鐵礦石磁脈沖預處理技術研究

高 鵬，李國峰，周惠文，李艷軍，韓躍新，李朝朋

（1.東北大學資源與土木工程學院，遼寧 沈陽110819；2.鞍鋼集團礦業(yè)設計研究院，遼寧 鞍山114002；3沈陽隆基電磁科技股份有限公司，遼寧 沈陽113122）

隨著中國鋼鐵工業(yè)的高速發(fā)展，選礦技術裝備水平也不斷提升，但在能源的有效利用方面，國內和國外先進的選礦企業(yè)還存在著較大的差距。因此，開展高效節(jié)能選礦技術和裝備研究，優(yōu)化和縮短工藝流程，提高鐵礦磨礦效率和分選指標具有重要意義［1－3］。

磁脈沖技術利用礦石中不同礦物的電磁性和機械性差異，通過對礦石施加磁脈沖，在不同礦物的界面上產(chǎn)生周期性拉伸、壓縮、剪切、折彎、扭轉等機械作用力，在礦石內部礦物界面上產(chǎn)生擴展裂紋和裂縫，進而降低礦石的強度和改善礦物解離特性［4－5］。岡恰羅夫對俄羅斯米哈伊諾夫斯克采選公司選礦廠的磁選粗精礦進行了磁脈沖預處理試驗，結果表明，三段磨礦的處理量提高5%～17%，鐵精礦品位提高0.3%～0.5%［6］。波利斯科夫認為，對磁鐵礦進行磁脈沖處理，可提高磁鐵礦的磨礦效率和礦物解離的選擇性［7］。東北大學采用磁脈沖技術對新疆某金礦進行預處理，使得金的浸出率提高0.6%［8］。因此，磁脈沖技術能夠降低選礦能耗、提高資源利用率。

本試驗以大孤山磁鐵礦石作為原料，進行了磁脈沖預處理研究，以期改善鐵礦石的磨礦效率和選別指標。

1 試驗原料

1.1 原礦化學成分和物相組成

本試驗所用原礦取自大孤山選礦廠的球磨給礦，混勻、縮分出部分礦樣并破碎至－2mm（d50＝0.41mm）作為試驗原料。原礦化學多元素分析見表1，X射線衍射分析結果見圖1。

由表1分析結果可知，礦石中有用元素是鐵，TFe品位為32.61%，其中FeO含量為17.49%；主要雜質成分為SiO2，占45.77%；有害元素硫、磷含量較低。圖1表明，礦石中主要有用礦物為磁鐵礦，主要脈石礦物為石英和綠泥石。

1.2 原礦中鐵元素的化學物相分析

為考查原礦中鐵元素的存在形式，對原礦進行了鐵元素的化學物相分析，結果見表2。

表1 原礦化學多元素分析／%

圖1 原礦X射線衍射分析圖譜

表2 礦石中鐵元素的化學物相分析結果／%

由表2可知，礦石中鐵元素主要以磁鐵礦的形式存在，磁鐵礦中的鐵為26.14%，分布率高達79.70%。礦石中還有一定量的菱鐵礦、赤（褐）鐵礦和硅酸鐵，鐵元素含量分別為1.99%、2.06%和2.10%。硫化鐵中的鐵含量較低，僅為0.32%。

2 研究方法

分別取500g原礦和磁脈沖預處理礦樣，采用QBXG－2型球磨機和 RK／CRSΦ400×300弱磁選機，在相同的工藝條件下，進行磨礦和磁選試驗，磁選試驗的磁場強度均為79.62kA／m。考查磁脈沖預處理對鐵礦石磨礦效率和選別指標的影響。

采用Motic BA300Pol生物顯微鏡對磨礦產(chǎn)品進行單體解離度分析，考查磁脈沖預處理對礦物單體解離情況的影響。

采用SSX－550掃描電子顯微鏡（SEM）對原礦和磁脈沖預處理礦樣進行微觀結構分析，考查磁脈沖預處理對礦石微觀結構的影響。

3 結果與討論

3.1 磁脈沖預處理對磨礦效果的影響

取礦樣500g，在預處理磁場強度分別為23.89kA／m、39.81kA／m、55.73kA／m、79.62kA／m的條件下進行磁脈沖預處理。在磨礦濃度70%的條件下，對原礦和磁脈沖預處理樣進行磨礦試驗，考查磁脈沖預處理對礦石磨礦效率的影響。試驗結果見圖2。

圖2 磁脈沖預處理對礦石磨礦效率的影響

由圖2可以看出，當磨礦時間由2min延長到6min時，原礦的磨礦產(chǎn)品中－0.074mm含量由45.71%增加78.22%，預處理樣的磨礦產(chǎn)品中－0.074mm含量也隨之升高。與原礦相比，磁脈沖預處理的磁場強度為39.81kA／m時，預處理樣的磨礦產(chǎn)品中－0.074mm含量均呈增加的趨勢。在磨礦時間由2min延長到6min的過程中，預處理樣的磨礦產(chǎn)品中－0.074mm含量的增加幅度介于0.25%～2.4%之間。因此，確定磁脈沖預處理適宜的磁場強度為39.81kA／m。

3.2 磁脈沖預處理對磁選指標的影響

取500g原礦和磁脈沖預處理樣，采用相同的磨礦和磁選條件進行磨礦－磁選試驗，考查磁脈沖預處理對磁鐵礦選別指標的影響，結果見圖3。

圖3 磁脈沖預處理對磁選指標的影響

由圖3可以看出，與原礦相比，磁脈沖預處理樣的選別指標有顯著提高。磨礦時間由2min延長到6min的過程中，磁脈沖預處理使磁選精礦的TFe品位提高0.41%～2.43%，鐵回收率提高0.55%～1.81%。

為獲得合格品位鐵精礦，保持其他磨礦條件不變，延長原礦和預處理樣的磨礦時間。磨礦時間為24min時，原礦和預處理樣的磨礦產(chǎn)品中－0.038mm含量均達90%以上。對磨礦產(chǎn)品進行磁選，選別指標見表3。

表3 原礦及預處理樣的磁選指標／%

由表3可知，磁脈沖預處理使磨礦產(chǎn)品中－0.038mm含量由92.51%增加到93.90%；同時，磁選精礦的TFe品位由64.69%增加到66.42%，鐵回收率由73.12%增加到73.87%。表明磁脈沖預處理能夠有效提高鐵礦石的磨礦效率，有利于實現(xiàn)磨礦產(chǎn)品的高效分選。對鐵礦石的開發(fā)利用，起到了節(jié)能作用。

3.3 磁脈沖預處理對礦物單體解離度的影響

將原礦和預處理樣在相同磨礦條件下磨至－0.038mm粒級達90%以上，并篩分為＋0.043mm、－0.043mm＋0.038mm、－0.038mm三個粒級，分別采用Motic BA300Pol生物顯微鏡進行單體解離度分析，結果見表4。

表4 原礦及預處理樣單體解離度分析／%

由表4可知，經(jīng)磁脈沖預處理后，磨礦產(chǎn)品中＋0.043mm、－0.043mm＋0.038mm、－0.038mm三個粒級的磁鐵礦單體解離度分別由80.01%、85.96%和88.24%增加到86.45%、86.90%和90.99%。表明磁脈沖預處理能夠有效提高各粒級磨礦產(chǎn)品的單體解離度，這也是預處理樣的選別指標較原礦有明顯提高的主要原因。

3.4 磁脈沖預處理對礦樣微觀形貌的影響

將原礦和預處理樣分別與冷杉樹脂均勻混合，經(jīng)研磨拋光制作成顯微鏡光片，采用SSX－550掃描電子顯微鏡觀察磁脈沖預處理對礦樣微觀結構的影響，原礦及預處理樣的SEM圖像見圖4。

由圖4可知，與原礦相比，預處理樣的磁鐵礦（灰白色）與脈石礦物間的裂縫數(shù)量有所增加。礦樣和預處理樣的局部放大圖顯示，磁脈沖預處理后，磁鐵礦與脈石礦物間的裂縫寬度呈擴大趨勢，有利于提高鐵礦石的磨礦效果。這是因為，強磁性礦物顆粒在交變磁場中不停地呈現(xiàn)出拉伸、壓縮、剪切等效應力，使鐵礦石內部沿不同礦物界面生成擴展裂紋和裂縫，進而降低礦石的物理強度，當磁脈沖能量達到一定值時，不同礦物之間出現(xiàn)分離［9］。

4 結 論

1）磁脈沖預處理有利于提高鐵礦石的磨礦效率。在磁脈沖預處理磁場強度為39.81kA／m時，預處理后磨礦產(chǎn)品中－0.074mm含量增加0.25%～2.4%。

2）相同條件的磨礦－磁選試驗表明，磁脈沖預處理可以使磁選精礦得TFe品位增加0.41%～2.43%，鐵回收率增加0.55%～1.81%，有效提高了鐵礦石的分選指標。

3）磁脈沖預處理使鐵礦石內部沿不同礦物界面生成擴展裂紋和裂縫，磁鐵礦與脈石礦物之間的裂縫數(shù)量增多、寬度增大，進而提高磨礦產(chǎn)品的單體解離度。

圖4 原礦及預處理樣的SEM圖像

［1］Valentine A.Chanturiya，Igor Zh.Bunin，Maria V.Ryazantseva，et al.Theory and applications of high－Power nanosecond pulses to processing of mineral complexes［J］.Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review，2011（32）：105－136.

［2］馬淮湘.超貧磁鐵礦選礦技術新進展與思考［J］.現(xiàn)代礦業(yè)，2010，4（4）：33－34.

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

［4］韓躍新，余建文，高鵬，等.電磁破碎技術在礦物加工中的應用與展望［J］.礦產(chǎn)綜合利用，2013（4）：1－4.

［5］克雷諾娃.采用磁脈沖預處理強化從礦石和精礦中回收金的過程［J］.國外金屬礦選礦，2007（12）：24－25.

［6］岡恰羅夫.用磁脈沖預處理來提高磁選精礦再磨效率［J］.國外金屬礦選礦，2006（6）：13－14.

［7］波利斯科夫.應用電磁脈沖增大鋼球撞擊力來強化磨礦效果［J］.國外金屬礦選礦，2008（5）：16－18.

［8］余建文，高鵬，韓躍新，等.難浸金礦預處理方法的新進展［J］.礦冶，2013，22（2）：59－62.

［9］Louis J.Cabri，Nikolay S.Rudashevsky，Vladimir N.Rudashevsky，and et al.Study of native gold from the Luopensulo deposit （Kostomuksha area，Karelia，Russia）using a combination of electric pulse disaggregation（EPD）and hydroseparation（HS）［J］.Minerals Engineering，2008，21（6）：463－470.