SLon立環(huán)脈動高梯度磁選機在礦山尾礦綜合利用中的應(yīng)用

陳 劍 張春浩

(贛州金環(huán)磁選設(shè)備有限公司，江西 贛州 341000)

改革開放40年來，我國的經(jīng)濟發(fā)展成就舉世矚目。在此期間，我國礦山行業(yè)得到了快速發(fā)展，生產(chǎn)能力日益提高。但是，隨之而來的環(huán)境治理和資源貧化的壓力也在不斷加大，其中尾礦的堆放和處理，已成為了制約我國眾多礦山企業(yè)發(fā)展的絆腳石。因此，如何充分利用好礦山尾礦，提高尾礦資源的綜合利用水平，對緩解我國礦產(chǎn)資源的瓶頸壓力，環(huán)境治理以及為礦山企業(yè)培育新的經(jīng)濟增長點，具有深遠的意義[1]。

礦山尾礦，通常是指我們利用現(xiàn)有選礦技術(shù)對礦石中有價礦物進行不完全回收后的剩余部分。這部分礦物中，除含有未完全回收的原目的礦物外，還有一些是原生產(chǎn)工藝未涉及回收的其他有用礦物。通過研究發(fā)現(xiàn)，這部分礦物只要通過合理的回收利用，就可能實現(xiàn)“變廢為寶”的目的。例如，拜耳法提取氧化鋁后的尾礦，通過選礦富集提取的鐵，是很好的煉鐵原料[2-3]；黃金、銅等有色金屬選礦廠尾礦，通過磁選除雜提純后，就是很好的陶瓷原料等[4-5]。

近年，針對國內(nèi)一些礦山尾礦，我們應(yīng)用SLon立環(huán)脈動高梯度磁選機做了大量的技術(shù)開發(fā)研究和選礦試驗研究工作，取得了重要的工業(yè)應(yīng)用成果。

1 SLon立環(huán)脈動高梯度磁選機的原理與應(yīng)用于尾礦處理的特點

SLon立環(huán)脈動高梯度磁選機(簡稱SLon磁選機)主要由磁軛、激磁線圈、分選轉(zhuǎn)環(huán)、磁介質(zhì)、脈動機構(gòu)和其它部件組成[6]，見圖1。

工作時，分選礦物的漿體從上磁軛縫隙流經(jīng)轉(zhuǎn)環(huán)，轉(zhuǎn)環(huán)內(nèi)的磁介質(zhì)在磁場中被磁化，在磁介質(zhì)表面形成高梯度磁場，礦漿中的磁性礦物被吸附在磁介質(zhì)表面，隨著轉(zhuǎn)環(huán)的順時針轉(zhuǎn)動被帶至頂部無磁場區(qū)，在沖洗水的沖洗下落入磁性物礦斗，非磁性礦物顆粒沿下磁軛縫隙流入非磁性物礦斗中排走，該設(shè)備中配置的脈動機構(gòu)，不僅能有效地防止礦漿的堵塞，更能消除非磁性顆粒的機械夾雜，提高磁性礦物的品位，在非金屬提純中能顯著提高非金屬礦的產(chǎn)率。

1—脈動機構(gòu)；2—激磁線圈；3—磁軛；4—轉(zhuǎn)環(huán)；5—給礦斗；6—漂洗水斗；7—磁性礦沖洗裝置；8—磁性礦物斗；9—中礦斗；10—非磁性礦物斗；11—液位斗；12—轉(zhuǎn)環(huán)驅(qū)動機構(gòu)；13—機架；F—給礦；W—清水；C—磁性產(chǎn)品；M—中礦；T—非磁性產(chǎn)品圖1 SLon立環(huán)脈動高梯度磁選機Fig.1 SLon vertical ring and pulsating HGMS

與原礦比較，尾礦具有量大、品位低、粒度細和分選難度大的特點。因此，要有效開發(fā)利用尾礦資源，一方面要采用先進的選礦技術(shù)和選礦設(shè)備，另一方面還需要考慮規(guī)模效益。針對尾礦資源處理的這些特征，近年SLon立環(huán)脈動高梯度磁選機(以下簡稱SLon磁選機)在尾礦處理方面，主要采用了以下三大技術(shù)措施：

1)采用細棒介質(zhì)提高對微細粒礦物的磁捕獲能力。近年，針對尾礦中弱磁礦呈(微)細粒分布的特征，開發(fā)了1.5 mm和1.0 mm磁介質(zhì)，大大提升了SLon磁選機分選尾礦的指標(biāo)；如首臺SLon-2500磁選機采用1.0 mm棒介質(zhì)[7]，用于分選海鋼公司赤鐵礦尾礦，使分選下限粒度降至10 μm以下，取得了良好技術(shù)經(jīng)濟效益。

2)開發(fā)大型SLon磁選機，提高處理能力，降低分選尾礦的噸電耗和水耗。如2014年，開發(fā)了兩臺SLon-4000磁選機，應(yīng)用于分選攀鋼選鈦尾礦的干礦處理量達到500 t/h，噸電耗和水耗分別為0.41 kWh和1.3 m3/h，明顯低于早期最大型SLon-2000磁選機的0.85 kWh和1.45 m3/h。當(dāng)前，最大型SLon-5000磁選機的干礦處理量達到950 t/h，其噸電耗和水耗分別進一步降低至0.28 kWh和1.22 m3/h，用于處理低品位尾礦將具有十分明顯的技術(shù)優(yōu)勢。

3)開發(fā)高場強SLon磁選機，提高背景磁場強度，增強磁介質(zhì)對(微)細粒弱磁性礦物的捕獲能力。當(dāng)前，SLon磁選機的最高磁場強度達到1.8 T，完全能滿足尾礦工業(yè)應(yīng)用的要求。

2 SLon磁選機分選尾礦的應(yīng)用

2.1 用于從赤鐵礦尾礦中回收鐵

海南鋼鐵公司所屬礦床屬于磁、赤混合鐵礦，早期采“弱磁—強磁一次粗選一次精選一次掃選”工藝分選回收磁鐵礦和赤鐵礦，強磁設(shè)備均采用SHP-2000型平環(huán)強磁選機，新建選廠在該流程中以SLon-2000型立環(huán)脈動高梯度磁選機取代SHP-2000型平環(huán)強磁選機[8]。該公司每年產(chǎn)生約120 萬t鐵品位30%左右的鐵尾礦，近年來尾礦庫堆存尾礦壓力愈來愈大。該尾礦中80%以上鐵分布0～19 μm，主要是赤鐵礦，且含泥量大，早期采用螺旋溜槽流程分選回收，但未得到有效開發(fā)利用。

2006年起，提出并應(yīng)用“SLon磁選機粗選—離心機精選”工藝處理該鐵尾礦，取得了良好的試驗指標(biāo)。實驗室條件下，該尾礦鐵品位約30%，-19 μm約占83%，應(yīng)用1.0 mm細棒介質(zhì)，SLon-100磁選機獲得產(chǎn)率、鐵品位和鐵回收率分別為33.12%、52.23%和56.81%的鐵粗精礦；該粗精礦進一步采用SLon-400離心機精選，最終獲得產(chǎn)率、鐵品位和鐵回收率分別為17.15%、64.39%和36.27%的鐵精礦。在此基礎(chǔ)上，研制了首臺SLon-2500大型磁選機和SLon-1600離心機，在2008年進行分選海鋼公司鐵尾礦的工業(yè)生產(chǎn)試驗，并實現(xiàn)推廣應(yīng)用，取得了重要的技術(shù)效益[9]。SLon-2500磁選機應(yīng)用于分選該鐵尾礦的生產(chǎn)流程和指標(biāo)見圖2。

圖2 SLon-2500磁選機與SLon-1600離心機用于分選海鋼公司鐵尾礦數(shù)質(zhì)量流程Fig.2 The technical data of processing flowsheet of SLon-2500 HGMS and SLon-1600 centrifugal separator separating iron tailings in Hainan Iron and Steel Company

“SLon磁選機粗選—離心機精選”短流程新工藝在海鋼公司的成功應(yīng)用，促進了該工藝在國內(nèi)其它公司的推廣應(yīng)用。我國分選磁鐵礦的小選廠很多，這些磁鐵礦中常含有部分赤鐵礦或鏡鐵礦，往往這些選礦廠在用弱磁機選完磁鐵礦后，將磁選尾礦直接排入尾礦庫，殊不知這部分尾礦還有再回收利用的價值。如，我們通過對福建某尾礦進行實驗研究，發(fā)現(xiàn)尾礦中鐵品位18.80%，采用SLon磁選機和離心機進行綜合回收，最終可獲得鐵精礦品位60.15%、鐵回收率49.26%的良好指標(biāo)[10]。

2.2 用于從鈦鐵礦尾礦中回收鈦

攀鋼密地選廠在選別鐵精礦和鈦精礦后，產(chǎn)生約885 t/h的尾礦量。該尾礦中含有可回收的磁鐵礦和鈦鐵礦，為了使該鈦、鐵尾礦資源得到綜合利用，攀鋼公司于2002年采用SLon-1500磁選機建立了回收鈦鐵礦的生產(chǎn)工藝流程，使鈦回收率有效地提高了約20個百分點。由于SLon-1500磁選機的處理量有限，因此2011年，首臺SLon-4000立環(huán)脈動高梯度磁選機用于取代原有粗選作業(yè)的SLon-1500磁選機(生產(chǎn)流程見圖3)[11]，該機每小時給礦量為460 t(約占總尾礦的50%)左右，一年多的工業(yè)試驗，取得的工業(yè)試驗指標(biāo)為(SLon-4000單機作業(yè)指標(biāo))：給礦品位6.41% TiO2，精礦品位13.38% TiO2，尾礦品位3.64% TiO2，TiO2作業(yè)回收率59.36%的良好指標(biāo)。全流程的選鈦指標(biāo)為：給礦品位6.41% TiO2，鈦精礦品位47.02% TiO2，TiO2回收率28.16%。2013該廠又采購了一臺SLon-4000磁選機進行擴產(chǎn)改造，2臺SLon-4000磁選機均已投入生產(chǎn)，該流程年處理攀鋼密地選礦廠700 萬t綜合尾礦，目前2臺SLon-4000磁選機至今已運轉(zhuǎn)八年，各項指標(biāo)穩(wěn)定，已達到年產(chǎn)品位為47% TiO2的優(yōu)質(zhì)鈦精礦18 萬t左右。

圖3 SLon磁選機應(yīng)用于從鈦鐵礦尾礦回收鈦生產(chǎn)工藝流程Fig.3 The flowsheet of SLon HGMS to recover titanium from ilmenite tailings

攀西地區(qū)以及河北承德很多企業(yè)均采用該工藝來回收早期尾礦庫中的鈦資源，老尾礦中還含有品位4%～6%的TiO2，采用SLon磁選機一次粗選一次精選別后能將TiO2提高至20%左右，再經(jīng)過浮選，最終獲得TiO2品位大于47%的鈦精礦。

2.3 用于從赤泥中回收鐵的應(yīng)用

赤泥是鋁土礦在提煉氧化鋁過程中而產(chǎn)生的固體工業(yè)廢棄物，每生產(chǎn)1 t氧化鋁，便會產(chǎn)生1～1.6 t赤泥[12]。赤泥一般含有大量的鐵礦物和廢堿液，如果長期外排堆放，易造成土地堿化以及污染地下水破壞生態(tài)環(huán)境[13]。因此，更好的綜合回收赤泥中有用礦物，是選鋁礦廠的重大難題之一。

山東濱州某鋁土礦原料主要來自于國外，在采用拜爾法提煉出氧化鋁精礦后，會產(chǎn)生大量的TFe品位為20%的赤泥外排。為了盡可能的回收流失的含鐵礦物，選礦廠采用直接磁選工藝回收含鐵礦物。應(yīng)用SLon立環(huán)脈動高梯度磁選機強磁一次粗選一次精選的選礦工藝流程進行工業(yè)試驗后，在給礦TFe品位20%的前提下，最終獲得鐵精礦含TFe品位約50.47%，TFe回收率40.19%的良好選礦指標(biāo)。選礦工藝流程圖見圖4。

圖4 SLon磁選機應(yīng)用于從赤泥中回收鐵工藝流程Fig.4 The flowsheet of SLon HGMS to recover iron from red mud

生產(chǎn)過程中，SLon磁選機在惡劣的高溫強堿環(huán)境下，每年可以從該廠赤泥中回收鐵精礦50多萬t，為企業(yè)創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟效益。該工藝同時也在國內(nèi)其他氧化鋁選廠的赤泥處理中得到推廣應(yīng)用，部分應(yīng)用見表1。

表1 SLon磁選機從赤泥中回收鐵的部分應(yīng)用指標(biāo)Table 1 Some application indicators of iron recovery from red mud by SLon HGMS

2.4 用于從氰化浸金尾礦中回收鐵

云南鶴慶北衙黃金選礦廠每年產(chǎn)生大量的黃金尾礦，導(dǎo)致尾礦庫難以完全消化。該尾礦中有價成分主要為磁鐵礦和褐鐵礦，但粒度很細一直沒有得到開發(fā)利用。為了綜合利用該尾礦資源，選礦廠分別于2005年和2009年選用2臺SLon-2000磁選機和4臺SLon-2500磁選機用于回收尾礦中的褐鐵礦[14]；2010年至2012年，又新建了另一條年處理量150 萬t尾礦的生產(chǎn)線，選用6臺SLon-2500型磁選機一次粗選一次掃選分選褐鐵礦，工藝流程圖如圖5。迄今，該選礦廠每年可以回收100多萬t的鐵精礦，并可根據(jù)市場價格安排磁鐵礦和褐鐵礦獨立銷售或合并銷售[15]。

圖5 SLon磁選機應(yīng)用于從氰化浸金尾礦回收鐵工藝流程Fig.5 The technical data of processing flowsheet of SLon HGMS in recovery of iron from cyanide leaching gold tailings

該工藝流程配置簡單，易操作。山東招遠采用該工藝后，當(dāng)浸金尾礦鐵品位為37.92%時，利用SLon磁選機一次磁選，就能得到產(chǎn)率33.42%、鐵品位51.50%、鐵回收率45.38%的鐵精礦，技術(shù)經(jīng)濟和環(huán)境效益明顯。

2.5 用于從浮選黃金尾礦回收長石

山東招遠某浮選黃金尾礦主要含SiO2、鐵/鈦礦物、Al2O3、Na2O和K2O，這幾種成分中除鐵、鈦礦物外，其它成分都是構(gòu)成陶瓷原料的主要組成部分。因此，只要把該黃金尾礦中的鐵、鈦礦物進行去除，控制其含量在陶瓷原料允許范圍內(nèi)，即可變廢為寶，將80%～90%的黃金尾礦用于陶瓷原料行業(yè)。該尾礦采用直接磁選工藝除雜回收長石，選礦工藝流程見圖6。生產(chǎn)中，在給料白度21.4，F(xiàn)e2O3含量1.07%的情況下，經(jīng)過兩段SLon立環(huán)脈動高梯度磁選機(中磁+強磁)進行工業(yè)試驗后，最終獲得長石精礦白度45.1，F(xiàn)e2O3含量0.46%，綜合產(chǎn)率為80.15%的良好選礦指標(biāo)。該精礦產(chǎn)品的成分分析結(jié)果見表2，完全滿足下游陶瓷行業(yè)的需求。

圖6 SLon磁選機應(yīng)用于從浮選黃金尾礦回收長石工藝流程Fig.6 Application of SLon HGMS in feldspar recovery process from flotation gold tailings

表2 最終產(chǎn)品成分分析結(jié)果

3 結(jié)論

1)SLon立環(huán)脈動高梯度磁選機經(jīng)過30多年持續(xù)技術(shù)創(chuàng)新，在設(shè)備大型化、自動化和高效節(jié)能，以及在微細粒礦物回收效能方面得到了快速發(fā)展。針對礦山尾礦中的磁性礦物，無論把它作為有價礦物還是作為雜質(zhì)處理，技術(shù)優(yōu)勢明顯。文中列舉的部分工業(yè)應(yīng)用實例，可以作為礦山尾礦綜合利用的參考。

2)礦山尾礦的形成基本上都經(jīng)歷過破碎、磨礦等高能耗和高成本的加工過程。對這些尾礦進行綜合利用時，無需重復(fù)上述操作，因此與處理原礦石相比具有投入小、回報高、見效快的優(yōu)勢，可以獲得良好的技術(shù)經(jīng)濟和環(huán)境效益。

3)應(yīng)用SLon立環(huán)脈動高梯度磁選機處理礦山尾礦，不會對環(huán)境造成二次污染，還具有工藝簡潔、配置簡單、占地面積小等諸多優(yōu)點。如今礦山尾礦的綜合利用和妥善治理程度已經(jīng)成為衡量一個國家的經(jīng)濟發(fā)達程度和科技水平的一個重要標(biāo)志，應(yīng)用SLon立環(huán)脈動高梯度磁選機處理礦山尾礦具有廣泛的應(yīng)用前景。