酒鋼黑溝礦CaO含量對弱磁系統(tǒng)的影響規(guī)律研究

孫洪碩 張麗麗 祁生亮 楊 珊

(酒鋼集團宏興股份公司選燒廠，甘肅 嘉峪關(guān) 735100)

0 引言

酒鋼入選原礦主要來自鏡鐵山樺樹溝礦和黑溝礦兩個礦區(qū)[1，2]，原礦經(jīng)過篩分后，15 mm以上塊礦采用“焙燒-弱磁-反浮選”工藝，簡稱弱磁系統(tǒng)；15 mm以下的粉礦采用強磁選的生產(chǎn)流程，簡稱強磁系統(tǒng)；強磁精礦、弱磁精礦經(jīng)濃縮脫水后，綜合鐵精礦送到燒結(jié)工序[3]。鏡鐵山黑溝礦區(qū)Ⅰ期采場目前處于停產(chǎn)狀態(tài)，主要由Ⅱ期采場輸出礦石。Ⅱ期采場南翼礦體鐵質(zhì)白云巖夾層較多，與黑溝礦接觸交代密切，稱為鐵白云石型鐵礦床，其塊礦率高、CaO含量高、礦石性質(zhì)較為難選；Ⅱ期采場北翼礦石塊礦率低、鐵質(zhì)千枚巖多、SiO2含量較高。一般情況下南北翼礦體均勻配合輸出，一旦輸出比例失調(diào)，將嚴重影響選別指標尤其是弱磁系統(tǒng)指標，繼而影響后續(xù)燒結(jié)工序穩(wěn)定生產(chǎn)[4]。近期黑溝礦主要輸出Ⅱ期南翼礦石，鐵白云石礦比例增加，導(dǎo)致原礦中CaO含量顯著升高，選礦實際生產(chǎn)受到?jīng)_擊。通過試驗室試驗對比黑溝Ⅱ期綜合礦石和鐵白云石礦可選性差異，結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)狀對各指標與綜精CaO含量進行相關(guān)性分析，總結(jié)黑溝礦CaO含量升高后對弱磁選別系統(tǒng)的影響規(guī)律，制定針對性措施，降低CaO含量升高對選礦生產(chǎn)造成的影響。

1 黑溝礦鐵白云石型礦石性質(zhì)分析

1.1 黑溝礦鐵白云石型礦石化學(xué)成分及礦物組成

對黑溝Ⅱ期南翼鐵白云石型礦石進行氧同位素化學(xué)全分析[5]，主要元素化學(xué)分析結(jié)果見表1，并對該礦種進行顯微鏡下礦物組成分析，主要礦物組成見表2。

表1 黑溝鐵白云石型礦石主要元素化學(xué)分析結(jié)果 %

表2 黑溝鐵白云石型礦石主要礦物組成 %

由表1可得，原礦鐵品位較低，僅26.16%，鈣、鎂含量較高；礦樣中含30%的SiO2，氧化亞鐵與燒損Ig含量高達13.05%、11.31%。

根據(jù)表2可知，黑溝鐵白云石型鐵礦主要含鐵礦物有鏡鐵礦、褐鐵礦及菱鐵礦，主要脈石礦物有鐵白云石、碧玉等。

1.2 黑溝礦鐵白云石型礦石礦石性質(zhì)

鐵白云石是CaCO3與(Fe，Mg，Mn)CO3的復(fù)鹽，受熱易分解，在磁化焙燒豎爐中首先經(jīng)歷氧化焙燒，470～700 ℃條件下空氣中分解，在650～800 ℃時，游離的CaCO3再結(jié)晶，然后進入還原帶，700 ℃條件下生成強磁性的錳鎂磁鐵礦，并呈微細粒嵌布于方解石與方鎂石中，與雜質(zhì)一起易帶進弱磁選精礦中降低精礦質(zhì)量。結(jié)合表1和表2分析可知，鐵白云石類鐵礦石具有以下性質(zhì)[6]：

1)鐵白云石類礦石TFe低、CaO、MgO含量高、燒損Ig高。

2)鐵白云石礦(Ca(Fe，Mg，Mn)(CO3)2)中多有Mg2+、Ca2+、Mn2+與鐵以(Mg、Ca、Mn離子占據(jù)Fe離子的晶格位置)類質(zhì)同相存在。

3)鐵礦物嵌布粒度細，單礦物純度低，雜質(zhì)含量高，鏡下鑒定照片見圖1所示。

圖1 鐵白云石中鏡(赤)鐵礦的微細粒結(jié)構(gòu)(反光200Χ)

2 黑溝礦鐵白云石型礦石磁化焙燒及選別試驗研究

2.1 不同類型礦石試驗室可選性試驗

對黑溝Ⅱ期綜合樣及鐵白云石礦進行磁化焙燒-弱磁選試驗，并對兩種礦樣進行試驗指標的對比。磁化焙燒試驗是將塊礦包籠后在工業(yè)豎爐中進行，弱磁選試驗在試驗室中進行，磨礦細度(-0.076 mm含量80%)，對比結(jié)果見表3。最終磁選精礦再進行反浮選試驗，磨礦細度-0.048 mm含量大于93%；捕收劑用量為粗選120 g/t、精選60 g/t；淀粉用量粗選為300 g/t、精選不加淀粉，一粗一精四掃閉路流程，對比結(jié)果見表4。

表3 磁化焙燒弱磁選試驗結(jié)果 %

表4 磁化焙燒弱磁精礦反浮選閉路試驗結(jié)果 %

從對比結(jié)果看，鐵白云石礦弱磁選精礦品位較黑溝Ⅱ期綜合樣低4.17個百分點，CaO含量高4.5個百分點，燒損Ig高2.16個百分點，SiO2含量相當，測算燒結(jié)礦品位差別不大，但金屬回收率低12.95個百分點，選比高0.686倍。因此，從金屬回收率層面講，黑溝Ⅱ期混入鐵白云石礦比例增加后，對塊礦磁化焙燒弱磁選流程不利，選礦比升高明顯。

從反浮選結(jié)果看，鐵白云石浮精品位偏低，較黑溝Ⅱ期綜合樣低5.4個百分點，但CaO和燒損Ig高，分別高出4.94和4.11個百分點，其測算燒結(jié)礦品位相當，分別是51.13%和52.43%，浮選回收率卻低6.74個百分點。由此可見，鐵白云石礦浮選特性也相對較差，在黑溝礦中混入比例增加后，對浮選作業(yè)也有負面影響。

2.2 不同類型礦石馬弗爐磁化焙燒特性分析

對兩種礦樣在試驗室采用馬弗爐進行焙燒磁選試驗，考察不同焙燒溫度、還原劑用量、焙燒時間條件下能夠獲得的最優(yōu)選礦指標。對影響焙燒效果的主要因素(焙燒溫度、焙燒時間和還原劑用量)進行三因素五水平正交試驗法選擇，最終評價兩種礦石的磁化焙燒難易程度。兩種礦樣最優(yōu)磁化焙燒條件如表5所示。

表5 兩種礦樣最佳磁化焙燒條件結(jié)果

可見，鐵白云石礦相對黑溝Ⅱ期綜合樣，適宜的焙燒溫度更高、所需的還原劑用量更多，還原焙燒時間也更長。鐵白云石礦較黑溝Ⅱ期綜合樣難磁化焙燒。

3 黑溝礦CaO含量對弱磁系統(tǒng)的影響

通過對2016年以來弱磁系統(tǒng)選別指標進行統(tǒng)計分析，建立散點圖，計算相關(guān)系數(shù)并進行顯著性檢驗等步驟[7]，因綜精CaO含量與黑溝礦CaO含量存在較強的正相關(guān)性，以綜精CaO含量替代黑溝礦CaO含量間接分析與弱磁選別指標間的關(guān)系，通過相關(guān)性分析總結(jié)黑溝礦CaO含量對弱磁系統(tǒng)生產(chǎn)指標的影響規(guī)律。

一段磨礦分級溢流回收率指標的高低直接反應(yīng)豎爐磁化焙燒效果的好壞，其與綜精CaO之間的關(guān)系見圖2。

圖2 豎爐收率與綜精CaO相關(guān)關(guān)系圖

由圖2可知，豎爐溢流收率與綜精CaO含量呈負相關(guān)關(guān)系，隨著綜精CaO含量升高，豎爐溢流回收率越低?，F(xiàn)場生產(chǎn)實際情況表明，鐵白云石礦進入豎爐后，因燒損高易炸裂，導(dǎo)致爐內(nèi)礦石粒度碎，豎爐透氣性差，燃燒室溫度不易傳導(dǎo)至爐內(nèi)，導(dǎo)致焙燒效果差，從而影響回收率指標。綜精CaO含量對弱磁選別指標的相關(guān)性分析見圖3。

圖3 綜精CaO含量與弱磁選指標相關(guān)關(guān)系圖

由圖3可知，二磁精品位、弱磁原礦品位、磁精品位，均與綜精CaO有較強的負相關(guān)性關(guān)系，而磁精品位與二磁精品位差值與綜精CaO含量無相關(guān)性。即綜精CaO含量越高，弱磁入磨品位、二磁精品位等顯著降低。綜精CaO含量對浮選指標的相關(guān)性分析見圖4。

圖4 浮選給礦品位、浮精品位與綜精CaO相關(guān)關(guān)系圖

由圖4可知，浮給品位與浮精品位和綜精CaO含量也呈顯著負相關(guān)關(guān)系，而浮精品位提升幅度與綜精CaO含量相關(guān)性較小。

4 弱磁選別系統(tǒng)相應(yīng)調(diào)整措施

4.1 豎爐磁化焙燒相應(yīng)調(diào)整措施

針對黑溝礦中CaO含量大幅度上升，豎爐焙燒礦金屬回收率大幅下降的情況，對16#、19#爐進行了不同搬出時間試驗，目的是探索搬出時間對焙燒礦質(zhì)量的影響，試驗期間試驗爐搬出時間設(shè)置三個試驗條件：3分20秒、3分、2分40秒，調(diào)整完畢后8小時后搬出機取樣，進行磁選管試驗。結(jié)果見表6。

表6 不同搬出時間條件下磁選管試驗指標 %

從試驗數(shù)據(jù)看，搬出時間在3分時19#、16#爐磁選管回收率，分別為79.23%，72.5%，說明在一定程度上減少搬出時間，延長礦石加熱時間有助于提高焙燒質(zhì)量，搬出時間在2分40秒時金屬回收率下降至74.17%，71.6%，分別下降了5.16%、0.9%，同時FeO分別上升了1.05%、2.53%，說明過度限制搬出時間焙燒礦易產(chǎn)生“過還原”現(xiàn)象，磁選管回收率也存在下降風險。

4.2 弱磁選系統(tǒng)相應(yīng)調(diào)整措施

根據(jù)選廠現(xiàn)階段選礦工藝流程，進行二段磨礦-二段磁選試驗，一段弱磁選入選粒度-0.074 mm含量65%以上，二段弱磁選入選粒度-0.074 mm含量85%以上，實驗結(jié)果見表7。

表7 高鈣焙燒礦弱磁選試驗結(jié)果 %

高鈣焙燒礦弱磁選試驗結(jié)果表明，弱磁精礦品位僅50.4%，回收率78.48%，尾礦品位18.2%，選礦比1.92倍。由此可見，高鈣焙燒礦弱磁選拋尾量較大、鐵品位低。為查明二磁精品位低的原因，特對二磁精進行化學(xué)多元素及物相分析，見表8和表9。

表8 二磁精多元素分析 %

表9 二磁精礦物組成鑒定結(jié)果 %

由表8可見，精礦中主要雜質(zhì)為SiO2，CaO、MgO也較高，總量分別為10.28%、6.8%、5.39%，CaO、MgO含量較高是造成精礦品位較低的主要因素。

由表9可以看出，二磁精礦礦物組成主要礦物為磁鐵礦，鎂錳磁鐵礦次之，其占比分別為47.12%、26.78%，主要脈石為碧玉、鐵白云石，其占比分別為6.08%、4.59%?？梢?，鐵白云石磁化焙燒后，部分類質(zhì)同相替代的鎂錳磁鐵礦以磁性夾雜的形式進入精礦，造成精礦品位降低。

黑溝礦CaO含量上升時，二磁精礦中CaO、MgO含量上升明顯，且存在非磁性夾雜現(xiàn)象造成磁選精礦品位低。因此，弱磁選在CaO含量升高后，不宜過分提高磁選精礦品位，應(yīng)減少各處磁選機漂洗水量以避免金屬流失。

4.3 反浮選系統(tǒng)相應(yīng)調(diào)整措施

黑溝礦CaO升高后，浮選流程較差，浮尾拋出量少、浮精硅長期偏高，最高時達到8%以上，最終影響綜精質(zhì)量。主要原因是鐵白云石型鐵礦經(jīng)過焙燒后形成的Ca2+、Mg2+離子水解，造成環(huán)水PH偏高，流程酸堿度長期失調(diào)導(dǎo)致。為了改善浮選流程，應(yīng)在綜精CaO達到2%以上時小幅度、長時間提高硫酸用量，均勻調(diào)整環(huán)水PH值，否則短期內(nèi)大幅度提高硫酸用量，會造成粗精選流程泡沫堆積、泡沫發(fā)粘、中間箱泡沫量大，而掃選泡沫反而較差等現(xiàn)象，造成流程更加不能順行。

5 結(jié)語

1)黑溝礦CaO含量高主要是鐵白云石型礦石混入比例升高造成，其主要特征TFe低、CaO、MgO含量高、燒損Ig高；

2)與黑溝Ⅱ期綜合樣相比，鐵白云石礦難磁化焙燒，需要更高的磁化焙燒條件；弱磁選別指標差，磁選精礦品位低、回收率低；反浮選精礦品質(zhì)差，浮選尾礦品位高等；

3)黑溝礦CaO含量升高對強磁系統(tǒng)影響不大，主要對弱磁系統(tǒng)有較大影響。鐵白云石礦磁化焙燒后，部分類質(zhì)同相替代的鎂錳磁鐵礦使焙燒礦磁性減弱，含鐵礦物多以尾礦形式流失；同時部分鎂錳磁鐵礦又以磁性夾雜的形式進入精礦，造成精礦品位降低；

4)通過生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)相關(guān)性分析，黑溝礦CaO含量與弱磁入磨品位、豎爐溢流回收率、二磁精品位、浮給品位及浮精品位等指標均呈較強的負相關(guān)關(guān)系，而磁精品位與二磁精品位差值和浮精品位提高幅度等與黑溝礦CaO含量無相關(guān)性或相關(guān)性較??；

5)根據(jù)鐵白云石型黑溝礦石性質(zhì)，豎爐應(yīng)適當延長焙燒時間、降低臺時處理量保證焙燒質(zhì)量；弱磁選別在CaO含量升高后，不宜過分提高磁選精礦品位，應(yīng)減少各處漂洗水量降低金屬流失；浮選應(yīng)提前增加硫酸用量，及早調(diào)整環(huán)水水質(zhì)避免短時間大幅度增加硫酸用量造成粗、精選泡沫堆積和掃選效果差的惡果。