梅山鐵礦鐵精礦降硅選礦試驗

胡義明 劉安平 徐望華

(1.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院;2.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司;3.寶鋼集團梅山礦業(yè)有限公司)

梅山鐵礦是我國大型地下鐵礦山，礦石類型為寧蕪式玢巖鐵礦石，礦石中鐵礦物包括磁鐵礦、半假象赤鐵礦、假象赤鐵礦、赤鐵礦、菱鐵礦等，脈石礦物有石英、長石、透輝石、透閃石、石榴子石、云母、綠泥石、高嶺土、碳酸鹽礦物等［1-2］。

梅山鐵礦選礦廠目前采用粗粒預(yù)選拋廢—預(yù)選粗精礦兩段連續(xù)磨礦(磨礦細度 －0.076 mm占65%左右)—浮硫—1粗1掃弱磁選—1粗1掃高梯度磁選工藝流程產(chǎn)出硫精礦和鐵精礦兩種產(chǎn)品［3］，鐵精礦鐵品位＞57%、SiO2含量＞6%，屬于半自熔性鐵精礦。

全球經(jīng)濟危機使我國鋼鐵企業(yè)經(jīng)歷了一場前所未有的挑戰(zhàn)，但也給我國鋼鐵企業(yè)提供了一次轉(zhuǎn)型變革的機遇［4］。目前，我國鋼鐵企業(yè)正加快兼并重組、淘汰落后產(chǎn)能、提升技術(shù)水平的改革步伐。梅山鐵礦選礦廠為了適應(yīng)新的鋼鐵形勢，欲將其鐵精礦的SiO2含量降至4%以下，使鐵精礦由半自熔性盡量向自熔性轉(zhuǎn)變，從而改善鐵精礦的冶煉性能，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。本研究在查明梅山鐵礦選礦廠鐵精礦SiO2含量高的根源基礎(chǔ)上，采用多種方案對梅山鐵礦選礦廠浮硫尾礦進行獲取SiO2含量＜4%的鐵精礦的選礦試驗，為梅山鐵礦選礦廠確定鐵精礦降硅方案提供參考。

1 現(xiàn)場3種磁選精礦性質(zhì)分析

梅山鐵礦選礦廠最終鐵精礦由弱磁粗選精礦、弱磁掃選精礦、高梯度粗選精礦和高梯度掃選精礦組成。鑒于弱磁粗選精礦和弱磁掃選精礦性質(zhì)相差不是很大，因此將它們配成弱磁選混合精礦(簡稱弱磁選精礦)與高梯度粗選精礦和高梯度掃選精礦一起進行性質(zhì)分析。

1.1 現(xiàn)場3種磁選精礦化學(xué)多元素分析

現(xiàn)場弱磁選精礦、高梯度粗選精礦和高梯度掃選精礦的化學(xué)多元素分析結(jié)果見表1。

表1 現(xiàn)場3種磁選精礦化學(xué)多元素分析結(jié)果

從表1可知:除弱磁選精礦外，高梯度粗選精礦和高梯度掃選精礦的鐵品位均很低，分別為45.58%和29.79%，有害雜質(zhì)P、S的含量也從弱磁選精礦到高梯度掃選精礦逐步增加;3種精礦的堿性系數(shù) w(CaO+MgO)/w(SiO2+Al2O3)分別為0.57、0.62、0.59，均呈半自熔性;主要雜質(zhì) SiO2的含量不僅在兩個高梯度磁選精礦中分別高達11.32%和20.03%，在弱磁選精礦中也已占到3.49%，這意味著要使最終鐵精礦的SiO2含量降到4%以下，不僅需要去除高梯度磁選精礦中混入的較多含硅礦物，還需要提高弱磁選的分選精度。

1.2 現(xiàn)場3種磁選精礦鐵物相分析

現(xiàn)場3種磁選精礦的鐵物相分析結(jié)果見表2。

表2 現(xiàn)場3種磁選精礦鐵物相分析結(jié)果 %

由表2可知:現(xiàn)場弱磁選精礦中的鐵基本以磁鐵礦、假象和半假象赤鐵礦形式存在，其他形式的鐵僅占5.86%。兩個高梯度磁選精礦中的鐵主要以赤褐鐵礦和碳酸鹽(菱鐵礦)形式存在，且碳酸鐵的量與赤褐鐵的量基本相同，這是高梯度磁選精礦鐵品位低的主要原因;同時，兩個高梯度磁選精礦中均有一定量的鐵以硅酸鹽形式存在，這些含鐵硅酸鹽是造成高梯度磁選精礦SiO2含量高的原因之一;此外，高梯度粗選精礦和高梯度掃選精礦中磁性鐵的分布率分別達47.12%和9.75%，反映出現(xiàn)場弱磁選過程對磁性鐵的回收不徹底，這可能與礦石中部分假象和半假象赤鐵礦的磁性相對較弱，而現(xiàn)場弱磁掃選作業(yè)磁場強度不足(198.9 kA/m左右)有關(guān)。

1.3 現(xiàn)場3種磁選精礦中鐵礦物的單體解離度

現(xiàn)場3種磁選精礦中主要鐵礦物(磁鐵礦、赤鐵礦、菱鐵礦)的單體解離度測定結(jié)果見表3。由表3可知:現(xiàn)場弱磁選精礦中鐵礦物的總解離度達到了90.75%，但+0.16 mm粒級的解離度較低，為66.96%，而高梯度粗選精礦和高梯度掃選精礦中鐵礦物的總解離度分別只有78.32%和72.15%，因此，要降低最終鐵精礦的SiO2含量，通過再磨提高鐵礦物的解離度是一項應(yīng)該考慮的措施。另一方面，現(xiàn)場3種磁選精礦中－0.02 mm粒級的鐵礦物解離度都達到了100%，但其鐵品位反而都很低，說明浮硫尾礦所含黏土類礦物泥化后在3種磁選精礦中形成了較多的機械夾雜。

1.4 現(xiàn)場3種磁選精礦中SiO2的平衡分配

根據(jù)礦物定量和各礦物中SiO2含量的測定結(jié)果，計算出SiO2在現(xiàn)場3種磁選精礦中的平衡分配結(jié)果如表4所示。

表3 現(xiàn)場3種磁選精礦中主要鐵礦物的單體解離度 %

表4 現(xiàn)場3種磁選精礦中硅的平衡分配結(jié)果

由表4可知:①由于鐵礦物的解離不不充分，導(dǎo)致較多的石英、長石富連生體進入現(xiàn)場3種磁選精礦中，使3種精礦中以石英、長石形式存在的SiO2的分配率分別高達67.51%、66.36%、72.50%，這進一步證明了考慮再磨措施的必要性。②由于云母、綠泥石、黏土等易泥化礦物造成了較多的礦泥夾雜，使得以云母、綠泥石、黏土形式存在的SiO2在現(xiàn)場3種磁選精礦中分別占到了SiO2總量的11.92%、16.55%、16.65%。③現(xiàn)場兩種高梯度磁選精礦中以透輝石、透閃石、石榴石形式存在的SiO2分別占SiO2總量的12.69%和9.24%，這是由于透輝石、透閃石、石榴石具有程度不等的弱磁性而造成的，如果在高梯度磁選時采用較低的場強(現(xiàn)場高梯度磁選磁場強度為397.9 kA/m左右)，將可以減少這些弱磁性硅酸鹽脈石礦物在高梯度磁選精礦中的混入量，進而降低綜合鐵精礦的SiO2含量。

2 試樣

為了從源頭上解決問題，以現(xiàn)場浮硫尾礦即弱磁選給礦為試樣開展試驗。試樣的化學(xué)多元素分析結(jié)果、鐵物相分析結(jié)果和粒度分析結(jié)果見表5、表6、表7。

表5 試樣化學(xué)多元素分析結(jié)果 %

表6 試樣鐵物相分析結(jié)果 %

表7 試樣粒度分析結(jié)果

3 試驗方案

根據(jù)現(xiàn)場3種磁選精礦的性質(zhì)分析結(jié)果，擬定了以下4種試驗方案。

方案1，1粗1精1掃弱磁選—低場強1粗1掃高梯度磁選流程試驗:以現(xiàn)場1粗1掃弱磁選—1粗1掃高梯度磁選流程為基礎(chǔ)，在弱磁選時增加1次精選以提高弱磁選的分選精度、減少黏土類礦泥在弱磁選精礦中的夾雜，同時提高弱磁掃選的磁場強度以保證弱磁選階段使強磁性礦物得到較充分的回收，在高梯度磁選時則采用低磁場強度以避免過多的弱磁性硅酸鹽脈石及黏土類礦泥混入高梯度磁選精礦。

方案2，再磨—1粗1精1掃弱磁選—較高場強1粗1掃高梯度磁選流程試驗:考察浮硫尾礦經(jīng)再磨提高鐵礦物的單體解離度后再進行弱磁選—高梯度磁選是否能有效降低最終鐵精礦的SiO2含量，并在高梯度磁選時采用相對較高的磁場強度以減少鐵的損失。

方案3，1粗1精1掃弱磁選—較高場強1粗1掃高梯度磁選—細篩分級—篩上再磨再選流程試驗:用細篩將相對較高場強下獲得的高梯度磁選精礦分級后，僅對細篩篩上進行再磨和高梯度再選，可以避免浮硫尾礦全部再磨引起的礦泥增多問題。

方案4，1粗1精1掃弱磁選—較高場強1粗1掃高梯度磁選—正浮選流程試驗:利用浮選的高分選效率，在弱酸性條件下用石油磺酸鹽類捕收劑MPD對相對較高場強下獲得的高梯度磁選精礦進行正浮選，以降低高梯度磁選精礦乃至綜合鐵精礦的SiO2含量。

試驗中弱磁選采用 400 mm×300 mm電磁濕式圓筒弱磁選機，高梯度磁選采用磁介質(zhì)為 1 mm鋼棒、沖程為25 mm、沖次為400次/min的SLon－750型高梯度磁選機，再磨采用XMQ－ 350 mm×160 mm錐形球磨機，細篩分級采用振動頻率為3 000次/min，篩面傾角為25°的1.2 m×0.6 m高頻振動細篩，浮選采用XFD型0.75 L掛槽式浮選機。

4 試驗結(jié)果

4.1 方案1試驗結(jié)果

方案1試驗流程見圖1。

經(jīng)系統(tǒng)的條件試驗，確定弱磁選粗選、精選、掃選的磁場強度分別為127.3、111.4、318.3 kA/m，高梯度磁選粗選、掃選的磁場強度均為119.4 kA/m，此時的試驗結(jié)果如表8所示。

圖1 方案1試驗流程

表8 方案1試驗結(jié)果 %

由表8可見，通過增加弱磁選精選以及在高梯度磁選時采用低磁場強度，有效地提高了弱磁選和高梯度磁選的分選精度，使弱磁選精礦和高梯度磁選精礦的SiO2含量分別降到了2.06%和7.85%，從而實現(xiàn)了綜合鐵精礦的SiO2含量＜4%，但綜合鐵精礦的鐵回收率相對較低，為86.07%。

4.2 方案2試驗結(jié)果

將試樣分別再磨至－0.076 mm占70%、75%、80%后進行1粗1精1掃弱磁選—1粗1掃高梯度磁選，并與試樣不再磨進行對比。試驗中弱磁選各作業(yè)的磁場強度均與方案1相同，而高梯度磁選粗選和掃選的磁場強度分別提高到159.2和198.9 kA/m。試驗結(jié)果見表9。

表9顯示，高梯度磁選時采用較高的磁場強度可使綜合鐵精礦的回收率有較明顯的提高，但再磨與不再磨相比，綜合鐵精礦的SiO2含量雖有所下降卻不能降到4%以下，這可能是因為再磨在使鐵礦物解離度提高的同時也造成了礦泥增多，礦泥對分選過程干擾的加劇淡化了鐵礦物解離度提高帶來的正面影響。因此，方案2不可行。

4.3 方案3試驗結(jié)果

方案3試驗流程見圖2。

表9 方案2試驗結(jié)果 %

圖2 方案3試驗流程

4.3.1 細篩篩孔尺寸選擇

在粗選和掃選磁場強度分別為198.9和398.1 kA/m條件下獲得的高梯度磁選精礦產(chǎn)率為30.31%、鐵品位為39.80%、SiO2含量為11.88%、鐵回收率為25.78%。采用篩孔尺寸分別為0.15、0.10、0.08 mm的篩網(wǎng)對其進行細篩分級，試驗結(jié)果見表10。

根據(jù)表10結(jié)果，兼顧篩下產(chǎn)品的鐵品位、SiO2含量以及篩分效率，選擇細篩篩孔尺寸為0.10 mm。

表10 細篩篩孔尺寸試驗結(jié)果

4.3.2 細篩篩上再磨細度試驗

將篩孔尺寸為0.10 mm的細篩篩上產(chǎn)品再磨至不同細度后進行高梯度再選，試驗結(jié)果見表11。

表11 細篩篩上再磨細度試驗結(jié)果 %

根據(jù)表11結(jié)果，兼顧再選精礦的鐵品位和鐵回收率，選擇細篩篩上產(chǎn)品的再磨細度為－0.076 mm占75%。

4.3.3 方案3綜合試驗結(jié)果

在細篩篩孔尺寸為0.10 mm、細篩篩上再磨細度為－0.076 mm占75%的條件下，方案3獲得的綜合試驗結(jié)果如表12所示。

表12 方案3試驗結(jié)果 %

表12表明:方案3在實現(xiàn)綜合鐵精礦SiO2含量＜4%的同時，還使綜合鐵精礦的鐵回收率比方案1提高了1.06個百分點;但方案3所獲綜合鐵精礦的鐵品位與方案1相比下降了2.02個百分點，這應(yīng)該是高梯度磁選采用相對較高的磁場強度后，有更多的菱鐵礦進入細篩篩下和再選精礦所致。

4.4 方案4試驗結(jié)果

方案4試驗流程見圖3。

圖3 方案4試驗流程

4.4.1 硫酸用量試驗

暫定捕收劑MPD用量為粗選0.6 kg/t、掃選0.2 kg/t(藥劑用量均對浮硫尾礦計，下同)，在不同的硫酸用量下對高梯度磁選精礦進行1粗1掃正浮選，試驗結(jié)果見表13。

表13 硫酸用量試驗結(jié)果

根據(jù)表13結(jié)果，綜合考慮浮選精礦的鐵回收率和SiO2含量，選擇硫酸用量為1.5 kg/t，此時礦漿pH為6。

4.4.2 捕收劑MPD用量試驗

固定硫酸用量為1.5 kg/t，在不同的MPD用量下對高梯度磁選精礦進行1粗1掃正浮選，試驗結(jié)果見表14。

根據(jù)表14結(jié)果，兼顧浮選精礦的鐵品位、SiO2含量和鐵回收率，選擇浮選粗選和掃選的MPD用量分別為0.4和0.2 kg/t。

表14 MPD用量試驗結(jié)果

4.4.3 方案4綜合試驗結(jié)果

在選定的浮選藥劑用量下，方案4獲得的綜合試驗結(jié)果如表15所示。

表15 方案4試驗結(jié)果 %

表15表明:方案4也實現(xiàn)了綜合鐵精礦SiO2含量＜4%，并使綜合鐵精礦的鐵回收率比方案1提高了1.02個百分點;但同樣由于有更多的菱鐵礦被回收，導(dǎo)致方案4所獲綜合鐵精礦的鐵品位與方案1相比下降了1.46個百分點。

對方案4所獲綜合鐵精礦進行化學(xué)多元素分析，結(jié)果如表16所示。

表16 方案4鐵精礦化學(xué)多元素分析結(jié)果 %

表16中w(CaO+MgO)/w(SiO2+Al2O3)=1.0，可見，SiO2含量降到4%以下后，綜合鐵精礦實現(xiàn)了由半自熔性到自熔性的轉(zhuǎn)變。

5 結(jié)論

方案1、方案3、方案4均可從梅山鐵礦選礦廠的浮硫尾礦中獲得SiO2含量＜ 4% 的綜合鐵精礦，從而實現(xiàn)梅山鐵礦選礦廠鐵精礦由半自熔性到自熔性的轉(zhuǎn)變。但這3 種方案各有利弊，即方案1 精礦鐵品位相對較高而鐵回收率相對較低，方案3 和方案4 則鐵回收率相對較高而精礦鐵品位相對較低，因此，究竟采用哪種方案，還應(yīng)通過進一步的擴大試驗?zāi)酥凉I(yè)試驗予以確定。

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