悬浮式闪速磁化焙烧技术

左荣宝 李永恒

(湖南长拓高科冶金有限公司)

悬浮式闪速磁化焙烧技术

左荣宝 李永恒

(湖南长拓高科冶金有限公司)

悬浮式闪速磁化焙烧技术旨在解决低品位弱磁性铁矿资源以及含铁尾矿尾渣资源的选矿难题。该技术具有磁化速度快、产品铁矿物磁化率高、选别精矿铁回收率高、原料适应范围广、操作简单、运行稳定、成本低、投资省、节能环保等特点。介绍了该技术的应用方向及实际工业应用情况，对其应用前景进行了展望。

弱磁性铁矿石 悬浮式闪速磁化焙烧 应用

现在中国钢产量约占全球总产量的一半，是世界上最大的铁矿石进口国。2014年中国铁矿石进口量9.325亿t，对外依存度达78.5%。据业内人士估算，全球三大矿业巨头的铁矿石生产成本为30～60美元/t。中国矿山企业铁矿石平均生产成本约85美元/t。由于我国铁矿石总产量远远满足不了其需求量，以及我国铁矿石平均生产成本高，中国对国际铁矿石的定价几乎没有话语权。

目前，我国现有各类大型尾矿库2 700多座，铁尾矿尾渣的累积堆存量超过50亿t。多数尾矿含铁高，尚有分选价值，这些含铁尾矿中铁一般呈粉状或泥状的低品位弱磁性难选铁矿物形式存在。以前没有合适的选矿工艺，这些尾矿堆存在尾矿库中，用之不能，弃之可惜，且堆存量逐年增加，占用土地、污染环境，很多尾矿库在超负荷或违规超期服役，存在重大安全隐患。

在现有的技术条件下，磁化焙烧是提高铁矿物磁性最有效的技术方法之一。当前在选矿行业中使用的竖炉、回转窑等磁化焙烧装置，存在着入窑原矿粒度粗，磁化反应难以深入完全，已还原的焙烧矿在排料与冷却过程中，部分被再氧化，磁化率低；粉状矿不能直接入窑；单窑产能低，大规模生产需数台窑炉并列，占地面积大，需要的操作工人多，生产成本高等固有缺陷。

为解决低品位弱磁性铁矿和含铁尾矿尾渣的选矿难题，中国工程院余永富院士于2002年提出“悬浮式磁化焙烧工艺”设想。该技术是目前从低品位弱磁性难选铁矿石或含铁尾矿尾渣中回收铁较为经济有效的方法。2012年，湖南长拓高科冶金有限公司在长沙投资建设5万t/a悬浮式闪速磁化焙烧工业试验生产线，2013年初成功完成工业试验，生产指标超过预期。

1 悬浮式闪速磁化焙烧过程

以菱铁矿、褐铁矿、赤铁矿、针铁矿等低品位弱磁性难选铁矿石或含铁尾矿、尾渣等为原料，干磨成粉(不必造球)，原料矿粉经多级旋风预热器与磁化焙烧炉排出的热废气换热后，进入高温、弱还原性气氛的悬浮式磁化焙烧反应炉。微细粒干矿粉在悬浮状态下与CO接触并发生反应，使弱磁性的铁氧化物瞬间转化为强磁性的四氧化三铁。磁化焙烧后的矿粉经多段弱磁选后得到高品位铁精矿产品。煤、天然气、煤制气、可燃废气等都可以作为悬浮式闪速磁化焙烧炉的燃料。

2 悬浮式闪速磁化焙烧技术的优势

(1)磁化速度快，生产效率高。进入悬浮式闪速磁化焙烧炉的原料矿为细粉，比表面积大，在悬浮状态下可快速完成铁矿物的磁化反应，生产效率高。单炉产能达250万t/a以上，是回转窖的5倍，磁化反应速度是回转窖的百倍。

(2)磁化率高，无二次高温氧化。微细颗粒原料矿粉悬浮在高温、弱还原性气氛中，矿粉中凡能被磁化的弱磁性铁氧化物，几乎全部转化为有强磁性的四氧化三铁，磁化反应完全，无夹生现象。而且，从磁化焙烧炉排出的焙烧矿，采用密闭的间接式空气冷却器冷却，已经转化为强磁性的四氧化三铁，在高温状态下没有机会接触有氧空气，高的磁化率得以保持。悬浮式闪速磁化焙烧工艺的磁化率高达95%以上。

(3)铁回收率高，资源得以充分利用。①焙烧矿的高磁化率为实现高的铁回收率奠定了基础；②原矿粉经高温焙烧后，矿物晶格发生变化，焙烧过程对不同矿物晶格产生影响不同，不同矿物间边界变得明显，矿物更易单体解离，易于被磨细和选别回收；③经高温焙烧后，亲水性的原矿粉转化为疏水性的焙烧矿粉。在相同的矿浆浓度和磨矿细度下，焙烧矿浆的黏度远低于原矿浆。磁选时，低黏度的焙烧矿浆对微细颗粒铁矿物向磁辊靠拢的阻力小，易于选别回收；④在低黏度的焙烧矿浆中，微细颗粒磁性矿物容易形成磁团聚，磁性增强，在磁选中容易回收。因此，悬浮式闪速磁化焙烧工艺的铁回收率可达90%以上，铁矿资源的利用率比回转窑提高10～15个百分点。

(4)原料适应范围广。块状、粒状、粉状、泥状的原矿,甚至尾矿、尾渣都可作为悬浮式闪速磁化焙烧工艺生产线的原料。而粉状矿不能直接入竖炉或回转窑，因为细矿粉容易被竖炉或回转窑的气流带走，或影响竖炉通风，或在回转窑内结圈堵塞。

(5)操作简单，运行稳定。悬浮式磁化焙烧炉系统操作简单，有较宽的操作范围，运行稳定可控，投产即可形成生产能力。悬浮式磁化焙烧炉与预热器无动力运转部件，故障率低，维修工作量少，年运转率高。

(6)投资省，生产成本低。每条悬浮式闪速磁化焙烧与磁选工艺生产线，只需配备1台悬浮式磁化焙烧炉，占地面积小。与回转窑磁化焙烧生产线相比，建设投资可减少20%～40%，生产规模越大，投资节省优势越明显。悬浮式闪速磁化焙烧技术生产集中控制度高、操作工人少、设备折旧少、工艺热效率高、设备故障率低、维修量少。悬浮式闪速磁化焙烧与磁选生产线，原料矿的加工成本约 100元/t。

(7)节能环保。在整个磁化焙烧工艺过程中，产生的高温废气被全部利用，实现了较高的能源综合利用率。如：焙烧炉的高温尾气经多级旋风预热器与冷态原矿粉换热，从旋风预热器外排的热废气送入原矿磨机，作为热源用于烘干原矿。高温焙烧矿采用间接式空气冷却器回收余热，换热产生的热空气一部分作为热风炉的助燃空气，另一部分作为烘干热源送入磨煤机。悬浮式磁化焙烧系统为完全密闭生产，无粉尘外逸，焙烧系统的热废气用于烘干原矿后，温度降低，采用高效率的袋式收尘器净化达标后排入大气。焙烧矿沉降速度快，易于脱水，精、尾矿都可实现干堆。

悬浮式磁化焙烧与选矿生产线外排的尾渣中含铁量很低，已无堆积保存价值。一般有下列几种方式处置尾渣：①尾渣的主要化学成分是硅、钙、铁等，是烧制水泥熟料的必需元素，可以作为水泥厂硅质和铁质原料参与原料配料；②尾渣系高温焙烧矿物，可以作为火山灰质混合材掺入熟料磨制水泥；③在尾渣中掺入少量石灰或水泥，制作免烧砖；④在尾渣中掺入少量黏土，可以用于制作烧结砖；⑤制作蒸压灰砂砖；⑥制作加气混凝土；⑦填埋矿山开采的坑洞。

3 悬浮式闪速磁化焙烧技术的应用

3.1 低品位弱磁性难选铁矿石选别

湖北某矿业公司铁矿山储量约5 000万t，主要含铁矿物为菱铁矿和褐铁矿，原矿全铁品位为30%～37%。该矿业公司正在建设一条60万t/a的悬浮式闪速磁化焙烧与磁选生产线，工程建设投资约9 500万元，年产全铁品位61%左右的铁精粉约30万t，铁精矿生产成本约303元/t(包括煤电消耗、人员工资福利保险、工厂折旧、应缴税费等，进厂原矿按50元/t计价)，目前该项目已完成土建工程和主体设备安装。

3.2 从含铁尾矿尾渣中回收铁

尾矿、尾渣的分选难度大于原矿，铁精矿产率低于原矿；但尾矿、尾渣颗粒细，可节省粉磨电耗，且无矿山开采成本。采用悬浮式闪速磁化焙烧工艺从尾矿、尾渣中回收铁，经济效益指标要优于原矿，而且，废渣治理项目符合“资源节约、环境友好”发展战略。

3.2.1 从强磁选矿厂尾矿中回收铁

新疆某强磁选矿厂所处理的原矿铁品位为29.85%，经多级粉磨与强磁选，年产铁精矿粉70万～100万t。强磁选矿厂的铁精矿粉生产成本为750元/t以上(含矿山开采)，年均外排尾矿约140万t(废石除外)。尾矿全铁品位为24.05%，其中磁性铁含量为6.38%、赤铁矿中铁为15.13%、褐铁矿中铁为1.17%、碳酸铁中铁为0.92%、黄铁矿中铁为0.22%、硅酸铁中铁为0.23%，尾矿中-0.074 mm粒级含量为80%。该尾矿的特点是铁品位低、粒度细，拟采用悬浮式闪速磁化焙烧工艺从该强磁选矿厂尾矿中回收铁。为了提高经济效益，尾矿首先经1次强磁抛废处理，将铁品位提高至30%～35%。拟建设一条80万t/a悬浮式闪速磁化焙烧生产线，与现有强磁选生产线串联生产。从选矿厂排出的尾矿，经强磁抛废并脱水处理后，由皮带输送机送往露天堆场储存。利用当地的强蒸发条件自然风干。富集尾矿在露天堆积一段时间，当含水量降至约5%时，露天堆场的桥式刮板取料机将富集尾矿均匀取出，由皮带输送机送往打散烘干机。焙烧系统排出的热废气作为烘干热源送入打散烘干机，从打散烘干机排出的矿粉水分含量≤1%。该项目工程建设估算投资10 500万元，年产全铁品位为61%左右的铁精矿粉32万t。

3.2.2 从尾矿库堆积的尾矿尾渣中回收铁

湖北某尾矿库现有尾矿储量约4 000万t。经强磁富集后，铁品位提高至39.91%，其中磁性铁含量为1.81%、赤褐铁矿中铁为24.39%、碳酸铁中铁为12.3%、硫化物中铁为0.54%、硅酸铁中铁为0.87%。该尾矿颗粒较粗，需进行再磨处理，且南方雨季期尾矿水分高，需设尾矿烘干机。拟建设一条120万t/a悬浮式闪速磁化焙烧与选矿生产线，工程建设投资约15 000万元，年产铁品位61%±2%的精矿约63万t。

4 悬浮式闪速磁化焙烧工业试验

2013年2月，湖南长拓高科冶金有限公司成功完成5万t/a悬浮式闪速磁化焙烧工业试验，试生产原料来自湖北某矿。原矿铁品位为33.93%，其中：磁性物中铁为0.24%、赤褐铁矿中铁为23.20%、假象赤铁矿中铁为0.12%、碳酸铁中铁为8.64%、硫化物中铁为0.46%、硅酸铁中铁为1.27%。磁化焙烧炉的燃料以煤粉为主，少量煤制气用于调节炉内还原气氛。工业试验生产线的磁化焙烧炉的容积比实验室炉大得多，因而炉内温度、风速和还原性气氛易于调节。试生产指标超过预期，投料10 h后即达到磁化炉设计产量(7.5 t/h)，投料72 h产量稳定在10 t/h以上，并保持良好稳定的运行状态。工业试验生产线未建磁选车间，焙烧矿采用磁选管(磁场强度为143.31 kA/m)1次磁选可获得铁品位58.6%、回收率94.89%的铁精矿。工业试生产持续一个月，期间获取了大量重要的生产数据，如最经济的矿粉细度、焙烧温度、CO浓度、炉内气流速度等。基本掌握了弱还原性气氛的低成本调制、多级循环旋流磁化焙烧、高温粉体防氧化冷却、操作参数智能控制等多项关键技术，为规模化工业生产线设计提供了依据。规模工业生产时采用多段磁选，获得了理想的精矿指标。

5 悬浮式闪速磁化焙烧技术的应用前景

中国正计划整合国内矿业，打造铁矿石巨型企业。争取在未来10 a，中国铁矿石总消费量的50%由国内供给，打破铁矿石依赖进口的困局，提升中国对铁矿石的定价权。要实现此目标，我国需新增铁矿石产能约2亿t/a。限于我国铁矿石资源条件，大部分新增铁矿产能只能来自低品位弱磁性铁矿资源和含铁尾矿尾渣资源。悬浮式闪速磁化焙烧技术的推广应用，可以使我国数百亿吨低品位弱磁性铁矿石资源和数十亿吨含铁尾矿尾渣资源低成本地生产高品位的铁精矿成为可能，对降低我国铁矿资源对外依存度和提高对国际铁矿石定价话语权具有重要意义。

2015-05-18)

左荣宝(1953—)，男，总工程师，410005 湖南省长沙市开福区体育馆路36号。