Дефосфорация продуктов магнитного обогащения
1., 2., 1., 1, ?бс?т З. Б1., 1.
Карагндинский государственный университет им 1
Химикометаллургический институт им. Абишева2
Приведены результаты исследований по обогащению бурожелезнякового концентрата Лисаковского месторождения. Установлен оптимальный режим восстановительного обжига ЛГМК в присутствии углеводородного восстановительного агента (высоковязкая нефть месторождения Каражанбас), обеспечивающий максимальный перевод немагнитного железосодержащего минерала ЛГМК гидрогетита в магнетит с последующим магнитным обогащением в поле низкой интенсивности. Приведены результаты процесса дефосфорации продуктов магнитного обогащения. Изучено поведение основных элементов ЛГМК в процессах термической обработки с жидким углеводородным восстановителем (ЖУВ) и дефосфорации методами РФА, Мессбауэроской спектроскопии и локального рентгеноспектрального микроанализа.
Проблема разработки технологии удаления фосфора и получения из Лисаковских руд кондиционного по фосфору концентрата неметаллургическим путем представляет большой практический интерес и актуальна не только для Казахстана, но и для стран дальнего зарубежья [143].
Известно, что из–за невозможности значительного снижения содержания фосфора в концентратах с помощью механической обработки их подвергают дефосфорации.
Авторы [144] для повышения эффективности химического выщелачивания ЛГМК подвергали термической обработке, в результате которой происходила рекристаллизация железных минералов в Fe2O3 и концентрирование фосфора между зернами гематита.
Нами для изучения процесса дефосфорации проведены исследования в лабораторной вращающейся печи с внешним обогревом при оптимальных условиях: температура в реакционной зоне 700оС, концентрация углеводородного восстановителя 0,75% (высоковязкая нефть месторождения Каражанбас), продолжительность пребывания материала в реакционной зоне 60 минут. Полученный сильномагнитный продукт содержал 54,17% железа и 0,80% фосфора. С целью повышения качества концентрата, огарок подвергался сухой магнитной сепарации при напряженности магнитного поля 500 э. Выход магнитной фракции составил 85,6%, содержание железа – 57,7%, и фосфора – 0,91%.
Таким образом, после термообработки в огарке увеличилось содержание железа и фосфора, т. е на данном этапе избавиться от фосфора не удалось, поэтому для удаления фосфора полученный обожженный магнитный огарок подвергли сернокислотному выщелачиванию по действующей технологии ТОО «Оркен» – дочернего предприятия АО «Арселор Миттал Темиртау» [145].
Дефосфорацию магнитного концентрата проводили в лабораторном трехкаскадном барабаном реакторе емкостью 1,5 литра, скорость вращения барабана 10 об/мин, отношение Т:Ж = 5:1, плотность серной кислоты 1,015 г/см3, температура 20оС, продолжительность выщелачивания 60 мин. Пульпу после выщелачивания отфильтровывали, после чего кек анализировали на содержание железа, фосфора и других компонентов. Технологический раствор и промводу кека после нейтрализации подвергали утилизации. Химический состав дефосфорированного магнитного продукта приведен в таблице 31.
Таблица 1 – Результаты химического анализа ЛГМК, магнитный продукт, дефосфорированного магнитного продукта (кек) и обескремненного концентрата
Материал | Химический состав, % | |||
Fe | SiO2 | AI2O3 | Р | |
ЛГМК (исх.) | 47,60 | 9,64 | 4,37 | 0,70 |
Магнитный продукт | 57,70 | 7,50 | 5,78 | 0,91 |
Дефосфорированный концентрат (кек) | 62,31 | 6,63 | 4,27 | 0,24 |
Обескремненный концентрат | 64,10 | 5,54 | 3,91 | 0,21 |
Из приведенных данных в таблице 1 видно, что в результате сернокислотного выщелачивания магнитного концентрата получен дефосфорированный кек с содержанием фосфор – 0,24%, железа – 62,3%. Степень удаления из магнитного концентрата в раствор (%): Р – 85,2, AI2O3 – 26,1, SiO2 – 1,1% и Fe не более 3%.
С целью уменьшения содержания SiO2 продукт выщелачивания измельчали, подвергали магнитной сепарации при напряженности 500 э. Выход магнитной фракции при этом составил 88,9%, содержание железа увеличилось – 64,1%, уменьшилось содержание фосфора – 0,21 кремния – 5,54% и алюминия 3,91%.
Для изучения ЛГМК, продуктов магнитного обогащения и дефосфорации использовали рентгенофазовый анализ, мессбауэровскую спектроскопию и локально-рентгеноспектральный микроанализ.
Рентгенограммы исходного ЛГМК, магнитной фракции и кека выщелачивания показаны на рисунке 1.
а
б
в
Рисунок 1 – Рентгенограммы исходного ГМК (а), магнитной фракции огарка (б) и кека выщелачивания фракции (в)
Как видно из рисунка основные фазы магнитной фракции огарка и кека представлены магнетитом, в небольшом количестве гематитом и кварцем с одними и теми же рефлексами, соответствующими литературными табличным значениям. В основном изменяется только относительная интенсивность пиков. Рефлексы, относящиеся к соединениям фосфора (FePO4, P2O5 и др.), в рентгенограммах отсутствуют. Это объясняется тем, что они находятся в рентгеноаморфных формах, либо содержание их ниже порога чувствительности анализа.
Мессбауэровские исследования магнитной фракции огарка и кека выщелачивания проведены на спектрометре СМ 2201, источником гамма – квантов служил кобальт 57 в матрице хрома активностью 100 мКu. Величины изомерных сдвигов приведены относительно ? – Fe. Температура снятия – 293К. Спектры обрабатывались на персональном компьютере (ПК) методом «наименьших квадратов» [3]. На рисунке 2 представлены Мессбауэровские спектры магнитной фракции огарка и кека. Параметры спектров исследуемых образцов и содержание фаз приведены в таблице 2.
а
б
Рисунок 2 – Мессбауэровские спектры магнитной фракции огарка (а)
и кека (б)
Таблица 2 – Параметры Мессбауэровских спектров и содержание железосодержащих фаз (S) в магнитной фракции огарка и кека
Нэфф, (кэ) | IS, (мм/с) | QS, (мм/с) | S, (%) | Фазы |
Магнитная фракция огарка | ||||
501 | 0,36 | - 0,21 | 37 | (Fe1-xMеx)2O3 |
481 | 0,34 | - 0,11 | 33 | (Fe1-xMеx)3O4 |
449 | 0,52 | -0,05 | 18 | |
410 | 0,50 | - 0,04 | 10 | |
- | 0,12 | 0,80 | 2 | Парамагнитное состояние Fe3+ |
Кек | ||||
502 | 0,37 | - 0,20 | 44 | (Fe1-xMеx)2O3 |
482 | 0,34 | - 0,11 | 32 | (Fe1-xMеx)3O4 |
451 | 0,45 | - 0,08 | 14 | |
415 | 0,48 | - 0,10 | 10 | |
Ме – металл | ||||
Примечание: Нэфф – эффективные магнитные поля на ядрах железа; IS – изомерный сдвиг; QS – квадрупольное расщепление; S – содержание фаз. |
Из таблицы 2 видно, что оба образца содержат смесь твердых растворов замещения оксида железа ? – Fe2O3 и магнетита Fe3O4.
Поскольку все значения наблюдаемых эффективных магнитных полей заметно ниже чем для правильных соединений можно полагать, что металлы, замещающие железо в кристаллических решетках, находятся от него слева в периодической таблице, в случае Al-замещения в Fe2O3 – (Fe0,77Al0,23)2O3 эффективное магнитное поле Hэфф = 495 кэ (для ? – Fe2O3 – 515 – 517 кэ) [1].
Что касается магнетита, то это соединение характеризуется сильно нарушенной стехиометрией.
Мессбауэровские спектры показывают наличие у него трех магнитных подрешеток (у правильного магнетита при комнатной температуре видно только две), что, по-видимому, связано с различиями в ближайшем окружении железа.
Кроме вышеперечисленных форм образец содержит небольшое количество формы Fe3+ в парамагнитном состоянии. Возможно, это какое-либо гидроксидное состояние железа, но в тоже время нельзя исключить возможности того, что это просто мелкодисперсные частички оксидов железа, которые из-за малого размера не дают в мессбауэровских спектрах зеемановского сверхтонкого магнитного расщепления. В этом случае их размер не должен превышать 10 нм [2]. Методом Мессбауэровского исследования в магнитной фракции, а также в кеке выщелачивания фосфорсодержащие фазы не обнаружены.
Таким образом, методом Мессбауэровской спектроскопии изучен фазовый состав железосодержащих соединений в магнитной фракции и кека выщелачивания. Установлено, что основными железосодержащими фазами являются магнетит и гематит с сильно нарушенной стехиометрией, и представляющий собой твердый раствор Al – замещения в Fe2O3 – (Fe0,77Al0,23)2O3 [2 стр. 460]. Следует отметить, что относительное содержание магнетитовой фазы в кеке выщелачивания меньше, чем в магнитном концентрате, что объясняется частичным растворением Fe3O4 в сернокислотном растворе.
С целью изучения поведения фосфора в процессе сернокислотной обработки магнитного концентрата были проведены локальные рентгеноспектральные исследования магнитной фракции огарка и кека выщелачивания на спектрометре - 125. Методика подготовки образцов (ЛГМК, магнитной фракции огарка и дефосфорированного концентрата) для рентгено–спектрального микроанализа описана [3].
