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高铝铁矿资源综合利用现状

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  • 发布时间:2018-02-07 09:39
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  袁祥奕,刘牡丹.我国钱柜777官网最新进展[J].现代钱柜娱乐,2017(2):110-113.

  铝铁矿石在印度、澳大利亚、印度尼西亚及我国广西、广东等国家和地区储量丰富,但矿石中Al2O3含量较高,若直接作为炼铁原料,会引起高炉焦比上升、产量下降、操作困难、炉渣流动性变差等问题,因此必须对其进行提铁降铝才可获得用于工业生产的合格精矿。另一方面,该高铝铁矿石中主要铁矿物褐铁矿,属弱磁性矿物,嵌布粒度细,且有用矿物与脉石矿物结合紧密,铝、铁以类质同象的形式存在,单体解离度低,难以通过选矿方法实现铁铝的有效分离,是典型的难处理铁矿石资源。随着经济的快速发展和工业化进程加快,优质的富铁铁矿资源逐渐减少,综合、高效地利用国内外储量丰富的高铝矿石资源,对缓解铁矿资源短缺的压力具有重要的意义。

  1 铝铁分离工艺

  实现高铝铁矿石综合利用的关键是开发高效经济的铝铁分离钱柜777官网。长期以来,国内外学者围绕高铝铁矿的铝铁分离开展了广泛的研究,主要分离方法可归纳为三类:选矿法、焙烧法和生物法。

  1.1 选矿法

  1.1.1 重选法

  水力旋流法、分散-絮凝法及摇床、跳汰等重力选矿法均被广泛用于高铝铁矿石的铝铁分离研究。

  B.Das以印度某TFe品位57%、Al2O3含量8.3%的高铝铁矿为原料,经水力旋流器重选分离,可获得TFe品位64.0%、Al2O3含量3.5%的铁精矿;采用重—磁联合工艺对Barsua、Bolani及Kiriburu高铝铁矿分选,均可得到铁品位60.0%以上、Al2O3含量低于3.5%的铁精矿,铁回收率大于60%。M.P.Srivastava等采用水力旋流器和螺旋溜槽对Kiriburu高铝铁矿进行两段闭路分选,由于原矿粒度细,导致铁回收率仅37.30%。整体而言,采用水力旋流器对原矿进行预先分级,可促进铝铁分离,但高铝铁矿往往粒度微细,铁回收率较低。

  K.H.Rao采用选择絮凝法对印度Barsuan铁品位52.5%、Al2O3含量7.4%的高铝铁矿直接进行选择性絮凝分离铝铁,最终得到了Tfe品位 65.0%、Al2O3品位1.8%的铁精矿;但该工艺所用絮凝剂为改性淀粉,难以广泛应用。S.A.Ravishankar等以印度Raihara高铝铁矿泥为原料,对其进行选择性分散和选择性絮凝。结果表明,用淀粉和PAMX作絮凝剂可以使赤铁矿高岭土完全分离,但对氧化铝-氧化铁结构中铝铁的分离却无选择性,因此铝铁分离的关键是开发一种含羟氨类选择性基团的高分子合成聚合物,以分离铝铁。

  跳汰法是对高铝铁矿进行提铁降铝的一种普遍工艺。B.Das[6]采用跳汰法研究了矿石粒度、水流速度及水流大小对Orissa高铝铁矿泥分选效果的影响。在原矿铁品位56.5%、Al2O3含量6.2%的条件下,可获得铁品位63.7%、Al2O3含量3.15%的铁精矿,铁回收率78.6%。B.Sarkar等[7]对某粒度-1 mm、Al2O3含量4.28%的高铝铁矿为原料,首先采用水力旋流器脱除极微细粒的矿泥,以尽早降低Al2O3含量,再采用重力沉降分离器进行铝铁分选,最终铁精矿Al2O3含量降低到1.66%,铁回收率57.00%。

  摇床、跳汰工艺在回收细粒级矿物上存在很大局限,强力重力分选机(EGS)及多段重力分选机(MGS)为细粒级铁矿的回收提供了有效途径。R.Subrata对印度东部某高铝低品位针铁矿进行选矿研究,原矿铁品位54.43%、Al2O3含量8.02%,经摇床选别后再经MGS分选,可得到TFe品位 66.50%、Al2O3 含量1.17%的铁精矿,总铁回收率大于70%。

  重力分选因成本低、操作简单、环境污染小等优点在高铝铁矿的分选上被广泛应用,但铝铁嵌布关系复杂与粒度较细时,铝铁分离效果差,铁回收率不佳。

  1.1.2 磁选

  D.S.Rao等系统研究了Karnataka高铝铁矿石矿物学特征及地球化学性质,为这类矿石的选矿研究提供了理论依据。根据矿石性质,世界各地的研究者采用磁选及磁选—浮选联合工艺广泛开展高铝铁矿的选矿研究。

  B.Das等对铁品位48%~60%左右的印度Barsua、Bolani及 Meghahatuburu地区的高铝铁矿泥采用水力旋流器分级—强磁选工艺处理,最终得到了TFe品位61%~65%、Al2O3含量2.5%的铁精矿,铁回收率最高可达78%。M.K.Ghose 以Barsuat高铝铁矿为原料,采用湿式强磁选工艺处理,也得到近似但稍差的指标。

  印度某高铝赤铁矿TFe品位 59.16%、Al2O3 含量6.08%,原矿中21.93%的铁赋存于褐铁矿聚集体中。由于聚集体在磨矿过程中易泥化,郑桂兵等分别采用阶段磨矿—粗细粒级分别磁选、强磁选—阳离子捕收剂反浮选、磁化焙烧—磁选3种工艺对该矿进行选别。结果表明,3种工艺均可在一定程度实现铁的富集,但精矿SiO2、Al2O3含量偏高,其中阶段磨矿—粗、细粒级分别磁选工艺效果最好,可得到TFe品位64.22%、Al2O3含量2.93%的铁精矿,铁回收率约75%。

  姜涛等采用强磁选工艺研究印度尼西亚某TFe品位 48.92%、Al2O3含量8.16%的高铝铁矿石,仅得到TFe品位49.34%、Al2O3含量7.36%的铁精矿。原因是该矿石中铝主要以微细粒嵌布或类质同像形式存在于铁矿物中,无法有效实现铁铝的解离,大部分铝在磁选过程中与铁矿物一起进入磁性物,分选效果不明显。

  磁选法处理高铝铁矿能在一定程度上提高精矿铁品位,但该工艺总体铁回收率与降铝效果不理想,特别是铝以微细粒嵌布或类质同象形式存在于铁矿物中的高铝铁矿。

  总体而言,对于铁、铝矿物嵌布关系简单的高铝铁矿,重选、磁选等选矿方法均能得到满足炼铁工业生产要求的铁精矿,但铁回收率均比较低;但对于铝铁嵌布关系复杂的高铝铁矿,由于铝容易以类质同象形式替代铁,采用选矿法对其进行铝铁分离的效果较差。

  1.2 焙烧法

  目前关于高铝铁矿的焙烧处理工艺研究主要集中在中南大学,包括焙烧浸出法、磁化焙烧法和直接还原法。

  1.2.1 焙烧浸出法

  周太华等开发了钠盐焙烧—浸出工艺,对印度尼西亚某Al2O3含量8.16%高铝铁矿石进行处理,得到了TFe品位62.72%、Al2O3含量3.62%的铁精矿,有效实现了铝铁的分离。有价元素在浸出液中富集后可进一步回收,残留在铁精矿中的铝矿物主要是呈微细粒嵌布于铁矿物中的α-Al2O3。但该工艺采用进行浸出,对设备腐蚀大,成本也相对较高。

  1.2.2 磁化焙烧法

  鞍山某TFe品位 24%、Al2O3含量7.42%、SiO2含量47.39%的高铝铁矿,主要矿物为赤铁矿、褐铁矿和高岭土。C.Li等 采用磁化焙烧工艺处理该矿石,得到TFe 品位61.3%、回收率88.2%的铁精矿。李光辉等对印度尼西亚某TFe品位48.92%、Al2O3含量8.16%的高铝铁矿进行磁化焙烧—磁选试验,仅获得TFe 品位63.28%、Al2O3 含量10.3%的铁精矿,可见磁化焙烧—磁选工艺将铁富集到精矿中,但对高铝铁矿的铝铁分离效果不好。

  1.2.3 直接还原法

  刘牡丹等对印度尼西亚某Al2O3含量8.16%的高铝铁矿深入开展了钠化还原过程的热力学特性、矿物物理化学性能变化规律、反应动力学规律及矿物分离的微观机制研究,建立了高铝铁矿铝铁分离的物理化学基础,开发了高铝铁矿直接还原焙烧铝铁分离的钱柜777官网。试验结果表明,该工艺能有效实现高铝铁矿的铝铁分离,获得TFe品位91.00%、Al2O3含量1.36%的还原铁粉,铁回收率91.58%,铝脱除率90.47%。该金属铁粉经过进一步处理后可用于电炉炼钢,非磁性物可综合回收铝、硅、钠、等有价元素,实现资源的综合利用。相比目前高铝铁矿的各种焙烧工艺而言,直接还原工艺较为成功,具有流程简单、产品指标优异的优点,但以钠盐作添加剂焙烧,成本高昂,对设备的耐腐蚀性要求也较高,因此工业应用难度较大。

  1.3 生物法

  生物法主要通过微生物菌种对高铝铁矿进行浸出,从而达到脱除铝、硅的目的。该方法是一种新兴钱柜777官网,国内外学者在这方面的研究相对较少,报道不多。

  N. Pradhan以Bolani TFe品位52.94%、Al2O3含量9.95%的高铝铁矿泥为原料,分别研究了黑曲霉和环状芽胞杆菌浸出工艺对其铝铁分离的影响。结果表明,采用黑曲霉对高铝铁矿进行就地堆浸,15 d后浸出液Al2O3含量可降低到5.93%,但TFe品位也降低到40%左右;采用环状芽胞杆菌堆浸,6 d后浸出液Al2O3含量为5.8%,铁品位51.74%;采用黑曲霉在培养基中浸出高铝铁矿,13 d后浸出液Al2O3含量为7.64%,铁品位53%;采用环状芽胞杆菌培养基浸出,铁的溶解相对更多。可见,这两种微生物作为浸出介质所得的铁精矿品质较差。

  N.Deo等详细研究了多黏芽孢杆菌对赤铁矿、刚玉、石英、高岭石等矿物表面性质的影响,发现生物预处理可增强石英、高岭石的疏水性及赤铁矿、刚玉的亲水性,同时显著增强细菌蛋白质对石英、高岭石的吸附作用及多糖对赤铁矿和刚玉的吸附作用。因此,上述矿物经生物预处理后可通过浮选实现铝、硅矿物与铁矿物的分离。

  生物法虽然具有成本低、环境污染小等优势,可选择性地脱除矿石中的部分铝、硅矿物,但反应周期长,矿浆浓度较低,且铁矿物在浸出过程也发生溶解,均会降低精矿铁品位和回收率。

  2 结 语

  高铝铁矿资源储量丰富,具备解决全球铁矿资源供需矛盾的潜力。该资源利用的关键钱柜777官网目前主要选矿法、焙烧法、生物法3种工艺。

  (1)选矿法工艺简便、处理能力大,能有效分选铝铁嵌布关系简单的高铝铁矿石。研发高效的氧化铝-氧化铁分散剂、絮凝剂和能低成本分选细粒高铝铁矿的设备等是探索经济高效地实现铝铁分离的方向。

  (2)焙烧法获得的铁精矿品质优良,部分产品铁品位、回收率和铝脱除率均可达到90%以上,将来的研究方向应着重于解决处理成本过高的问题。

  (3)生物法是一条新颖的处理高铝铁矿石的途径,虽然目前存在脱除效果有限、回收率不高、反应时间长等缺陷,但其具有环境污染小、设备简单、成本低等优势,具有广阔的研究空间。

  (4)如何克服现有工艺的弊端,在系统研究高铝铁矿石性质和工艺矿物学性质的基础上,开发简单、高效的工艺实现高铝铁矿的综合利用是将是今后该领域科研工作的发展方向。

 



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