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高品位铁精矿的制备技术及其应用术
高品位铁精矿根据不同用途，也称为超级铁精矿、高纯铁精矿、优质铁精矿等，是指含铁量高，脉石含量低的铁精矿。它既是选矿的深加工产品，又是一种很有发展潜力的新型功能材料。目前高品位铁精矿主要分为两类：其一指铁品位高于69．00％，二氧化硅及其它杂质含量小于3．00％的磁铁矿精矿，主要用于生产海绵铁；其二是指铁品位高于71．50％，二氧化硅及其它杂质(酸不溶物)含量小于0．2％一3％的磁铁矿精矿，主要用于粉末冶金、磁性材料等领域。文中介绍了高品位铁精矿发展和应用现状和制备技术。
关键词 高品位铁精矿 海绵铁粉末冶金制备技术
Technology for Preparing High Grade Iron Concentrate and Its Application
Li Yanjun Yuan Zhitao Han Yuexin
(Northeastern University)
Abstract High grade iron concentrate refer to the concentrate that has high iron content and low gangue content, which is also called super iron concentrate, high purity iron concentrate and fine quality concentrate according to the specif- ic usage. At present, high grade iron concentrate is mainly classified into two types: one is the magnetite concentrate that has an iron grade of over 69% and contents of silica and other impurities of less than 3%, which is mainly used for produ- cing sponge iron; the other is the magnetic concentrate that has an iron grade of over71.5% and contents of silica and other impurities ( non - acid soluble substances) of less than 0.2% - 3%, which is mainly used in the fields of powder metallur- gy and magnetic materials. The development, application and preparation technology of high grade magnetite concentrate are presented in the paper.
Keywords High grade iron concentrates, Sponge iron, Powder metallurgy, Preparation technology
1高品位铁精矿的质量标准
由于高品位铁精矿的制备是近年来随着冶金工业的发展而兴起的，对其质量，目前国家还没有统一的标准。高品位铁精矿的用途不同，其要求铁的含量也不同，而且对主要杂质(二氧化硅或酸不溶物)含量要求也不同。表1是不同领域对高品位磁铁矿精矿的要求[1]。

2高品位铁精矿发展和应用状况
2．1高品位铁精矿的发展
国外研究生产超级铁精矿的工作始于20世纪60年代，由于高品位铁精矿含铁量接近于纯矿物的理论值，为此利用机械选矿法直接生产具有一定的难度。前苏联、加拿大、美国、挪威等国先后进行了研究，并具有一定规模的生产，生产出的高品位铁精矿铁品位接近72．00％，二氧化硅小于0．50％。中国大约在20世纪60年代就用优质铁精矿生产磁性材料，随着中国对高品位铁精矿的需求增大，生产高品位铁精矿的厂家不断增加，规模也在不断扩大。生产能力由最初的3000 t发展到10000。20000i t。中国南芬铁矿石、保国铁矿石、歪头山铁矿石等已先后成功地在实验室生产出合格的高品位铁精矿。但由于高品位铁精矿对二氧化硅含量的要求极为苛刻，且波动范围要求严格，国内生产的高品位铁精矿，无论产品的质量和数量均不能满足有关行业的要求，需进一步加强对高品位铁精矿的研究与开发。
在粉末冶金领域，大部分以铁鳞为原料。如以铁精矿作原料直接还原，则要求铁精矿中SiO：及其它杂质含量很低，只有高品位铁精矿才能达到这一要求。近年来，西欧、北美、日本的还原铁粉厂，采用高品位铁精矿为原料，生产出高性能的铁粉。在我国，由于生产含SiO2及其它杂质较低的高品位铁精矿比较困难，因而对其在粉末冶金领域应用的研究不多，还没有采用高品位铁精矿作铁粉原料的厂家。但可以预见，随着含较低SiO2及其它杂质的高品位铁精矿生产技术的研究成功，铁矿产品直接走进功能材料领域的时代即将到来[2]。2．2高品位磁铁矿精矿的应用现状
2．2．1生产直接还原铁
直接还原法是铁矿石在固体状态下直接还原成金属铁的一种生产过程，其产品称为直接还原铁或海绵铁。利用普通煤、石油或天然气等热源及还原剂直接还原高品位铁精矿，可制取直接还原铁。直接还原铁可用于电炉炼钢以代替废钢，与使用废钢相比有许多优越性，如有害杂质低、质量稳定、来源广泛，是钢铁工业发展的一个重要方向；直接还原铁还可用作高炉炉料，提高高炉产量，降低焦比；转炉用直接还原铁可代替废钢和铁矿石作冷却剂，冷却效果介于矿石和废钢之间，一般是废钢的1．0—2．0倍，此外可降低钢中P、S、Cu、Zn等含量，有利于提高钢的质量。
2．2．2海绵铁球团直接轧制钢材
高品位铁精矿生产金属化球团，而后可轧制钢材，为钢铁生产开辟了新的途径。这种新工艺不用高炉、转炉，也不用铸锭作业，生产环节少，可大量节省能源，而且投资费用仅为高炉一转炉联合流程的20％一30％。
2．2．3制取粉末冶金用铁粉
高品位铁精矿在粉末冶金中主要是用来生产优质的还原铁粉。还原铁粉是粉末冶金制品必需的大宗基础原料，它在这方面的耗量占还原铁粉总耗量的70％一80％；而汽车制造业是粉末冶金制品的最大用户。目前一辆汽车耗量大约7 kg左右；铁粉也是发展高效电焊条制造业的重要原料。此外，铁粉在火焰切割、脱气物料、静电复印、显影剂用载体、人体热敷袋、节能蓄电池、合金添加元素、谷物选种、催化剂等领域的应用。近年来也得到了迅速发展，其耗量呈不断上升趋势。还原铁粉生产的基本原理是基于下列化学反应式：

进入还原系统的原料越纯，杂质含量就越少，还原铁粉质量就越高。近年来，西欧、北美和13本的还原铁粉80％都是以高品位铁精矿生产的，而我国大多数厂家都是以铁鳞为原料。因此，即使处于国内先进水平的还原铁粉，与国外先进水平相比尚有一定差距。高品位铁精矿和铁鳞都可以作为生产还原铁粉的原料，但前者较后者有明显的优点:
(1)还原铁粉用的铁鳞必须是低碳沸腾钢的轧钢铁鳞，其来源有限，化学成份不稳定，而高品位铁精矿具有纯度高，杂质含量少，性能稳定等特点。
(2)高品位铁精矿为选矿深加工产品，粒度较细，因而还原速度快，还原效率高。
(3)采用高品位铁精矿可省去用铁鳞时所需的破碎、磁选、烘干等原料处理工序。2．2．4生产磁性材料
目前，国内外生产永磁铁氧体的主要原料是铁鳞和氧化铁红。铁鳞的成分波动大，给铁氧体的生产带来很大的困难，需经常调整工艺参数，否则难以保证产品性能的稳定，在目前生产条件下，很难生产出高性能的产品。氧化铁红虽纯度高，可生产出较高性能的永磁铁氧体，但由于原料的价格贵，且氧化铁红市场供应量有限，降低产品的成本并保证生产的正常进行是很困难的。为保证磁性材料性能的提高，降低成本，选择优质廉价的原料是十分必要的。经选矿提纯的高品位铁精矿经湿式细磨(一般磨至2.3μm)，再经过浓缩、过滤、烘干即可。采用该方法生产的氧化铁红，能耗较大，活性度较差，但资源丰富，质量稳定，生产成本较低，仍然有较好的发展前景。
由于高品位铁精矿的纯度高、粒度细，在生产永磁铁氧体预烧料中，可以全部或部分代替纯度高的氧化铁红，以降低成本。目前，用高品位铁精矿、碳酸锶或碳酸钡加高岭土等添加剂为原料经细磨，在1200-1300℃高温预烧，可生产出档次较高的磁性材料。用于磁铁氧体生产的高品位铁精矿铁品位不应低于72．00％，Si02不应高于0．40％～0．30％， CaO和Mgo不应超过0．12％，AI203不应超过0．10％。
2．2．5合成氨催化剂
利用Fe203含量大于98％的高品位铁精矿可制备合成氨催化剂。以高品位铁精矿为主体，加入少量A1203、MgO及SiO2等助剂混合，于电炉中熔化、冷却，破碎为小颗粒，装入合成塔，通过氢氮混合气，还原为多孔性a型纯铁。用它作为合成氨催化剂，具有活性高、寿命长、价格低廉等优点。
2．2．6其他方面的应用
高品位铁精矿可直接用来生产电焊条。高品位铁精矿利用流态还原法制取的铁粉，或者用高品位铁精矿生产的海绵铁，经过快速冷凝法制取非平衡材料和铁粉，可以用于环保中的废水处理和食品保鲜等领域。还可用来制取炼钢冷却剂、化工颜料、磁流体、磁介质，用于生产蓄电池等。纯度高的海绵铁，可以作为冶炼特种钢的原料。例如，本溪钢铁冶金研究所已利用高品位铁精矿，生产出超低碳不锈钢，它抗腐蚀性强，可用于化工设备，国产价格与进口价格相比约低40％。
3高品位铁精矿的制备技术
天然铁矿石中只有磁铁矿和赤铁矿能有效地提取高品位铁精矿，除了极富的矿石(如巴西某地的赤铁矿SiO2含量为0．50％左右)可直接提取高品位铁精矿外，一般都要从商品精矿中提取。对于后一种制取方法，需根据精矿中脉石矿物的种类、嵌布粒度以及与铁矿物的共生关系确定选矿工艺与方法。主要的工艺方法包括浮选、磁选和细筛等。
3．1正浮选和反浮选
对于品位较高的赤铁矿或镜铁矿，正浮选和反浮选都可得出质量高的高品位铁精矿。从国内外研究和生产情况看，目前用阳离子反浮选法从磁选精矿中脱硅是提高铁精矿质量的有效方法之一。脱硅浮选用阳离子捕收剂进行反浮选，可不添加铁矿物抑制剂，在中性矿浆中或碱性矿浆中浮选。反浮选主要在美国和加拿大应用较多，该法以其经济和有效见长。
常用的阳离子捕收剂主要是脂肪胺及其盐酸盐，选择何种阳离子捕收剂取决于矿石的粒度、化学成分及矿浆温度。处理细粒产品建议使用选择性高的醚胺和二胺，精选铁精矿时，加拿大阿达姆斯选厂采用醋酸胺，而格里弗特选厂则用季胺，美国里谢夫选厂采用C13-C15胺和二元胺，我国则用十二胺等。
朝阳某选矿厂采用磁选一阳离子反浮选工艺，在给矿品位为65．50％的情况下，获得了精矿铁品位为71．50％、产率为70．oo％、二氧化硅含量为0．28％的指标，同时获得了部分品位为68．00％的中矿。
3．2磁选
对某些磁铁矿来说，采用干式或湿式弱磁场磁选机，或者两者联合使用，就可获得较高纯度的高品位铁精矿。例如，南芬某选矿厂矿石采用两段电磁精选机处理，获得的精矿品位为72．04％，该铁精矿可生产还原铁粉。近年来许多单位采用弱磁选或重选在实验室中得出了铁品位高于71．00％的高品位精矿。
对赤铁矿石，湿式强磁场磁选机效果较好，1965年，加拿大普列斯特钢铁公司由卡提尔采矿公司买进螺旋选矿机选出的镜铁矿精矿，磨至-0．355mm作为琼斯磁选机的给矿，经强磁选，SiO2含量可由6．00％降到0．30％以下，不溶物含量降到0．40％左右，该厂每天生产大约20t高价氧化铁，用于制造钡铁氧体。强磁场磁选机在降低电流强度的条件下。借助水流的强烈冲洗作用，也可以处理磁铁矿。生产出铁品位为70．80％、SiO2含量为1．50％的高品位铁精矿[3,4]。
4 目前我国铁精矿发展方向
生产铁精矿的矿山企业比较关注的一个问题就是铁精矿生产的走向问题，即几年后，计划生产什么质量的铁精矿。为直接还原铁和粉末冶金提供原料是铁精矿生产企业重点发展方向之一。
4．1直接还原铁
目前，我国绝大部分的铁精矿都作为高炉炼铁的原料。高炉首先出现在我国，第二次世界打战以后，高炉生产空前发展，生产效率达到顶峰，消耗的下降，使生产成本大幅度下降，高炉生产的竞争能力，达到前所未有的水平。但随着高炉容积扩大，高炉有效高度也随之增高，5580 m3高炉的有效高度。已经达到35 m。为了保持高炉透气性良好，要求所用的矿石及焦碳，必须有很高的强度。这样，不仅原料加工变得复杂，而且扩大了主焦煤的使用比例。高炉自身的发展，给高炉带来了空前的困难。
(1)生产的烧结矿、球团矿，必须满足大高炉的要求，造成严重的粉尘污染和大气污染。焦碳生产，也造成严重的大气、水和粉尘污染；
(2)高炉生产，耗用主焦煤太多，而它的储量比例较少，给高炉后续发展，带来危机感。高炉规模大，铁、烧、焦生产设备庞大、复杂，生产流程长，增加了投资，降低了竞争力；
(3)钢铁生产的长流程，遇到空前挑战，各种新流程、新方法不断涌现，炼铁变革正在进行。
由于上述原因，直接还原铁在缺少焦煤的地区，一直存在。高炉越发展，不需要焦煤的炼铁方法，越得到重视，目前已有几十种新的方法被开发出来。20纪70年代后，直接还原铁的产量开始显著增长。1990年全世界铁产量为55000万t，还原铁产量为1788万t，所占比例为3．25％，到了2004年，世界铁产量为68000万t，而还原铁产量已经达到了5460万t，所占比例为8．03％。
2004年，直接还原铁产量位居前四位的国家是印度、委内瑞拉、墨西哥和伊朗。在还原铁产量前8位的国家中，或者是石油生产大国，或者是缺少主焦煤国家。生产方法主要有气基和煤基两种生产方法，其中气基占绝对优势。
目前我国还原铁的发展处于上升势头。对还原铁用铁精矿的要求是TFe大于69．Qo％，SiO：含量小于3．00％。我国相当多的铁精矿生产厂家都可以生产或部分生产这种质量的产品[5-7]。
4．2粉末冶金
作为功能性材料的还原铁粉，得到越来越广泛的应用。世界铁基粉末冶金技术的发展突飞猛进，面对我国资源的特点，以低碳沸腾轧钢铁鳞为原料_生产还原铁粉使我国的铁粉生产规模及其质量都受到限制，而适合应用的铁精矿粉资源很丰富，与铁鳞相比，无论是在提高铁粉产量方面，还是提高铁粉物理、化学、冶金性能方面都有巨大的优势。用铁精矿粉为原料生产铁粉对于铁基粉末冶金工业其意义尤为重要，它关系到我国铁基粉末冶金材料和制品质量能否继续提高，汽车用高强度结构零件是否能够优质生产等问题，也涉及到我国还原铁粉工业今后是否能正常发展和竞争生存等至关重要的问题。
为解决我国还原铁粉性能不一、质量不稳的落后状况，我国采用以超纯铁精矿粉为原料，用碳一氢两步法还原工艺生产铁粉的新技术，来改善铁基粉末冶金材料和制品的质量。一个国家粉末冶金工业发展的重要标志是以超纯铁精矿粉的产量、品种、质量及其成本来衡量的，但目前国内生产超纯铁精矿粉的厂家不多，无论在产品数量还是质量方面都满足不了需求。如果采用超纯铁精矿粉生产出高质量、高性能的还原铁粉，并且建立超纯铁精矿粉一一粉末冶金(或其他)一条龙生产线，这样既解决了超纯铁精矿粉的销路，又缓解了我国高性能还原铁粉的短缺，并为企业创造更高的经济效益。
5结论
我国的钢铁行业将会向高质量、精加工方向发展，铁精矿加工企业必须跟随钢铁行业的变化，而直接还原铁和粉末冶金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，满足这两个行业的需要，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。
参考文献
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