遼寧某高硅低品位鎂礦浮選提純?cè)囼?yàn)研究

李曉安,代淑娟,周凌嘉,李 洋

(遼寧科技大學(xué) 資源與土木工程學(xué)院,遼寧 鞍山 114051)

菱鎂礦是冶金工業(yè)中不可缺少的耐火材料。它有兩種礦床類型，一種是存在于白云石中儲(chǔ)量大的層狀、團(tuán)塊狀礦床，主要分布在中國、朝鮮、加拿大、澳大利亞等有數(shù)國家。另一種是存在于蛇紋巖、基性巖中的呈蜂窩狀礦脈內(nèi)，儲(chǔ)量小，主要分布于希臘。中國是世界上菱鎂礦儲(chǔ)量最大的國家，而中國菱鎂礦的產(chǎn)地主要集中在遼寧省的南部地區(qū)-大石橋、海城、岫巖地區(qū)。菱鎂礦資源集中、礦床巨大，且礦帶多處于交通便利的遼南地區(qū)丘陵帶。遼南大石橋、海城地區(qū)勘探出來的儲(chǔ)量就有25億t。

隨著冶金工業(yè)的不斷發(fā)展，鎂質(zhì)耐火材料需求量與日俱增，同時(shí)材料的質(zhì)量也趨向高純度發(fā)展。隨之而來，為了滿足市場(chǎng)需求和追求產(chǎn)品質(zhì)量，大部分礦山采用傳統(tǒng)采礦方式采富棄貧，低品位菱鎂礦被廢棄，并占地堆放，造成資源極大的浪費(fèi)，且形成白色污染，嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境，縮短礦山服務(wù)年限。

在高溫工業(yè)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步的促動(dòng)下，我國耐火材料工業(yè)迅速發(fā)展，技術(shù)進(jìn)步成效顯著，產(chǎn)品品種質(zhì)量水平不斷提高，耐火材料消耗逐年下降。當(dāng)前，我國耐火材料產(chǎn)量已多年居世界第一。根據(jù)我國耐火材料產(chǎn)業(yè)政策和市場(chǎng)分析，開發(fā)推廣規(guī)?；湍芎碾娙萱V砂、精練爐不燒磚，以及高鈣燒成鎂鈣磚等高檔耐火材料的的新工藝和新設(shè)備是新的發(fā)展方向。

開發(fā)高檔堿性耐火材料是提升我國耐火材料整體水平的必由之路。開展遼寧省高硅低品位菱鎂礦浮選提純?cè)囼?yàn)研究，符合當(dāng)?shù)刭Y源有效利用和環(huán)境保護(hù)的需要，是區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然要求，也可提高企業(yè)自身的經(jīng)濟(jì)效益。

遼寧海城地區(qū)某菱鎂礦含硅高達(dá)3.19%，MgO含量只91.19%，研究采用反-正浮選流程，在適宜的藥劑制度下，獲得MgO含量97.71%、產(chǎn)率71.82%、含硅為0.28%的試驗(yàn)指標(biāo)。

1 試驗(yàn)原料及試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)礦樣制備及試驗(yàn)試驗(yàn)方法

高硅塊礦采用三段一閉路破碎流程。礦樣通過XPC-150×200顎式破碎機(jī)和PEXF-100×125顎式破碎機(jī)破碎至粒度≤10mm，混均并縮分出100kg，其余留作備樣?？s分后的試樣(100kg)再經(jīng)過XPC-200×125對(duì)輥破碎機(jī)與篩孔尺寸2mm的篩子組成閉路破碎流程。破碎產(chǎn)品粒度為-2mm，裝袋備用，每袋重400g。

1.2 原礦性質(zhì)

1.2.1 原礦礦物組成及粒度

某菱鎂礦礦床賦存于下遼河群大石橋組上部，含在透閃石、白云石和大理石巖層中，為沉積變質(zhì)、經(jīng)后期熱液交代再造富集的大型晶質(zhì)菱鎂礦礦床。礦體呈巖層狀、似層狀和條帶狀，前兩種礦體形態(tài)(礦體層)較穩(wěn)定，多與滑石巖、千枚巖呈互層產(chǎn)狀，SiO2含量平均為2%左右；后者礦體形態(tài)較不規(guī)則，厚度與質(zhì)量變化均較大，SiO2含量在1.5%～5.0%之間，平均為3.5%左右。有用礦物主要為菱鎂礦，含量為96.64%，脈石礦物主要有白云石、滑石、透閃石、石英，含量分別為1.47、0.96、0.68、0.12，并有少量方解石、綠泥石及含鐵礦物。菱鎂礦均為粒狀變晶結(jié)構(gòu)，按粒度大小3.0～0.20 mm，以中、細(xì)粒(-10mm)為主，巨晶比較少見。有用礦物結(jié)晶粒度粗細(xì)不等。脈石礦物白云石、滑石、透閃石的粒度分別為2.0～0.053 mm、3.0～0.06 mm、2.0～0.10 mm。

1.2.2 原礦元素組成及賦存狀態(tài)

菱鎂礦根據(jù)其結(jié)晶狀態(tài)的不同，可以分為晶質(zhì)和非晶質(zhì)兩種。晶質(zhì)菱鎂礦呈菱形六面體、柱狀、板狀、粒狀、致密狀、土狀和纖維狀等，其往往含鈣和錳的類質(zhì)同象物；非晶質(zhì)菱鎂礦為凝膠結(jié)構(gòu)，常呈泉華狀，沒有光澤，沒有解理，具有貝殼狀斷面。菱鎂礦結(jié)構(gòu)構(gòu)造多呈粒狀變晶結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造。

礦石中有益組份MgO的賦存狀態(tài)以獨(dú)立礦物菱鎂礦為主，部分含于(其他含MgO的礦物還有)透閃石、滑石、白云石、斜綠石中，MgO還以類質(zhì)同象的形式存在于菱錳礦中。礦石中有害組份主要有：SiO2、CaO、Fe2O3和Al2O3，其中SiO2主要存在于滑石中，其次存在于透閃石、石英、綠泥石等礦物中；CaO主要以白云石和方解石獨(dú)立礦物的形式存在，呈晶質(zhì)粒狀存在于菱鎂礦顆粒間。Fe2O3除以獨(dú)立礦物菱鐵礦、褐鐵礦和赤鐵礦的形式存在外，還常以類質(zhì)同象的形式存在于菱鎂礦和白云石中。Al2O3主要以綠泥石的形式存在于各礦物的礦粒間或裂隙中。部分鎂礦石含微量無定形炭，在菱鎂礦晶體中呈云霧狀不均勻分布，菱鎂礦晶體中的炭質(zhì)使礦石呈灰黑色或黑色。

原礦各組分含量如表1所示。

表1 礦樣各組分含量分析結(jié)果

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

由該礦石的物質(zhì)組成及特點(diǎn)可知，礦石中MgO含量較低，硅、鈣等雜質(zhì)含量較高，浮選難度較大。本研究的目的是在有效去除雜質(zhì)、提高精礦品位的前提下，提高精礦產(chǎn)率，進(jìn)而提高資源利用率。

3.1 反浮選條件試驗(yàn)

3.1.1 磨礦細(xì)度試驗(yàn)

磨礦細(xì)度是影響分選指標(biāo)的重要因素，適宜的磨礦細(xì)度是使目的礦物與脈石礦物實(shí)現(xiàn)有效解離的最小細(xì)度。試驗(yàn)流程及條件見圖1(藥劑用量：g/t，以下同。條件考察后，采用考察確定條件)，試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖1 試驗(yàn)流程及條件

圖2 磨礦細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果

從圖2可以看出，隨著磨礦細(xì)度的增加，精礦產(chǎn)率呈下降趨勢(shì)，而精礦品位先增大后減小。當(dāng)磨礦細(xì)度為-200目70%時(shí)，MgO含量最高，為96.73%，此時(shí)，精礦產(chǎn)率為57.39%。

磨礦細(xì)度在-200目含量大于70%時(shí)，精礦品位有所下降，說明礦石已開始泥化，原因是含有硅酸鹽的脈石礦物比菱鎂礦易于泥化。因此，適宜磨礦細(xì)度為-200目70%～72%。

3.1.2 鹽酸用量試驗(yàn)

酸性環(huán)境有利于菱鎂礦反浮選脫硅，而鹽酸是常用的調(diào)整酸性礦漿的pH值調(diào)整劑。六偏磷酸鈉用量150 g/t條件下,考察鹽酸用量對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 鹽酸用量試驗(yàn)結(jié)果

從圖3可以看出，隨著鹽酸用量的增大，精礦產(chǎn)率下降，同時(shí)精礦中MgO含量呈升高趨勢(shì)。當(dāng)鹽酸用量為0時(shí)，精礦產(chǎn)率為80.10%，MgO含量為94.56%；當(dāng)鹽酸用量為1000g/t時(shí)，精礦產(chǎn)率下降到73.90%，MgO含量上升為96.32%。這說明減小介質(zhì)的pH值，會(huì)增強(qiáng)捕收劑對(duì)脈石礦物的捕收作用。當(dāng)鹽酸用量為1500g/t時(shí)，精礦產(chǎn)率下降到66.43%，MgO含量上升為96.58%；當(dāng)鹽酸用量為2000g/t時(shí)，精礦產(chǎn)率下降到65.56%，MgO含量上升為96.73%；當(dāng)鹽酸用量大于2000g/t以后，精礦產(chǎn)率繼續(xù)下降，但MgO含量不再上升反而略有下降。這表明鹽酸用量應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)，如果介質(zhì)的pH值過低，會(huì)導(dǎo)致浮選指標(biāo)發(fā)生惡化。綜合數(shù)量指標(biāo)和質(zhì)量指標(biāo)及現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)際情況，取鹽酸用量為1500g/t。

3.1.3 六偏磷酸鈉用量試驗(yàn)

六偏磷酸鈉是菱鎂礦分選中常用的調(diào)整劑，因其為良好的分散劑而有利于礦物上浮，同時(shí)也是脈石礦物的抑制劑。六偏磷酸鈉用量試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

圖4 六偏磷酸鈉用量試驗(yàn)結(jié)果

從圖4可以看出，隨著六偏磷酸鈉用量的增加，反浮選泡沫產(chǎn)品數(shù)量增加，精礦產(chǎn)率下降，同時(shí)精礦中MgO含量升高。說明六偏磷酸鈉確實(shí)選擇性增強(qiáng)了捕收劑對(duì)脈石礦物的捕收作用。當(dāng)六偏磷酸鈉用量100g/t時(shí)，精礦產(chǎn)率69.61%，MgO含量96.26%。當(dāng)六偏磷酸鈉用量大于150g/t以后，精礦產(chǎn)率從66.43%降到60.32%，MgO含量也開始下降，六偏磷酸鈉失去了選擇性活化的作用。綜合精礦品位和產(chǎn)率兩方面情況，并考慮到生產(chǎn)成本，確定六偏磷酸鈉的用量為150g/t，此時(shí)，精礦產(chǎn)率70.98%，MgO含量為96.67%。

3.1.4 KD-I捕收劑用量試驗(yàn)

本次反浮選試驗(yàn)使用的KD-I捕收劑，是作者自主研發(fā)的新型捕收劑。同目前菱鎂礦反浮選普遍采用的捕收劑十二胺相比，KD-I具有選擇性好、可在低溫時(shí)使用、泡沫均勻穩(wěn)定且易消泡的特點(diǎn)。KD-I捕收劑用量試驗(yàn)結(jié)果見圖5。

圖5 捕收劑用量試驗(yàn)結(jié)果

從圖5可以看出，隨KD-I捕收劑用量的增加，精礦產(chǎn)率降低，精礦中MgO含量升高。當(dāng)捕收劑用量大于100g/t后，精礦產(chǎn)率下降速度遠(yuǎn)大于MgO含量升高速度。當(dāng)捕收劑用量為100g/t時(shí)，精礦產(chǎn)率74.65%，MgO含量96.87%；當(dāng)捕收劑用量為125g/t時(shí)，精礦產(chǎn)率68.42%，MgO含量96.92%。比較上述數(shù)據(jù)，精礦產(chǎn)率降低6.23%，而MgO含量從96.87%上升到96.92%，只是略有增加。當(dāng)捕收劑用量為150g/t時(shí)，精礦產(chǎn)率繼續(xù)下降，而精礦品位反而略有降低，說明捕收劑有些添加過量，浮選效果開始變差。綜合考慮產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)率，確定反浮選捕收劑KD-I的用量為100g/t。

3.1.5 增加反浮選精選次數(shù)試驗(yàn)

菱鎂礦反浮選在粗選段泡沫中主要是礦泥和可浮性好的細(xì)粒級(jí)顆粒，受其影響浮選泡沫發(fā)粘、較虛，泡沫量雖然很大但帶礦較少；在掃選段，泡沫均勻帶礦量大，這段作業(yè)對(duì)提高精礦品位至關(guān)重要。在操作上，非常難于平衡產(chǎn)率和品位的關(guān)系。主要原因是礦漿中剩余脈石礦物的可浮性不如粗選段，其次礦漿中有上段作業(yè)剩余的藥劑。為了強(qiáng)化掃選段的提升品位的目的，進(jìn)行增加精選次數(shù)，即二次精選試驗(yàn)，對(duì)比一粗一精(捕收劑60g/t、40g/t)流程與一粗兩精(捕收劑50g/t、30g/t、20g/t)對(duì)浮選指標(biāo)的影響，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

比較表2中一粗一精與一粗二精流程試驗(yàn)結(jié)果，一粗二精，即三段浮選流程的品位優(yōu)于兩段流程的結(jié)果，精礦中MgO含量達(dá)到97.15%，而三段浮選流程的產(chǎn)率低于二段流程。本試驗(yàn)質(zhì)量符合要求下，盡量提高產(chǎn)率，而二段流程精礦品位達(dá)不到要求。因此，若采用單一反浮選流程處理該礦石，三段流程優(yōu)于二段浮選流程。

3.2 正浮選試驗(yàn)

采用單一反浮選選流程，經(jīng)條件優(yōu)化后，精礦SiO2含量仍高達(dá)0.35%，可見，單一反浮選流程無法有效脫除礦石中的雜質(zhì)。因此，對(duì)反浮選后的精礦進(jìn)行正浮選試驗(yàn)研究。

正浮選采用KD-2 為捕收劑，用量350g/t，正浮選試驗(yàn)通常采用的調(diào)整劑為碳酸鈉、六偏磷酸鈉、(鹽化)水玻璃，對(duì)三種調(diào)整劑采用三因素三水平正交試驗(yàn)，判定其對(duì)指標(biāo)的影響程度，以確定較佳試驗(yàn)條件。碳酸鈉(A)取800g/t、900g/t、1000g/t；六偏磷酸鈉(B)取50g/t、75g/t、100g/t；(鹽化)水玻璃(C)取1000g/t、1200g/t、1400g/t。正交試驗(yàn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表2 一粗一精與一粗二精流程對(duì)化試驗(yàn)結(jié)果

表3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)結(jié)果

效應(yīng)顯著性由大到小的順序?yàn)椋核Ａ?、六偏磷酸鈉、水玻璃與六偏磷酸鈉的交互項(xiàng)、碳酸鈉。

水玻璃、六偏磷酸鈉、碳酸鈉三因素主效應(yīng)的比值為：0.40∶0.29∶0.25=1∶0.73∶0.61。水玻璃、六偏磷酸鈉、碳酸鈉步長(zhǎng)為100g、7g、123g，起點(diǎn)分別為1400、60、600，進(jìn)行5組試驗(yàn)，考察調(diào)整劑的適宜用量，試驗(yàn)條件及結(jié)果見表5。

表5 調(diào)整劑用量試驗(yàn)條件及結(jié)果

從表5可以看出，第4號(hào)試驗(yàn)為最優(yōu)點(diǎn)?？紤]操作方便，對(duì)試驗(yàn)藥量做適當(dāng)調(diào)整。調(diào)整劑最佳用藥量為：碳酸鈉1800g/t、六偏磷酸鈉80g/t、水玻璃900g/t。對(duì)高硅三級(jí)菱鎂礦選別，獲得高純精礦中SiO2含量0.28%、MgO含量97.71%、CaO/SiO2>2、產(chǎn)率71.82%的浮選指標(biāo)。

4 結(jié)論

遼寧某菱鎂礦，因品位低、硅含量高，為難選菱鎂礦礦石。試驗(yàn)采用反-正浮選流程，反浮選中采用一粗二精流程，以鹽酸、六偏磷酸鈉為調(diào)整劑，KD-1為捕收劑，獲得了MgO含量97.15%、產(chǎn)率73.86%、含硅為0.35%的反浮選精礦。因硅含量較高，對(duì)反浮選精礦采用正浮選流程，以碳酸酸鈉1800、六偏磷酸鈉80g/t、水玻璃900 g/t為調(diào)整劑，以KD-2為捕收劑，獲得MgO含量97.71%、產(chǎn)率71.82%、含硅為0.28%的最終精礦。試驗(yàn)結(jié)果，為該高硅礦的加工利用提供了依據(jù)和參考。

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