我國具有豐（fēng）富的鐵礦資源（yuán），已（yǐ）探明儲量近（jìn）500億（yì）t，可供開發利用的約260億t，其（qí）中96%為貧（pín）礦，平均品位為32.6%。隨著鋼鐵工（gōng）業的快速發展，鐵礦資源消耗速度（dù）很快，富礦越來越（yuè）少，已不（bú）能滿足鋼鐵（tiě）生產的需要，國內多數大型鋼鐵企業不得不利用大量外匯高價（jià）購買澳大（dà）利亞、巴西等國的進（jìn）口礦進行高爐冶煉。自2003年（nián）以來，我國對進口鐵礦石的依賴程度已達55%以上，比較分散的中小型鋼鐵企業則隻能使用較低品位的鐵礦。此外，我國電（diàn）弧（hú）爐煉鋼需要大師的廢鋼原料，來源緊張，造成不少電爐煉鋼廠處於半停產狀態。因此，尋找新（xīn）的鋼鐵原料來源已經迫在眉睫。本研（yán）究在前期對國內某超微細貧赤鐵礦進行（háng）磁選、浮選、磁選-浮選等常規選礦試驗都無法獲得滿意（yì）結果的情況下，采用煤基直接還原-磁選工藝，實現了鐵的（de）有效富集，為這種鐵礦（kuàng）石的開發利（lì）用提（tí）供了新的技術路線。
1、試驗原料
1.1、鐵礦石
試驗所用（yòng）鐵礦石為湖（hú）南某貧赤鐵礦石。礦石采樣粒度10~50mm，用顎式破碎機在加對輥破碎機至（zhì）-1mm備用。原礦化學多元素分析結果如表1所（suǒ）示。
由表1可見，礦石鐵品位僅為28.83%，SiO2含量高達（dá）45.18%，但P、S等有（yǒu）害雜質含（hán）量較低（dī），如果能夠通過選礦（kuàng）富集的（de）話，將是一（yī）種優質的高爐原料。
岩相分析表（biǎo）明：礦石結構（gòu）較致密（mì），但很脆，並不（bú）堅實。礦石中主要是赤鐵礦和石英這兩種礦物，赤鐵（tiě）礦含量為26.35%，石英含量（liàng）為61.27%，其次還有少量的三氧化二鋁（lǚ）、氧化鎂、氧化鈣等。鐵礦物主要以赤鐵（tiě）礦形式（shì）存在，並以微細粒（3~5μm）嵌布在脈石中，分布比較均勻。赤鐵礦中含有少量的脈石和雜質，且以浸染狀與脈石礦物混雜交生，局部可過渡為稠密浸染狀。石英顆（kē）粒大小不一，大多（duō）為10~30μm。因此，該（gāi）礦石具有鐵質板岩的特征，將極（jí）難分選，預計即便將（jiāng）礦石磨至全部小於10μm，絕大部分赤鐵礦仍將（jiāng）與石英呈連生體產出，這就（jiù）決定了采用傳統的選礦工藝無法實現赤鐵礦和石英的有效分離。
1.2、還原劑
試驗所用還原劑為新疆奇台煤（méi），破碎至-1mm備用。煤樣的工業分析結果及灰（huī）份化學分析結（jié）果分別示於表2和表3。
由表2和表3可以看出（chū），試驗用煤灰份少，固定（dìng）碳和揮發份（fèn）含量高（gāo），有害（hài）元素S含量（liàng）及結焦指（zhǐ）數（shù）低，是良好的還原劑。該煤灰渣的軟熔特性為變形溫度1100℃、軟化（huà）溫度1170℃、半球（qiú）溫度1190℃、流動（dòng）溫度1260℃，符合一般煤（méi）基直接（jiē）還原的（de）要求。
2、試驗（yàn）方法
試驗工藝為：原礦加水混勻（yún）->壓團->幹燥->預熱->直接還原->冷卻->磨礦->磁選。該工藝（yì）采用將原礦壓（yā）團（tuán）預熱後再還原的方法，可以明顯提高鐵礦石的還原速度和金屬（shǔ）化率（lǜ），有利（lì）於後續磁選時獲得（dé）較高的鐵回收率。
團塊製備采（cǎi）用φ13mm×50mm的模具將原礦（kuàng）壓（yā）製成φ13mm×8mm的圓柱；烘幹的團塊（kuài）在900℃下預熱（rè）10min，添加一定量（liàng）的煤，置（zhì）於φ65mm×100mm熱（rè）不鏽鋼還原罐（guàn）中按預定還原溫度和時間進行還原後取出，蓋煤冷卻，得到（dào）還原團塊；將還原團塊破碎後用XMQ240×90型錐形（xíng）球磨機磨礦（kuàng），磨礦細度采用JL-1166型激光粒度分析儀測定；磁選設備為XCGS-73型磁選管，直徑50mm，磁場強度（dù）可調（diào）。
3、試驗結（jié）果及分析
3.1、原礦直接還原（yuán）試驗
3.1.1、還原溫度試驗
還原溫度對還原礦金屬化率的影響如圖1所示。可見：當還原（yuán）溫度從900℃提高到950℃時（shí），還原礦金屬化率從80%左右增加到89%左右；還原溫度繼續上升，還原礦金屬化（huà）率反而降低，在溫度達到1000℃時下降到81%左右，這主要是因為原礦（kuàng）中含量高達45.18%的SiO2在還原性氣氛下極易（yì）與還（hái）原生產的FeO發（fā）生（shēng）反應，形成（chéng）低熔點的鐵橄欖石，高溫時鐵橄（gǎn）欖石會在還原礦的（de）表麵形成大師液相，阻礙還原氣氛向（xiàng）內部擴散。因此（cǐ），可以確定*佳（jiā）的還（hái）原溫度為950℃，這個溫度比通（tōng）常用高品位鐵礦（kuàng）石直接還原生產海綿（mián）鐵的適宜（yí）溫度1050℃要低（dī）100℃。
3.1.2、還（hái）原時間試驗
還原時（shí）間對還原礦金屬化率的影響如圖2所示。可見：還原時間從30min增加到80min，還原礦的金（jīn）屬化率從78%左右提高到89%左右；但是隨著還原時間的進一步延長，金屬化率（lǜ）反而下降，這可能是由於隨著還原時間的增加，煤被不斷消耗，還原罐內的還原性氣氛降低，而氧化性氣氛增強，從而使已還原的礦石再氧化。因此，確定還（hái）原時間（jiān）為80min。
3.1.3、煤/礦質量（liàng）比試驗
煤/礦質量比對還原礦金（jīn）屬（shǔ）化率的影響如圖3所示（shì）。可見：當煤/礦質量比（bǐ）由1:1增（zēng）加到2.5:1時，還原礦的金屬化率由77.75%提高到（dào）93.72%；煤/礦質量比（bǐ）進一步增加，還原（yuán）礦（kuàng）金屬化率的變化趨於平（píng）緩。因此，煤/礦質量比定為2.5:1。
由於實驗室還原罐為非封閉體係，需要遠大於理論量的還（hái）原劑才能保證還原罐（guàn）內有（yǒu）足夠（gòu）的（de）還原氣氛，，試驗煤/礦質量比工業生產高得（dé）多（工業生產僅為0.5左右）。
3.2、還原礦磨礦-磁選試驗
上述試（shì）驗得到的*佳直接還原工藝參（cān）數為煤/礦質量比2.5:1、還原時間80min，還原溫度950℃。按此條件製備出的還原礦全鐵品位為31.87%、金屬鐵含量為29.90%、金屬（shǔ）化率為93.82%。對該還原礦進行了磨（mó）礦-磁選試驗。
3.2.1、磨（mó）礦細度試驗
將還原礦按不同磨礦時間進（jìn）行磨礦（kuàng），產品的平（píng）均粒徑見表4。
對（duì）不同磨礦時間下的磨礦產品分別（bié）進行1次磁選，精（jīng）礦鐵品位及回收率的變化如圖4所示（shì）。可見，隨著磨礦時間的延長，還原礦的平均粒徑減小，精礦鐵品位從50%左（zuǒ）右（yòu）提高到66%左右，而精礦中鐵的回收率從86%左右降低到70%左右。顯然，磨礦細度對（duì）精礦品位有很大的影響，欲獲得品位在（zài）60%以上的鐵精礦，須將還原礦細磨到8μm以下，這進一步證明試驗礦石屬超微細嵌布。
3.2.2、磁場（chǎng）強度試驗
在不同磁場強度下對磨礦20min的還原礦進行1次磁選，精礦鐵品（pǐn）位及回收率的（de）變化如圖5所示（shì）。可見：磁選（xuǎn）精礦（kuàng）的鐵品位隨著（zhe）磁（cí）場強度的提高而下降，當磁場強度由199.0kA/m提高到（dào）358.2kA/m時，精礦鐵（tiě）品位由68%左（zuǒ）右降（jiàng）低（dī）到65%左右；而磁選精礦的（de）鐵回收率隨著磁場強度的提高先上升後下降，在磁場（chǎng）強度為278.6kA/m時*高，超過79%。綜合考（kǎo）慮精礦品位及回收率，磁場強度以278.6kA/m為宜。
3.2.3、還原礦磨礦-磁選流程試驗
根據磨礦細（xì）度和磁場強度試驗（yàn）經進校，進行了還原礦（kuàng）的（de）磨（mó）礦-磁選流程試驗（yàn），結果見圖6。圖6表明，還原礦經過3段磨礦、 3段磁選，獲得了精礦鐵品位為69.54%、鐵（tiě）回（huí）收率為65.58%（對（duì）還原礦）的良好指標。
流程試驗所得鐵精（jīng）礦的多元素化學分析結果示於表5。可見：鐵精礦（kuàng）以金屬鐵為主，金屬化（huà）率為98.02%，氧化亞鐵含量很低，有害雜質含量也很少，可以作為轉爐煉鋼（gāng）的原料（liào）。但（dàn）是，鐵精礦中SiO2含量仍（réng）然很高（gāo）（26.76%），表明鐵的嵌布粒度超細，難（nán）以與石英（yīng）完全解離，這與岩相分析結果相吻合。
4、結論
（1）湖南某赤（chì）鐵礦石屬（shǔ）鐵質（zhì）板岩，鐵品位低；礦（kuàng）石中赤鐵礦嵌布（bù）粒度極細，大部（bù）分粒度（dù）僅（jǐn）3~5μm，且主要以浸染狀與石英緊密共（gòng）生，難以充（chōng）分單體解離。
（2）由於礦（kuàng）石中主要鐵礦物（wù）赤鐵礦嵌布粒度超 微細，以常規（guī）選（xuǎn）礦方法不能獲得鐵品位高於50%的鐵精（jīng）礦，因此采用（yòng）煤基直（zhí）接還原-磁選工藝（yì），成功實現了鐵（tiě）的有效富集。
（3）在（zài）還原溫度為（wéi）950℃、還原時間（jiān）為80min、煤/礦質量（liàng）比為（wéi）2.5:1的條件（jiàn）下，通過煤基（jī）直接還原，得（dé）到了全欠缺（quē）品位為31.87%、金屬鐵含（hán）量為29.90%、金屬化率為93.82%的還原礦；還原礦在*終磨礦產品平均粒度為7μm左右（yòu）條件下，經磁選管3次選別，得到了產率為鐵品（pǐn）位為69.54%、鐵回收（shōu）率為65.58%（對還原礦）、金屬化率高達98.02%的鐵精礦。
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