司家營貧鐵礦石工藝性質(zhì)及優(yōu)化配礦試驗(yàn)研究

劉麗娜，韓秀麗，李志民，劉曉民，張慶豐，趙禮兵，李鳳久

(1.河北聯(lián)合大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，河北 唐山 063009；2.河北省礦業(yè)開發(fā)與安全技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，河北 唐山 063009；3.河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院，河北 唐山 063000；4.河北鋼鐵集團(tuán)礦業(yè)公司司家營鐵礦，河北 唐山 063000)

司家營鐵礦是位于冀東-密云成礦區(qū)一特大型沉積變質(zhì)鐵礦，資源儲量達(dá)23.1億t，為亞洲第一大礦[1-2]。隨著開采深度的不斷加深，礦體分支復(fù)合現(xiàn)象比較嚴(yán)重，礦石性質(zhì)復(fù)雜多變，泥化脈石礦物分布不均勻，導(dǎo)致選礦生產(chǎn)指標(biāo)一直不穩(wěn)定、綜合回收率較低。礦石性質(zhì)是決定選礦技術(shù)指標(biāo)的關(guān)鍵因素，也是選擇和改造工藝流程的重要依據(jù)。為提高司家營鐵礦選礦指標(biāo)，本文對司家營鐵礦石的礦石性質(zhì)及可選性進(jìn)行了深入研究，為合理、高效利用有限的礦產(chǎn)資源提供科學(xué)依據(jù)。

1 礦石性質(zhì)研究

1.1 礦石的化學(xué)成分及鐵物相分析

對采區(qū)鐵礦石進(jìn)行刻槽取樣，對所取樣品進(jìn)行化學(xué)分析及鐵物相分析，其結(jié)果見表1、表2。

表1 原礦多元素化學(xué)分析結(jié)果

表2 原礦的鐵物相分析

由表1、表2可以看出，該礦石具有高硅、貧鐵低鈣、鎂，有害元素S、P含量低鞍山式貧鐵礦石的一般性特征。其中Al2O3含量較高，說明原礦中可能含有一定量的綠泥石[3-5]。礦石的有用礦物成分簡單，主要為磁鐵礦和赤(褐)鐵礦，占全鐵的99.5%左右。其他鐵礦物所占比值較小，影響不大。

1.2 礦石礦物組成及嵌布特征研究

對所取鐵礦石制成光薄片，在德國蔡司透/反兩用偏光顯微鏡下對樣品的礦物組成及含量、工藝粒度、嵌布特點(diǎn)等工藝性質(zhì)進(jìn)行觀察測定，鐵礦石礦物組成結(jié)果列于表3，鐵礦物與脈石礦物的嵌布特征見圖1。

表3 鐵礦石礦物組成及體積百分含量/%

由表3可以看出，司家營鐵礦石有用礦物主要為赤鐵礦、假象赤鐵礦，其次為磁鐵礦、半假象赤鐵礦及褐鐵礦等；脈石礦物主要為石英，其次為黑云母、綠泥石、綠簾石、長石、角閃石、碳酸鹽類礦物、白云母、絹云母、磷灰石等。少量的螢石、粘土類礦物、黃鐵礦、孔雀石等。

由鏡下鑒定結(jié)果可知，有用礦物與脈石礦物之間的嵌布關(guān)系主要為不規(guī)則毗連型、包裹型，部分為規(guī)則毗連型。

1.3 礦石的工藝類型研究

根據(jù)不同采點(diǎn)礦石礦物組成及嵌布特征等工藝性質(zhì)觀察結(jié)果，將司家營鐵礦石分為易解離易選型(Ⅰ類)、易解離難選型(Ⅱ類)、難解離難選型(Ⅲ類)三種工藝類型，不同類型鐵礦石的顯微結(jié)構(gòu)照片見圖2。

圖1 鐵礦物與脈石礦物的嵌布特征

圖2 不同類型鐵礦石顯微結(jié)構(gòu)照片

易解離易選型：礦石礦物組成較單一且含量較高，主要為赤鐵礦和磁鐵礦，結(jié)晶粒度粗大，晶形完整；脈石礦物主要為石英，綠泥石、高嶺土等易泥化礦物含量很少。礦石礦物與脈石礦物結(jié)合關(guān)系簡單，多呈規(guī)則毗連鑲嵌，結(jié)合處較平直(圖2(a))。這種類型的礦石受到機(jī)械粉碎后，聚合在一起的礦物比較容易得到單體解離，容易選別。

易解離難選型：礦石礦物含量較低，主要為赤鐵礦和磁鐵礦，少量的褐鐵礦，嵌布粒度相對較粗。脈石礦物除石英外還含有黑云母、綠泥石等易泥化礦物。有用礦物與脈石礦物毗連鑲嵌(圖2(b))。褐鐵礦、黑云母、綠泥石等礦物硬度低、易泥化[4]。此種類型的礦石單體解離較容易，但分選效果差。

難解離難選型：礦石礦物含量低，主要有用礦物為赤鐵礦，且嵌布粒度細(xì)。脈石礦物主要為石英。有用礦物與脈石礦物多為不規(guī)則毗連鑲嵌和包裹型鑲嵌(圖2(c)、圖2(d))。這種類型礦石磨礦時(shí)不易單體解離，連生體含量高，會造成選別時(shí)尾礦品位偏高。

1.4 礦石的工藝粒度分析

運(yùn)用過尺線法，在德國蔡司偏反兩用研究型顯微鏡下對每種工藝類型礦石的嵌布粒度進(jìn)行系統(tǒng)測定，測定結(jié)果繪制成粒度累積分布曲線(圖3)。

圖3 有用礦物粒度累積含量分布曲線

由圖3可以看出，Ⅰ類礦石(易解離易選型)屬于偏粗粒不均勻型；Ⅱ類礦石(易解離難選型)屬于偏細(xì)粒不均勻型；Ⅲ類礦石(難解離難選型)屬于細(xì)粒不均勻型[5]。根據(jù)樣品分類統(tǒng)計(jì)，Ⅰ類礦石約占分析樣品的25.1%，Ⅱ類占16.6%，Ⅲ類占58.3%，由此可見，地表氧化礦中近60%的礦石屬于難選難解離型，這是造成現(xiàn)場生產(chǎn)中選礦指標(biāo)不穩(wěn)定的重要因素。

在三種類型的礦石中Ⅲ類礦石和Ⅰ類礦石的所占比例較高，合計(jì)約84%。由地質(zhì)勘探資料和目前采場現(xiàn)狀分析顯示，隨著開采斷面的加深，Ⅰ類礦石含量逐漸增加，Ⅱ類和Ⅲ類礦石有不斷減少的趨勢，為充分合理利用有限的礦產(chǎn)資源，需對Ⅲ類礦石進(jìn)行合理的配礦。

2 配礦試驗(yàn)

本次配礦試驗(yàn)主要對Ⅰ類和Ⅲ類礦石進(jìn)行配礦試驗(yàn)研究。司家營鐵礦一期選廠目前采用階段磨礦-粗細(xì)分級-重、磁、浮聯(lián)合流程進(jìn)行選別，其工藝流程如圖4所示。生產(chǎn)實(shí)踐表明，重選指標(biāo)波動(dòng)較小，選別指標(biāo)穩(wěn)定。此次試驗(yàn)主要針對選礦指標(biāo)波動(dòng)較大的磁—浮流程進(jìn)行研究。

圖4 司家營一期選廠工藝流程

2.1 條件試驗(yàn)

用XMQ240×90錐形球磨機(jī)分別對Ⅰ類礦樣和Ⅲ類礦樣進(jìn)行了不同時(shí)間的磨礦細(xì)度試驗(yàn)。當(dāng)Ⅰ類礦樣磨礦時(shí)間10min，細(xì)度93.86%(-200目)；Ⅲ三類礦樣磨礦11min，細(xì)度92.15%，符合現(xiàn)場弱磁選90～93%的入選細(xì)度。對兩種礦石分別進(jìn)行弱磁選別，采用XCRS-74型Φ400×300鼓形濕法弱磁選機(jī)進(jìn)行，磁場強(qiáng)度1200 Oe。磁選尾礦進(jìn)行強(qiáng)磁選，設(shè)備采用Slon-500立環(huán)脈動(dòng)強(qiáng)磁選機(jī)?？紤]到設(shè)計(jì)強(qiáng)磁選尾礦品位9.63%以及生產(chǎn)現(xiàn)場對強(qiáng)磁尾礦品位的要求，強(qiáng)磁選磁場強(qiáng)度選定為8000 Oe。弱磁選、強(qiáng)磁選試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 磁選試驗(yàn)結(jié)果/%

從表4中可以看出，經(jīng)弱磁—強(qiáng)磁選別，Ⅰ類礦石混磁精礦品位39.62%，尾礦13.68%，總回收率86.32%，說明此種礦石性質(zhì)較好，容易選別。Ⅲ類礦石混磁精礦品位36.64%，尾礦24.11%，總回收率僅75.89%，磁選效果明顯低于Ⅰ類礦石。這是因?yàn)棰箢惖V石中有用礦物含量低、嵌布粒度細(xì)，且以赤鐵礦為主，造成磁選效果較差。

浮選采用XFD1-63型單槽浮選機(jī)，采用一粗一精開路試驗(yàn)流程。通過條件試驗(yàn)，確定選別Ⅰ類礦石藥劑添加量為NaOH 1250g/t、淀粉1080g/t、CaO700g/t、TA-230 990g/t，礦漿溫度35℃。Ⅲ類礦石為難解離難選型，鐵礦物嵌布粒度細(xì)，礦石性質(zhì)差，大量試驗(yàn)顯示，單獨(dú)選別Ⅲ類礦石，不能取得理想指標(biāo)。因此Ⅲ類礦石不能單獨(dú)入選，需進(jìn)行配礦處理。

2.2 配礦試驗(yàn)

在上述條件實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，對Ⅰ類和Ⅲ類型礦石進(jìn)行了不同配比條件下的浮選試驗(yàn)，Ⅲ類型礦石配入比例分別為30%、35%、40%、45%，試驗(yàn)流程和條件同前，試驗(yàn)結(jié)果見表5。根據(jù)表5繪制精礦品位和金屬回收率隨Ⅲ號礦樣配入比例的變化趨勢圖(圖5)。

表5 不同比例礦石配礦試驗(yàn)結(jié)果/%

圖5 不同配礦比例浮選效果

由表5和圖5可以看出，隨著Ⅲ號礦樣入選比例的不斷增加，鐵精礦的品位和金屬回收率同時(shí)呈下降趨勢。當(dāng)Ⅲ類礦樣配人比例40%時(shí)，浮選精礦品位66.05%，金屬回收率62.90%。

現(xiàn)場生產(chǎn)實(shí)踐表明，當(dāng)實(shí)驗(yàn)室浮選試驗(yàn)的精礦品位在66%以上、金屬回收率高于62%時(shí)，生產(chǎn)現(xiàn)場浮選精礦品位可達(dá)67%以上、金屬回收率80%左右。由表4可以看出，當(dāng)Ⅲ類礦石混磁精配礦入比例低于40%時(shí)，可滿足生產(chǎn)現(xiàn)場對技術(shù)指標(biāo)的要求，繼續(xù)增加Ⅲ類礦石混磁精礦比例會惡化浮選技

術(shù)指標(biāo)。由此可見，40%為此條件下的配礦比例界限，根據(jù)各自產(chǎn)率折合成原礦，Ⅲ類礦石最大配入比例為36.3%。

3 結(jié)論

1) 司家營貧鐵礦石有用礦物主要為赤鐵礦、假象赤鐵礦，其次為磁鐵礦、半假象赤鐵礦及褐鐵礦等；脈石礦物主要為石英，其次為黑云母、綠泥石、綠簾石、長石、角閃石、碳酸鹽類礦物、白云母、絹云母、磷灰石等。有用礦物與脈石礦物之間的嵌布關(guān)系主要為不規(guī)則毗連型、包裹型，部分為規(guī)則毗連型。

2) 司家營貧鐵礦石可分為易解離易選型、易解離難選型、難解理難選型三種工藝類型。不同類型礦石的有用礦物嵌布粒度不同，細(xì)粒級含量高是造成金屬回收率偏低的主要原因之一。

3) 根據(jù)條件試驗(yàn)和配比試驗(yàn)結(jié)果，難解離難選型礦石和易解離易選型礦石進(jìn)行配礦時(shí)，其最大入選比例不能超過36.3%，否則會惡化目前的生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)。

4) 司家營貧鐵礦石中有用礦物的物相組成和嵌布粒度變化較大，是造成選礦指標(biāo)不穩(wěn)定的重要原因，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)礦石性質(zhì)的不同進(jìn)行合理的配礦。

[1] 張永坤，田志云，鄒正勤.司家營鐵礦整體開發(fā)方案優(yōu)化研究與實(shí)踐[J].金屬礦山，2009(11)：32-35.

[2] 田嘉印，劉保平，陳占金，等.我國紅鐵礦選礦高效節(jié)能技術(shù)及設(shè)備評述[J].金屬礦山，2005(9)：4-10.

[3] 何德慶，牛福生.灤縣司家營貧赤鐵礦選礦試驗(yàn)研究[J].金屬礦山，2009(1)：69-73.

[4] 薛敏.齊大山鐵礦開采礦石工藝礦物學(xué)及可選性研究[J].金屬礦山，2010(5)：86-88.

[5] 周樂光.工藝礦物學(xué)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2008：123-129.