陜西鎮(zhèn)安某高磷混合型鐵錳礦選礦實(shí)驗(yàn)研究

（陜西省地質(zhì)礦產(chǎn)試驗(yàn)研究所有限公司，陜西 西安 710054）

錳礦是一種鋼鐵工業(yè)常用的基本原料，95%以上用于冶金工業(yè)，特別是鋼鐵冶金工業(yè)[1]。我國的錳礦石資源儲(chǔ)量不大，居世界第六位[2]。與國外相比，中國錳礦床主要以中、小型為主，錳礦資源平均品位相對較低，品質(zhì)較差。通常表現(xiàn)為“粒度細(xì)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、常含有硫、磷等有害雜質(zhì)，另外還有一些錳礦石含鐵過高，選礦難度較大”[2]，很難得到合格的錳精礦。以陜西鎮(zhèn)安縣某地難處理高磷混合型鐵錳礦石為研究對象,結(jié)合該錳礦石特點(diǎn)，進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究，確定了適宜的選礦工藝流程，并取得了良好的工藝指標(biāo)。

1 實(shí)驗(yàn)樣品

實(shí)驗(yàn)樣品來自陜西鎮(zhèn)安縣某地，對該錳礦進(jìn)行了原礦化學(xué)多項(xiàng)分析、鐵錳物相分析、原礦粒度組成分析及工藝礦物學(xué)研究。工藝礦物學(xué)物質(zhì)成分研究鑒定結(jié)果表明，該錳礦礦石成分復(fù)雜，主要礦石礦物有含鐵菱錳礦、菱鐵錳礦、褐錳礦，次要礦物有硬錳礦、軟錳礦、偏錳酸礦，方鐵錳礦、針鐵礦、赤鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦等；脈石礦物以石英、絹云母、白云母、石榴子石為主，次為黑云母、綠泥石、磷灰石等。其中，礦石中少量黃鐵礦、黃銅礦和磷灰石為該錳礦中硫、磷超標(biāo)的主要因素。該錳礦石中主要含錳礦物均受到硬錳礦、軟錳礦、針鐵礦的不同程度交代，甚至形成微細(xì)?！敖簧钡臓顟B(tài)，以致于無法測量粒徑。該錳礦化學(xué)多項(xiàng)分析、錳鐵物相分析及粒度組成結(jié)果分別見表1～ 4。

表1 化學(xué)多項(xiàng)分析結(jié)果/%Table 1 Chemical analysis results of multi-elements

表2 錳物相分析結(jié)果Table 2 Results of manganese phase analysis

表3 鐵物相分析結(jié)果Table 2 Results of iron phase analysis

表4 粒度組成結(jié)果Table 4 Particle size composition results

從表1～ 3 分析結(jié)果可以看出該錳礦主要金屬元素為錳和鐵，有害元素為磷、硫。錳主要賦存在碳酸錳、硅酸錳礦及部分軟錳礦中，鐵主要賦存于赤褐鐵礦、硅酸鐵和菱鐵礦中。按照錳礦自然類型劃分，該錳礦中碳酸錳礦物與氧化錳礦物含量均未超過85%，為混合型鐵錳礦。

從表4 看出，該錳礦試驗(yàn)樣-1 mm 粒級中錳、鐵品位基本接近于原礦，且分布率與產(chǎn)率基本成正相關(guān)，錳、鐵元素在該錳礦中分布較均勻。

2 結(jié)果與分析

2.1 探索實(shí)驗(yàn)

針對該錳礦石，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了弱磁選鐵、粗粒拋尾富集錳元素和原礦磁化焙燒錳鐵分離等探索實(shí)驗(yàn)。其中弱磁選鐵探索實(shí)驗(yàn)，由于原礦中所含磁性鐵礦物極少，在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)中磁性產(chǎn)品產(chǎn)率為0%；粗粒拋尾富集錳元素探索實(shí)驗(yàn)，所得精礦產(chǎn)品與尾礦產(chǎn)品的錳品位與原礦錳品位相差不大，且拋尾時(shí)礦石錳元素?fù)p失量較大，粗粒拋尾不適宜該礦石；磁化焙燒錳鐵分離探索實(shí)驗(yàn)，所得鐵精礦鐵品位為22.70%未達(dá)到鐵精礦相應(yīng)要求的指標(biāo)且含錳較高，錳品位達(dá)24.19%，錳精礦錳品位為21.76%，含鐵14.20%，錳精礦指標(biāo)也不理想、焙燒成本也較高。從探索實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)合原礦工藝礦物學(xué)研究、原礦分析、錳鐵物相分析及原礦篩析結(jié)果可看出磁化焙燒錳鐵分離不適合該錳礦石。磁化焙燒錳鐵分離探索實(shí)驗(yàn)流程見圖1，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5。

圖1 磁化焙燒錳鐵分離實(shí)驗(yàn)流程Fig.1 Test flow chart of separation of ferromanganese by magnetization roasting

表5 磁化焙燒錳鐵分離實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 5 Test results of separation of ferromanganese by magnetization roasting

2.2 實(shí)驗(yàn)室條件實(shí)驗(yàn)

錳礦選礦工藝方法通常有重選、磁選、浮選、火法富集、化學(xué)選礦及多種方法聯(lián)合選礦工藝[3]。通過探索實(shí)驗(yàn)結(jié)合工藝礦物學(xué)研究、原礦分析、錳鐵物相分析及原礦篩析結(jié)果可以印證該鐵錳礦石主要特點(diǎn)為高磷高鐵，錳、鐵礦物交織嵌布均勻，且磁性鐵礦物極少。根據(jù)物質(zhì)成分鑒定結(jié)果中錳礦物、鐵礦物成分顯示這些礦物均屬于弱磁性礦物，通常采用濕式強(qiáng)磁選機(jī)進(jìn)行選別可得到較理想選礦指標(biāo)[4]。實(shí)驗(yàn)室設(shè)備選用SLON-100 型強(qiáng)磁選機(jī)，通過磨礦細(xì)度、磁場強(qiáng)度、沖洗水流量、磁介質(zhì)、脈沖次數(shù)等實(shí)驗(yàn)，最終采用原礦-磨礦-強(qiáng)磁場粗選工藝流程獲得較滿意的錳精礦。實(shí)驗(yàn)工藝流程見圖2。

圖2 磁選實(shí)驗(yàn)流程Fig.2 Magnetic separation test flow chart

2.3 磨礦細(xì)度實(shí)驗(yàn)

磨礦細(xì)度對目的礦物與脈石礦物分離有較大影響。在磁場強(qiáng)度：1.0 T，脈沖次數(shù)：200 次/min，磁場介質(zhì)：2 mm 鋼棒，沖洗水流量5.0 L/min 的條件下，考查了磨礦細(xì)度對錳礦磁選的影響。

圖3 磨礦細(xì)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.3 Test results of grinding fineness

從圖3 看出，隨著磨礦細(xì)度增加，錳精礦品位緩慢上升，錳回收率隨著磨礦細(xì)度增加先緩慢增加隨后下降，當(dāng)磨礦細(xì)度為-0.074 mm 82.84%時(shí)，選礦指標(biāo)較好，確定磨礦細(xì)度為-0.074 mm 82.84%。

2.4 磁場強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)

磁場強(qiáng)度影響錳、鐵礦物的磁選選別效果，磁場過大會(huì)導(dǎo)致機(jī)械夾雜嚴(yán)重影響精礦質(zhì)量，磁場過小會(huì)導(dǎo)致目的礦物損失過大。在磨礦細(xì)度，-0.074 mm 82.84%，脈沖次數(shù)200 次/min，磁場介質(zhì)2 mm 鋼棒，沖洗水流量5.0 L/min 的條件下，考查了磁場強(qiáng)度對錳礦磁選的影響。

圖4 磁選強(qiáng)度條件試驗(yàn)結(jié)果Fig.4 Test results of intensity of magnetic separation

從圖4 看出，隨著磁場強(qiáng)度增加，錳回收率逐漸增加，錳品位先緩慢增加，隨后開始下降。當(dāng)磁場強(qiáng)度為1.0 T 時(shí)，磁選精礦品質(zhì)回收率指標(biāo)相對較好，確定磁場強(qiáng)度為1.0 T。

2.5 強(qiáng)磁選機(jī)沖洗水流量實(shí)驗(yàn)

強(qiáng)磁選機(jī)沖洗水流量對精礦質(zhì)量、處理量、回收率、水循環(huán)用量等有影響，在磨礦細(xì)度-0.074 mm 82.84%，磁場強(qiáng)度1.0 T，磁場介質(zhì)2 mm 鋼棒，脈沖次數(shù)200 次/min 的條件下，考查了強(qiáng)磁選機(jī)沖洗水流量對錳礦磁選的影響。

圖5 強(qiáng)磁選機(jī)沖洗水流量實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.5 Test results of flushing water flow of high-intensity magnetic separator

從圖5 看出，當(dāng)沖洗水流量4.2 L/min 時(shí)，磁選精礦品質(zhì)回收率指標(biāo)相對較好，確定沖洗水流量4.2 L/min。

2.6 強(qiáng)磁選機(jī)磁介質(zhì)實(shí)驗(yàn)

磁介質(zhì)對磁選機(jī)磁場及礦漿過流有影響，間接影響到精礦質(zhì)量、處理量。適當(dāng)增大介質(zhì)直徑有利于磁性物的回收,但介質(zhì)直徑過大時(shí)反而會(huì)降低對磁性物的捕捉能力，針對不同物料應(yīng)考慮確定適宜的磁介質(zhì)直徑、充填率[5]。在磨礦細(xì)度-0.074 mm 82.84%，磁場強(qiáng)度1.0 T，沖洗水流量4.2 L/min，脈沖200 次/min 的條件下，考察了強(qiáng)磁選機(jī)磁介質(zhì)對錳礦磁選的影響。

圖6 強(qiáng)磁選機(jī)磁介質(zhì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.6 Test results of magnetic medium of strong magnetic separator

從圖6 看出，使用2 mm 鋼棒磁介質(zhì)時(shí)選礦指標(biāo)相對較好，確定磁介質(zhì)為2 mm 鋼棒。

2.7 強(qiáng)磁選機(jī)脈沖次數(shù)實(shí)驗(yàn)

脈沖次數(shù)同樣也影響錳礦磁選選別效果，脈沖次數(shù)過高，沖刷力度大，導(dǎo)致雖然精礦質(zhì)量較高，但錳金屬量損失較大，脈沖次數(shù)過低導(dǎo)致機(jī)械夾雜嚴(yán)重影響精礦品質(zhì)。在磨礦細(xì)度-0.074 mm 82.84%，磁場強(qiáng)度1.0 T，沖洗水流量4.2 L/min，磁場介質(zhì)2 mm 鋼棒的條件下，考察了強(qiáng)磁選機(jī)脈沖次數(shù)對錳礦磁選的影響。

從圖7 看出，隨著脈沖次數(shù)的增加錳精礦品位緩慢提高，但錳精礦錳回收率隨著脈沖次數(shù)增加而降低，當(dāng)脈沖100 次/min 時(shí)，磁選精礦品質(zhì)回收率指標(biāo)相對較好，確定脈沖次數(shù)100 次/min。

圖7 強(qiáng)磁選機(jī)脈沖次數(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.7 Test results of pulse times of high-intensity magnetic separator

2.8 最終流程驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

在上述實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選擇較佳工藝條件進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。試驗(yàn)條件為：磨礦細(xì)度-0.074 mm 82.84%，磁場強(qiáng)度1.0 T，磁選沖水量4.2 L/min，2 mm 鋼棒介質(zhì)，磁選脈沖100 次/min。實(shí)驗(yàn)工藝流程見圖2，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表6，最終錳精礦質(zhì)量分析結(jié)果見表7。

表6 最終流程驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 6 Test results of final process validation

表7 錳精礦質(zhì)量分析結(jié)果/%Table 7 Quality analysis results of manganese concentrate

從表7 看出，該錳精礦Mn+Fe 為36.56，精礦中P/Mn 為0.008，S/Mn 為0.006，根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YB/T 319-2005，可達(dá)到冶金用錳礦石品質(zhì)要求中B 類BMn22 III 的要求，試驗(yàn)指標(biāo)較為理想。

3 結(jié) 論

（1）陜西鎮(zhèn)安某錳礦含錳 14.26 %，鐵11.90 %，磷 0.52%，P/Mn 遠(yuǎn)大于0.006%，Mn/ Fe ＜3，屬于高磷混合型鐵錳礦石。

（2）物質(zhì)成分研究結(jié)果表明該錳礦礦石成分較為復(fù)雜，主要含錳礦物含鐵菱錳礦、菱鐵錳礦凝膠體多呈球狀、鮞狀，且與其他錳、鐵礦物均緊密相交。錳鐵難以實(shí)現(xiàn)分離，只能以含鐵錳精礦形式生產(chǎn)鐵錳精礦粉。

（3）該錳礦石中含有少量黃鐵礦、黃銅礦、磷灰石，硫、磷屬于有害元素，通過磨礦-磁選流程在適宜的工藝條件下錳精礦中硫、磷可以降至合格范圍。

（4）通過預(yù)先粗粒拋尾富集錳元素、弱磁選鐵、磁化焙燒錳鐵分離探索實(shí)驗(yàn)，表明該錳礦鐵錳難以分離。

（5）通過磨礦細(xì)度、強(qiáng)磁選機(jī)磁場強(qiáng)度、沖洗水流量、磁介質(zhì)和脈沖次數(shù)等條件實(shí)驗(yàn)，最終采用原礦-磨礦-強(qiáng)磁場粗選的工藝流程，獲得了產(chǎn)率59.66%，精礦Mn 品位21.51%，Mn 回收率90.01%的錳精礦，工藝流程簡單，選礦指標(biāo)較好。