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鞍山市华冶矿山设备制造有限公司 孙亚非
一、概述 钢铁工业是国民经济的基础工业，铁矿石是钢铁的主要原料。随着我国钢铁行业向高质量、精加工的方向发展，直接还原铁和粉末冶金两种行业对高品位铁精矿的需求处于上升势头，也是钢铁行业发展最快的两个方向，因此生产高品位的铁精矿，满足这两种行业的需要，提高产品附加值，是铁精矿加工企业开发新产品、提高经济效益的一个新途径。 随着我国对超纯特细磁铁精粉需求的增大，生产超纯特细磁铁精粉的企业不断增加，产量、规模也不断扩大，以往获得超纯特细磁铁精粉需采用复杂的联合工艺流程，且最终产品质量波动范围大，企业生产成本高，设备维护工作量大。为得到超纯特细磁铁精粉，有些生产工艺采用化学法进行提纯，存在环境污染的问题。如何简化缩短工艺流程、节能降耗、降低选矿成本、稳定产品质量，满足日益增长的超纯特细磁铁精粉需求，需要研究开发新的生产工艺。 近年来，选矿技术快速发展，出现了许多新型选矿设备及新的选矿理念，其中无极变频淘洗精选机能够在一个较大的范围内调节脉动磁场强度，既能实现精选功能，也能实现脱泥、粗选功能，铁品位提升幅度大，能将以往的多段反复精选工艺缩短到采用两段精选即可获得超纯特细磁铁精粉；高频振网筛处理能力大、筛分效率高，用于再磨工艺中的筛分分级能有效控制粒度及提质降杂。这些高效选矿技术的出现为工艺改造提供了有利的条件。 A一款智能化超纯特细磁铁精粉生产工艺及系统（公告号201210185961.5），可将超纯特细磁铁精粉质量最终提高到70%品位以上。也可将弱磁性铁矿,通过无极变频淘洗精选机（专利号201220169771.X)、高场强复式脉动预磁器（专利号201220169774.3），以及智能化超纯特细磁铁精粉生产工艺解决。这样，选矿厂通过技术改造，品位提高了，产量增加了，尾矿干排了。干尾排矿新工艺可将尾矿合理利用，变废为宝，再造价值。由此可见，磁选新技术和干尾排矿新工艺不仅可以解决国际性的选矿难题，更可喜的是给铁矿选矿厂创造了更多的经济效益，同时也减少了环境污染。我们用先进的工艺理念，在国内许多选铁厂做了技术改造，基本上铁精粉的品位都达到了70%以上。 B根据国内煤炭资源较发达，方法较简单，从经济价值方面考虑，用煤作为还原剂成本较低。所以用煤还原法是国内首选的直接还原铁生产工艺。 直接还原铁（海绵铁）是氧化铁磷或精铁粉在炉内经低温还原形成的低碳多孔状物质。其化学成分稳定，杂质含量少，主要用作电炉炼钢的原料，也可作为转炉炼钢的冷却剂，如果经二次还原还可供粉末冶金用。 我国还原海绵铁发展较快，已广泛用于炼钢、铸造、铁合金等。还原法制取海绵铁价格低廉，其性能可满足炼钢、铸造、铁合金等行业的要求，还原海绵铁压块已成为一种重要的金属资源。 在工业上应用较多的有铁磷还原法、铁精矿粉还原法等，即将轧钢氧化铁磷或精矿粉经金属屑压块机压制成块后，装入焙烧管进窑焙烧，生产出优质还原海绵铁。 C海绵铁较废钢在回炉使用中有以下特点： ①化学成分稳定，有效稀释钢中残余和夹杂金属元素含量，改善钢的质量； ②P、S有害元素含量低，可缩短精炼时间； ③减少装料次数、减少停电作业和热损失，熔化速度快、电耗低，可提高效率、降低成本； ④熔化期中，供电作业稳定，允许大功率供电、噪音低、烟尘少、工作环境好； ⑤使用成本低廉，经济效益高。 D煤炭清洁利用-近零排放-洗精煤-重介质洗煤-选煤用磁铁矿粉 主要结论本项目是采用超纯特细磁铁精粉先进工艺技术生产，在工艺上可以达到降低物耗能耗、减少粉尘排放以达到近零排放的目的，见效快，工艺技术可靠性高,具有较强的市场竞争能力，“三废”治理合理可行，经济效益和环境效益显著。 超纯特细磁铁精粉应用，严格按照中华人民共和国煤炭行业标准*MT/T1017-2007生产的特细优质铁精粉的广泛应用。 重介质洗煤基本原理： （1）重介质选煤 任何重力分选过程，都是在一定的介质中进行。若所使用的分选介质其密度大于1g/cm3时这种介质称为重介质。煤炭在该介质中分选，称重介质选煤。 重介质选煤的特点分选效率和分选精度都高于其他选煤方法；分选密度调节范围宽；分选粒度范围宽；适应性强；生产过程易于实现自动化，悬浮液密度、液位、黏度、磁性物含量等工艺参数能实现自动控制。 （2）重介质洗煤基本原理 a重介质选煤 任何重力分选过程，都是在一定的介质中进行。若所使用的分选介质其密度大于1g/cm3时这种介质称为重介质。煤炭在该介质中分选，称重介质选煤。 b重介质选煤的特点 分选效率和分选精度都高于其他选煤方法；分选密度调节范围宽；分选粒度范围宽；适应性强；生产过程易于实现自动化，悬浮液密度、液位、黏度、磁性物含量等工艺参数能实现自动控制。 （3）选煤过程常用的加重质 重介质选煤多采用磁铁矿粉作为加重质，因用其配制的悬浮液密度范围宽，完全能够满足分选各种煤炭使用，而且便于回收。 （4）对磁铁矿加重质的要求 重介质选煤多采用磁铁矿粉作为加重质时，磁铁矿粉的磁性物含量越高，加重质的回收再使用的数量越大，介质消耗少，生产费用可有所降低。还有加重质粒度越细，悬浮液密度也越稳定，在悬浮液中为起稳定作用所需掺入的煤泥量也相应减少，悬浮液密度的真实性越高，分选效率也会越佳。我国设计规范规定，用磁铁矿粉做加重质时，其磁性物含量应在95%以上，密度在4.5g/cm3以上，对加重质粒度的要求是，-325目筛下物含量在50%～95%范围内。磁铁矿粉又称四氧化三铁，化学式Fe3O4，常称“磁性氧化铁”，是具有磁性的黑色晶体。可以看成是氧化亚铁和氧化铁组成的化合物。因在四氧化三铁的晶体里存在着两种不同价态的离子，其中三分之一是Fe2+，三分之二是Fe3+，是一种复杂的化合物。它不溶于水，也不能与水反应。与酸反应，不溶于碱。主要用于制底漆和面漆，用于电子工业的磁性材料，也用于建筑工业的防锈剂。四氧化三铁还可做颜料和抛光剂。特制的四氧化三铁可做录音磁带和电信器材。四氧化三铁还是导体,因为在磁铁矿中由于Fe2+与Fe3+在八面体位置上基本上是无序排列的，电子可在铁的两种氧化态间迅速发生转移，所以四氧化三铁固体具有优良的导电性。还可以通过某些化学反应，比如使用亚硝酸钠等等，使钢铁表面生成一层致密的四氧化三铁，用来防止或减慢钢铁的锈蚀，例如枪械、锯条等表面的发蓝、发黑。俗称“烤蓝”，利用天然磁铁矿石经破碎、研磨、磁选、分级等工艺处理，生产出45μm（325目）的干燥磁铁矿粉，可供应多种行业，如耐高温材料、涂料、油漆、防腐添加剂等。 （5）重介质选煤 重介质选煤的基本原理是阿基米德原理，即浸没在液体中的颗粒所受到的浮力等于颗粒所排开的同体积的液体的重量。因此，如果颗粒的密度大于悬浮液密度（ρ），则颗粒将下沉；小于ρ时，颗粒上浮；等于ρ时，颗粒处于悬浮状态。当颗粒在悬浮液中运动时，除受到重力和浮力外，还将受到悬浮液体的阻力作用。对最初相对悬浮液做加速度运动的颗粒，最终将以其末速度相对悬浮运动。颗粒越大，相对速度越大，分选速度越快、分选效率越高。可见重介质选煤是严格按密度分选的，颗粒粒度和形状只影响分选的速度，这也就是重介质选煤之所以是所有重力选煤方法中效率最高的原因。重液由于价格昂贵，回收复杂、困难，在工业上没有应用。目前国内外普遍采用磁铁矿粉与水配置的悬浮液作为选煤的分选介质。 （6）选煤的意义其目的在于除去煤中杂质，降低灰分，提高煤炭质量，适应用户需求；把煤炭分成不同质量、规格的产品、用户需求的产品，以便有效地、合理地利用煤炭，节约煤能源；除去煤中矸石，减少无效运输，同时为综合利用煤矸石创造条件；去除煤中黄铁矿，减少燃煤对大气的污染，同时为回收硫提供条件。 （7）重介质法选煤的工艺重力选煤，主要是利用煤和矸石的密度差异进行分选的方法，其中广泛采用的方法为重介质法。 重介质分选：分选介质由磁铁矿、煤泥、水配制成的重悬浮液（通常称为悬浮液或重质），此悬浮液的密度与分选密度有关，煤和矸石在此悬浮液中借助于重力和离心力分开。 二、超纯特细磁铁精粉的生产过程和工艺 一种超纯特细磁铁精粉的生产方法，包括如下过程： 将原矿破碎至预设粒度值以下； 将破碎后的原矿加水成为矿浆，对矿浆进行筛分，得到粗精矿矿浆和中矿矿浆； 将粗精矿矿浆进行一段分选，得品位为48%～65%的精矿矿浆和尾矿矿浆； 将品位为48%～65%的精矿矿浆进行二段分选，得品位为66.5%～70%的精矿矿浆和尾矿矿浆； 将品位为66.5%～70%的精矿矿浆进行浓缩脱水、过滤干燥，得含水量＜10%的精矿粉。 进一步地，所述预设粒度值为10mm。 进一步地，将破碎后的原矿加水成为矿浆，对矿浆进行筛分，得到粗精矿矿浆和中矿矿浆的步骤具体为： 将破碎后的原矿加水成为矿浆，对矿浆进行筛分，分别筛分出粒度＜4mm的粗精矿矿浆和粒度≥4mm的中矿矿浆； 将粒度≥4mm的中矿矿浆进行球磨，球磨后再次进行筛分，再次分别选出粒度＜4mm的粗精矿矿浆和粒度≥4mm的中矿矿浆。 进一步地，将粗精矿矿浆进行一段分选，得到品位为48%～65%的精矿矿浆和尾矿矿浆的步骤具体为： 将粒度＜4mm的粗精矿矿浆进行一段磁选，分别选出品位为40%的精矿矿浆和尾矿矿浆； 将品位为40%的精矿矿浆进行一段筛选，分别选出品位为43%～45%的精矿矿浆和中矿矿浆； 将品位为43%～45%的精矿矿浆进行一段淘洗精选，分别选出品位为48%～65%的精矿矿浆和尾矿矿浆。 进一步地，将品位为48%～65%的精矿矿浆进行二段分选，得到品位为66.5%～70%的精矿矿浆和尾矿矿浆的步骤具体为： 将品位为48%～65%的精矿矿浆进行二段磁选，分别选出品位为66%～68%的精矿矿浆和尾矿矿浆； 将品位为66%～68%的精矿矿浆进行二段筛选，分别选出品位为66.5%～69%的精矿矿浆和中矿矿浆； 将品位为66.5%～69%的精矿矿浆进行二段淘洗精选，分别选出品位为66.5%～70%的精矿矿浆和尾矿矿浆。 进一步地，将品位为66.5%～70%的精矿矿浆进行浓缩脱水、过滤干燥，得含水量＜10%的精矿粉的步骤具体为： 将品位为66.5%～70%的精矿矿浆进行浓缩脱水，得含水量＜60%的精矿矿浆； 将含水量＜60%的精矿矿浆进行过滤干燥，得含水量＜10%的精矿粉。 进一步地，本超纯铁精粉的生产方法还包括如下步骤： 将全部中矿矿浆进行脱水磁选，当浓度≥60%后进行球磨，球磨后的中矿矿浆再次进行一段筛选。 进一步地，本超纯铁精粉的生产方法还包括如下步骤： 将全部尾矿矿浆进行充磁预磁，然后进行脱水磁选，脱水磁选后再次进行一段淘洗精选。 一种超纯特细磁铁精粉的生产系统，包括： 破碎机，用于破碎原矿，所述破碎机的排料中粒度＜4mm的含量占总排料量的30%～60%；〖LQ〗 直线振动筛，用于筛分矿浆，与所述破碎机连接； 球磨机，用于将筛分出的中矿矿浆进行球磨，与所述直线振动筛连接； 一段磁选机，所述一段磁选机的磁场强度调整范围为0～4000奥斯特，与所述直线振动筛连接； 一段高频筛，所述一段高频筛的筛分细度为320目以下且筛分效率75%以上，与所述一段磁选机连接； 一段精选机，所述一段精选机的磁场强度调整范围为0～10000奥斯特，与所述一段高频筛连接； 二段磁选机，所述二段磁选机的磁场强度调整范围为0～3000奥斯特，与所述一段精选机连接； 二段高频筛，所述二段高频筛的筛分细度为320目以下且筛分效率75%以上，与所述二段磁选机连接； 二段精选机，所述二段精选机的磁场强度调整范围为0～10000奥斯特，与所述二段高频筛连接； 浓缩磁选机，所述浓缩磁选机的磁场强度调整范围为4000奥斯特以上，用于将矿浆进行浓缩脱水，与所述二段精选机连接； 过滤机，用于将矿浆进行过滤干燥，与所述浓缩磁选机连接。进一步地，本超纯铁精粉的生产系统还包括： 脱水磁选机，用于将中矿矿浆进行脱水磁选，分别与所述直线振动筛、所述一段高频筛和所述二段高频筛连接； 预磁器，用于将尾矿矿浆进行充磁预磁，分别与所述一段磁选机、所述一段精选机、所述二段磁选机和所述二段精选机连接； 回扫机，分别与所述预磁器和所述一段精选机连接。 三、一种超纯特细磁铁精粉的生产方法及系统的有益效果 （1）一种超纯特细磁铁精粉的生产方法和生产系统简单，只包括原矿破碎、矿浆筛分、一段分选、二段分选和浓缩脱水、过滤干燥，缩短了工艺，简化了流程，同时获得的铁精粉的品位为66.5%～70%，产品质量稳定，并且完全采用物理生产的方法，有利于保护环境。 （2）一种超纯特细磁铁精粉的脱水磁选机将中矿矿浆进行脱水磁选，预磁器将尾矿矿浆进行充磁预磁，回扫机将充磁预磁后的尾矿矿浆进行磁选，磁选之后的中矿矿浆或尾矿矿浆再次与新的矿浆进行超纯铁精粉的生产，从而使原矿得到充分利用。 四、一种超纯特细磁铁精粉的生产方法及系统的优点 （1）将破碎后的原矿加水成为矿浆，对矿浆进行筛分，得到粒度＜4mm的粗精矿矿浆和粒度≥4mm的中矿矿浆，在将粗精矿矿浆与中矿矿浆筛分后，只对中矿矿浆进行球磨，一方面可以避免将粗精矿矿浆磨的过细造成过磨泥化；另一方面也提高了球磨空间的利用率，提高了工作效率。 （2）一种超纯特细磁铁精粉的生产方法和生产系统简单，只包括原矿破碎、矿浆筛分、一段分选、二段分选和浓缩脱水、过滤干燥五个步骤，并且原矿破碎的步骤可根据实际情况省略，缩短了工艺，简化了流程，同时获得的铁精粉的品位为66.5%～70%，产品质量稳定，并且完全采用物理生产的方法，有利于保护环境。 （3）一种超纯特细磁铁精粉的脱水磁选机将中矿矿浆进行脱水磁选，预磁器将尾矿矿浆进行充磁预磁，回扫机将充磁预磁后的尾矿矿浆进行磁选，磁选之后的中矿矿浆或尾矿矿浆再次与新的矿浆进行超纯铁精粉的生产，从而使原矿得到充分利用。具体来说，在工艺流程中，有很多弱磁性矿物不易被磁选机选取，这些弱磁性矿物含铁量高，选别不出来，白白跑掉，使尾矿量多，金属回收率低，给企业造成很大浪费，因此对尾矿矿浆中的弱磁性矿物进行充磁预磁，进行磁选，有着非常大的意义。 总体来说，一种超纯特细磁铁精粉的生产方法和生产系统执行十六字方针，即多碎少磨、早抛少磨、多筛少磨、多选少磨。具体为多段筛分，多段精选，尽早抛掉杂质使矿浆中合格品及时进入下一流程，避免反复工作、避免过磨泥化。 五、结语 一种超纯特细磁铁精粉的生产方法及生产系统的研究成果与成功的实施案例，将会给我们的国家和社会带来更多的经济价值，也会使我们的国家更加繁荣富强，同时也将会在中国工业革命历史上写下新篇章。 中国的超贫磁铁矿储量很大，开发利用的前景也非常广阔，用此工艺开发生产，用物理的方式富集磁铁矿，达到超纯特细磁铁精粉，可用于洗煤作为重介质，将煤炭中的硫、磷等有害物质去除，将煤变成清洁的能源材料，达到近零排放的环保标准。另外，超纯特细磁铁精粉在经过还原工艺后成为粉末冶金的重要工业原料，可用于高铁刹车片、食品氧化剂、氧化铁红、软磁铁氧体材料、永磁铁氧体预烧料、合成氨催化剂等不可多得的稀有资源。主要用于制底漆和面漆，用于电子工业的磁性材料，也用于建筑工业的防锈剂，还可做颜料和抛光剂。可做录音磁带和电信器材，枪械、锯条等表面的发蓝、发黑，俗称“烤蓝”，耐高温材料、涂料、油漆、防腐添加剂等。 |
