.978 北京科技大学学报 第35卷 品位为63%，铁回收率在60%以上的铁精矿：龙来 实验用还原剂分别为云南沧澜褐煤和内蒙古 寿等刊采用酸浸-磁选-水力分级联合流程获得了铁 无烟煤（以下分别简称为褐煤和无烟煤），两种煤的 品位为60.66%，硫含量为0.2%的铁精矿，但回收率 工业分析指标如表1所示.使用时煤破碎至-4mm 只有43.6%.从以上研究可以看出，通过多种选矿 实验所用钙盐脱硫剂SH和KT为工业品，来源广 方法，虽然从硫酸渣中可以获得铁品位较高的铁精 泛，价格便宜 矿，但其铁回收率较低，硫含量则较高.此外，通 过对硫酸渣进行还原，改变其物相的研究也有报道. 表1实验用煤工业分析（质量分数） 朱德庆等冏进行了硫酸渣复合球团还原焙烧-磁选 Table 1 Proximate analysis results of coal 令 实验研究，最终获得了铁品位为66.23%，硫含量为 煤种类 水分 灰分 挥发分 固定碳 全硫 褐煤 16.51 8.52 38.98 35.77 0.22 0.053%的铁精矿，其铁回收率达到了73.32%. 无烟煤 1.36 8.01 7.11 83.26 0.26 硫酸渣在发达国家的利用率接近100%.Half- yard和Hawboldt通过氯化焙烧处理硫酸渣，然 由表1可以看出，褐煤和无烟煤在水分、挥 后经分选得到的铁精粉作为炼铁原料，硫酸渣中的 发分、固定碳等指标上均存在不同程度的差别.褐 有色金属元素也得到了充分的回收：Steel等o针 煤的水分和挥发分相对较高，质量分数分别达到了 对硫酸渣的物理化学性质进行了详细的研究：Son 16.51%和38.98%：而无烟煤的固定碳质量分数相对 和Kim指出，钙盐通过特定工艺方法可以将硫 较高，达到83.26%：两种煤的灰分和硫含量则相近 化物转化为硫化钙或硫酸钙，这样可以避免气态单 由文献[13可知，当煤用量为30%时，硫酸渣 质硫或二氧化硫等有害物质的生成. 经直接还原焙烧-磁选工艺可以得到较好的提铁脱 综上所述，针对硫酸渣在提铁降硫方面的研究 硫效果，但不同脱硫剂与煤组合时脱硫效果不同 较多，也有一定的进展，但硫酸渣中硫的去除效果 因此，以用量为30%的褐煤和无烟煤分别做还原 不好.这是由于硫在硫酸渣中主要以黄铁矿的形式 剂，与两种钙盐脱硫剂SH和KT组合进行机理 存在，粒度在2m以下的磁铁矿和赤铁矿将黄铁 研究 矿紧密地包裹起来2，因此通过常规选矿方法处理 1.2研究方法 硫酸渣难以达到理想的脱硫效果 将硫酸渣、煤和钙盐脱硫剂按比例混匀后置于 近年来，笔者2-1)针对硫酸渣利用所存在的 石墨坩埚中，放入GME-8/200型马弗炉内进行直 问题进行了直接还原焙烧同步脱硫的研究.结果表 接还原焙烧[14-1).焙烧和磨矿磁选的条件已经进 明，以钙盐SH为脱硫剂，以褐煤为还原剂对硫酸渣 行了详细的实验：焙烧温度为1200℃，焙烧时 进行直接还原焙烧-磁选，可以得到高铁低硫的直 间为60mi血，升温方式为慢速升温.达到焙烧时间 接还原铁产品.最佳条件下所得还原铁产品中的各 后取出焙烧矿自然冷却.而后将焙烧矿进行两段磨 项铁指标分别为：铁品位90.63%，铁回收率92.65%， 矿、两段磁选实验，一段磨矿细度为-0.074mm占 硫含量0.046%.研究中发现，不同种类的还原剂和 80%,二段磨矿细度为-0.043mm占95%，两段磁 钙盐脱硫剂组合对直接还原同步脱硫的影响规律不 选磁场强度均为111.5kAm-1 同，但未对其机理进行深入研究.本文的目的是研 机理研究时把焙烧矿分别进行X射线衍射 究在不同种类还原剂和钙盐脱硫剂组合条件下，硫 (XRD)分析和扫描电子显微镜(SEM)观察.为区 酸渣直接还原焙烧同步脱硫过程中的矿物组成和结 别直接还原焙烧和一般的磁化焙烧过程的不同，将 构，尤其是含硫矿物的变化规律，查明不同还原剂 直接还原焙烧-磁选所得的磁性产品称为还原铁产 和钙盐脱硫剂组合对硫酸渣直接还原同步脱硫过程 品，简称还原铁 产生不同影响的作用机理 2不同钙盐脱硫剂用量变化对提铁脱硫效 1试样性质及研究方法 果影响对比 1.1试样与还原剂性质 研究用硫酸渣由内蒙古某矿业公司提供，其铁 为考察不同种类的煤和钙盐脱硫剂组合时，钙 品位为51.51%，硫的质量分数达0.99%.其中金属 盐种类和用量变化对硫酸渣在直接还原焙烧同步脱 矿物为磁铁矿、赤铁矿和黄铁矿：脉石矿物为镁橄 硫过程中的影响.在不同组合条件下进行了钙盐脱 榄石：硫在硫酸渣中主要以黄铁矿的形式存在.硫 硫剂用量实验.为叙述方便，不同种类煤与脱硫剂 酸渣的详细性质参见文献[12. 组合用代号表示，实验结果如表2所示· 978 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 35 卷 品位为 63%，铁回收率在 60%以上的铁精矿；龙来 寿等[7] 采用酸浸–磁选–水力分级联合流程获得了铁 品位为 60.66%，硫含量为 0.2%的铁精矿，但回收率 只有 43.6%. 从以上研究可以看出，通过多种选矿 方法，虽然从硫酸渣中可以获得铁品位较高的铁精 矿，但其铁回收率较低，硫含量则较高. 此外，通 过对硫酸渣进行还原，改变其物相的研究也有报道. 朱德庆等[8] 进行了硫酸渣复合球团还原焙烧–磁选 实验研究，最终获得了铁品位为 66.23%，硫含量为 0.053%的铁精矿，其铁回收率达到了 73.32%. 硫酸渣在发达国家的利用率接近 100%. Half￾yard 和 Hawboldt[9] 通过氯化焙烧处理硫酸渣，然 后经分选得到的铁精粉作为炼铁原料，硫酸渣中的 有色金属元素也得到了充分的回收；Steel 等[10] 针 对硫酸渣的物理化学性质进行了详细的研究；Sohn 和 Kim[11] 指出，钙盐通过特定工艺方法可以将硫 化物转化为硫化钙或硫酸钙，这样可以避免气态单 质硫或二氧化硫等有害物质的生成. 综上所述，针对硫酸渣在提铁降硫方面的研究 较多，也有一定的进展，但硫酸渣中硫的去除效果 不好. 这是由于硫在硫酸渣中主要以黄铁矿的形式 存在，粒度在 2 µm 以下的磁铁矿和赤铁矿将黄铁 矿紧密地包裹起来[12]，因此通过常规选矿方法处理 硫酸渣难以达到理想的脱硫效果. 近年来，笔者[12−13] 针对硫酸渣利用所存在的 问题进行了直接还原焙烧同步脱硫的研究. 结果表 明，以钙盐 SH 为脱硫剂，以褐煤为还原剂对硫酸渣 进行直接还原焙烧–磁选，可以得到高铁低硫的直 接还原铁产品. 最佳条件下所得还原铁产品中的各 项铁指标分别为：铁品位 90.63%，铁回收率 92.65%， 硫含量 0.046%. 研究中发现，不同种类的还原剂和 钙盐脱硫剂组合对直接还原同步脱硫的影响规律不 同，但未对其机理进行深入研究. 本文的目的是研 究在不同种类还原剂和钙盐脱硫剂组合条件下，硫 酸渣直接还原焙烧同步脱硫过程中的矿物组成和结 构，尤其是含硫矿物的变化规律，查明不同还原剂 和钙盐脱硫剂组合对硫酸渣直接还原同步脱硫过程 产生不同影响的作用机理. 1 试样性质及研究方法 1.1 试样与还原剂性质 研究用硫酸渣由内蒙古某矿业公司提供，其铁 品位为 51.51%，硫的质量分数达 0.99%. 其中金属 矿物为磁铁矿、赤铁矿和黄铁矿；脉石矿物为镁橄 榄石；硫在硫酸渣中主要以黄铁矿的形式存在. 硫 酸渣的详细性质参见文献 [12]. 实验用还原剂分别为云南沧澜褐煤和内蒙古 无烟煤 (以下分别简称为褐煤和无烟煤)，两种煤的 工业分析指标如表 1 所示. 使用时煤破碎至 −4 mm. 实验所用钙盐脱硫剂 SH 和 KT 为工业品，来源广 泛，价格便宜. 表 1 实验用煤工业分析 (质量分数) Table 1 Proximate analysis results of coal % 煤种类 水分 灰分 挥发分 固定碳 全硫 褐煤 16.51 8.52 38.98 35.77 0.22 无烟煤 1.36 8.01 7.11 83.26 0.26 由表 1 可以看出，褐煤和无烟煤在水分、挥 发分、固定碳等指标上均存在不同程度的差别. 褐 煤的水分和挥发分相对较高，质量分数分别达到了 16.51%和 38.98%；而无烟煤的固定碳质量分数相对 较高，达到 83.26%；两种煤的灰分和硫含量则相近. 由文献 [13] 可知，当煤用量为 30%时，硫酸渣 经直接还原焙烧–磁选工艺可以得到较好的提铁脱 硫效果，但不同脱硫剂与煤组合时脱硫效果不同. 因此，以用量为 30%的褐煤和无烟煤分别做还原 剂，与两种钙盐脱硫剂 SH 和 KT 组合进行机理 研究. 1.2 研究方法 将硫酸渣、煤和钙盐脱硫剂按比例混匀后置于 石墨坩埚中，放入 GME-8/200 型马弗炉内进行直 接还原焙烧[14−15] . 焙烧和磨矿磁选的条件已经进 行了详细的实验[13]：焙烧温度为 1200 ℃，焙烧时 间为 60 min，升温方式为慢速升温. 达到焙烧时间 后取出焙烧矿自然冷却. 而后将焙烧矿进行两段磨 矿、两段磁选实验，一段磨矿细度为 −0.074 mm 占 80%，二段磨矿细度为 −0.043 mm 占 95%，两段磁 选磁场强度均为 111.5 kA·m−1 . 机理研究时把焙烧矿分别进行 X 射线衍射 (XRD) 分析和扫描电子显微镜 (SEM) 观察. 为区 别直接还原焙烧和一般的磁化焙烧过程的不同，将 直接还原焙烧–磁选所得的磁性产品称为还原铁产 品，简称还原铁. 2 不同钙盐脱硫剂用量变化对提铁脱硫效 果影响对比 为考察不同种类的煤和钙盐脱硫剂组合时，钙 盐种类和用量变化对硫酸渣在直接还原焙烧同步脱 硫过程中的影响. 在不同组合条件下进行了钙盐脱 硫剂用量实验. 为叙述方便，不同种类煤与脱硫剂 组合用代号表示，实验结果如表 2 所示