化学选矿之影响还原焙烧的因素
贵州清镇赤铁矿磁化焙烧工艺效果的影响因素
贵州清镇赤铁矿磁化焙烧工艺效果的影响因素1前言由于目前我国的年生铁产量已突破2.52亿吨,铁矿资源状况不能满足钢铁生产的要求,每年需要进口大量的铁矿石满足钢铁生产需要,充分利用国内现有铁矿石资源显得尤为重要。
我国铁矿石资源条件差,丰而不富。
尽管探明储量有462亿吨,但已被利用和可供选择利用的储量只有256亿吨,且多为贫矿,平均品位仅有31.95%,比世界平均品位低11个百分点,贫矿占储量的94.3%,均需经过选矿富集才能达到炼铁生产对品位的要求。
2矿石的化学组成表1原矿多元素分析结果试验采用贵州清镇赤铁矿,分析结果表明,矿石铁品位较高,其中全铁含量为46.64%; 矿样中硅、钾和铝的含量比较高,由于赤铁矿与含铁硅酸盐脉石在比重、比磁化系数等方面差别不大,用重、磁选选别效果不理想,浮选过程中的硅铁分离实际上变成了铁铁分离,可以说,硅酸盐铁矿物含很高的氧化矿石,如:钠闪石、钠辉石、镁铁闪石、阳起石、绿云母等很难分选。
2.1矿物组成和结构构造研究用Olympus BX51型反光显微镜观察,结果如下:金属矿物成分:主要金属矿物为赤铁矿、褐铁矿,含量40~45%,其它55~60%为脉石矿物或氧化后形成的粘土质。
样品中的赤铁矿有两种形态:a.结晶较好的粗粒全晶质,呈粒状和纤维状,其中粒状赤铁矿单独分布(图1),粒径0.01~0.05mm之间,纤维状赤铁矿多呈极细的弯曲片状或细脉状分布在脉石矿物中(图2),该类型赤铁矿约占25%左右,且分布不均匀,集合体呈脉状、胶体状展布;b.细粒集合体状赤铁矿结晶程度较差,伴随褐铁矿化或氧化后发生粘土化(图3),部分细粒赤铁矿分布在菱铁矿风化假晶中(图4),粒径小于0.001mm,含量15~20%。
褐铁矿多与细粒赤铁矿关系密切,隐晶质。
脉石矿物多为黑云母、磷灰石和绿泥石等。
组构特征:致密块状、胶状构造;他形粒状结构、片状、纤维状结构等。
赤铁矿外的硅酸盐矿物以细粒黑云母为主,多呈团状集合体(图5),或呈星点状与赤铁矿伴生,含量低于3%。
1 矿物原料的焙烧
1 矿物原料的焙烧1.1焙烧的理论基础焙烧：在适宜的气氛和低于矿物原料熔点的温度条件下，使矿物原料中的目的组分矿物发生物理和化学变化的工艺过程。
一般作为选矿的准备工作。
焙烧过程发生在固气界面的多相化学反应，遵循热力学和质量作用定律。
∆G=∆G0 +RT lnQ=-RT lnK+RT lnQ焙烧是多相化学反应，扩散吸附和化学反应低温：以化学反应为主高温：总反应决定扩散速度，温度影响小了——内扩散与外扩散——层流与紊流总结：影响焙烧的主要因素为1.气相中反应气体的浓度2.气流的运动特性（层流与紊流）3.温度及物料的物理及化学性质1.2 氧化焙烧与硫酸化焙烧硫化矿在氧化气氛条件下加热，将全部硫脱除转变为金属氧化物的过程是氧化焙烧如果只是将部分硫脱出，生成硫酸盐则为硫酸化焙烧这时的反应方向与SO2 SO3 O2的分压有关。
氧化焙烧多用脱硫率或目的组分的硫酸化程度来衡量。
1.3 还原焙烧还原焙烧是在低于炉料熔点和还原气氛条件下，使矿石中的金属氧化物转变为相应低价金属氧化物或金属的过程。
直接还原：使用C进行还原。
间接还原：使用CO进行还原。
实例：1.弱磁性贫铁矿石的还原磁化焙烧赤铁矿和褐铁矿黄铁矿（Fe2O3，FeCO3，FeS2）2.铁粒法用劣质原料处理不适于高炉炼铁的高硅贫铁矿和矿粉的方法。
品位在25-50%。
磁选或重选后品位可达95%，3.含镍红土矿的还原焙烧世界上最大的氧化矿资源，直接酸浸需要高温高压，多用还原焙烧-低压氨浸1.4 氯化焙烧在一定温度和气氛条件下，用氯化剂使矿物原料中的目的组分转为气相或凝聚相的氯化物，以使目的组分分离富集的工艺过程。
中温氯化焙烧——氯化物固态——浸出高温氯化焙烧——氯化物气态——挥发离析：挥发的同时又使金属氯化物还原呈金属态析出——物理选矿方法再选氧化氯化焙烧还原氯化焙烧。
焙烧试验2
（四）投笼
投笼要分批进行，每批可相隔2小时左右，一般笼子在炉内留时间约 6～9小时，投笼后5小时就要做好收笼准备。投笼地点在炉顶装料口处。
（五）收笼
收笼地点在炉下两侧搬出机上，投笼5小时后，派专人在搬出机处值 班，每班需2～3人。值班人员对于收笼要特别注意，以避免丢失，已经 破裂的笼子亦需拣出，核对投笼和收笼数量。冬季搬出周围水汽弥漫， 观察矿笼不便，可用管引煤气点燃，以驱散水汽。 （六）试验记录 出炉的每个笼子均需贴上标签，注明出炉时间，以便检查不同焙烧 时间的焙烧矿质量。
也就是说理论上焙烧矿还原度为42.8%时 质量最佳。如R值大于42.8%，说明矿石过还 原，小于42.8%则欠还原。无论是过还原还是 欠还原，矿石的磁性均降低。 据实践得知，不同类型和不同粒度的矿 石，其最佳还原度并不一致。如对于鞍山赤 铁石英岩的焙烧，当矿石粒度为75%～10毫米 时，还原度达52%左右时选别效果较好。
在焙烧试验时，尚需注意以下事项：
1、焙烧矿样必须放在炉内高温带； 2、热电偶插放位置要恰当，不能太深，也不 能太浅； 3、经常检查瓷管，如坏了漏气，必须马上更 换； 4、如矿样含结晶水高，应先预热，去掉水份， 并使物料较疏松有利于还原。
四、实验室还原焙烧试验结果应用于工业生 产的有关问 题
1、试验室焙烧试验结果，可以说明这种铁矿石磁化焙 烧的可能性及指标，所得到的适宜焙烧条件，可供工业焙 烧炉设计参考。 2、影响磁化焙烧的因素很多，只能抓住温度和时间、 矿石粒度、热工制度等，小型试验与大型试验就有很大差 距，在试验室条件下，只能抓住温度和时间、还原剂种类 和用量这几个主要矛盾进行试验。试验室焙烧试验结束后， 必须进行扩大试验，将来生产上用什么样炉型结构，扩大试验 就在什么样炉型结构上进行。
矿物原料焙烧原理及方法
矿物原料焙烧原理及方法矿物原料焙烧是化学选矿的预处理作业或独立的化学选矿作业。
即在适当的焙烧气氛和低于矿物原料熔点温度等相应条件下，通过加热升温焙烧使矿物原料中的目的矿物发生物理和化学变化的工艺过程。
通过焙烧可使目的矿物转变为易于通过浸出或易于用物理选矿分选分离的矿物形态。
焙烧使矿物发生化学变化的同时，也使物料（焙砂）的物理形态变得疏松、多孔，为后续作业处理创造了必要条件。
焙烧还可除去（回收）易挥发的组分（杂质）。
根据矿物焙烧发生化学反应的条件和工艺参数，焙烧可以分为氧化焙烧、还原焙烧、氯化焙烧、钠化焙烧合硫化焙烧等。
在选矿中采用焙烧法处理的物料常为难选原矿以及物理选矿所得粗精矿和难选的中矿等。
焙烧产品有焙砂、干烟尘剂湿法收尘集气产品等。
并可相应使用适宜的方法分别处理，回收其中的有用组分。
影响焙烧的主要因素有焙烧温度、反应氛围和时间、反应气氛的浓度、气流运动的絮流度以及物料的物理、化学性质，如物料粒度、孔隙率、化学组成及矿物组成等。
焙烧法的不利因素是能耗较高，操作控制条件严格，环境污染与治理务必采取相应措施。
矿物热分解是将矿石或人造化合物加热到一定物度，使之分解为组成较为简单的化合物（含气体），或者是使原矿物晶型发生转变的工艺过程。
矿物热分解液称款物的煅烧。
碳酸盐的热分解有称为焙解，名称不同，实质一样。
不论是金属矿还是非金属矿采用煅烧分解矿物都非常普遍。
像碳酸盐、磷酸盐、硫酸盐、氢氧化物、硅铝酸盐等矿物往往都少不了通过煅烧分解矿物、改变晶型、构造与形态。
高岭土等黏土矿物的煅烧生加工，在近20年来发展迅速。
化合物热分解的平衡常数等于该化合物的热分解压，此分解压可作为该化合物热稳定性的度量。
化合物热分解压愈大，热稳定性愈小；反之，热分解压愈小，热稳定性愈大，愈难发生热分解。
有些化合物加热至一定温度时，虽其组成未发生变化，但其晶型已产生了变化，物理化学性质液产生了相应的变化，氧化矿物、硫化矿物、硫酸盐、氢氧化物和各种含氧酸盐等各种不同化合物（矿物)的分解压不同，通过控制煅烧温度、气相组成，可选择性地使某些化合物产生热分解，或发生晶型转变，继而采用不同方法进行分选。
化学选矿考试重点
1、资源加工学是由传统的选矿学、矿物加工学发展演变形成的。
传统选矿学、矿物加工学均以天然矿物资源为主；资源加工学包括一切资源（如二次资源）2、选矿学是用物理化学方法，对天然矿物资源（金属矿物、非金属矿物、煤炭等）进行选别、分离、富集其中的有用矿物的科学技术，其目的是为冶金化工等行业提供合格原料。
矿物加工学是在选矿学的基础上发展起来的，是用物化方法对天然矿物资源进行加工，以获得有用物质的科学技术，目的也可最直接获得金属、矿物材料。
3、化学分选是基于物料组分的化学性质的差异，利用化学方法改变物料性质组成，然后用其他的方法使目的组分富集的资源加工工艺。
包括化学浸出与化学分离两个过程。
4、化学分选与物理分选的区别与联系：联系-都是用来处理矿物原料并使目的组分得到富集、分离，其目的是综合利用矿产资源。
区别：物理分选成本低，化学分选成本较高；物理分选处理物料粒度相对较粗的矿物，化学分选处理物料粒度范围较物理分选更宽、更广；化学分选可以处理品位低、嵌布粒度细、矿物组成复杂的矿石，而物理分选方法不能；化学分选可以从“三废”中回收有用组分，能最大限度地综合回收原料中的有价成分。
5、化学分选过程准备作业：包括对物料的破碎与筛分、磨矿与分级及配料混匀等机械加工过程。
(2)焙烧作业：其目的是为了改变矿石的化学组成或除去有害杂质，使目的组分转变为容易浸出或有利于物理分选的形态，为下一作业准备条件。
(3)浸出作业：这一作业是根据原料性质和工艺要求，使有组分或杂质组分选择性溶于浸出溶剂中，从而使有用组分与杂质相分离，或者使不同有用组分之间相分离。
(4)固—液分离作业：一般采用沉降、过滤和分级等方法处理浸出料浆，以得到下一作业处理的澄清溶液和浸渣。
(5)净化与富集作业：为了得到高品位的化学精矿，浸出液常用化学沉淀法、离子交换法或溶剂萃取法等进行净化分离，以除去杂质，同时得到有用组分含量较高的净化溶液。
(6)制取化合物或金属作业：一般可采用离子沉淀法、金属置换法、电积法、炭吸附法、离子交换或溶剂萃取法。
铬铁矿的还原焙烧过程
铬铁矿的还原焙烧过程铬铁矿的还原焙烧过程1、焙烧温度对铬铁矿还原焙烧效果的影响图1铬铁矿经不同温度下焙烧120min后所得产物的SEM图像图1为铬铁矿在不同焙烧温度下还原120min后产物表观形貌的SEM图像。
从图中可以看出，当焙烧温度为950℃时，矿石颗粒表面存在明暗不同两相，但相互分离并不彻底，相界面难以辨别。
温度为1050℃时，明亮物相与相对较暗物相己能够明显分辨，且较950℃时体积有所增大。
当温度升至1150℃时，明亮物相由球状发展为棒条状。
通过EDS检测可知，明亮物相为还原析出相，其主要成分为金属铁、金属铬和少量的碳，较暗物相为铬铁矿基体相。
不考虑各析出相中的碳元素，排除相分离尚不充分的950℃还原产物，可将其他试样析出相中铁和铬的比例关系绘如图2。
由图2可知，在1050℃和1100℃时，析出相中主要成分为铁元素，而当温度升至1150℃时，铬元素成为析出相的主体元素。
由此可以得出在950-1100℃的范围内主要发生的是铬铁矿中铁的还原，铬仍存在于矿石基体中。
当焙烧温度达到如1150℃时，大量的铬被还原为金属态进入析出相，证明在此温度下部分含铬尖晶石相参与了还原反应。
实验所得结论与热力学分析结果一致。
图2 不同焙烧温度下还原120min后析出相金属元素组成图3为Factsage软件计算得出的1100℃和1150℃下Cr-Fe-C-O系优势区域图。
在1100℃时，常压线(由“+”组成)穿过了优势区域图中的灰色区域()和浅灰色区域()，意味着从热力学角度讲，当石墨增锅内气压为1 atm时Cr2O3和Fe(或Fe3C)可以作为还原产物共存。
当温度为1150℃时，常压线穿过了深灰色区域(Cr3C2+Fe)，说明在此温度下铬会被大量还原为金属态，并以碳化物的形式存在。
此时，选择性还原铬铁矿中铁元素的目标难以实现。
另外，从图中还可得出，当体系中二氧化碳分压很低时(如反应的初始阶段Cr3C2会与Fe3C共存于析出相。
化学选矿复习题
化学选矿》复习资料、名词解释：浸出率：在浸出条件下，转入浸出液中的量与在其被浸原料中的总量之比的百分数。
氯化焙烧：在一定温度和气氛条件下，用氯化剂使矿物原料中的目的组分转为气相或凝聚相的氯化物，以使目的组分分离富集的工艺过程。
絮凝：固体颗粒在活性物质或高分子聚合物作用下，通过吸附、架桥等作用凝聚成大颗粒絮团的现象吸附净化法：从稀溶液中提取、分离和富集有用组分或者有害组分的常用方法之一。
分配系数：萃取平衡时被萃取物在不相混溶的两相中的总浓度之比。
分步水解法：分步水解法是分离浸出液中各种金属离子的常用方法之一，当用碱中和或用水稀释酸性浸出液时，其中的金属阳离子将呈氢氧化物的形态沉淀出来。
离子浮选：是利用捕收剂与溶液中的金属离子形成可溶性络合物或不溶性沉淀物，使金属离子附着于气泡上浮为泡沫产品的工艺流程。
浸出选择性：各组分的浸出率之比，此值越接近于1，则浸出选择性越差。
还原焙烧：在低于炉料熔点和还原气氛条件下，使矿石中的金属氧化物转变为相应低价金属氧化物或金属的过程。
凝聚：胶体颗粒在电解质作用下失去稳定性而互相凝聚树脂中毒：离子交换树脂在长期循环使用过程中其交换容量不断下降的现象。
析出电位：通常将金属、氢气（氧或氯气）等以明显速度在阴极析出的实际电极电位。
分配常数：当溶质以相同形态在互不相溶的两相中分配时，其在两相中的平衡浓度之比为常数。
络合水解法：采用碱性络合剂使某些金属阳离子组分呈可溶性络合物的形态留在溶液中，而溶液中的其他金属阳离子则水解沉淀析出，从而达到浸出和分离的目的。
全容量：指单位体积（或重量）树脂所具有的交换基团的总数目（或可交换离子的总数）。
硫酸化焙烧：硫化矿物在氧化气氛条件下加热，将部分硫脱除转变为相应硫酸盐的过程。
协同萃取：两种或两种以上的萃取剂混合物，萃取某些被萃物的分配系数大于其在相同条件下单独使用时的分配系数之和的现象称为协同效应。
萃余率：萃余液中被萃物的剩余质量分数称为萃余率。
选矿工艺之磁化焙烧
磁化焙烧
磁化焙烧是一种热化学处理赤铁矿的方法，它能使弱磁性的赤铁矿等氧化铁矿物转变为强磁性的磁铁矿。
经过磁化焙烧的弱磁性铁矿石即可用弱磁场磁选法处理，弱磁性矿石在磁选前的准备作业，以便用弱磁场磁选机进行分选。
磁化焙烧过程中使用的设备主要是磁选机。
影响磁化焙烧过程的矿石性质的因素主要是：矿物种类，气孔率、脉石成分及其再矿石中的分布状况等。
根据不同的化学反应，不同的矿石磁化焙烧按照其原理可分为还原焙烧，中性焙烧，氧化焙烧。
1、还原焙烧为赤铁矿和褐铁矿，常见的还原剂一氧化碳和氢气的比例。
2、中性焙烧为菱铁矿，菱铁矿在没有空气或少量空气的条件下加热到300~400℃，分解成磁铁矿。
3、氧化焙烧黄铁矿，黄铁矿的氧化性气氛中（或大量空气）短时间时，焙烧氧化为磁黄铁矿氧化，如果时间很长，那么磁黄铁矿变成磁铁矿。
其中最重要的是还原焙烧，焙烧原料和还原过程中还原剂可分为气体，液体和固体，最广泛使用的是工业气体，重油和煤。
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书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
化学选矿之影响还原焙烧的因素
影响还原焙烧的因素较多，归纳起来主要包括以下几个方面的因素:
(1)矿石性质。
矿石性质主要是指矿物种类、脉石成分及结构状态。
这些性质决定了矿石被还原的难易程度。
一般而言，具有层状结构的矿石要比致密状、绍状及结核状易于还原。
脉石成分以石英为主的矿石，因受热后石英产生晶型转变，体积膨胀而导致矿石的爆裂，增大了矿石的有效反应面积，从而有利于还原反应进行。
(2)矿石的粒度及粒度组成。
矿石粒度的大小及其分布对还原过程的主要影响是矿石还原的均匀性。
当其他条件不变时，小块矿石比大块矿石先完成还原过程;对于大块矿石来说，表层比中心部位先完成还原过程。
因此，为了改善矿石在还原过程中的均匀性，必须降低人炉矿石粒度上限，提高粒度下限。
据我国生产实践的经验，认为粒度在20 一75 mm 比较合适。
(3)焙烧温度和气相成分的影响。
矿石只有在一定的焙烧温度和气相成分的条件下才能完成还原反应，下面以弱磁性贫铁矿石的磁化焙烧为例进行说明。
在实践中贫赤铁矿磁化焙烧温库下限是450`C，上限700 一800%。
炉内还原气体的成分应选定P(C02)/V(CO)比值不小于1.
温度过高时，会导致弱磁性的富氏体(FeO 溶于Fe3O,中的低熔点熔体)和硅酸铁(Fee SiO4 )的生成。
因为无论是高温造成的炉料软化或是过还原生成的硅酸铁熔体，都会钻附在炉壁或附属装丑上，影响炉料正常运行。
若温度过低时，如在250 一300℃以下，虽然赤铁矿也可以被还原成磁铁矿，且不会产生过还原现象。
但是，还原反应的速度很慢，而且低温生成的Fe3O4 磁性较弱，所以生产上是不能采用低温磁化焙烧的。
各种矿石的适宜还原温度及气相成分，由于矿石性质、加热方式及还原剂的种类不同而有较大变化，应通过试验最后确。