一.导言

我国全面建设小康社会和资源节约型社会，极大地刺激了钢铁工业的快速发展。2009年中国粗钢产量已达，全年铁矿石进口量已达，自给率不足，进口铁矿石价格居高不下。迫切需要采用新的选矿技术来提高国内铁矿石的资源利用率。针对我国每年数亿吨低品位难选强磁选精矿、中矿及伴生弱磁性铁物料分选利用的困难，近年来，在俞永福院士的带领下，开发了数秒闪速磁化焙烧新技术，为直接处理微细粉状铁物料开辟了新的有效利用途径，在闪速磁化焙烧还原技术和前期工程技术方面做了大量开创性的研究工作。本文以我国著名的难选“红铁矿”——酒钢镜铁山铁矿粉为研究对象，采用闪速磁化焙烧新工艺对其进行了性能研究，并通过X射线衍射、磁性能测试和穆斯堡尔谱对其进行了表征。第二，测试

(1)测试样品

样品为酒钢镜铁山桦树沟矿的粉矿(15 ~ 0 mm ),经工业磨机磨矿，称为原矿(JY)和经粗选、精选、扫选后的中矿(JZ)。铁矿石中主要有用矿物铁品位低，嵌布粒度细，脉石含量高。矿石结构非常复杂，具有条带状、块状和浸染状构造。可分离回收的三种铁矿物是弱磁性镜铁矿、镁(锰)菱铁矿和褐铁矿。目前三种铁矿物的比例约为2.4: 1: 1.4，粉矿铁品位一般为29% ~ 31%。矿脉矿物主要为碧玉、应时、重晶石和铁白云石，围岩为千枚岩，其中大部分为铁千枚岩。各种矿物的碎磨性能和分选性能差异很大。脉石矿物中的碧玉和千枚岩严重影响选矿的分选效果，造成酒钢粉矿分选困难、效率低。

(2)快速磁化焙烧试验

闪速磁化焙烧系统热反应装置中的还原气氛发生器以焦炭或木炭为原料，以一定压力的空气体为气化介质，产生主要由CO组成的还原气体，其中CO的含量主要通过调节风量来控制；在闪速磁化焙烧试验中，当煤气发生炉的煤气出口温度在600℃以上，且管式电加热器和主加热炉处的金属壁温度升至600℃时，即可开始焙烧试验操作。一定温度的还原气体由电加热器控制，然后进入流态化闪速磁化还原炉，待还原的含铁物料进行闪速磁化焙烧，得到人造磁铁矿；磁铁矿用一定压力的惰性气体保护，从收集系统排出，水淬后得到磁化焙烧样品。

(三)仪器分析和取样方法

利用VSM振动样品磁强计测量焙烧前后样品磁矩与磁场强度的关系，以揭示物料闪速磁化焙烧后的磁性变化规律，分析物料的磁选性能。

XRD分析采用Rigaku D/max-3c x射线衍射仪，采用Cu Kα辐射，石墨单色滤光片，步进扫描。测试参数:电压40kV，电流50mA，扫描速度15 /min，光散射狭缝DS: 1，接收狭缝RS: 0.30mm，散射狭缝SS: 1。

穆斯堡尔谱用德国牛津公司生产的MS500常规等加速谱仪测量。放射源为钯基57Fe。用厚度为25μm的α-Fe纯铁箔标定了谱仪速率，并用计算机拟合求解了光谱。

三。结果和讨论

(1)不同快速磁化焙烧时间的试验结果

原矿(JY)不同时间的闪速磁化焙烧试验结果见表4。在弱还原气氛和流态化焙烧条件下，通过加、放料(3秒~ 5秒)至60秒，可对难选复杂铁粉进行闪速磁化，磁性产品收率为50.90%。由于酒钢的物料性质复杂，难以选择(且矿石中镁、锰含量较高)，即使经过焙烧、磁选，其铁精矿品位仍只有55% ~ 56%(实验室结果略高，达到57% ~ 58%)，这一点可从酒钢矿样研究文献和多年生产实践结果中得到验证。

试验结果表明，在弱还原气氛和流态化焙烧条件下，通过3秒~5秒的充放电(60秒)也实现了难选复杂中矿铁物料的闪速磁化，磁性产品收率为55.56% ~ 63.56%。铁产率为76.64% ~ 81.66%的弱磁选精矿表明，复杂介质矿粉磁化焙烧也能实现闪速焙烧，自主设计的具有知识产权的热闪速磁化焙烧试验装置获得成功。

对含铁物料进行闪速磁化焙烧的条件试验表明，当配板温度为650 ~ 800℃，CO体积含量为4.5% ~ 0%时，闪速磁化焙烧效果较好。焙烧矿磁性产品的出铁率随着分布板温度的升高而增加，增加幅度先大后小；当分配板温度从650℃升高到740℃时，铁产量增加10% ~ 12%，而当分配板温度从740℃升高到800℃时，铁产量增加4% ~ 6%。随着还原反应气氛中CO含量的降低，铁的产率增加。当分布板温度为740℃时，CO含量为4.5% ~ 3.2%时，铁收得率仅为61.75% ~ 66.09%，而CO含量为0.6% ~ 0%时，铁收得率达到72.38% ~ 79.43%，增加率达到10%。在“加、出料”至60秒的磁化焙烧时间内，铁收得率总体趋势是增加的，一般为3 ~ 5个百分点，如表4、表5所示。初步结果表明，产率的提高不如分布板温度和CO含量显著，说明物料的磁化焙烧过程主要是通过加料后的“闪光时间段”转化的，磁化反应前期和后期的反应速度不同。磁化过程前期受化学反应控制，后期磁化转变与扩散控制有关。由于铁材料中铁矿物种类繁多，很可能控制磁化反应速率的机理不同。

(2)闪速磁化焙烧产物的XRD鉴定

X射线衍射分析结果表明，弱磁性铁物料焙烧前含铁矿物的特征峰主要有:菱铁矿特征峰，d=2.7819，d=3.5747，d=1.7244等。赤铁矿(酒钢样品为镜铁矿)的特征峰有α-Fe2O3，d=2.6929，d=1.6922，d=3.6743等。而褐铁矿的特征峰FeOOH不明显，但可以看到白云石的特征峰，如d = 2.8848原矿样品中没有发现铁磁性铁矿物的特征峰，说明样品中没有铁磁性铁矿物或含量很少。原矿(JY)和中矿(JZ)经闪速磁化焙烧后，焙烧样品均有明显的强磁性磁铁矿特征峰，磁铁矿特征峰尖而高，如图d=2.5347，d=2.9722，d=2.1018，表明闪速磁化焙烧时产生大量强磁性物质，结晶程度高。而同样具有强磁性特征的γ-Fe2O3的特征峰没有出现，说明样品经过闪速磁化焙烧后，弱磁性铁矿物的闪速磁化焙烧过程被还原，转化为强磁性的Fe3O4。

(3)闪速磁化焙烧前后磁性能的变化

磁矩是衡量矿物磁性强弱的重要物理化学参数。在一定的磁化强度下，磁矩越大，矿物的比磁化强度χp越大，越容易通过磁选分离物料。VSM振动样品磁强计可以用来测量样品的磁矩与磁场强度的关系，从而揭示物料在闪速样品焙烧后的磁性变化规律。经过闪速磁化焙烧后，原矿(JY)和中矿(JZ)的磁矩都明显增加。与比磁化系数χp的变化一样，样品表现出强磁矿石的特征，磁矩的增加与磁选管的分选结果一致，即样品的饱和磁矩越大，闪速磁化焙烧后磁选铁的产率越高，两者之间存在一定的相关性。弱磁性铁材料主要转化为具有较高比饱和磁矩和比磁化系数的Fe3O4，铁产量与比饱和磁矩一致。

从闪速磁化焙烧前后磁性能参数的计算可以看出，焙烧后弱磁性材料的比饱和磁矩增加值是焙烧前的33 ~ 42倍。同时还可以发现，当焙烧物料的弱磁选铁产率相同时，原矿和中矿的饱和磁矩不同，这主要与物料中弱磁性铁矿物的种类和含量不同有关。

(4)快速磁化焙烧前后样品的穆斯堡尔谱测量

用最小二乘法拟合了典型样品闪速磁化焙烧前后的室温穆斯堡尔谱测试结果，并测量了闪速磁化焙烧前后样品的穆斯堡尔参数。

穆斯堡尔谱测试结果表明，闪速磁化焙烧前，穆斯堡尔谱由一组六峰和一组双峰组成。矿物成分主要是菱铁矿(FeCO3)和镜铁矿(Fe2O3)，成分比为58∶磁化焙烧后穆斯堡尔谱显示三组卦，两组卦非常明显。主要矿物为磁铁矿(Fe3O4)，也含有少量赤铁矿。Fe2+和Fe3+的原子价比为19∶31。FeCO3在焙烧过程中已经完全转化为Fe3O4，这表明根据化学反应FeCO3的转化是快速的。Fe2O3的转化除了化学反应外，还有扩散。

进一步分析表明，还原Fe2O3的过程开始于Fe2O3的表面能值最有利的地方。颗粒表面的化学反应导致了各种组分的浓度梯度，过量的原子在Fe2O3表面聚集。反应中发生的是铁原子的扩散，还原是按照从高价铁到低价铁的顺序进行的，但并不是所有的高价铁都能在颗粒的深部被还原。

(5)闪速磁化焙烧效果比较

由于磁化焙烧反应是在高温下完成的，反应时间直接影响能耗。如果材料长时间停留在高温反应区，自然需要消耗更多的能量。如果减少物料在高温反应区的停留时间，可以降低能耗，达到节能降耗的目的。

四。结论。

(1)随着我国经济的快速发展和资源节约型社会的建设，研究和提高我国铁矿石资源的利用率具有重要的现实意义。根据我国贫、细、杂铁矿资源的赋存状态和加工特点，研究了利用闪速磁化焙烧技术提高细铁矿资源利用率的新工艺。

(2)酒钢镜铁山矿桦树沟矿区原矿和中矿的粒度为-0.30mm，富含镜质体、褐铁矿和镁(锰)菱铁矿，在740℃ ~ 800℃的试验条件下，经过数秒~ 60秒的闪速磁化焙烧处理，铁品位为55.67。

(3)闪速焙烧前后物料的XRD鉴定和磁性能测定结果表明，弱磁性铁物料主要转化为比饱和磁矩和比磁化系数较高的强磁性物料Fe3O4，磁选精矿中铁的回收率与比饱和磁矩一致。焙烧后弱磁性物料的比饱和磁矩增加值比焙烧前提高了33 ~ 42倍，表明对-0.30 mm细粒弱磁性铁物料采用闪速磁化焙烧新工艺提高铁矿石资源综合利用率是可行的。

(4)多种测试分析表明，所有样品经焙烧后均转化为强磁性矿物，未发现具有强磁性的菱铁矿和γ-Fe2O3，但可见到少量未完全转化的赤铁矿(即镜铁矿)。根据化学反应，FeCO3的磁化转变过程很快；但Fe2O3的磁化过程受扩散等效应控制，影响因素复杂。