新疆某選銅尾礦中鐵回收試驗(yàn)

張漢泉，付金濤，黃成林，路漫漫，張澤強(qiáng)

(1.武漢工程大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，湖北 武漢 430070；2.新疆昌茂礦業(yè)股份公司，新疆 烏魯木齊 830011)

新疆某選銅尾礦中鐵回收試驗(yàn)

張漢泉1，付金濤1，黃成林2，路漫漫1，張澤強(qiáng)1

(1.武漢工程大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，湖北 武漢 430070；2.新疆昌茂礦業(yè)股份公司，新疆 烏魯木齊 830011)

新疆某銅鐵礦經(jīng)浮選選銅后，尾礦鐵品位在26%左右，由顯微鏡、X射線衍射分析可知金屬礦物主要為赤鐵礦(實(shí)際為鏡鐵礦)，少量黃鐵礦、黃銅礦、銅藍(lán)、輝銅礦、褐鐵礦等。為解決現(xiàn)行強(qiáng)磁選回收該鐵資源利用率低的問(wèn)題，進(jìn)行了磁化焙燒-磁選工藝研究，將原礦中弱磁性的赤鐵礦還原為強(qiáng)磁性的磁鐵礦，再采用弱磁選獲得了品位為58.78%，回收率89.00%的高品質(zhì)的鐵精礦。對(duì)實(shí)現(xiàn)尾礦的資源化利用，減少尾礦堆放對(duì)環(huán)境的污染有重要意義。

選銅尾礦；鏡鐵礦；磁化焙燒；磁選

新疆某銅礦現(xiàn)有流程為原礦采用混合浮選-分離浮選得到銅精礦和硫精礦，產(chǎn)生了大量的銅尾礦，鐵品位有26%左右，且主要以弱磁性赤鐵礦形式存在。由于銅屬于重金屬，銅尾礦對(duì)土壤和生命體危害巨大，因此，銅尾礦的資源化是一個(gè)值得研究的課題[1-3]。選廠直接利用強(qiáng)磁選工藝從選銅尾礦中回收鐵資源時(shí)，選礦比(入選礦量/精礦量)高達(dá)12～13，精礦鐵品位只有52%，鐵回收率低于50%，選礦指標(biāo)較差，經(jīng)濟(jì)效益低下，產(chǎn)生了大量的鐵品位仍高達(dá)23%以上的尾礦，嚴(yán)重浪費(fèi)國(guó)家資源。為提高經(jīng)濟(jì)效益與充分利用該資源，研究采用處理赤褐鐵礦比較有效的磁化焙燒-磁選法處理此鐵礦石[4]。

1 礦石性質(zhì)

銅尾礦多元素分析、鐵物相分析分別列于表1、表2，X射線衍射分析見(jiàn)圖1。由結(jié)果可以看出，礦樣中可供選礦回收的組分主要是赤鐵礦(由原磁鐵礦氧化而來(lái))，其原礦鐵品位為25.74%。需要選礦排除的組分以SiO2為主，Al2O3含量較高。有害雜質(zhì)磷的含量很低，對(duì)鐵精礦的質(zhì)量影響甚微。硫含量較高，需要選礦排除。礦樣呈灰褐色，其中鐵主要以鏡鐵礦形式存在，見(jiàn)圖2，占全鐵的62.63%，硅酸鐵占全鐵30.23%，屬于難選鏡鐵礦石。

圖1 礦樣X(jué)射線衍射圖譜

圖2 顯微鏡(200倍)下觀察到的原礦中的鏡鐵礦

2 試驗(yàn)研究

2.1 強(qiáng)磁選試驗(yàn)

稱(chēng)取1kg烘干的銅尾礦，經(jīng)RK/XCSQ-50×70濕式強(qiáng)磁選機(jī)分選，磁場(chǎng)強(qiáng)度分別為955.2kA/m、1194kA/m、1432.8kA/m，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3可以看出，對(duì)銅尾礦進(jìn)行強(qiáng)磁選，磁場(chǎng)強(qiáng)度大于1432.8kA/m時(shí)，回收率高于90%，尾礦品位低于8%，精礦品位較低，未實(shí)現(xiàn)提高鐵品位的目標(biāo)，說(shuō)明銅尾礦直接強(qiáng)磁選不能達(dá)到冶煉鐵品位要求。

2.2 磁化焙燒條件試驗(yàn)

磁化焙燒-磁選工藝被證明是有效處理難選弱磁性氧化鐵礦的方法之一。礦石在焙燒爐中加熱并在適宜氣氛中使弱磁性鐵礦物(赤褐鐵礦及菱鐵礦)在煤、焦碳、高爐煤氣、發(fā)生爐煤氣、天然氣等還原介質(zhì)中轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)磁性鐵礦物，比磁化系數(shù)增加上千倍，脈石礦物在大多數(shù)情況下磁性變化不大。氧化鐵礦石磁化還原過(guò)程中一般發(fā)生以下化學(xué)反應(yīng)[5]。

FeOOH→α-Fe2O3→Fe3O4

2FeOOH=α-Fe2O3+H2O

3α-Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2

3α-Fe2O3+H2=2Fe3O4+H2O

氧化鐵礦磁化焙燒屬于氣固兩相反應(yīng)，服從未應(yīng)核收縮模型，除反應(yīng)本身外，還包括物質(zhì)的擴(kuò)散過(guò)程，因此多相反應(yīng)速度總是受到化學(xué)反應(yīng)速度和擴(kuò)散速度兩方面的影響[6]。根據(jù)磁化焙燒的反應(yīng)氣氛與化學(xué)過(guò)程，影響赤褐鐵礦磁化焙燒的主要工藝參數(shù)有焙燒燃料和還原劑配比(結(jié)果見(jiàn)圖6)、焙燒溫度(結(jié)果見(jiàn)圖3)、磨礦細(xì)度(結(jié)果見(jiàn)圖4)和還原時(shí)間(結(jié)果見(jiàn)圖5)等[7]，因此必須先在高溫箱式電阻爐內(nèi)進(jìn)行焙燒溫度、固體還原劑種類(lèi)及用量、時(shí)間和焙燒礦磨礦細(xì)度、磁分選磁場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)，得到最佳磁化焙燒條件是焙燒溫度700℃，時(shí)間40min，還原劑用量12%，焙燒礦磨礦細(xì)度-0.075mm占90.10%以上。

2.3 磁化焙燒-磁選流程試驗(yàn)

圖3 焙燒溫度試驗(yàn)結(jié)果

圖4 焙燒礦磨礦粒度試驗(yàn)結(jié)果

圖5 焙燒時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果

圖6 焙燒還原劑配比試驗(yàn)結(jié)果

本次流程是焙燒-弱磁選機(jī)粗選-磨礦-弱磁選機(jī)精選，綜合考慮焙燒條件試驗(yàn)結(jié)果，流程試驗(yàn)焙燒條件選擇在采用新疆本地煤粉(水分5.20%，揮發(fā)分29.88%，灰分28.01%固定碳36.91%，熱值19029 kJ·kg-1)作還原劑，焙燒溫度為700℃，時(shí)間為40min，還原劑用量為12%，焙燒礦磨礦細(xì)度-0.074mm占90.10%的情況下進(jìn)行，采用弱磁選(磁場(chǎng)強(qiáng)度95.52～63.68 kA/m)分選，指標(biāo)最好，精礦鐵品位可達(dá)到60.94%，鐵回收率為86.01%。試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)質(zhì)量流程見(jiàn)圖7。由結(jié)果可知，只經(jīng)過(guò)一次磨礦粗選時(shí)，精礦品位可以達(dá)到61.98%，但精礦回收率僅61.93%；根據(jù)同類(lèi)礦石選礦經(jīng)驗(yàn)，將粗選尾礦的掃選精礦和精選尾礦合并為中礦，再磨精選[8]，最終精礦品位58.78%，回收率提高到89%。

圖7 磁化焙燒-磁選數(shù)質(zhì)量流程圖

3 結(jié)果分析

鐵精礦產(chǎn)品多元素及鐵物相分析結(jié)果見(jiàn)表3、表4，X射線衍射分析見(jiàn)圖4。結(jié)果表明，鐵精礦中鐵品位達(dá)61.94%，硫偏高，有害元素磷、Al2O3的含量都很低。鐵物相分析表明，鐵礦物主要以磁性鐵礦物(圖5)的形式存在，其分布率為97.51%，說(shuō)明該礦樣磁化焙燒還原效果很好，磁性鐵礦物的占用率由原礦樣的1.09%提高到了97.51%，XRD圖譜(圖4)進(jìn)一步表明有大量的強(qiáng)磁性的Fe3O4存在。

磁化焙燒-弱磁選尾礦多元素分析見(jiàn)表5。主要組成為二氧化硅，鐵含量只有5.17%，說(shuō)明磁選鐵回收率很高。經(jīng)過(guò)焙燒磁選所產(chǎn)的尾礦，活性度是天然粉料的3倍，SiO2含量大于65%，可用作建筑材料、公路用砂、陶瓷、玻璃、微晶玻璃、花崗巖及硅酸鹽新材料原料[9]，以實(shí)現(xiàn)礦山無(wú)尾礦排放。

圖8 鐵精礦X射線衍射圖譜

圖9 顯微鏡(200倍)下觀察到的精礦中的磁鐵礦

表5 磁化焙燒-磁選尾礦多元素分析結(jié)果(w/w，%)

4 結(jié)論

1)選銅尾礦中可供選礦回收的主要組分是赤鐵礦，含鐵為25.74%。其中鐵主要以鏡鐵礦形式存在，占全鐵的62.63%，硅酸鐵占全鐵的30.23%，含量較高，有害元素主要為S、Cu，所要排除的雜質(zhì)主要為SiO2，故該礦石為難選鏡鐵礦。

2) 經(jīng)過(guò)磁化還原焙燒-磁選管弱磁選的條件試驗(yàn)，確定最佳的焙燒和磁選條件。焙燒-弱磁選粗選-磨礦-弱磁選精選流程試驗(yàn)，粗選得到了品位為61.98%，回收率為61.93%鐵精礦；中礦再磨再選，最終精礦品位58.78%，回收率提高到89.00%。得到了很好的選礦指標(biāo)。

3)經(jīng)過(guò)焙燒-磁選所產(chǎn)的尾礦，SiO2含量大于65%，活性高，可用作建筑材料、公路用砂、陶瓷、玻璃、微晶玻璃、花崗巖及硅酸鹽新材料原料。

[1] 周連碧.銅尾礦廢棄地重金屬污染特征與生態(tài)修復(fù)研究[D].北京：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)，2012.

[2] 關(guān)紅艷.我國(guó)銅尾礦二次資源再利用技術(shù)現(xiàn)狀[J].金屬礦山，2010 (10)：185-187.

[3] 陳甲斌，王海軍.銅礦尾礦資源結(jié)構(gòu)與綜合利用政策研究[J].中國(guó)礦業(yè)，2012，21(1)：48-52.

[4] 孫炳泉.近年我國(guó)復(fù)雜難選鐵礦石選礦技術(shù)進(jìn)展[J].金屬礦山，2006(3)：1-6.

[5] Yan Wu，Mei Fang，Lvdeng Lan.Rapid and Direct Magnetization of Goethite Ore Roasted by Biomass Fuel[J].Separation and Purification Technology，2012，94：34-38.

[6] 李慧.鋼鐵冶金概論[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2001.

[7] 張漢泉，余永富，彭澤友，等.黃梅褐鐵礦懸浮閃速磁化焙燒試驗(yàn)研究[J].鋼鐵，2009，44(7)：11-14.

[8] 張漢泉，任亞峰，管俊芳.難選赤褐鐵礦焙燒—磁選試驗(yàn)研究[J].中國(guó)礦業(yè)，2006，15(5)：44-48.

[9] 佟強(qiáng).有色金屬礦固廢利用[J].地球，2013 (2)：14-15.

Tests on iron recovery for a xinjiang copper tailing

ZHANG Han-quan1，F(xiàn)U Jintao1，HUANG Cheng-lin2，LU Man-man1，ZHANG Ze-qiang1

(1.School of Resource and Civil Engineering，Wuhan Institute of Technology，Wuhan 430070，China；2.Xinjiang Changmao Mining Co.Ltd.，Urumqi 830011，China)

The iron grade of one Xinjiang copper flotation tailings reaches up to 25%，by a microscopic，X-ray diffraction analysis shows that metal minerals are hematite (actual specularite)，a small amount of pyrite，chalcopyrite，covellite，chalcocite，limonite，etc.In order to utilize the resource，one enterprise has used high intensity magnetic separation to recover iron minerals.For solving the problem low resource efficiency，reducing roasting-magnetic separation test was finished，then weak magnetic hematite was reduced to high magnetic magnetite.The iron concentrate grade of 58.78% at iron recovery 89.00% was obtained by low magnetic separation.The research has important significance on reclamation of the tailings and reducing environmental pollution due to tailing stack.

copper tailing；specularite；magnetization roasting；magnetic separation

2014-04-24

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“人工磁鐵精礦成球性能及氧化動(dòng)力學(xué)研究”資助(編號(hào)：51474161)

張漢泉(1971-)，男，湖北浠水人，工學(xué)博士，副教授，從事礦物加工和資源綜合利用領(lǐng)域的技術(shù)管理和科學(xué)研究工作。E-mail:springt@139.com。

TD981

A

1004-4051(2015)01-0131-04