大，实现铁、磷的高效分离。该发明既能够综合利用硼铁矿资源，同时又实现基于直接还原法的高磷鲕状赤铁矿的铁、磷高效分离，而且避免了在高温还原过程中直接使用硫酸钠或碳酸钠时导致的熔融现象，有利于工业生产实施；具有脱磷效果佳、成品质量好等优点。

权利要求

1.一种鲕状赤铁矿和硼铁矿混合还原方法，包括下述步骤：

第一步：硼铁矿改性

将硼铁矿磨细至-0.074mm质量比占40%，然后与硫酸钠及碳酸钠混匀、造块、干燥后得到硼铁矿团块，将所述硼铁矿团块低温还原焙烧后，得到钠盐改性硼铁矿；所述硫酸钠及碳酸钠的添加量占硼铁矿粉质量的百分比为：硫酸钠15%～40%、碳酸钠10%～35%；所述低温还原焙烧温度为900～950℃、时间为20～30min；

第二步：改性硼铁矿与鲕状赤铁矿混合还原

将第一步所得钠盐改性硼铁矿磨矿至-0.074mm质量百分比占70%以上后，添加至鲕状赤铁矿中混匀、造块、烘干，然后以非焦煤为还原剂进行高温还原焙烧，还原产物经破碎、磨矿后，采用湿式弱磁选方法分选，获得铁粉及含硼、磷尾矿；所述钠盐改性硼铁矿的添加量占鲕状赤铁矿质量百分比为10%～40%；所述高温还原焙烧温度为1000～1050℃，时间为

45～75min，还原产物磨矿至-0.074mm质量含量占80%以上。

说明书

一种鲕状赤铁矿和硼铁矿混合还原方法

技术领域

[0001] 本发明属于钢铁冶金领域，涉及一种鲕状赤铁矿和硼铁矿混合还原方法。

背景技术

[0002] 钢铁工业持续快速发展，对铁矿石的需求量持续增长，优质铁矿石资源供应日趋紧张，进口铁矿石价格不断攀升，铁矿资源短缺问题已经成为制约我国钢铁工业持续发展的“瓶颈”。与此同时，我国仍有大量铁矿资源因其有害杂质含量高、嵌布粒度细、主伴生矿物共生关系复杂等原因，难选、难冶，未能得到有效利用。比如，在我国鄂、湘、桂、黔等地发现的、资源储量超过100亿吨的鲕状赤铁矿，因其铁品位低（铁品位约为30%~45%）而磷含量高（0.4%~1.1%），且矿石结构复杂，选冶效果差，是世界选矿界公认的难选冶铁矿石，迄今未获开发利用；又如，约占我国60%左右硼资源的硼铁矿(含B2O3约7%，TFe约30%)，也同样因其共/伴生矿物多、结构复杂等原因，用常规的选矿方法分离困难，尚未形成工业规模的开发利用。

[0003] 当前，依据鲕状赤铁矿和硼铁矿的独有原料特性，针对性地开展了一些研究工作，开发出了一些能较好适应于鲕状赤铁矿或硼铁矿的选、冶方法：硼铁矿的加工利用关键在于铁、硼的分离，处理工艺主要有湿法分离、火法冶炼两类工艺。湿法分离方法是将硼铁矿直接用酸/碱处理获得硼酸或硼砂，浸出渣再经磁选获得铁精矿，使硼铁分离。虽然该工艺可以实现资源的综合利用，但是处理需要的酸/碱量消耗高(0.45吨/1吨原矿)，生产成本高，同时还带来酸腐蚀设备、污染环境等问题。火法分离工艺主要是针对高炉法，硼铁矿先经选矿抛除原矿中的部分SiO2、Al2O3，再通过烧结造块后入高炉冶炼，产品为含硼生铁和富硼渣。该工艺的优点是工艺流程短、设备简单，但工业试验研究表明，高炉冶炼硼铁矿生产含硼约1.0%的含硼生铁时，高炉产能下降、焦比升高(约1150kg/t)、高炉炉衬侵蚀严重、产品含硫高，更重要的是富硼渣的B2O3活性低，不能满足碳碱法硼砂生产的要求，若通过缓冷以提高B2O3活性则在技术上和经济上都不可行，因而至今未能实现长期稳定工业化生产。

[0004] 鲕状赤铁矿利用的关键在于铁磷分离，鲕状赤铁矿提铁降磷的方法主要有物理分选法、浮选法、化学浸出法、磁化焙烧-磁选法、金属化焙烧-磁选法以及由上述方法组合构成的联合工艺。物理选矿法和浮选法处理工艺普遍存在着脱磷效果差、精矿铁品位低、铁回收率低等问题。如“鄂西难选铁矿的选矿与药剂研究新进展”针对鄂西鲕状赤铁矿的特点研制了RD-31捕收剂和DA-18选择性絮凝剂，并开发了相应的絮凝浮选工艺，对含铁42.05%、含磷0.98%的铁矿采用磁选-选择性聚团脱泥-反浮选工艺进行分选处理，获得铁精矿铁品位仅56.29%，磷含量仍高达0.109%，铁的回收率仅为59.21%。采用磁化焙烧-磁选处理鲕状赤铁矿，效果也不理想，获得的精矿铁品位一般在60%以下，铁的回收率一般在85%以下，而且精矿磷含量依然很高。如：“某鲕状赤铁矿磁化焙烧-磁选试验研究”采用流态化磁化焙烧-磁选方法处理鄂西某鲕状赤铁矿时，磁选精矿中铁品位为54%~57%、铁回收率为74%~83%。

[0005] 采用深度还原的方法（如直接还原法、粒铁法等）对高磷鲕状赤铁矿进行金属化焙烧，然后再磨矿、磁选将金属铁颗粒与富含磷的脉石或渣相分离，是显著提高铁品位和回收率的有效途径。如“高磷鲕状赤铁矿直接还原过程中铁颗粒长大特性研究”在还原温度1150~1300℃下，可获得铁品位大于85%、磷量含0.2%~0.5%的还原铁粉，铁的回收率大于
90%、脱磷率大于85%；“一种鲕状赤铁矿脱磷提铁的生产方法”（申请号：200610019950.4）中公开了添加20%的消石灰造块、干燥后，于1100~1450℃还原焙烧10~30min，再经过球磨、磁选将铁磷分离，精矿铁品位达到80%~97%，但磷含量仍大于0.25%，脱磷效果不佳。

[0006] 显然，上述深度还原的方法虽能有效提高磁性产品铁品位，但还原温度高（1300~1450℃），导致能耗大、操作困难，同时脱磷效果不理想，铁精矿中磷含量仍无法满足钢铁冶炼的要求。为有效降低还原温度、改善脱磷效果，“一种由高磷鲕状赤铁矿制备炼钢炉料的方法”(申请号：200910308267.6)公开了复合钠盐添加剂强化还原、脱磷的技术，通过配加一定量的硫酸钠、碳酸钠和硼砂，在1050~1100℃下还原1.5h~2h,磨矿、磁选可得铁品位大于92%、磷含量低于0.08%的直接还原金属铁粉。但是，由于复合钠盐添加剂的熔点低，易致物料熔融与反应器黏连，对还原过程的顺行产生不利影响。

发明内容

[0007] 本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种工艺方法简单，操作方便，可显著提高鲕状赤铁矿的铁、磷分离效果，实现劣质硼铁矿的工业化增值加工利用的鲕状赤铁矿和硼铁矿混合还原方法。

[0008] 本发明一种鲕状赤铁矿和硼铁矿混合还原方法，包括下述步骤：

[0009] 第一步：硼铁矿改性

[0010] 将硼铁矿磨细至-0.074mm质量比占40%，然后，与硫酸钠及碳酸钠混匀、造块、干燥后得到硼铁矿团块，将所述硼铁矿团块低温还原焙烧后，得到钠盐改性硼铁矿；所述硫酸钠及碳酸钠的添加量占硼铁矿粉质量的百分比为：硫酸钠15%~40%，碳酸钠10%~35%；

[0011] 第二步：改性硼铁矿与鲕状赤铁矿混合还原

[0012] 将第一步所得钠盐改性硼铁矿磨矿至-0.074mm质量百分比占70%以上后，添加至鲕状赤铁矿中混匀、造块、烘干，然后以非焦煤为还原剂进行高温还原焙烧，还原产物经破碎、磨矿后，采用湿式弱磁选方法分选，获得铁粉及含硼、磷尾矿；所述钠盐改性硼铁矿的添加量占鲕状赤铁矿质量百分比为20%~40%。

[0013] 本发明一种鲕状赤铁矿和硼铁矿混合还原方法中，所述低温还原焙烧温度为900~950℃，时间为20~30min。

[0014] 本发明一种鲕状赤铁矿和硼铁矿混合还原方法中，所述高温还原焙烧温度为1000℃~1100℃，时间为45~75min，还原产物磨矿至-0.074mm质量含量占80%以上。

[0015] 本发明由于采用上述工艺方法，通过钠盐改性硼铁矿，利用硼铁矿与Na2SO4或Na2CO3进行低温钠化还原时，硼铁矿中的磁铁矿部分被还原成金属铁，经细磨处理后，这部分微细金属铁颗粒作为晶种引入鲕状赤铁矿的直接还原焙烧，为鲕状赤铁矿中金属铁晶粒提供了生长位点，降低了铁晶粒的形核势垒，促进铁晶粒长大。硼铁矿中的硼组分在低温钠化还原预处理过程中，与钠盐反应生成新相硼酸钠盐，由于离子半径较小的碱金属离子和硼离子的存在，直接还原过程中不仅可以造成铁氧化物的晶格畸变，催化铁氧化物的还原，而且还可与鲕状赤铁矿原矿中的含磷、镁、硅、铝等脉石矿物发生化学反应，破坏鲕状赤铁矿石原有的致密、共生结构，为金属铁与脉石矿物的分离创造有利的矿物学条件；可显著降低还原温度，缩短还原时间，节省能源消耗，降低生产成本，实现金属铁与脉石矿物的高效分离；采用湿式弱磁选方法分选，所得磁性产品为铁品位大于92%、磷含量低于0.09%的直接还原金属铁粉，非磁性物为含B2O32%~5%的富硼渣，铁的磁选回收率大于85%、磷脱除率90%以上。直接还原铁粉可作为电炉炼钢用的优质炉料；富硼渣经进一步处理可回收硼、磷等有价成分。

[0016] 本发明的主要优点在于：硼铁矿经钠盐改性后，其磁铁矿部分被还原成金属铁，为鲕状赤铁矿中金属铁晶粒提供了生长位点；硼组分与钠盐反应生成新相硼酸钠盐，在鲕状赤铁矿的高温直接还原焙烧过程中，催化铁氧化物的还原，促进金属铁与脉石矿物的分离。实现劣质硼铁矿的工业化增值加工高效利用，提高鲕状赤铁矿冶炼时铁的回收率及磷的脱除率。具有所需原料来源广、制备工艺简单、环境友好；避免了因直接使用未经处理的钠盐时所产生的物料熔融黏连现象，为硼铁矿工业化应用提供了技术支持；同时，可显著降低鲕状赤铁矿还原温度、缩短还原时间、节省能源消耗、降低生产成本，能综合利用高磷鲕状赤铁矿和低品位硼铁矿，具有流程短、工艺简单的特点，适于工业化应用。

具体实施方式

[0017] 本发明实施例使用的鲕状赤铁矿及低品位硼铁矿的主要化学成分如表1、表2所示；将硼铁矿单独破碎、磨矿至-0.074mm质量百分含量占40%，鲕状赤铁矿单独破碎、磨矿至-0.074mm质量百分含量占80%。

[0018] 表1.鲕状赤铁矿的主要化学成分/%

[0019]

[0020] 表2.硼铁矿的主要化学成分/%

[0021]

[0022] [对照例]

[0023] 对照例1：

[0024] 将鲕状赤铁矿粉末造块，团块干燥后以煤作还原剂，在1050℃的温度下焙烧60min，将还原产物破碎、磨矿至-0.074mm占85%，在1000Gs磁场强度下磁选，所得到铁精矿中铁品位70.18%、磷含量0.66%，铁回收率64.83%，磷脱除率61.11%。

[0025] 对照例2：将硼铁矿造块粉末，团块干燥后以煤作还原剂，在1050℃的温度下焙烧60min，将还原产物破碎、磨矿至-0.074mm占85%，在1000Gs磁场强度下磁选，所得到铁精矿中铁品位80.43%、铁回收率85.76%。

[0026] 对照例3：将未经钠盐改性的硼铁矿按质量百分比50%配入至鲕状赤铁矿中充分混匀、造块，团块干燥后以煤作还原剂，在1050℃的温度下焙烧60min，将还原产物破碎、磨矿至-0.074mm占85%，在1000Gs磁场强度下磁选，所得到铁精矿中铁品位81.22%、磷含量0.42%，铁回收率65.17%，磷脱除率75.12%。

[0027] [具体实施例]

[0028] 实施例1：将硼铁矿磨细至-0.074mm占40%，然后添加占硼铁矿粉质量40%的硫酸钠、1%的碳酸钠；混匀、造块、干燥后得到硼铁矿团块，将所述硼铁矿团块于900℃，低温还原焙烧20min后，得到钠盐改性硼铁矿；将钠盐改性硼铁矿磨矿至-0.074mm质量百分比占75%，按鲕状赤铁矿质量的10%添加至鲕状赤铁矿中，混匀、造块、烘干，然后以煤为还原剂于1000℃，高温还原焙烧45min，还原产物经破碎、磨矿至-0.074mm质量含量占72%后，在1000Gs磁场强度下磁选，获得铁粉及含硼、磷尾矿；所得铁粉中铁品位82.68%、磷含量0.19%，磁选铁回收率80.26%、磷脱除率84.75%。

[0029] 实施例2：将硼铁矿磨细至-0.074mm占40%，然后添加占硼铁矿粉质量15%的硫酸钠、20%的碳酸钠；混匀、造块、干燥后得到硼铁矿团块，将所述硼铁矿团块于920℃，低温还原焙烧25min后，得到钠盐改性硼铁矿；将钠盐改性硼铁矿磨矿至-0.074mm质量百分比占80%后，按鲕状赤铁矿质量的20%添加至鲕状赤铁矿中，混匀、造块、烘干，然后以煤为还原剂于1050℃，高温还原焙烧50min，还原产物经破碎、磨矿至-0.074mm质量含量占82%后，在1000Gs磁场强度下磁选，获得铁粉及含硼、磷尾矿；所得铁粉中铁品位86.47%、磷含量
0.16%，磁选铁回收率83.65%、磷脱除率91.12%。

[0030] 实施例3：将硼铁矿磨细至-0.074mm占40%，然后添加占硼铁矿粉质量25%的硫酸钠、20%的碳酸钠；混匀、造块、干燥后得到硼铁矿团块，将所述硼铁矿团块于920℃，低温还原焙烧25min后，得到钠盐改性硼铁矿；将钠盐改性硼铁矿磨矿至-0.074mm质量百分比占80%后，按鲕状赤铁矿质量的30%添加至鲕状赤铁矿中，混匀、造块、烘干，然后以煤为还原剂于1050℃，高温还原焙烧50min，还原产物经破碎、磨矿至-0.074mm质量含量占85%后，在1000Gs磁场强度下磁选，获得铁粉及含硼、磷尾矿；所得铁粉中铁品位89.64%、磷含量
0.11%，磁选铁回收率82.53%、磷脱除率93.04%。

[0031] 实施例4：将硼铁矿磨细至-0.074mm占40%，然后添加占硼铁矿粉质量25%的硫酸钠、30%的碳酸钠；混匀、造块、干燥后得到硼铁矿团块，将所述硼铁矿团块于930℃，低温还原焙烧25min后，得到钠盐改性硼铁矿；将钠盐改性硼铁矿磨矿至-0.074mm质量百分比占80%后，按鲕状赤铁矿质量的30%添加至鲕状赤铁矿中，混匀、造块、烘干，然后以煤为还原剂于1050℃，高温还原焙烧50min，还原产物经破碎、磨矿至-0.074mm质量含量占85%后，在1000Gs磁场强度下磁选，获得铁粉及含硼、磷尾矿；所得铁粉中铁品位88.87%、磷含量
0.10%，磁选铁回收率87.53%、磷脱除率93.03%。

[0032] 实施例5：将硼铁矿磨细至-0.074mm占40%，然后添加占硼铁矿粉质量15%的硫酸钠、35%的碳酸钠；混匀、造块、干燥后得到硼铁矿团块，将所述硼铁矿团块于940℃，低温还原焙烧25min后，得到钠盐改性硼铁矿；将钠盐改性硼铁矿磨矿至-0.074mm质量百分比占80%后，按鲕状赤铁矿质量的30%添加至鲕状赤铁矿中，混匀、造块、烘干，然后以煤为还原剂于1050℃，高温还原焙烧50min，还原产物经破碎、磨矿至-0.074mm质量含量占80%后，在1000Gs磁场强度下磁选，获得铁粉及含硼、磷尾矿；所得铁粉中铁品位87.35%、磷含量