錳礦選礦試驗(yàn)研究

喻明軍

(中冶長天國際工程有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410205)

世界錳礦資源比較豐富，但分布極不平衡，95%以上的錳礦儲量集中在南非、烏克蘭、加蓬、澳大利亞、巴西、印度、中國和墨西哥等少數(shù)國家，其中南非錳礦儲量最多，占世界總儲量的42.8%[1-2]。錳礦按其成因類型可劃分為4個類型：海相沉積類型錳礦床、沉積變質(zhì)類型錳礦床、層控鉛鋅鐵錳礦床和風(fēng)化類型錳礦床[3]。錳礦90%以上用于鋼鐵行業(yè)，高鐵、高磷及貧錳的各類錳礦石一般都需進(jìn)行選礦富集使之達(dá)到冶金用錳礦石要求，然后冶煉成錳系鐵合金作為脫氧劑、脫硫劑或者合金劑用于煉鋼。目前，中國鋼產(chǎn)量躍居世界第一，金屬錳和錳系合金產(chǎn)量亦連續(xù)居世界第一，但國產(chǎn)錳礦石仍難以滿足國內(nèi)市場急劇增長的需求，每年約進(jìn)口錳礦石達(dá)到1 200萬t[4-5]。

錳礦石資源由于伴生礦物種類復(fù)雜，嵌布粒度細(xì)，而且脈石礦物類質(zhì)同象嚴(yán)重，單體解離困難，導(dǎo)致開發(fā)利用難度大，需要采取選礦工藝預(yù)先富集。目前，選礦工藝主要包括洗礦[6]、重選[7]、磁選[8]、浮選[9]、浸出[10]和聯(lián)合工藝[11]等。劉承憲等[12]針對某含鐵較高的錳礦石選擇磁選工藝與脈石礦物進(jìn)行分離。在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，干式磁選對精選品位影響較大，采用濕式弱磁選進(jìn)行粗選，再對磁選粗精礦進(jìn)行高梯度強(qiáng)磁選掃選，把目的礦物(鐵、錳)分開回收，得到了Fe品位29.22%、回收率91.39%的鐵粗精礦，Mn品位11.13%、回收率88.63%的錳粗精礦，所得到的鐵和錳綜合品位達(dá)到了工業(yè)生產(chǎn)的要求。本研究針對國外某錳礦開展選礦試驗(yàn)研究，制備符合后續(xù)錳礦冶煉工序的原料。

1 試驗(yàn)原料及方法

1.1 試驗(yàn)原料

本次試驗(yàn)使用的錳礦多元素化學(xué)成分分析結(jié)果列于表1，錳礦的化學(xué)物相分析結(jié)果見表2。

表1 錳礦多元素化學(xué)成分分析 %

表2 錳礦的化學(xué)物相分析 %

由表1～2可知：礦石中可供選礦回收的主要組分錳的品位為27.96%；礦石含鐵很低，但含有一定量的磷，Mn/Fe=118.4，P/Mn=0.010，屬低鐵高磷錳礦石；礦石中主要脈石組分為CaO，而MgO、SiO2、Al2O3、K2O、Na2O等組分含量甚少。礦石中較高的CaO及燒失量反映出大量碳酸鹽礦物的存在；錳主要分布氧化錳礦物中，其分布率達(dá)92.14%，僅有少量分布在碳酸鹽和硅酸鹽中。綜合化學(xué)成分特點(diǎn)，可以認(rèn)為樣品屬低硫低鐵高磷的氧化錳礦石。

錳礦礦樣肉眼下為黑色間雜黃白色。風(fēng)化較明顯，有較多礦石呈松散塊狀和粉狀樣，大部分礦塊較為松散，敲之易碎裂。礦石中含錳礦物主要為軟錳礦，是選礦富集回收錳的主要目的礦物。礦物結(jié)晶程度較差，硬度較低，大多呈松散集合體出現(xiàn)。集合體多為松散狀，易碎、易泥化。根據(jù)礦物特點(diǎn)和對選別的影響，將錳礦物分為兩種主要產(chǎn)出形式：①密集集合體，為軟錳礦的主要產(chǎn)出形式，錳礦物呈較密集的集合體狀態(tài)出現(xiàn)，其中含脈石很少，集合體較為松軟，光面上常有條痕，并有硬度差別，表現(xiàn)出凹凸不平現(xiàn)象；②細(xì)粒分散狀，軟錳礦呈較細(xì)小顆粒和分散狀態(tài)浸染嵌布在以碳酸鹽為主的脈石中，或與泥質(zhì)物交生呈云霧狀分布，與脈石嵌布較為緊密，礦物粒度細(xì)小，一般在0.01～0.1 mm之間。這類錳礦物是選礦中難以解離回收的部分。以上兩種形式的錳礦物大致比例為90∶10，礦樣中錳礦物主要以密集集合體形式存。錳礦礦相分析見圖1。

(a) 較純凈的單體團(tuán)塊狀軟錳礦集合體(p);(b) 多孔狀軟錳礦(p)集合體;(c) 膠狀軟錳礦(p)集合體;(d) 多孔狀、生物碎屑狀軟錳礦(p)

1.2 試驗(yàn)方法

常用的錳礦選礦方法分為機(jī)械選礦法(包括洗礦、篩分、重選、強(qiáng)磁選、浮選)和特殊選礦法(包括火法富集、化學(xué)選礦法)。洗礦、篩分歷來被各個錳選廠所重視，幾乎所有的錳選廠都設(shè)有洗礦作業(yè)，并由一次洗礦發(fā)展成二次洗礦甚至三次洗礦。根據(jù)工藝礦物學(xué)研究結(jié)果，本次選礦試驗(yàn)方案確定為洗礦—破碎—分級磁選原則的工藝流程。原礦樣品制備流程見圖2，將粗粒級樣品破碎至15 mm以下進(jìn)行試驗(yàn)。

圖2 試樣制備流程

2 結(jié)果與討論

原礦破碎至15 mm后粒度篩析結(jié)果如表3所示。

表3 原礦破碎后(-15 mm)粒度篩析結(jié)果

由表3可知：不同粒級對應(yīng)的錳礦品位差異較大，15～8 mm的錳品位只有11.88%，而-0.074 mm的錳品位則高達(dá)41.32%。

2.1 15～8 mm粗粒級磁選試驗(yàn)研究

15～8 mm粗粒級選用常規(guī)的輥帶式強(qiáng)磁機(jī)干選，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

由表4可知：①拋尾效果較好，尾礦產(chǎn)率72.59%時，尾礦品位僅4.71%；產(chǎn)率85.65%時，品位也只有6.77%；②精礦富集明顯，精礦產(chǎn)率11.21%時，精礦品位可達(dá)43.75%；產(chǎn)率18.67%時，品位仍有37.06%；③ 通過磁選可從11.92%品

表4 15～8 mm粗粒級試驗(yàn)結(jié)果

位的原礦獲得42.69%品位精礦，說明礦石可選性良好，但因原礦品位太低，回收率不高。

2.2 8～0.5 mm中粒級磁選試驗(yàn)

8～0.5 mm中粒級可采用干式磁選(設(shè)備配置簡單)也可以采用濕式磁選(精礦品位高)，但在生產(chǎn)實(shí)踐中因受原礦水分的影響一般采用濕式磁選(干式磁選時需干燥礦石)。本研究開展兩種機(jī)型(輥帶強(qiáng)磁機(jī)和輥筒強(qiáng)磁機(jī))及兩種入選方式(分級入選和混合入選)的試驗(yàn)，結(jié)果如表5所示。

表5 4種試驗(yàn)方案精礦指標(biāo)對比 %

由表5可知：輥帶機(jī)因分選場強(qiáng)較高(磁場強(qiáng)度1.2 T)，故精礦產(chǎn)率和回收率稍高，但輥帶機(jī)不能實(shí)現(xiàn)濕式磁選；分級入選和混合入選指標(biāo)相差不大，宜采用混合入選，簡化流程；輥筒機(jī)濕式磁選指標(biāo)稍低；單從分選指標(biāo)來看，選用輥帶機(jī)混合干選為好，但從生產(chǎn)實(shí)際情況出發(fā)，應(yīng)選用輥筒機(jī)混合濕選。

2.3 -0.5 mm細(xì)粒級磁選試驗(yàn)

-0.5 mm細(xì)粒級選用平環(huán)式三盤細(xì)粒強(qiáng)磁機(jī)(要求入選粒度小于1 mm)進(jìn)行分選。該機(jī)型從上到下3個磁選盤的工作場強(qiáng)依次增強(qiáng)，實(shí)際是為3次連續(xù)磁選過程。上盤場強(qiáng)較弱(0.2～0.3 T)主要是為去除給礦中強(qiáng)磁性礦物，下盤最高場強(qiáng)可達(dá)1.9～2.0 T(磁板間隙0.8 mm時)。不同激磁電流(場強(qiáng))條件下磁選試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 -0.5 mm粒級強(qiáng)磁試驗(yàn)結(jié)果 %

由表6可知：通過不同場強(qiáng)連續(xù)磁選，精礦品位可達(dá)49.45%～50.38%，比較理想。但盡管最高場強(qiáng)已達(dá)1.9 T，尾礦品位仍偏高，還有29.85%，說明有部分錳礦沒有得到很好的回收，回收率不高；不同場強(qiáng)時所得精礦品位相近(49%～50%)，但回收率差別較大(37%～49%)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果選擇磁選場強(qiáng)1.7 T左右。

2.4 全流程選礦試驗(yàn)

根據(jù)上述條件試驗(yàn)結(jié)果，開展全流程選礦試驗(yàn)，其結(jié)果如圖3所示。

圖3 全流程選礦試驗(yàn)結(jié)果

獲得的各精礦產(chǎn)品多元素分析見表7。

表7 各精礦產(chǎn)品多元素分析結(jié)果 %

結(jié)果表明：①中粒級、細(xì)粒級精礦品位較高(可大于46%)，通過磁選可以去除原礦中的部分磷，精礦P/Mn可達(dá)到或接近低磷(小于0.003)標(biāo)準(zhǔn)；②粗粒級精礦品位稍低(42%左右)，入選的原礦品位過低(12%左右)影響了精礦品位的提高，精礦P/Mn已達(dá)標(biāo)準(zhǔn)的上限(0.005)，而通過提高入選品位或適當(dāng)減少精礦產(chǎn)率較容易將精礦品位提高到43%以上；③細(xì)泥精礦由于未經(jīng)選別錳品位只有41.67%，精礦P/Mn較高，達(dá)0.0156；④所有精礦產(chǎn)品鐵含量均很低，為低鐵錳精礦。

3 結(jié) 論

1)錳礦樣品中可供選礦回收的主要成分錳的品位為27.96%，礦石含鐵很低，但含有一定量的磷。主要脈石成分為CaO，而MgO、SiO2、Al2O3、K2O、Na2O等含量甚少。錳主要分布氧化錳礦物中，其分布率達(dá)92.14%，僅有少量分布在碳酸鹽和硅酸鹽中。綜合化學(xué)成分特點(diǎn)，可以認(rèn)為樣品屬低硫低鐵高磷的氧化錳礦石。

2)不同粒級錳礦選礦試驗(yàn)結(jié)果表明：中粒級、細(xì)粒級精礦品位較高(大于46%)，通過磁選可以去除原礦中的部分磷；粗粒級精礦品位稍低(42%左右)；細(xì)泥精礦由于未經(jīng)選別錳品位只有41.67%；所有精礦產(chǎn)品鐵含量均很低，為低鐵錳精礦。