回转窑在菱铁矿焙烧磁选中的应用

回转窑在菱铁矿焙烧磁选中的应用

朱云飞

（中冶北方工程技术有限公司 辽宁大连 116600）

摘要：针对低品位菱铁矿石采采用焙烧工艺，将工业生产上不易处理的菱铁矿转化为易处理的人工磁铁矿或假象赤铁矿，然后以经济可行的方式进行分选。

关键词：菱铁矿；磁化焙烧；回转窑；温度场

0 引言

陕西大西沟矿业有限公司（简称矿业公司）是陕西龙门钢铁（集团）有限责任公司控股的股份制公司，矿业公司所属的大西沟铁矿东部矿体开采将是陕西龙钢主要的铁原料基地，矿业公司的产品主要供陕西龙钢。陕西龙钢目前已具备300万t/a钢的生产规模，至今没有一个较大规模的铁原料矿山。随着公司生产能力的扩大，对铁原料的需求更为迫切。目前国内铁原料比较紧张，价格也比较高，为确保公司钢铁生产，同时也为了解决陕西龙钢尚无铁原料基地的困难，此次以大西沟铁矿东部矿体菱铁矿为原料，采用焙烧-磁选-反浮选工艺，解决其原料问题。大西沟铁矿石以菱铁矿为主，选矿加工比较困难。经选矿试验室试验和选矿半工业试验，菱铁矿的选矿工艺已经过关，采用焙烧-磁选-反浮选工艺，其铁精矿品位可达61％以上，铁回收率可达80％以上。在这里，技术研制特指中性焙烧工段。

1 研究现状及发展趋势

近几年我国钢铁发展很快，已具备3亿t钢的生产能力，然而我国铁原料的生产能力已远远地低于钢铁生产的需要，由于国内铁原料的短缺，国内铁原料的价格也很高。大西沟铁矿地质储量3亿多吨，还有远景储量，这么大的储量不开发利用是我国钢铁生产的巨大损失，也不利于我国经济的发展。

大西沟铁矿床是以菱铁矿为主的铁矿床，菱铁矿的选矿加工在前些年是比较困难的，选别指标很差。经科技工作者多年潜心努力，目前菱铁矿的选矿加工工艺已过关。本次技术研制又进行了试验室试验和半工业试验，均取得了理想的结果，而半工业试验取得的成果已达到菱铁矿的国内、国际先进水平。通过两年多的生产实践，90万t/a这一工艺流程取得了巨大的成功。现在，大西沟已开展800万t/a的可行性研究。

2 研制工作主要内容

工艺矿物学研究结果表明，大西沟纯菱铁矿单矿物含铁量为41.82％，由于有镁、锰类质同象的存在，其菱铁矿单矿物铁品位仅39.70％，仅采用传统的磁、重、浮选矿工艺，不可能将精矿品位提高到60％以上。要达到精矿品位60％以上，必须采用焙烧工艺，将工业生产上不易处理的菱铁矿转化为易处理的人工磁铁矿或假象赤铁矿，然后以经济可行的方式进行分选。

根据菱铁矿的差热分析可知，菱铁矿石加热到564～848.8℃时，即可完全分解，属于中低温焙烧，加之菱铁矿在加热分解的过程中产生的CO₂足以完成菱铁矿向磁铁矿的转化，不需要额外添加任何还原剂，因而，菱铁矿的磁化焙烧与需要额外添加还原剂的赤、褐铁矿的焙烧相比，煤耗量较低。菱铁矿在焙烧过程中，当焙烧温度达到564℃时进入菱铁矿激烈分解区，FeCO₃→FeO+ CO₂，当焙烧温度达到600℃以上时,进入氧化放热区3FeO+CO₂→Fe₃O₄+ CO，当焙烧温度达到848.8℃时，进入Fe₂O₃还原区，Fe₂O₃+ CO→2Fe₃O₄+ CO₂。由于焙烧过程中大量的CO₂从FeCO₃晶格中挥发出来，焙烧后的人工磁铁矿空洞发育，结构疏松。与原生磁铁矿相比，可磨度是天然磁铁矿的1.49倍，磨矿成本大幅降低。

目前经济可行的铁矿石还原焙烧设备主要有竖炉、回转窑。焙烧热源有煤、煤气、油、电等。本次研制采用以煤做原料的回转窑焙烧有以下两点依据：（1）对于大西沟附加值较低的菱铁矿石焙烧而言，以重油及电做热源显然过于昂贵，附近也没有煤气来源，因此利用陕西燃煤资源丰富的优势，以煤作燃料进行磁化焙烧，在经济上是合理的。（2）竖炉焙烧的最低粒度下限是8～20mm，不能实现全粒级焙烧，势必造成资源的浪费。而回转窑最大的优势就在于可以实现全粒级焙烧，有利于提高资源利用率，同时，磁化焙烧效果也很好，由于不需要进行粗细矿石分别处理，矿石及设备的管理都相对简单。

因此，对于大西沟菱铁矿而言，选择以煤做燃料的回转窑进行磁化焙烧是合理的。

3 关键技术及创新点

关键技术在于：1.对于菱铁矿是否采用了有效的焙烧设备。2.如何掌握窑内磁化焙烧各点温度变化。3.适宜的燃料。

创新在于：选择了可实现全粒级焙烧的设备—回转窑，同时能时时监控窑内温度场的变化。

通过大量的试验及生产实践，掌握了大西沟菱铁矿磁化焙烧适宜的温度场、合理的焙烧时间以及回转窑设备本身的参数：

温度场：（窑头到窑尾）1# 511℃、2# 745℃、3# 848℃、4# 442℃、5# 223℃、6# 124℃、7# 155℃。回转窑规格：φ4.0×50m。筒体内径：4m，长度：50m，倾角：2.429°，窑速：0.5～1.0r/min(正常0.8r/min)，充填率8%，焙烧时间：80min，处理能力65t/h。为处理能力从90万t/a到800万t/a的跨越，提供了技术上的保障。

适宜的燃料为神木煤。

4 预期指标

φ4.0×50m回转窑，窑速0.8r/min，焙烧时间80min，燃料为神木煤，焙烧后磁铁精矿品位60％，回收率84%，处理能力65万t/h。在此成功的基础上，处理能力800万t/a的生产线在工艺上得到了保障。设备规模可达到φ6.0×70m。

5 产品使用情况

目前大西沟采用了二条φ4.0×50m回转窑生产线，在回转窑使用过程中主要有两点：一是温度场的控制，二是燃料的选择。

（1）关于菱铁矿焙烧温度场的控制

大西沟菱铁矿磁化焙烧属于中性磁化焙烧，菱铁矿差热分析结果表明，菱铁矿的分解温度为563℃，600℃出现放热峰，到848.8℃时，菱铁矿完全分解并转化为Fe₃O₄。实践证明，当焙烧温度控制在600～800℃，焙烧时间80～40min时，均可获得较好的焙烧产品。在生产中，根据火焰长短在650～900℃之间调整温度高低，均可达到较好的焙烧效果。相对而言，低温长焰焙烧的效果优于高温焙烧效果，因此合理控制窑内温度分布状态，即可得到优质焙烧矿。

（2）关于菱铁矿焙烧燃料的选择

在目前的现实与经济成本条件下，以煤作燃料是大西沟菱铁矿焙烧最合理的选择。为了减少煤耗以降低生产成本，减缓或根除回转窑焙烧的结圈问题以提高劳动生产率，大西沟铁矿选矿厂工业生产焙烧段工作重中之重是燃煤的选择。除了选择低硫煤以减少大气污染，避免焙烧过程中生成磁黄铁矿而影响产品质量外，应选择灰分低、挥发分高、着火点低、灰熔点高的煤种，从而使燃烧更完全，火焰长短易控制，残碳少，不结圈。

通过生产实践证明，只要控制好温度场，选择适宜的煤种，将有利于确保温度场的稳定，减少或杜绝结圈现象，从而使焙烧指标稳定。提高劳动生产率。由于神木煤易于控制，不宜结圈，其技术指标与经济指标均优于其他煤种。所以选择神木煤作为生产燃煤。

6 与国内外同类产品的比较

本工艺流程在国内属于首创，无论设备能力、水平和产品的技术指标都达到菱铁矿的国内、国际先进水平。

7 结论

（1）用回转窑能够实现大西沟菱铁矿全粒级焙烧。

（2）煤种是影响回转窑结圈性能的主要因素。

（3）采用合适的煤种（神木煤）可以满足回转窑焙烧菱铁矿的要求。

通过几年的生产实践证明，该工艺流程具有焙烧性能好、温度适应范围宽、热工制度稳定、窑内气氛易于控制等特点。只要燃料选择得当，采用回转窑焙烧可以实现低成本全粒级磁化焙烧，完全能够满足磁化焙烧的生产要求。

作者简介：朱云飞（1971-），女（汉族），辽宁康平人，中冶北方工程技术有限公司,高级工程师。

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