SLon 立環(huán)脈動高梯度磁選機(jī)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(jì)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(jì)增長點(diǎn)，具有深遠(yuǎn)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(jià)礦物進(jìn)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(shí)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(jī)做了大量的技術(shù)開發(fā)研究和選礦試驗(yàn)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(jī)的原理與應(yīng)用于尾礦處理的特點(diǎn)

SLon 立環(huán)脈動高梯度磁選機(jī)（簡稱SLon 磁選機(jī)）主要由磁軛、激磁線圈、分選轉(zhuǎn)環(huán)、磁介質(zhì)、脈動機(jī)構(gòu)和其他部件組成[6]。

工作時(shí)，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(shí)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(jī)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(jī)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。

與原礦比較，尾礦具有量大、品位低、粒度細(xì)和分選難度大的特點(diǎn)。因此，要有效開發(fā)利用尾礦資源，一方面要采用先進(jìn)的選礦技術(shù)和選礦設(shè)備，二方面還需要考慮規(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(jī)（以下簡稱SLon 磁選機(jī)）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(xì)棒介質(zhì)提高對微細(xì)粒礦物的磁捕獲能力。近年，針對尾礦中弱磁礦呈（微）細(xì)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(jī)分選尾礦的指標(biāo)；如首臺SLon-2500 磁選機(jī)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微米以下，取得了良好技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

（2）開發(fā)大型SLon 磁選機(jī)，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(jī)，應(yīng)用于分選攀鋼選鈦尾礦的干礦處理量達(dá)到500 噸/時(shí)，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(jī)的0.85 kwh和1.45 m3/h。當(dāng)前，最大型SLon-5000 磁選機(jī)的干礦處理量達(dá)到950 t/h，其噸電耗和水耗分別進(jìn)一步降低至0.28kwh和1.22m3/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(qiáng)SLon 磁選機(jī)，提高背景磁場強(qiáng)度，增強(qiáng)磁介質(zhì)對（微）細(xì)粒弱磁性礦物的捕獲能力。當(dāng)前，SLon磁選機(jī)的最高磁場強(qiáng)度達(dá)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(jī)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(qiáng)磁一粗一精一掃選”工藝分選回收磁鐵礦和赤鐵礦，后期新建選廠采用“弱磁-強(qiáng)磁一粗一精一掃選”工藝分選回收磁鐵礦和赤鐵礦[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，我們提出并應(yīng)用“SLon磁選機(jī)粗選-離心機(jī)精選”工藝處理該鐵尾礦，取得了良好的試驗(yàn)指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)室條件下，該尾礦鐵品位約30%，-19 μm目約占83%，應(yīng)用1.0細(xì)棒介質(zhì)，SLon-100磁選機(jī)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(jìn)一步采用SLon-400 離心機(jī)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，我們研制首臺SLon-2500 大型磁選機(jī)和SLon-1600 離心機(jī)，在2008 年進(jìn)行分選海鋼公司鐵尾礦的工業(yè)生產(chǎn)試驗(yàn)，并實(shí)現(xiàn)推廣應(yīng)用，取得了重要的技術(shù)效益[9]。SLon-2500 磁選機(jī)應(yīng)用于分選該鐵尾礦的生產(chǎn)流程和指標(biāo)見圖1。

圖1 SLon-2500 磁選機(jī)與SLon-1600 離心機(jī)用于分選海鋼公司鐵尾礦數(shù)質(zhì)量流程Fig.1 The technical data of processing flowsheet of SLon-2500 HGMS and SLon-1600 centrifugal separator separating iIron tailings in Hainan Iron and Steel company

“SLon 磁選機(jī)粗選-離心機(jī)精選”短流程新工藝在海鋼公司的成功應(yīng)用，促進(jìn)了該工藝在國內(nèi)其他公司的推廣應(yīng)用。例如：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，往往這些選廠在用弱磁機(jī)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(jià)值。如，我們通過對福建某尾礦進(jìn)行試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)尾礦中鐵品位18.80%，采用SLon磁選機(jī)和離心機(jī)進(jìn)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885t/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(jī)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(gè)百分點(diǎn)。由于SLon-1500磁選機(jī)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(jī)用于取代原有粗選作業(yè)的SLon-1500 磁選機(jī)（生產(chǎn)流程見圖2）[11]。

圖2 SLon 磁選機(jī)應(yīng)用于從鈦鐵礦尾礦回收鈦生產(chǎn)工藝流程Fig .2 The flowsheet of SLon HGMS to recover titanium from ilmenite tailings

該機(jī)每小時(shí)給礦量為460 t（約占總尾礦的50%）左右，一年多的工業(yè)試驗(yàn)，取得的工業(yè)試驗(yàn)指標(biāo)為（SLon-4000 單機(jī)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(jī)進(jìn)行擴(kuò)產(chǎn)改造，2 臺SLon-4000 磁選機(jī)均已投入生產(chǎn)，該流程年處理攀鋼密地選廠700 萬t 綜合尾礦，目前2 臺SLon-4000 磁選機(jī)至今已運(yùn)轉(zhuǎn)八年，各項(xiàng)指標(biāo)穩(wěn)定，已達(dá)到年產(chǎn)品位為47% TiO2的優(yōu)質(zhì)鈦精礦18 萬t 左右。

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(jī)一粗一精選別后能將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 噸氧化鋁，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，為了使得赤泥中有用礦物更好的綜合回收，是選鋁礦廠的一重大難題。

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(jī)強(qiáng)磁一粗一掃選的選礦工藝流程進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)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)。選礦工藝流程見圖4。

圖 3 SLon 磁選機(jī)應(yīng)用于從赤泥中回收鐵工藝流程Fig .3 The flowsheet of SLon HGMS to recover iron from red mud

生產(chǎn)過程中，SLon 磁選機(jī)在惡劣的高溫強(qiáng)堿環(huán)境下，每年可以從該廠赤泥中回收鐵精礦50 多萬噸，為企業(yè)創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。該工藝同時(shí)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(jī)從赤泥中回收鐵的部分應(yīng)用指標(biāo)Table1 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(jià)成分主要為磁鐵礦和褐鐵礦，但粒度很細(xì)一直沒有得到開發(fā)利用。為了綜合利用該尾礦資源，選廠分別于2005年和2009年選用2臺SLon-2000磁選機(jī)和4 臺SLon-2500 磁選機(jī)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(jī)一粗一掃分選褐鐵礦，工藝流程見圖4。迄今，該選廠每年可以回收100 多萬t 的鐵精礦，并可根據(jù)市場價(jià)格安排磁鐵礦和褐鐵礦獨(dú)立銷售或合并銷售[15]。

圖4 SLon磁選機(jī)應(yīng)用于從氰化浸金尾礦回收鐵工藝流程Fig .4 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(yuǎn)采用該工藝后，當(dāng)浸金尾礦鐵品位為37.92%時(shí)，利用SLon 磁選機(jī)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(jì)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(yuǎn)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，其他成分都是構(gòu)成陶瓷原料的主要組成部分。因此，只要通過該黃金尾礦中的鐵、鈦礦物進(jìn)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。

圖5 SLon 磁選機(jī)應(yīng)用于從浮選黃金尾礦回收長石工藝流程Fig.5 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 /%Table 2 Final product component analysis results

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(jī)（中磁+強(qiáng)磁）進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)后，最終獲得長石精礦白度45.1， Fe2O3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。

3 結(jié) 語

（1）SLon 立環(huán)脈動高梯度磁選機(jī)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(xì)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(jià)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(shí)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(jìn)行綜合利用時(shí)，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(bào)高、見效快的優(yōu)勢，可以獲得良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。

（3）應(yīng)用SLon 立環(huán)脈動高梯度磁選機(jī)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(diǎn)。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(gè)國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度和科技水平的一個(gè)重要標(biāo)志，應(yīng)用SLon 立環(huán)脈動高梯度磁選機(jī)處理礦山尾礦具有廣泛的應(yīng)用前景。