懸振錐面選礦機(jī)分選含鐵尾礦試驗(yàn)研究

甘峰睿 毛 敏

云南能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院資源與環(huán)境工程學(xué)院，云南 曲靖 655001

隨著中國在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面的投資不斷加大，對(duì)礦產(chǎn)資源的需求也日益增加[1]。長(zhǎng)期以來，由于許多礦山企業(yè)，采用不適當(dāng)?shù)纳a(chǎn)工藝，使得原礦中許多有價(jià)組分不能得到有效回收，而成為尾礦。在中國累計(jì)有335.51 億噸這樣的固廢[2]，在這些尾礦中，含有大量的有價(jià)元素[3]。以礦山含鐵尾礦為例，含鐵量一般在13%～21.5%[4]。這些尾礦處置不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致諸如土壤污染、水體污染等環(huán)境問題，造成健康風(fēng)險(xiǎn)和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)[5]。

對(duì)于鐵礦山的生產(chǎn)，為了獲取含鐵量高的鐵精礦，通常需要將原礦中的含鐵礦物與脈石礦物徹底分離。要做到徹底分離的主要途徑是采用磨礦，這樣會(huì)使物料的粒度變得很細(xì)，通常在20 ～100 μm 之間。然后通過磁選將其中的磁性礦物（磁鐵礦）進(jìn)行回收，接著采用重選的方法回收非磁性的含鐵礦物。傳統(tǒng)的重選工藝比如搖床，可以對(duì)74 μm 以上的粗粒級(jí)鐵礦物實(shí)現(xiàn)有效回收。但對(duì)于74 μm 以下的細(xì)粒級(jí)含鐵礦物來說，回收效果并不是很好，這些沒有得到回收的鐵礦物就隨脈石礦物一起變?yōu)槲驳V[6]。這些74 μm 以下的有價(jià)礦物，已經(jīng)充分與脈石分離，但是由于傳統(tǒng)工藝中存在的問題，不能使其富集，而成為礦山固體廢物，是資源的極大浪費(fèi)。

文章研究的焦點(diǎn)：分析典型礦山含鐵尾礦的性質(zhì)，尋求含鐵尾礦中有價(jià)組分得不到有效回收的原因，探索一種同時(shí)具備低成本、生產(chǎn)穩(wěn)定及節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)的新工藝，以礦山含鐵尾礦為原料，生產(chǎn)符合中國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的鐵精礦。研究采用懸振錐面選礦機(jī)對(duì)含鐵尾礦進(jìn)行處理，探索并優(yōu)化影響該工藝生產(chǎn)指標(biāo)的所有因素。

1 原料及其性質(zhì)

試驗(yàn)研究用的尾礦由昆明鋼鐵集團(tuán)大紅山鐵礦提供。試樣多元素組成如表1 所示。

表1 試樣多元素組成單位：%

從表1 中可以看出，該尾礦的主要金屬元素為鐵，其含量為17.81%，含量相對(duì)較高，具有回收利用價(jià)值。

為了查明有價(jià)元素鐵在尾礦中的賦存狀態(tài)，以及鐵元素在不同粒度中的分布情況，對(duì)試樣進(jìn)行了鐵元素的物相分析和粒度分析，分析結(jié)果列于表2 和表3。

表2 鐵物相分析單位：%

表3 試樣粒度分析

從表2 可以看出，該尾礦中的鐵元素主要是以赤鐵礦和褐鐵礦的形式產(chǎn)出的，兩者一共占到了全鐵總量的92.91%，這也充分說明傳統(tǒng)的磁選工藝并不能有效回收非磁性的赤鐵礦。另外，從表3 中不難發(fā)現(xiàn)，該尾礦隨著粒度減小，有價(jià)元素鐵的含量是增高的，因此可以推斷，傳統(tǒng)的重選工藝不能有效地分選粒度較細(xì)的物料。

2 條件試驗(yàn)

2.1 礦漿濃度試驗(yàn)

在實(shí)際重選過程中，礦粒并不是在廣闊的介質(zhì)中自由運(yùn)動(dòng)的，試樣顆粒與顆粒間存在著相互的作用，因此礦漿濃度對(duì)于懸振錐面選礦機(jī)來說是一個(gè)必須要控制好的參數(shù)。一般情況下，在其它試驗(yàn)條件固定時(shí)，礦漿濃度增加，有利于提高產(chǎn)品中有價(jià)元素的回收率，但產(chǎn)品中有價(jià)元素的含量會(huì)隨之降低。試驗(yàn)意在考查試樣濃度對(duì)懸振錐面選礦機(jī)分選指標(biāo)的影響，針對(duì)本試樣，在入料前進(jìn)行調(diào)漿，把試樣濃度分別控制在100 g/L、150 g/L、200 g/L、250 g/L、300 g/L，觀察分選指標(biāo)隨礦漿濃度變化的情況。5 次試樣后，結(jié)果如圖1 所示。

圖1 礦漿濃度試驗(yàn)結(jié)果

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，物料濃度從100 g/L 增加到300 g/L 時(shí)，精礦中鐵的含量有所下降，但是鐵元素的回收率呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)。圖1 反映出，當(dāng)物料濃度在250～300 g/L 時(shí)，回收率曲線斜率逐漸減小，說明在此濃度范圍內(nèi)，回收率的變化情況不明顯，綜合考慮后認(rèn)為物料濃度在250 g/L 時(shí)，礦漿濃度是一個(gè)適宜條件。

2.2 處理量試驗(yàn)

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，處理量對(duì)于某種設(shè)備是一個(gè)關(guān)鍵的性能指標(biāo)，那些處理量大、效率高的設(shè)備通常更容易受到生產(chǎn)企業(yè)的青睞。對(duì)于懸振錐面選礦機(jī)來說，當(dāng)處理量增大時(shí)，物料的分選時(shí)間縮短，可能會(huì)造成產(chǎn)品有價(jià)元素的含量降低；同時(shí)當(dāng)處理量增加時(shí)，礦漿的流速也隨之增加，從而引起一部分有價(jià)的高密度礦物被分選介質(zhì)（水）帶走，導(dǎo)致產(chǎn)品回收率降低。試驗(yàn)主要考查了在不同處理量的條件下，分選指標(biāo)的變化情況。在試驗(yàn)前，將入料礦漿濃度調(diào)整為25%，入料礦漿流量分別控制為0.46 L/s、0.69 L/s、0.93 L/s、1.16 L/s、1.39 L/s，與此相對(duì)應(yīng)的干礦日處理量分別為10 t/d、15 t/d、20 t/d、25 t/d、30 t/d，5 次試驗(yàn)后結(jié)果如圖2 所示。

圖2 處理量試驗(yàn)結(jié)果

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，當(dāng)設(shè)備的處理量從10 t/d 增加到25 t/d 時(shí)，產(chǎn)品的品位和回收率兩個(gè)指標(biāo)變化不明顯，但是當(dāng)處理量增加到30 t/d 時(shí)精礦品位和回收率分別為60.78%和53.11%。因此可以推斷，設(shè)備在處理某種物料時(shí)，處理量存在一個(gè)極大值，當(dāng)實(shí)際處理量超過該極大值后，設(shè)備對(duì)物料的處理效果就不理想。綜合考慮精礦指標(biāo)及實(shí)際生產(chǎn)對(duì)設(shè)備處理量的要求，認(rèn)為日處理量為25 t/d 是一個(gè)適宜的條件。

2.3 分選盤面旋轉(zhuǎn)周期試驗(yàn)

對(duì)于懸振錐面選礦機(jī)來說，物料的處理主要是在分選盤面上完成的。分選盤面在做周期運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，將已分選好的礦物分為精礦和尾礦分別送到相應(yīng)的接礦槽內(nèi)，盤面轉(zhuǎn)動(dòng)周期大小決定著設(shè)備對(duì)物料進(jìn)行處理的時(shí)間長(zhǎng)短。盤面轉(zhuǎn)動(dòng)周期過大，礦物在盤面上的處理時(shí)間過長(zhǎng)，密度大的有價(jià)礦物可能沒有到達(dá)精礦槽就被沖走，進(jìn)入到尾礦槽中，導(dǎo)致產(chǎn)品有價(jià)元素回收率降低；反之，盤面轉(zhuǎn)動(dòng)周期過小，物料在盤面上的分選時(shí)間不足，分選不充分，致使產(chǎn)品中脈石增加，而降低有價(jià)元素的含量。對(duì)于不同的試樣，有著各自不同的盤面旋轉(zhuǎn)周期，適宜的旋轉(zhuǎn)周期主要取決于物料中大密度礦物和小密度礦物之間的比例。試驗(yàn)考察了160 s、190 s、220 s、250 s、280 s 等5 個(gè)盤面轉(zhuǎn)動(dòng)周期對(duì)產(chǎn)品指標(biāo)的影響，5 次試驗(yàn)結(jié)果如圖3 所示。

圖3 分選盤面旋轉(zhuǎn)周期試驗(yàn)結(jié)果

從圖中不難發(fā)現(xiàn)，隨著盤面轉(zhuǎn)動(dòng)周期的增大，產(chǎn)品中鐵元素的含量呈上升趨勢(shì)，而回收率則出現(xiàn)下降趨勢(shì)，這說明，隨著分選周期的增產(chǎn)，物料得到充分的分選，有助于提高產(chǎn)品中有價(jià)元素的含量，但是時(shí)間過長(zhǎng)，一部分大密度礦物會(huì)在分選介質(zhì)的作用下，沖到尾礦槽中，從而降低回收率。從圖4 中可以看出，當(dāng)盤面轉(zhuǎn)動(dòng)周期為220 s 時(shí)，精礦品位為61.95%，回收率為57.38%，兩個(gè)指標(biāo)得到最佳組合，認(rèn)為該轉(zhuǎn)動(dòng)周期比較適合該試樣。

2.4 振動(dòng)頻率試驗(yàn)

分選盤面的振動(dòng)頻率是懸振錐面選礦機(jī)的核心工藝參數(shù)，振動(dòng)頻率的大小決定了礦粒在設(shè)備上的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。礦漿中大密度的含鐵礦物和小密度的脈石礦物主要是通過分選盤面的振動(dòng)來實(shí)現(xiàn)分離，當(dāng)盤面振動(dòng)起來后，密度小的脈石礦物在分選介質(zhì)（水）的作用下分散，并被水沖走。適宜的振動(dòng)頻率主要與入選物料的性質(zhì)相關(guān)，如密度、粒度以及有價(jià)礦物與脈石礦物之間的密度差等。如果振動(dòng)頻率過大，粒群的層間剪切過大，礦物過度分散，導(dǎo)致大密度礦物會(huì)隨脈石礦物一起被水沖走，而導(dǎo)致有價(jià)礦物回收率降低；反之如果振動(dòng)頻率過小，則會(huì)使物料不能有效分離，而導(dǎo)致產(chǎn)品中脈石礦物過多，有價(jià)元素鐵的含量降低。試驗(yàn)考了5 Hz、5.3 Hz、5.8 Hz、6.1 Hz、6.5 Hz 等5 個(gè)振動(dòng)頻率對(duì)分選指標(biāo)的影響，5 次試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

圖4 分選盤面振動(dòng)頻率試驗(yàn)結(jié)果

從圖4 中不難發(fā)現(xiàn)，隨著振動(dòng)頻率的加大，鐵精礦的含鐵量呈上升趨勢(shì)，精礦中有價(jià)元素的回收率呈下降趨勢(shì)。這說明加強(qiáng)盤面的振動(dòng)，礦粒間的剪切運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，礦層的松散也隨之增加，脈石礦物很快被分選介質(zhì)帶走，與此同時(shí)，一部分含鐵礦物在盤面強(qiáng)烈的振動(dòng)下，也被分選介質(zhì)沖走，從而降低產(chǎn)品回收率。從圖4 中還可以看出，振動(dòng)頻率為6.1 Hz 時(shí)，精礦含鐵量達(dá)到61.75 %，回收率為60.31 %，在該點(diǎn)后，精礦含鐵量的上升趨勢(shì)并不明顯，說明此時(shí)振動(dòng)頻率的增加很難提高精礦的含鐵量，但會(huì)引起產(chǎn)品鐵元素回收率的迅速降低，綜合考慮，認(rèn)為振動(dòng)頻率為6.1 Hz 適合該試樣。

3 結(jié) 論

①通過對(duì)該尾礦的分析可以得知，該試樣中鐵含量較高，這些鐵元素變?yōu)楣腆w廢物的原因?yàn)椋鸿F元素主要是以非磁性鐵礦的形式存在，而且粒度較細(xì)，傳統(tǒng)工藝不能使這些細(xì)粒級(jí)的非磁性鐵礦物得以回收。

②采用懸振錐面選礦機(jī)對(duì)該試樣進(jìn)行條件試驗(yàn)后，找到了適合該試樣合理工藝參數(shù)分別為：礦漿濃度250 g/L，干礦日處理量25 t/d，分選盤面旋轉(zhuǎn)周期220 s，分選盤面振動(dòng)頻率6.1 Hz，獲得含鐵品位為61.75 %的鐵精礦，鐵元素回收率60.31 %，該設(shè)備對(duì)此類礦山固體廢物的再回收利用具有良好的工藝指標(biāo)。

③結(jié)合原料性質(zhì)與試驗(yàn)結(jié)果，可以推斷懸振錐面選礦機(jī)對(duì)-74 μm+20 μm 的細(xì)粒級(jí)物料的重力分選具有顯著優(yōu)勢(shì)。

④懸振錐面選礦機(jī)在試驗(yàn)中能耗較低，僅為3 kW/h，這就意味著，每處理一噸試驗(yàn)用礦樣，僅需要用電2.4 kW，生產(chǎn)成本較低。由于懸振錐面選礦機(jī)在生產(chǎn)過程中，僅需要加入水，而且選礦用水可以在廠內(nèi)循環(huán)使用，因此該工藝對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響較小。⑤通過本研究，為富含有價(jià)元素的礦山固體廢物的資源化利用找到了一條可行的工藝。