東鞍山含碳酸鹽赤鐵礦石浮選試驗(yàn)

邵安林

(鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)公司，遼寧 鞍山，114001)

我國(guó)鐵礦石資源向“貧、細(xì)、雜”的方向發(fā)展，選礦難度逐年增大[1-3], 選礦技術(shù)也因此得到快速發(fā)展[4-8]。東鞍山地區(qū)的礦石特點(diǎn)是品位低、嵌布粒度細(xì)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，按礦石類(lèi)型劃分，可分為假象赤鐵礦石英巖、磁鐵石英巖、磁鐵赤鐵石英巖和綠泥假象赤鐵石英巖、綠泥假象磁鐵石英巖等[9-11]。近幾年來(lái)，在對(duì)東鞍山的鐵礦石反浮選實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)：隨著開(kāi)采深度的增加，含碳酸鹽赤鐵礦石質(zhì)量分?jǐn)?shù)上升，由10%～15%增加到 20%～30%，每年含碳酸鹽赤鐵礦石有 1.8×106～2.0×106t的出礦量，原有陰離子反浮選工藝已不適應(yīng)處理該部分礦石，選別過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)“精、尾不分”的嚴(yán)重結(jié)果，由于選礦生產(chǎn)能力的提升及含碳酸鹽赤鐵礦不能入選，東鞍山赤鐵礦礦源嚴(yán)重不足，因此，開(kāi)發(fā)含碳酸鹽赤鐵礦石的分選工藝具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。東鞍山含碳酸鹽赤鐵礦石工藝礦物學(xué)研究結(jié)果表明[12-14]：礦石中鐵礦物以假象(半假象)赤鐵礦和赤鐵礦為主，其次為菱鐵礦，還有極少量的磁鐵礦，偶爾可見(jiàn)黃鐵礦和黃銅礦出現(xiàn)。主要脈石礦物為石英，其它脈石礦物為微晶結(jié)構(gòu)的方解石、少量的鐵白云石及其他含鐵的硅酸鹽礦物等。礦石中主要礦物赤鐵礦、石英、菱鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為40%，50%和10%。本文作者將假象赤鐵礦、石英及菱鐵礦純礦物按照礦石中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)配成混合礦，并利用東鞍山含碳酸鹽赤鐵礦石原礦，對(duì)其進(jìn)行浮選試驗(yàn)研究，以獲得處理東鞍山含碳酸鹽赤鐵礦石的合理方案，進(jìn)而為現(xiàn)場(chǎng)的流程改造提供指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)原料與試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)采用4種原料，其中：3種為相對(duì)較為純凈的礦物，1種為東鞍山現(xiàn)場(chǎng)預(yù)選后的鐵礦石。將假象赤鐵礦、石英純礦物礦塊磨礦處理后，分別選取粒徑為0.148～0.050 mm粒級(jí)烘干裝入磨口瓶備用。菱鐵礦純礦物的粒度較細(xì)，粒徑小于0.074 mm顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為92.8%，直接使用。4種原料的化學(xué)成分見(jiàn)表1。

表1 原料的化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 1 Chemical compositions of materials %

試驗(yàn)所用捕收劑為油酸鈉(化學(xué)純)和RA715(工業(yè)品)、pH 調(diào)整劑氫氧化鈉(分析純)、抑制劑淀粉(工業(yè)品)、活化劑氧化鈣(分析純)，均為市售產(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)方法

當(dāng)采用純礦物配成的混合礦進(jìn)行浮選試驗(yàn)時(shí)，在XFG型掛槽式浮選機(jī)中進(jìn)行。每次取4.0 g礦樣，采用油酸鈉為捕收劑，每次加30 mL去離子水，攪拌2 min后用NaOH調(diào)節(jié)礦漿pH，再依次加入抑制劑、活化劑、捕收劑，然后進(jìn)行浮選。加入各種藥劑后的攪拌時(shí)間均為2 min，浮選時(shí)間為4 min。

當(dāng)采用東鞍山鐵礦石進(jìn)行浮選試驗(yàn)時(shí)，在XFD-63型單槽式浮選機(jī)里進(jìn)行。每次取200.0 g礦樣，礦漿溫度控制在35 ℃左右。泡沫產(chǎn)品和槽內(nèi)產(chǎn)品分別烘干、稱(chēng)量、化驗(yàn)品位，計(jì)算回收率。

2 結(jié)果與討論

2.1 菱鐵礦對(duì)反浮選的影響

研究菱鐵礦比例對(duì)反浮選分離效果的影響，方法是將純礦物假象赤鐵礦與石英按質(zhì)量比4:5配成混合礦，在混合礦中加入不同質(zhì)量的菱鐵礦，使菱鐵礦在混合礦中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0，2.7%，5.3%，7.7%和10%，并在NaOL質(zhì)量濃度為160 mg/L、CaO質(zhì)量濃度為 60 mg/L、淀粉質(zhì)量濃度為5 mg/L的條件下進(jìn)行反浮選，結(jié)果如圖1所示。由圖1可見(jiàn)：隨著菱鐵礦的比例增大，精礦的 TFe、產(chǎn)率、回收率都下降，當(dāng)?shù)V石中含有2.7%的菱鐵礦時(shí)，浮選精礦的TFe和全鐵的回收率就開(kāi)始明顯下降；而當(dāng)菱鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)由 0增加到 10%時(shí)，反浮選鐵精礦 TFe由 61.23%降至42.34%，精礦中鐵回收率由96.8%降至53.18%，表明菱鐵礦的存在對(duì)鐵礦物的浮選分選有很大的影響，不利于浮選體系的穩(wěn)定，大大惡化了礦物的浮選效果。因此，要實(shí)現(xiàn)含碳酸鹽赤鐵礦石的分選，必須消除菱鐵礦對(duì)浮選的影響。

圖1 菱鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)反浮選分離效果的影響Fig.1 Influence of siderite mass fraction on separation of reverse flotation

2.2 分步浮選試驗(yàn)研究

由于菱鐵礦的存在對(duì)浮選效果影響大，本文研究分步浮選分離含碳酸鹽的赤鐵礦石，首先實(shí)現(xiàn)菱鐵礦與假象赤鐵礦和石英的浮選分離，然后將赤鐵礦與石英進(jìn)行浮選分離。第1步浮選是在油酸鈉體系下，以淀粉和CaCl2組合作為調(diào)整劑，pH為5～7，此時(shí)菱鐵礦的可浮性較好，而假象赤鐵礦和石英的可浮性較差，因此，可以先將菱鐵礦部分分離；第2步浮選是在pH＞11的強(qiáng)堿性條件下，以 CaO為活化劑，利用石英的可浮性較好而赤鐵礦的可浮性差的特點(diǎn)，將石英與赤鐵礦等進(jìn)行反浮選分離。“分步浮選”工藝流程如圖2所示。通過(guò)前期研究，由于正浮選分離菱鐵礦相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)，本研究主要研究第2步反浮選過(guò)程中淀粉、CaO質(zhì)量濃度及pH對(duì)浮選效果的影響。試驗(yàn)過(guò)程采用的混合礦為赤鐵礦與石英質(zhì)量比為4:5，菱鐵礦在混合礦中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%。

圖2 分步浮選流程圖Fig.2 Flowsheet of stepped-fotation

圖3所示為CaO質(zhì)量濃度對(duì)石英與赤鐵礦浮選分離的影響。由圖3可見(jiàn)：隨著CaO質(zhì)量濃度的提高，鐵精礦的 TFe的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和回收率都是先增加后降低，當(dāng)CaO質(zhì)量濃度為60 mg/L時(shí)，w(TFe)和回收率都達(dá)到最大值，可以獲得鐵精礦w(TFe)為57.37%、回收率為65.89%的赤鐵礦精礦。

圖3 石灰質(zhì)量濃度對(duì)反浮選分離效果的影響Fig.3 Influence of CaO dosage on separation of reverse flotation

在CaO質(zhì)量濃度為60 mg/L的條件下，研究淀粉質(zhì)量濃度對(duì)第2步浮選分離的影響，結(jié)果如圖4所示。由圖4可見(jiàn)：隨著淀粉質(zhì)量濃度的增加，鐵精礦TFe的質(zhì)量分?jǐn)?shù)先增加后降低，當(dāng)?shù)矸圪|(zhì)量濃度為5 mg/L時(shí)，w(TFe)達(dá)到最大值，而回收率先增加后變化不大，當(dāng)?shù)矸圪|(zhì)量濃度達(dá)到 10 mg/L以后，回收率維持在80%左右。綜合考慮w(TFe)和回收率，淀粉的適宜質(zhì)量濃度為5 mg/L。

圖4 淀粉質(zhì)量濃度對(duì)反浮選分離效果的影響Fig.4 Influence of starch dosage on separation of reverse flotation

在CaO質(zhì)量濃度為60 mg/L、淀粉質(zhì)量濃度為5 mg/L的條件下，研究pH對(duì)第2步浮選分離的影響，結(jié)果如圖5所示。從圖5可見(jiàn)：鐵精礦的TFe的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及回收率先增加后降低，在pH為11.25時(shí)達(dá)到最高，分別為59.94%及79.84%。在第2步反浮選過(guò)程中，Ca2+對(duì)石英的可浮性產(chǎn)生較大影響，在堿性條件下石英被活化，由Ca2+的溶液化學(xué)得知[15]，在強(qiáng)堿性條件下石英被活化時(shí)正是溶液中 Ca(OH)+大量生成的時(shí)候，Ca(OH)+的生成對(duì)石英的浮選起重要作用，鈣離子羥基絡(luò)合物與石英表面裸露的羥基化的硅原子通過(guò)氫鍵或脫除水的方式鍵合，石英表面裸露的氧原子也以氫鍵或脫除水的方式與Ca(OH)+作用。但當(dāng)pH太高時(shí)，礦漿中的OH-濃度急劇增加，OH-和RCOO-在石英表面發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)吸附，減少了RCOO-與Ca(OH)+結(jié)合的機(jī)會(huì)，同時(shí)由于生成易于在礦物表面脫落的Ca(OH)2沉淀，石英的回收率有所下降，導(dǎo)致鐵精礦的品位及回收率也隨之下降。因此，第2步反浮選適宜的pH為11.25。

圖5 pH值對(duì)反浮選分離效果的影響Fig.5 Influence of pH on the separation of reverse flotation

因此，根據(jù)上述研究，初步得出分步浮選工藝可以作為處理東鞍山含碳酸鹽赤鐵礦石的選別方法。適宜的條件為：第1步浮選淀粉質(zhì)量濃度5 mg/L、NaOL質(zhì)量濃度50 mg/L、pH值中性；第2步反浮選淀粉質(zhì)量濃度為5 mg/L，CaO質(zhì)量濃度為60 mg/L，NaOL質(zhì)量濃度為160 mg/L，pH為11.25。采用分步浮選方法，與常規(guī)反浮選相比，鐵精礦的品位可由42.34%上升至59.09%，鐵的回收率由53.18%上升至79.84%。

2.3 東鞍山含碳酸鹽赤鐵礦分步浮選試驗(yàn)研究

針對(duì)東鞍山含碳酸鹽赤鐵礦石原礦預(yù)選后得到TFe的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 51.3%，主要礦物為假象赤鐵礦、石英、菱鐵礦的礦石，研究分步浮選閉路流程對(duì)鐵礦石分離的影響，并與常規(guī)的一步反浮選進(jìn)行對(duì)比。分步浮選閉路工藝流程如圖 6所示，試驗(yàn)結(jié)果如表 2所示。

依據(jù)分步浮選中確定的適宜參數(shù)，確定分步浮選閉路工藝流程第1步淀粉用量為800 g/t，RA715用量為l 00 g/t；第2步淀粉用量為500 g/t，CaO用量為800 g/t，RA715用量為700 g/t；精選時(shí)淀粉用量為100 g/t，CaO用量為200 g/t，RA715用量為300 g/t；3次掃選均不添加淀粉；最終可獲得鐵精礦TFe的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為66.34%、回收率為71.60%的指標(biāo)。與一步常規(guī)浮選的精礦指標(biāo)相比，TFe質(zhì)量分?jǐn)?shù)和回收率分別提高3.61%和23.63%。可見(jiàn)，采用分步浮選工藝，可消除菱鐵礦對(duì)赤鐵礦浮選的影響，是解決含碳酸鹽鐵礦石浮選分離難題的方法之一。

表2 分選工藝對(duì)產(chǎn)品指標(biāo)的影響Table 2 Effect of processing flotation on indexes of production

圖6 分步浮選閉路數(shù)質(zhì)量流程Fig.6 Closed-circle flowsheet for indexes mass flow

3 結(jié)論

(1) 當(dāng)菱鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)由0增加到10%時(shí)，反浮選鐵精礦品位由 61.23%降至 42.34%，精礦中鐵回收率由96.8%降至53.18%，菱鐵礦的存在大大惡化了赤鐵礦的分選，因此，要實(shí)現(xiàn)含碳酸鹽赤鐵礦石的分選，必須先消除菱鐵礦對(duì)浮選的影響。

(2) 針對(duì)純礦物赤鐵礦、石英、菱鐵礦配成的混合礦，采用分步浮選工藝，與常規(guī)反浮選相比，鐵精礦的品位由 42.34%上升至 59.09%，鐵回收率由53.18%上升至79.84%。

(3) 對(duì)于東鞍山含碳酸鹽赤鐵礦石，采用分步浮選閉路工藝流程，可獲得TFe質(zhì)量分?jǐn)?shù)為66.34%、回收率為71.60%的鐵精礦，與一步常規(guī)浮選的精礦指標(biāo)相比，w(TFe)和回收率分別提高了3.61%和23.63%。

(4) 采用分步浮選流程基本消除菱鐵礦對(duì)赤鐵礦浮選的不利影響，可以作為處理東鞍山含碳酸鹽赤鐵礦石的分選方法。

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