摘要 以安庆含硫1．6l％的磁铁精矿为对象，研究了用高硫磁铁精矿制备满足高炉冶炼要求的氧化球团矿的可行性。采用含镁工业盐类矿物为添加剂，通过系统地试验研究，获得了抗压强度2552 N／个、含硫量0．018％、FeO含量1．67％、冶金性能良好的球团矿。探讨了添加剂强化高硫磁铁精矿球团氧化固结的机理。

关键词 高硫磁铁精矿 球团矿 添加剂 氧化球团

1    前  言  

  近年来，我国部分有色金属矿山开始从尾矿中回收有价元素铁，并获得了高品位的铁精矿。随着综合利用水平的提高，预计此类铁精矿将逐年增多。但这类铁精矿由于与硫化矿伴生，因而含硫普遍较高，目前仅能作为烧结球团的配料使用。为有效利用资源，提高矿山效益，安徽铜陵有色金属公司委托中南工业大学，对其所产高硫磁铁精矿生产氧化球团矿的可行性进行了研究。

2    试验原料及研究方法

2．1试验原料

    本研究所用铁精矿为安徽铜陵有色金属公司安庆铜矿所产含硫1．61％的高硫磁铁精矿，其化学成分列于表1；造球粘结剂为安徽黄山膨润土；所选用的添加剂为含镁盐类工业矿物(以下简称添加剂M)，试验时，将其用球磨机细磨至一0．074mm占80％以上。

2．2研究方法

  预先试验表明，添加剂M能有效地强化高硫磁铁精矿球团氧化固结，消除硫的危害，其用量为3％时效果最好。因此我们将加3％的添加剂与不加添加剂的高硫磁铁精矿为研究对象，系统研究高硫磁铁精矿球团氧化焙烧特性及添加剂M的作用。

  试验在Ø50 mm小型卧式电炉中进行，采用Ø10～12 mm经105±5℃干燥4小时的试样，每次取l0个干球置于瓷舟中，在自然通风条件下进行焙烧试验，然后对成品球团矿进行检测，以球团矿的抗压强度、S和FeO含量作为评判试验的主要依据。

3试验结果与分析

3．1系统焙烧试验

3．1．1添加剂M对球团预热温度的影响

    预热球中S和FeO含量与预热温度的关系示于图1。从图可以看出，无论添加M与否，残S量都始终随着预热温度的升高而呈下降趋势，FeO在预热温度低于1 000℃时，随预热温度的升高而下降，但预热温度高于1 000℃后，呈上升趋势，曲线的变化规律一致。可见添加剂M对高硫磁铁精矿球团没有明显影响，适宜的预热温度都为1 000℃。但图中曲线还表明，加添加剂M，预热球团中的残S量、FeO含量都明显地降低了，这说明，添加剂M加入后，强化了脱硫反应，并提高了磁铁矿氧化的速度。

3．1．2添加剂M对球团预热时间的影响

    球团矿的抗压强度、残S量及FeO含量与预热时间的关系示于图2。预热时间越长，高硫磁铁精矿球团氧化脱硫反应进行得越充分，球团矿的抗压强度增加，残S量及FeO含量下降。相比之下，加添加剂M的球团更为显著。无添加剂M的球团预热时间达25 min时，球团矿的抗压强度仅为1500 N／个，残S量为0．03％，FeO为3．5％左右；而加入3％添加剂M后，当预热时间为15 min时，球团矿的抗压强度就超过了2 500 N／个，残S量低于0．02％，FeO含量低于1．8％的水平。添加剂M的加入，缩短了球团的预热时间，改善了球团矿的质量。

3．1．3添加剂M对球团焙烧温度的影响

    球团矿的抗压强度、残S量与焙烧温度的关系示于图3。对于残S量而言，随着焙烧温度的升高，两种球团矿中残S量均呈下降趋势，但在同一焙烧温度下，加入添剂M的球团更低一些；对于抗压强度而言，无添加剂M的球团，在焙烧温度为1 200℃时，抗压强度最高，达l 600 N／个；而加3％添加剂M的球团，其适宜的焙烧温度在1 250 ℃，此时抗压强度超过2 500 N／个。添加剂M使球团适宜的焙烧温度提高了50℃，而且球团矿的抗压强度也得到显著提高。

3．1．4添加剂M对球团焙烧时间的影响

    球团矿抗压强度、残S量与焙烧时间的关系示于图4。随着焙烧时间的的延长，球团矿残S量下降不明显。加与不加添加剂M的高硫磁铁精矿球团矿的抗压强度分别在焙烧时间为15 min和20 min时达到最高。

3．2综合条件试验

    为了便于比较，根据上述试验结果，进行了有无添加剂M的高硫磁铁精矿球团在各自适宜条件下的验证焙烧试验，试验结果列于表2。

    由表2可见，添加剂M能够消除S的危害，使球团的抗压强度显著提高，FeO、残S量明显下降，起到了强化高硫磁铁精矿球团氧化固结的作用，效果显著。

3．3成品球团矿的冶金性能

  以综合条件试验的球团矿为对象，采用日本JIS标准对球团矿进行了冶金性能测定，结果列于表3。

    由表3可见，两种球团矿的还原率，低温还原粉化性能相近，但荷重软化性能在加添加剂M后明显改善，软化开始温度由890℃提高到1040℃，软化区间也变窄了。加添加剂M的高硫磁铁精矿球团矿的冶金性能得到改善。

3．4添加剂M强化高硫磁铁精矿球团氧化固结机理探讨

  结合光学显微镜、扫描电镜及电子探针等方法探讨了添加剂M强化高硫磁铁精矿球团氧化固结的机理。研究结果表明，添加剂M为含镁盐类矿物，虽然它受热分解成MgO，但没有产生缚硫效应，却使球团中的硅酸钙镁量增多。硅酸钙镁的熔点高、强度好，它的生成阻碍了难还原、熔点低的铁橄榄石和钙铁硅酸盐的形成。因此，添加剂M的加入，不仅提高了高硫磁铁精矿球团适宜的焙烧温度，有助于加快脱硫反应和球团矿氧化固结速度，而且还提高了球团矿的强度，改善了其冶金性能。

    另外，加添加剂M的高硫磁铁精矿球团，在焙烧过程中，添剂M分解生成的MgO可能进入渣相，也可能进入铁氧化物，或残存下来。由于受动力学条件的限制，MgO与新生成的．Fe₂O₃之间首先发生固相反应，生成与磁铁矿晶型相似的铁酸镁或类似固溶体，一般只有在钙铁硅酸盐形成之后，MgO才可能进入硅酸盐渣相。许多学者认为，对于镁离子的扩散，磁铁矿的组织结构比赤铁矿的要好，在与渣相争夺MgO方面，磁铁矿比赤铁矿有效得多。矿相鉴定表明，赤铁矿中基本不含镁，磁铁矿中含少量的镁，仅为0．5％～1．0％，硅酸盐及玻璃体渣相中含镁较高，其中硅酸钙铁中含镁0．5％～1．2％，硅酸钙镁中含镁0．68％～14．5％，玻璃体中含镁1．5％～6．0％。根据上述事实，我们认为在加添加剂M的球团焙烧过程中，随着钙铁硅酸盐等渣相的生成，添加剂M分解生成的大量MgO将由赤铁矿向磁铁矿、钙铁硅酸盐渣相作定向迁移，最后富集于渣相。这一过程使空位浓度大大增加，有助于改善球团矿内部的扩散条件，降低脱硫反应和球团矿氧化固结过程的活化能，因而有利于加快脱硫反应及球团矿氧化固结速度。

4  结  语   

    1)添加剂M能改善高硫磁铁精矿球团的焙烧性能，强化高硫磁铁精矿球团的氧化固结。试验研究表明，添加3％的添加剂M，可使高硫磁铁精矿球团适宜的焙烧温度由1 200℃提高到l 250℃，预热时间由25min缩短到15 min，焙烧时间由20 min缩短至15 min。在各自的最佳条件下，球团矿抗压强度则由1720 N／个提高到2 552 N／个，FeO含量由3．72％降至1．67％，残S量由0．04％降至0．018％，还改善了球团矿的冶金性能。

    2)添加剂M强化高硫磁铁精矿球团氧化固结机理在于：添加剂M分解生成的MgO，提高了球团的软化温度，在焙烧过程中，随着钙铁硅酸盐的形成，MgO由赤铁矿向磁铁矿、渣相定向迁移，最后富集于渣相，这一过程使空位浓度大大增加，加强了球团矿的内部扩散，降低了活化能，加快了脱硫反应及球团矿氧化固结速度。

杨昭全 郭宇峰  姜涛 付守澄 朱德庆 蔡汝卓

(安庆铜矿球团厂)    (中南工业大学烧结球团研究所)