大西沟铁矿石选别新工艺及机理研究

摘要

大西沟铁矿是我国最大的菱铁矿基地，该矿石集低品位、微细粒嵌布、矿种复杂难选等特征于一身。本文以大西沟铁矿石为原料，开展强磁预选—磁化焙烧—磁选选别新工艺及机理研究，为其高效开发利用开辟了新途径。 大西沟铁矿石TFe品位为26.08％，其中铁主要以菱铁矿和褐铁矿形式存在，分布率分别为68.88％和22.31％，脉石矿物主要为石英和白云母，与有用矿物紧密共生，在铁矿物中常分布细粒石英和细小片状白云母，导致有用矿物难以达到单体解离，是影响选别指标的主要因素。 大西沟铁矿石通过两段强磁预选试验研究，可获得精矿TFe品位28.47％，回收率96.78％的分选指标，其抛尾产率为8.10％。该矿石经过强磁预选后，TFe品位提高2.39个百分点，有用铁矿物菱铁矿、褐铁矿和磁铁矿主要富集在强磁精矿中，而硫化铁和硅酸铁则主要损失在尾矿中，同时部分脉石矿物和矿泥被抛出。磁选尾矿的TFe品位为8.11％，矿石中有用铁矿物常被石英和白云母所包裹，导致部分铁矿物损失在尾矿中。 大西沟铁矿石通过强磁预选—磁化焙烧—磁选试验研究，可获得精矿TFe品位59.29％、回收率87.50％的优异指标，与大西沟铁矿石直接磁化焙烧—磁选试验所获得精矿TFe品位为57.09％、铁回收率为89.87％的结果相比，虽然回收率降低了2.37个百分点，但精矿铁品位提高了2.2个百分点。两种焙烧产品性质相似，矿物组成较简单，矿物种类较少，铁矿物主要为磁铁矿，脉石矿物主要为石英和白云母，表明矿石中的铁矿物菱铁矿和褐铁矿经焙烧后转变为磁铁矿，脉石矿物则变化不大。磁性分析结果显示，通过焙烧后矿石的单位质量磁距和比磁化系数显著提高，后续可通过弱磁选对焙烧产品进行有效分离。在光学显微镜下发现焙烧产品中磁铁矿单体解离度较低，与脉石矿物连生体含量较高，因而在弱磁选工艺之前还需对其进行细磨。 菱铁矿在磁化焙烧过程中的机理研究表明，菱铁矿在中性气氛下磁化焙烧，反应开始进行即分解产生FeO，但FeO是一个中间的过渡相并且在短时间内容易继续转化为Fe3O4，主要按式FeCO3=1/3Fe3O4+2/3CO2+1/3CO发生反应。菱铁矿热解温度由410℃左右开始，在510℃左右热解速率最大，至600℃左右热解结束。在一定范围内增加升温速率，有利于菱铁矿的热解反应在较短的时间内达到较高的反应速率，缩短反应完成所需要的时间。非等温动力学结果表明，在不同升温速率下，菱铁矿热解反应的机理函数均为F1，即随机成核与随后长大机理模型，且随着升温速率的增加，表观活化能和指前因子均随之减小。焙烧前后物相及磁性转变结果表明，经磁化焙烧后菱铁矿转变为磁铁矿，单位质量磁距及比磁化系数均显著增强。 以上研究能为进一步开发利用大西沟铁矿石提供依据，同时对处理类似复杂难选铁矿石具有良好的借鉴意义。

目录

声明

摘要

1．1前言

1．2我国菱铁矿资源的特点及性质

1．3菱铁矿选矿技术及其应用

1．3．1常规选矿工艺

1．3．2磁化焙烧工艺

1．3．3含菱铁矿复杂难选铁矿的开发利用现状

1．4菱铁矿热分解机理研究现状

1．4．1热分解反应历程及产物特性

1．4．2热分解动力学

1．5课题主要研究内容、目的及意义

1．5．1课题主要研究内容

1．5．2课题研究目的及意义

第2章试验原料及方法

2．1试验原料

2．2试验方法

2．2．1试验流程

2．2．2试验方法及设备

2．3．3试验结果处理

2．3．4分析方法

第3章工艺矿物学研究

3．1矿石化学成分分析

3．2矿石铁物相分析

3．3矿石的矿物组成及含量

3．4矿石的结构构造

3．4．1矿石的构造

3．4．2矿物的结构

3．5主要矿物嵌布特征

3．6主要矿物浸染粒度

3．7小结

第4章大西沟铁矿石强磁预选试验研究

4．1大西沟铁矿石原矿粒度组成

4．2大西沟铁矿石磨矿特性曲线

4．3大西沟铁矿石强磁预选试验研究

4．3．1磨矿细度对磁选指标的影响

4．3．2强磁粗选磁场强度对磁选指标的影响

4．3．3强磁扫选磁场强度对磁选指标的影响

4．3．4强磁精矿制备及产品检测分析

4．4小结

第5章磁化焙烧一磁选试验研究

5．1原矿磁化焙烧一磁选试验研究

5．1．1焙烧温度对焙烧产品分选指标的影响

5．1．2焙烧时间对焙烧产品分选指标的影响

5．1．3配碳量对焙烧产品分选指标的影响

5．1．4焙烧产品磨矿细度对分选指标的影响

5．1．5原矿焙烧产品及磁选产品检测分析

5．2强磁精矿磁化焙烧一磁选试验研究

5．2．1焙烧温度对焙烧产品分选指标的影响

5．2．2焙烧时间对焙烧产品分选指标的影响

5．2．3配碳量对焙烧产品分选指标的影响

5．2．4焙烧产品磨矿细度对分选指标的影响

5．2．5强磁精矿焙烧产品及磁选产品检测分析

5．3小结

第6章菱铁矿磁化焙烧机理研究

6．1菱铁矿磁化焙烧热力学研究

6．1．1菱铁矿分解热力学计算

6．1．2菱铁矿热分解特性

6．2菱铁矿非等温磁化焙烧动力学研究

6．2．1菱铁矿非等温磁化焙烧过程的反应分数分析

6．2．2菱铁矿非等温磁化焙烧过程的反应速率分析

6．2．3菱铁矿非等温磁化焙烧过程的动力学参数求解

6．3菱铁矿磁化焙烧前后物相及磁性转变

6．4小结

第7章结论

参考文献

致谢

作者攻读学位期间发表论文和获得奖励