刘依然等：海砂矿深度还原一磁选分离实验研究 ·183* 箱105℃下干燥后，放入管式炉内还原，实验过程全程 精矿铁品位均达到最大值(94.23%和97.19%)，继续 通氩气(3L·min)保护.反应结束后还原产物在氩气 升高温度至1350℃时，尾矿钛品位逐渐升高至 保护的容器内冷却，选取部分产物制样后进行X射线 57.94%,而钛回收率小幅下降至87.22%，且金属化 衍射分析.将所有还原产物经磨样机磨至一定粒度 率和铁品位稍有下降.还原温度过高，易导致压块中 后，通过湿式磁选机进行磁选实验，磨矿采用功指数球 海砂矿颗粒产生烧结现象，还原过程中的过渡相F0 磨机，磁选设备为DTCXG-ZNS0型号的磁选管.以还 和海砂矿中SiO,等脉石成分结合生成低熔点化合物 原产物的铁金属化率为指标考察还原效果，以磁选产 (如nFeO·SiO,),降低Fe0的活性而阻碍铁氧化物的 品（精矿和尾矿）品位和回收率为指标考察磁选效果. 还原，且生成的低熔点化合物在高温下会由固态向液 态转变，降低压块的孔隙率，抑制碳气化反应的内扩散 2实验结果与讨论 过程，恶化还原动力学条件.此外，液相的生成包裹部 2.1还原温度的影响 分海砂矿固相颗粒的表面，阻碍固一固相之间和气一固 实验选取参数为碳氧摩尔比1.1，还原时间 相之间的接触，使得还原反应的总接触界面积减小，阻 30min,磨矿细度-0.074mm质量分数86.34%，磁感 碍还原反应，金属化率提高缓慢：同时，生成的金属铁 应强度50mT.磁选后分析精矿铁品位和尾矿钛品位， 颗粒细小分散，不利于聚集长大，破碎磨选过程夹带大 并计算铁、钛回收率，实验结果见图3和图4. 量的渣相，降低了精矿产率及铁品位.故1300℃是较 100 100 195 为适宜的还原温度. 95 94 2.2还原时间的影响 90 为研究还原时间对海砂矿还原一磁选效果的影 85 ±一金属化率 。一精矿铁品位 5 响，实验选取碳氧摩尔比1.1，还原温度1300℃，磨矿 80 一铁同收 80 92 细度-0.074mm质量分数86.34%，磁感应强度 15 75 50mT,实验结果见图5和图6 70 90 100 98 791 65 98 ·一金属化率 96 1150 1200 1250130 1350 ·精铁品位 94 90 还原温度℃ 94 ·一铁回收率 92 2 图3还原温度对金属化率、精矿品位和回收率的影响 90 89 90 Fig.3 Effect of reduction temperature on the metallization. iron 88 88 86 86 grade and iron recovery of the ironsand 84运 82 82 60 94 80 58 ·一尾面钛品位 80 86 93 78 78 。一钛同收率 15 20 25 30 35 56 还原时间min 兰54 92 图5还原时间对金属化率、精矿品位和回收率的影响 2 91等 Fig.5 Effect of reduction time on the metallization,iron grade and 50 90 iron recovery of the ironsand 46 88 由图5可以看出，随着还原时间的延长，金属化率 4 87 先上升后趋于平稳，精矿铁品位和铁回收率与金属化 1150120012501300 1350 率呈现类似的变化规律.金属化率曲线迅速上升部分 还原温度℃ (0~30mim)为还原反应快速发生阶段，此阶段还原剂 图4还原温度对钛富集的影响 充足，与海砂矿接触面积大，还原性气氛良好，且未反 Fig.4 Effect of reduction temperature on the enrichment of Ti 应的海砂矿与还原剂之间产物层较薄，有利于还原气 由图3和图4可以看出，在还原温度低于1300℃ 体至未反应矿石表面，因而还原反应速率很快，金属化 时，金属化率和精矿铁品位随着还原温度的升高而升 率上升迅速.当还原时间达到30min时，压块的金属 高。这主要是因为碳还原铁氧化物是吸热反应，温度 化率提高至94.23%.随着金属化率的提高，还原产物 升高有利于促进还原反应，提高还原产物金属化率；同 磁性物质所占比例增加，有利于提高精矿铁品位和铁 时，升高温度可以增加活化分子数目，加快还原速率， 回收率.缓慢上升部分(30~35mim)对应为压块还原 在设定的还原时间内，金属化率随还原速率的提高而 反应逐渐达到平衡的过程，反应时间进一步延长，产物 增加.还原温度为1300℃时，还原产物的金属化率和 层增厚，未反应的海砂矿和还原剂逐渐分离，压块内部刘依然等: 海砂矿深度还原--磁选分离实验研究 箱 105 ℃下干燥后，放入管式炉内还原，实验过程全程 通氩气( 3 L·min － 1 ) 保护． 反应结束后还原产物在氩气 保护的容器内冷却，选取部分产物制样后进行 X 射线 衍射分析． 将所有还原产物经磨样机磨至一定粒度 后，通过湿式磁选机进行磁选实验，磨矿采用功指数球 磨机，磁选设备为 DTCXG--ZN50 型号的磁选管． 以还 原产物的铁金属化率为指标考察还原效果，以磁选产 品( 精矿和尾矿) 品位和回收率为指标考察磁选效果． 2 实验结果与讨论 2. 1 还原温度的影响 实 验 选 取 参 数 为 碳 氧 摩 尔 比 1. 1，还 原 时 间 30 min，磨矿细度 － 0. 074 mm 质量分数 86. 34% ，磁感 应强度 50 mT． 磁选后分析精矿铁品位和尾矿钛品位， 并计算铁、钛回收率，实验结果见图 3 和图 4． 图 3 还原温度对金属化率、精矿品位和回收率的影响 Fig． 3 Effect of reduction temperature on the metallization，iron grade and iron recovery of the ironsand 图 4 还原温度对钛富集的影响 Fig． 4 Effect of reduction temperature on the enrichment of Ti 由图 3 和图 4 可以看出，在还原温度低于 1300 ℃ 时，金属化率和精矿铁品位随着还原温度的升高而升 高． 这主要是因为碳还原铁氧化物是吸热反应，温度 升高有利于促进还原反应，提高还原产物金属化率; 同 时，升高温度可以增加活化分子数目，加快还原速率， 在设定的还原时间内，金属化率随还原速率的提高而 增加． 还原温度为 1300 ℃ 时，还原产物的金属化率和 精矿铁品位均达到最大值( 94. 23% 和 97. 19% ) ，继续 升高 温 度 至 1350 ℃ 时，尾矿钛品位逐渐升高至 57. 94% ，而钛回收率小幅下降至 87. 22% ，且金属化 率和铁品位稍有下降． 还原温度过高，易导致压块中 海砂矿颗粒产生烧结现象，还原过程中的过渡相 FeO 和海砂矿中 SiO2 等脉石成分结合生成低熔点化合物 ( 如 nFeO·SiO2 ) ，降低 FeO 的活性而阻碍铁氧化物的 还原，且生成的低熔点化合物在高温下会由固态向液 态转变，降低压块的孔隙率，抑制碳气化反应的内扩散 过程，恶化还原动力学条件． 此外，液相的生成包裹部 分海砂矿固相颗粒的表面，阻碍固--固相之间和气--固 相之间的接触，使得还原反应的总接触界面积减小，阻 碍还原反应，金属化率提高缓慢; 同时，生成的金属铁 颗粒细小分散，不利于聚集长大，破碎磨选过程夹带大 量的渣相，降低了精矿产率及铁品位． 故 1300 ℃ 是较 为适宜的还原温度． 2. 2 还原时间的影响 为研究还原时间对海砂矿还原--磁 选 效 果 的 影 响，实验选取碳氧摩尔比 1. 1，还原温度 1300 ℃，磨矿 细度 － 0. 074 mm 质 量 分 数 86. 34% ，磁 感 应 强 度 50 mT，实验结果见图 5 和图 6． 图 5 还原时间对金属化率、精矿品位和回收率的影响 Fig． 5 Effect of reduction time on the metallization，iron grade and iron recovery of the ironsand 由图 5 可以看出，随着还原时间的延长，金属化率 先上升后趋于平稳，精矿铁品位和铁回收率与金属化 率呈现类似的变化规律． 金属化率曲线迅速上升部分 ( 0 ～ 30 min) 为还原反应快速发生阶段，此阶段还原剂 充足，与海砂矿接触面积大，还原性气氛良好，且未反 应的海砂矿与还原剂之间产物层较薄，有利于还原气 体至未反应矿石表面，因而还原反应速率很快，金属化 率上升迅速． 当还原时间达到 30 min 时，压块的金属 化率提高至 94. 23% ． 随着金属化率的提高，还原产物 磁性物质所占比例增加，有利于提高精矿铁品位和铁 回收率． 缓慢上升部分( 30 ～ 35 min) 对应为压块还原 反应逐渐达到平衡的过程，反应时间进一步延长，产物 层增厚，未反应的海砂矿和还原剂逐渐分离，压块内部 · 381 ·