菱铁矿磁化焙烧过程,焙烧时间

结果表明：温度是焙烧的主要影响因素，焙烧温度越高，达到焙烧效果所需的时间越短。 随着焙烧气氛中氧含量的增加，焙烧产品将因氧化而导致质量逐渐变差。 在菱铁矿完全分解之前，FeCO3的分解程度是焙烧效果的主要影响因素，延长焙烧时间对提高焙烧产品质量有利；在菱铁矿完全分解之后，氧化程度是焙烧效果的主要影响因素，延长焙烧时间会使焙烧产品质量下降。 开发新技术，解决菱铁矿资源的大规模工业化利用难题，对于提高我国铁矿石自给率，缓解我国铁矿石资源短缺的压力具有重要的现实意义。 菱铁矿的主要成分是FeCO3，在一定条件下进行焙烧可生成强磁性的铁氧化物Fe3O4和γ－Fe2O3，经磁选后可获得满足冶金要求的精矿。 目前，菱铁矿磁化焙烧主要有竖炉工艺和回转窑工艺两种。

菱铁矿磁化焙烧

由于这两种工艺都采用焙烧堆积态料块的方式，因而都存在焙烧时间长、产量小、效率低和能耗高等缺点，制约了它们的大规模工业化应用。 悬浮磁化焙烧是近年来提出的一种新工艺，其特点是将菱铁矿粉料置于悬浮状态下进行焙烧，具有气固接触面积大，传热、传质和反应速率快等优点，可缩短焙烧时间，提高热效率和降低能耗，从根本上解决竖炉和回转窑焙烧工艺存在的上述问题。

西安建筑科技大学自2005年开始菱铁矿利用技术的研究工作，在大量试验的基础上开发出了一种用于菱铁矿粉料悬浮磁化焙烧的半工业化试验装置。

本研究利用实验室型悬浮磁化焙烧装置考察菱铁矿悬浮磁化焙烧时焙烧温度、焙烧时间和焙烧气氛对焙烧产品质量的影响规律，为半工业化试验提供基础数据和参考。 一、试验矿样 试验矿样取自陕西大西沟菱铁矿，样品中菱铁矿含量为57%，铁品位为21.38%。

矿样的矿物组成和化学多元素分析结果见表1和表2。 表1 矿样的矿物组成% 如图1所示，试验用实验室型悬浮磁化焙烧装置由配气系统、悬浮焙烧炉、温度控制系统和尾气处理系统4部分构成。 试验时，先将矿样从加料口12加入，然后缓缓打开阀门3将气体从进气管道引入炉内，并调节阀门开度使矿样在充分悬浮的状态下进行焙烧。

菱铁矿

炉子采用电加热方式，炉体加热区6内设有热电偶10。 温度控制系统11根据检测温度和设定温度的偏差实时调节加热功率，确保炉内温度稳定，控制精度为±0.5℃。

菱铁矿

在加料口上安装有石英玻璃观察孔，用来观察炉内物料的悬浮情况。

焙烧完成后，将物料从卸料口13卸出到盛有水的容器中进行冷却。 尾气从炉子上部排出，经收尘装置15净化后排放到环境。

菱铁矿

焙烧温度的变化范围为700～850℃；焙烧时间的变化范围为1～15min；通过在纯N2中掺入不同比例的空气来控制焙烧气氛中O2的含量，氧气的体积含量变化范围为0.21%～21.00%（空气掺入比例为1%～）。

试验采用粒度在40～60μm之间的菱铁矿细粉，固定每次加料量为60g。 将冷却后的焙烧矿磨至－0.070mm占99.6%的细度，在119.37kA/m磁场强度下进行磁选管分析，以磁选管精矿的铁品位和铁回收率两个指标评价各种因素对焙烧产品质量的影响。 四、试验结果及分析 （一）焙烧温度和焙烧时间对焙烧产品质量的影响 固定氮气中空气的掺入量为5%（氧气含量为1.05%），改变焙烧温度和焙烧时间对菱铁矿细粉进行悬浮磁化焙烧，焙烧产品磁选精矿的铁品位和铁回收率变化分别如图2和图3所示。 试验结果表明，在750℃下焙烧7min，可获得质量的焙烧产品，此时磁选管精矿的铁品位和铁回收率分别达到58.96%和80.32%。 菱铁矿的焙烧实际上伴随着FeCO3的分解和氧化两个反应过程，因此可以从温度、时间对分解和氧化的影响来分析精矿指标的变化规律。 由于FeCO3的分解是强吸热反应，因此，随着焙烧温度的升高，分解速率加快，分解时间迅速缩短。 焙烧温度为700℃时，FeCO3分解需要较长的时间，在15min的焙烧时间内主要以FeCO3的分解反应为主。 此时，随着焙烧时间的延长，FeCO3的分解率逐渐增大，使精矿铁品位和铁回收率都不断提高。

焙烧温度为800℃和850℃时，FeCO3在1min之内可以完全分解，焙烧过程主要以氧化反应为主，此时焙烧时间越长，氧化越严重，精矿铁品位和铁回收率指标越差。 由于焙烧温度不仅决定着达到焙烧效果所需的时间，而且还对氧化有着直接的影响，因此是菱铁矿焙烧的最主要影响因素。 如图2、图3所示，尽管提高温度有利于缩短焙烧时间，但也会加剧氧化导致精矿铁品位和铁回收率降低。

尤其是在800℃以上高温时，铁回收率降低的趋势更为明显。 因此，在悬浮磁化焙烧菱铁矿时，需根据具体情况确定合适的焙烧温度。 另外，试验中还发现，在950℃以上焙烧时，菱铁矿粉料会出现烧结结块现象。

在生产中，烧结会导致反应器结皮和堵塞，严重时会影响生产的正常进行。 因此，从焙烧效果和焙烧时间等方面综合考虑，菱铁矿悬浮态磁化焙烧最适宜的温度范围宜控制在750～800℃之间，并且在操作中要严格控制物料在反应器中的停留时间，避免过烧，尽量减小氧化对产品质量产生的不利影响。 （二）焙烧气氛对焙烧产品质量的影响 固定焙烧温度为750℃、焙烧时间为5min，分别在纯N2中掺入1%、5%、10%、15%和的空气（氧含量0.21%～21.0%）进行焙烧试验，焙烧产品磁选精矿的质量指标变化如图4所示。 图4 焙烧气氛对焙烧产品质量的影响◆－精矿铁品位；▲－精矿铁回收率 由图4可见，随着氮气中空气掺入量的增加，精矿的铁品位和铁回收率都呈逐步下降的趋势，说明随着氧含量的增加，氧化对焙烧产品质量的影响逐渐严重。 在采用回转窑或竖炉焙烧菱铁矿时，由于物料处于堆积态，氧化气体在料堆内部的流动和扩散速率较慢，因此氧化很大程度上是在料堆表面发生；而且块状物料氧化时，会在表面形成氧化层，从而保护料块内部免受氧化。

菱铁矿

而在悬浮状态下，菱铁矿颗粒充分暴露在气体中，气固之间接触面积大，传热、传质和反应速率快，在提高焙烧效率的同时也加剧了氧化，焙烧温度越高或者焙烧气氛中氧含量越大，这种影响越明显。 因此在对菱铁矿进行悬浮磁化焙烧时，必须严格控制焙烧气氛中的氧含量。