一种短流程制备细粒径超高纯铁精矿的方法

本发明涉及一种矿物加工方法，特别涉及一种以磁铁精矿为原料制备超高纯度、细粒级铁精矿的方法，属于矿物加工。

背景技术：

1、超高纯铁精矿是含铁矿物纯度99.5%以上，即达到2n5~3n级的铁精矿。超高纯铁精矿是尖端科技产业的“隐形基石”，其应用紧密关联高端制造、绿色能源、信息技术等技术领域。当前的技术主要生产超纯铁精矿，其含铁矿物纯度难以达到99.5%以上。

2、常规生产中，定义超纯铁精矿为指铁品位>71.50%，且二氧化硅及其他杂质含量（酸不溶物）小于0.20%的铁精矿，目前超纯铁精矿大多采用多次循环的磁选-浮选/返浮选方法获得，例如，中国专利cn112090578b公开了一种采用磁铁矿精矿制备超纯铁精矿的选矿方法，以及中国专利cn111905918b公开了一种商品级磁铁矿精矿深加工制备超纯铁精矿的方法，采用多次的磁选-反浮选方式处理常见铁精矿可制得tfe达到72.0％的超纯铁精矿，然而，由于磁选、浮选等过程难以避免目标铁精矿中夹带脉石、杂质等，同时浮选药剂会在铁精矿中存在残留，使得传统方法难以获得更高纯度的铁精矿。

3、由于采用常规磁选-浮选工艺时难以深度脱除二氧化硅、氧化铝等脉石，当前的超纯铁精矿因其二氧化硅、氧化铝等脉石含量通常大于0.1%，制备的铁精矿常用于生产钢铁材料，例如高纯铁、优质铁粉及铁氧体等领域，但是难以用于电池材料、高端磁性材料等领域。

技术实现思路

1、针对现有技术中提纯铁精矿的方法存在的缺陷，本发明的目的是在于提供一种短流程制备细粒径超高纯铁精矿的方法，该方法能够将现有技术中通过常规选矿方法所得铁品位在60~70%的铁精矿加工至铁品位达到72.0%以上（折合fe3o4纯度在99.5%以上），且该方法流程短、成本较低，得到的铁精矿残留药剂少、杂质含量低，且铁精矿收率在90%以上。

2、本发明所涉及的“短流程”指的是制备超高纯铁精矿过程中无需采用反复磁选和浮选的过程。

3、本发明所涉及的“细粒径”指的是粒度为微米级，更优选为平均粒度在13~38μm范围内。

4、本发明所涉及的“超高纯铁精矿”指的是铁精矿达到2n5~3n级。

5、为了实现上述技术目的，本发明提供了一种短流程制备细粒径超高纯铁精矿的方法，该方法是将铁精矿原料经过细磨后，进行磁选分离，得到磁选精矿；所述磁选精矿先进行碱性浸出除杂，再进行超声强化分散清洗，即得细粒径超纯铁精矿。

6、本发明提供的细粒径超高纯铁精矿的制备方法，先对铁精矿进行研磨细化使得杂质相与铁精矿颗粒实现充分离解，有利于后续的磁选分离，而经过磁选分离能够将大部分非磁性杂质抛尾，余下的铁精矿中夹带的杂质主要是硅、铝等，而微量硅、铝等杂质主要嵌布于铁精矿晶粒表面，而采用碱性浸出可以将硅、铝等杂质通过溶解去除，但是硅、铝等杂质溶于碱后易形成胶态物质通过吸附和包裹在铁精矿表面，而进一步通过超声强化分散洗涤能够将这些胶态物质强行分散至水中，从而获得的铁精矿的铁品位达到72.0%以上，且有害杂质元素含量极低，小于50ppm的水平。

7、作为优选的方案，所述铁精矿原料中磁铁矿的结晶粒度不低于 23μm，且铁品位在60%以上。本发明优选具有粗粒径结晶的铁精矿，其在细磨过程中可以保证铁精矿在较粗粒径时与杂质相离解，铁精矿的结晶粒度不低于23μm，能够保证细磨过程中物相解离的粒径不低于23μm，以避免过细的分离粒度而造成泥化，而影响后续的磁选分离和除杂过程。

8、作为优选的方案，所述细磨以满足铁精矿原料的平均粒度在13~38μm范围内。将铁精矿原料研磨细化至平均粒径在13~38μm范围内，基本能够实现杂质相与铁精矿结晶粒度的分离，又可满足后续磁选分离及碱性浸出杂质元素的要求。与其他用于粉末冶金或传统钢铁工业的超纯铁精矿不同的是，本发明的超高纯铁精矿产品不受上述行业中铁精矿粒度下限或密度的限制。

9、作为优选的方案，所述细磨采用行星式球磨、棒磨、塔磨、艾砂磨和搅拌磨中至少一种磨矿方式。本发明的细磨可以采用本领域常见的磨矿方式，例如行星式球磨、棒磨、塔磨、艾砂磨、搅拌磨等。

10、作为优选的方案，所述磁选分离采用的磁场强度为200~600高斯。基于磁铁矿的磁性较强，而石英、闪石等杂质相主要为非磁性物质，与磁铁矿的磁性差异巨大，可在弱磁场中有效分离。本发明优先采用弱磁场进行磁选分离，能够有效避免磁选过程中产生絮凝状团聚体，絮凝团聚体在分选过程中会机械夹带大量的脉石矿泥（如石英、硅酸盐等），导致精矿品位急剧下降，使得后续的处理无法满足超纯铁精矿（fe>72.0%）的严苛指标。作为优选的方案，磁选分离可以采用一段磁选或多段磁选。经过磁选分离后可以将铁精矿的铁品位提高到71%以上，酸不溶物（盐酸）含量降低至0.6%以下，以降低后续深度提纯过程的难度与碱试剂消耗量。

11、作为优选的方案，所述碱性浸出的条件为：以浓度为0.1~2.0mol/l的氢氧化钠和/或氢氧化钾溶液作为浸出剂，固液比为1kg:1~10l，浸出温度为60~150℃，时间为10~120min。在优选的碱性浸出的条件下，有利于改善磁铁精矿表面嵌布的微量碱溶性杂质溶出的反应动力学条件。固液比进一步优选为1kg:1~10l。浸出温度进一步优选为80~150℃，如果浸出温度较低，会导致杂质效果较差，而浸出温度过高会导致反应剧烈，部分铁精矿会溶出。碱性浸出的过程中，可以采用常规电加热方式或微波加热方式，进一步优选采用微波加热，而铁精矿本身为优良的强微波吸收剂，微波加热可以铁精矿快速均匀加热，促进其表面杂质的快速、高效溶解。进一步优选，以浓度为0.1~2.0mol/l的氢氧化钠和/或氢氧化钾溶液作为浸出剂，采用优选浓度范围的氢氧化钠和/或氢氧化钾溶液可以实现铁精矿表面的硅和铝等杂质溶出，如果浓度过低，会导致杂质溶出效率低，如果浓度过高，会导致反应剧烈，部分铁精矿会溶出。

12、作为优选的方案，所述超声强化分散清洗的过程为：将碱性浸出除杂后的铁精矿加入至含有分散剂的水溶液中，进行超声处理。基于本技术对铁精矿的碱性浸出过程不适宜采用浓碱浸出，但是在稀碱下浸出的硅、铝等杂质会形成胶态包裹在铁精矿表面，而通过超声作用可以将吸附和包裹在铁精矿表面的胶态物质通过振动脱离，并在分散剂的协同作用下，使得胶态物质形成亲水胶束，分散在水中。

13、作为优选的方案，所述超声处理的条件为：功率为200~1000w，时间为3~10min。在较高的超声功率下有利于铁精矿表面吸附杂质的剥离，优选的超声功率为600~1000w。

14、作为优选的方案，所述分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵中至少一种。优选的分散剂对硅铝酸盐等杂质的分散性较好，能够促进这些杂质在水中的分散。

15、作为优选的方案，所述碱性浸出所得铁精矿与含有分散剂的水溶液的固液比为1kg:1~10l。作为优选的方案，所述含有分散剂的水溶液中分散剂的浓度为0.01~0.5mol/l。如果分散剂的浓度过高则容易在铁精矿表面残留，如果分散剂的浓度过低，则达不到分散效果。

16、本发明的碱性浸出过程中，碱性浸出的杂质在水相中的溶解度均较低，容易吸附在铁精矿表面，而常规的过滤、蒸发等过程无法很好地分离杂质，而采用超声强分散清洗过程能够用于实现铁精矿颗粒与杂质的完全分离。

17、相对现有技术，本发明技术方案带来的有益技术效果：

18、（1）本发明的细粒径超高纯铁精矿的制备方法具有生产稳定性高、流程短，成本低等工艺优势，通过短流程加工即可实现高纯度产品的制备，不需要传统的反复磁选-浮选工艺的过程，能够避免浮选药剂的残留，工序中化学试剂的使用量非常低，且容易去除。

19、（2）本发明的细粒径超高纯铁精矿制备方法，采用“细磨-磁选-碱浸除杂-超声洗涤”的组合工艺。其中，细磨工序能够促使杂质相与铁精矿颗粒充分解离，显著改善磁选分离效果；同时，通过细磨增加颗粒的比表面积和活性，为脉石的低温、低碱溶出提供条件，细粒径产物有利于后续碱浸过程中硅杂质的浸出，且该碱浸步骤在低固液比、低温及低碱度条件下运行，既实现了选择性脱硅和铝，又降低了能耗与碱耗。磁选工艺采用弱磁选，磁场强度仅200~600高斯，匹配细粒矿的分离，同时避免絮凝团聚体的形成。

20、（3）本发明的细粒径超高纯铁精矿的制备方法采用简单的选矿方法可制备出铁品位达到72.00%以上的超纯铁精矿，在产品纯度上相较常规fe>71.5%的超纯铁精矿具有极大优势，产品特点纯度高，且其成本并未有明显增加，为铁矿企业提供了更高附加值的产品与工艺路线，制备的细粒径超纯铁精矿可以广泛用于电池材料、高端磁性材料等领域，为高端工业发展提供了优质原料。