東鞍山弱磁性鐵礦橋聯(lián)團(tuán)聚—強(qiáng)磁選技術(shù)研究

程紹凱 李文博 周立波 楊 峰 韓躍新，31

（1.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110819；2.難采選鐵礦資源高效開發(fā)利用技術(shù)國家地方聯(lián)合工程研究中心，遼寧 沈陽 110819；3.東北大學(xué)軋制技術(shù)及連軋自動化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 沈陽 110819）

東鞍山鐵礦資源豐富、儲量巨大，但該礦石具有鐵品位低、嵌布粒度細(xì)、礦物之間共生關(guān)系復(fù)雜等特點(diǎn)，是我國典型的難選鐵礦石［1-4］。在鞍山式赤鐵礦粗細(xì)分選、重選—磁選—陰離子反浮選的工藝中，細(xì)磨作業(yè)過程為使礦物充分單體解離，產(chǎn)生了大量的微細(xì)粒礦物，強(qiáng)磁拋尾作業(yè)對微細(xì)粒鐵礦物的回收效果較差，很大程度上影響了弱磁性鐵礦資源的回收［5-7］。因此，開展有效回收微細(xì)粒鐵礦物的試驗(yàn)研究對提高鐵礦石利用率、減排增效具有重要意義。

顆粒尺寸較小是微細(xì)粒礦物難選的主要原因，礦物選擇性團(tuán)聚可以增大顆粒表觀尺寸，進(jìn)而強(qiáng)化微細(xì)粒礦物的選別。根據(jù)礦物顆粒聚團(tuán)機(jī)理的不同，主要分為高分子橋聯(lián)團(tuán)聚、疏水團(tuán)聚、磁團(tuán)聚與磁種團(tuán)聚、復(fù)合團(tuán)聚［8-10］。有機(jī)高分子橋聯(lián)團(tuán)聚是研究較為廣泛的技術(shù)，它是通過有機(jī)高分子與礦物顆粒的選擇性吸附和橋聯(lián)作用實(shí)現(xiàn)目的礦物的聚團(tuán)，常用的有機(jī)高分子聚團(tuán)藥劑為多糖淀粉類和聚丙烯酰胺。作者所在課題組在鞍鋼弓長嶺選礦廠弱磁尾礦中，采用改性聚丙烯酰胺選擇性聚團(tuán)調(diào)漿，添加藥劑后礦物顆粒表觀粒徑顯著增加，磁選時(shí)提高了磁介質(zhì)對微細(xì)粒鐵礦物的捕獲概率，與常規(guī)強(qiáng)磁選工藝指標(biāo)相比，精礦鐵回收率提高了5.39個(gè)百分點(diǎn)［11］。針對東鞍山燒結(jié)廠弱磁尾礦，采用多糖淀粉類藥劑使細(xì)粒礦物聚團(tuán)，然后通過強(qiáng)磁選分離有用礦物與脈石礦物。而且在后續(xù)的反浮選作業(yè)中，適宜的多糖類高分子藥劑能夠降低微細(xì)粒鐵礦物的泡沫及水流夾帶，還對鐵礦物具有抑制作用，因而不會對反浮選作業(yè)產(chǎn)生不利影響。細(xì)粒鐵礦物具有粒度小、比表面積大、比表面能大等特點(diǎn)，礦物顆粒會發(fā)生互凝現(xiàn)象，對礦漿預(yù)先分散處理，使顆粒處于良好的分散狀態(tài)，是實(shí)現(xiàn)目的礦物選擇性團(tuán)聚的先決條件［12］。

本文以交聯(lián)玉米淀粉為聚團(tuán)藥劑、水玻璃為分散劑，采用橋聯(lián)團(tuán)聚—強(qiáng)磁選工藝，強(qiáng)化回收了東鞍山燒結(jié)廠弱磁尾礦中的微細(xì)粒鐵礦物，詳細(xì)考察了藥劑用量、礦漿pH值、攪拌強(qiáng)度、背景磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁選脈沖次數(shù)對分選效果的影響，并用生物光學(xué)顯微鏡和激光粒度儀探究了礦物顆粒形態(tài)及粒度特性。

1 試驗(yàn)樣品及試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)樣品

試驗(yàn)所選用的樣品為遼寧東鞍山燒結(jié)廠弱磁尾礦。礦樣的化學(xué)成分分析和鐵物相分析結(jié)果分別見表1、表2。

由表1可知：礦樣TFe品位為29.57%，其中FeO的含量為4.75%；主要脈石成分SiO2含量較高，為50.50%，有害元素P、S的含量較少。

由表2可知，絕大部分鐵主要賦存在赤鐵礦中，分布率達(dá)82.21%，其次以碳酸鐵和磁性鐵的形式存在，分布率分別為7.71%和5.07%。

為了進(jìn)一步查明礦樣中礦物組成情況，采用X射線粉晶衍射法（XRD）進(jìn)行分析，結(jié)果如圖1所示。礦樣中有用礦物包括赤鐵礦和磁鐵礦，磁鐵礦衍射峰較小，其含量可能較少，主要脈石礦物為石英。

采用篩分法對礦樣進(jìn)行粒度測定，結(jié)果如表3所示。鐵礦物主要分布在小于38 μm的粒級中，分布率高達(dá)87.19%。因此，強(qiáng)化細(xì)粒級鐵礦物的回收，是提高選礦作業(yè)鐵回收率的關(guān)鍵。

1.2 試驗(yàn)方法

弱磁尾礦中細(xì)粒弱磁性鐵礦物含量較高，強(qiáng)磁選過程中細(xì)粒鐵礦物流失現(xiàn)象影響了鐵礦資源的回收。加入分散劑（水玻璃）對礦漿進(jìn)行預(yù)處理，使細(xì)粒礦物處于穩(wěn)定的分散狀態(tài)，然后添加適量的交聯(lián)玉米淀粉使顆粒選擇性聚團(tuán)，以增強(qiáng)磁選過程中磁介質(zhì)的捕獲效果，提高細(xì)粒鐵礦物的回收率。

橋聯(lián)團(tuán)聚—強(qiáng)磁選試驗(yàn)采用多功能浸出攪拌機(jī)（XJT-Ⅱ）進(jìn)行調(diào)漿，礦漿濃度為30%，加入水玻璃后以高攪拌轉(zhuǎn)速（1 990 r/min）攪拌5 min，使礦物顆粒充分分散；然后調(diào)節(jié)攪拌器轉(zhuǎn)速，同時(shí)滴入NaOH溶液調(diào)節(jié)礦漿pH值并攪拌3 min；添加一定量交聯(lián)玉米淀粉，攪拌5 min使礦物聚團(tuán)；使用高梯度強(qiáng)磁選機(jī)（SSS-Ⅱ-80×90）進(jìn)行選別，根據(jù)磁選精礦鐵品位和回收率衡量分選效果，試驗(yàn)流程如圖2所示。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

為探究弱磁尾礦的橋聯(lián)聚團(tuán)分選特性，考察了交聯(lián)玉米淀粉用量、水玻璃用量、礦漿pH值、攪拌強(qiáng)度、背景磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁選脈沖次數(shù)等條件對強(qiáng)磁分選指標(biāo)的影響。

2.1 交聯(lián)玉米淀粉用量對分選指標(biāo)的影響

在水玻璃用量2 000 g/t，礦漿pH值為10，攪拌強(qiáng)度950 r/min，背景磁感應(yīng)強(qiáng)度0.8 T，脈沖次數(shù)170次/min條件下，探究交聯(lián)玉米淀粉用量對分選指標(biāo)的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知：交聯(lián)玉米淀粉用量由0逐漸增加至200 g/t過程中，磁選精礦鐵品位有較小幅度的下降，降低了0.81個(gè)百分點(diǎn)；精礦鐵回收率整體上是增加的，回收率提高了4.72個(gè)百分點(diǎn)。繼續(xù)增加淀粉用量，鐵品位基本不變，鐵回收率略有下降。隨著淀粉用量的增加，細(xì)粒鐵礦物絮團(tuán)尺寸逐漸變大，易被磁介質(zhì)捕捉，但淀粉用量過多時(shí)，絮團(tuán)過大導(dǎo)致受到的流體黏性力也隨之增加，磁介質(zhì)捕獲能力下降，導(dǎo)致鐵回收率下降。因此，確定適宜的交聯(lián)玉米淀粉用量為250 g/t。

2.2 水玻璃用量對分選指標(biāo)的影響

由于細(xì)粒礦物顆粒具有質(zhì)量小、比表面積大、比表面能大等特點(diǎn)，容易發(fā)生互凝作用而形成非選擇性聚集，影響淀粉與細(xì)粒鐵礦物的聚團(tuán)。加入適宜的水玻璃，使細(xì)粒鐵礦物充分分散，可以提高分選指標(biāo)。在交聯(lián)玉米淀粉用量250 g/t、礦漿pH值為10、攪拌強(qiáng)度950 r/min、背景磁感應(yīng)強(qiáng)度0.8 T、脈沖次數(shù)170次/min的條件下，探究水玻璃用量對分選指標(biāo)的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知：隨著水玻璃用量的增加，磁選精礦鐵品位先增加后趨于穩(wěn)定，這是由于加入水玻璃可減少礦泥罩蓋和夾雜，使精礦質(zhì)量有較大的提高；精礦鐵回收率整體上呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，在水玻璃用量為1 500 g/t時(shí)，回收率達(dá)72.00%，這是因?yàn)檫m當(dāng)增加水玻璃用量，細(xì)粒鐵礦物處于良好分散狀態(tài)，可增強(qiáng)交聯(lián)玉米淀粉在礦物表面的吸附，促進(jìn)團(tuán)聚體的形成，而當(dāng)水玻璃用量過高時(shí)，礦物顆粒間的靜電排斥作用增強(qiáng)，不利于形成鐵礦物絮團(tuán)，導(dǎo)致回收率下降。因此，確定水玻璃用量為1 500 g/t。

2.3 礦漿pH值對分選指標(biāo)的影響

礦漿pH值會影響礦物顆粒表面電性及礦漿中離子特性從而影響藥劑在礦物表面的吸附。在交聯(lián)玉米淀粉用量250 g/t、水玻璃用量1 500 g/t、攪拌強(qiáng)度950 r/min、背景磁感應(yīng)強(qiáng)度0.8 T、脈沖次數(shù)170次/min條件下，探究pH值對分選效果的影響，結(jié)果如圖5所示。

從圖5可以看出，礦漿pH值由8增加至11時(shí)，磁選精礦鐵品位先下降后基本保持不變，保持在46.67%，鐵回收率則增加至72.42%；繼續(xù)增加礦漿pH值，鐵品位有所降低，回收率也迅速降低。這是由于堿性條件下，溶液中的氫氧根與鐵礦物表面的鐵離子形成鐵的羥基絡(luò)合物，這些羥基絡(luò)合物能夠與淀粉中的羥基形成氫鍵；而且礦漿pH值較高時(shí)，淀粉的電離情況較好，靜電排斥作用使分子鏈?zhǔn)嬲?，淀粉的團(tuán)聚能力加強(qiáng)。綜合考慮，確定適宜的pH值為11。

2.4 攪拌強(qiáng)度對分選指標(biāo)的影響

攪拌強(qiáng)度是影響團(tuán)聚效果的重要因素。在交聯(lián)玉米淀粉用量250 g/t、水玻璃用量1 500 g/t、礦漿pH值為11、背景磁感應(yīng)強(qiáng)度0.8 T、脈沖次數(shù)170次/min條件下，探究攪拌強(qiáng)度對分選效果的影響，結(jié)果如圖6所示。

從圖6可以看出：攪拌強(qiáng)度由550 r/min增加至950 r/min時(shí)，磁選精礦鐵品位迅速增加，由45.23%升高到46.91%，鐵回收率整體上也是逐漸增大的，由71.65%升高到72.36%；繼續(xù)增加轉(zhuǎn)速至1 350 r/min，鐵品位基本不變，回收率逐漸下降。這是由于當(dāng)攪拌強(qiáng)度較低時(shí)，交聯(lián)玉米淀粉不能充分與鐵礦物混合，一方面部分鐵礦顆粒吸附過多淀粉，會使絮團(tuán)存在夾雜并流入到精礦中，另一方面部分未團(tuán)聚的細(xì)粒鐵礦物流失，致使鐵品位和回收率較低；當(dāng)攪拌強(qiáng)度較高時(shí)，絮團(tuán)被高強(qiáng)度攪拌打散，鐵回收率降低。綜合考慮，確定適宜的攪拌強(qiáng)度為950 r/min。

2.5 磁選脈沖次數(shù)對分選指標(biāo)的影響

在強(qiáng)磁選時(shí)一定的脈沖水流可以減少因磁團(tuán)聚產(chǎn)生的夾雜，以提高分選指標(biāo)。在交聯(lián)玉米淀粉用量250 g/t、水玻璃用量1 500 g/t、礦漿pH值為11、攪拌強(qiáng)度950 r/min、背景磁感應(yīng)強(qiáng)度0.8 T、脈動沖程11.4 mm條件下，考察了磁選脈沖次數(shù)對分選指標(biāo)的影響，結(jié)果如圖7所示。

由圖7可知，隨著脈沖次數(shù)的增加，磁選精礦鐵品位逐漸升高，鐵回收率先小幅升高后降低。這是由于增加脈沖次數(shù)可以減少夾雜，使精礦鐵品位增加，而當(dāng)脈沖次數(shù)過大時(shí)，磁選過程中會破壞絮團(tuán)，導(dǎo)致鐵回收率降低。

2.6 背景磁感應(yīng)強(qiáng)度對分選指標(biāo)的影響

在交聯(lián)玉米淀粉用量250 g/t、水玻璃用量1 500 g/t、礦漿pH值為11、攪拌強(qiáng)度950 r/min、脈沖次數(shù)170次/min條件下，考察背景磁感應(yīng)強(qiáng)度對分選指標(biāo)的影響，并與直接磁選工藝進(jìn)行了對比，試驗(yàn)結(jié)果如圖8所示。

由圖8可知，隨著背景磁感應(yīng)強(qiáng)度的增加，磁選精礦鐵品位逐漸降低，鐵回收率先升高后降低，當(dāng)背景磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.8 T時(shí)，可獲得精礦鐵品位46.70%、鐵回收率72.66%的較優(yōu)分選指標(biāo)。這是因?yàn)檫m當(dāng)提高磁感應(yīng)強(qiáng)度可促使回收率的提高，但夾雜現(xiàn)象也會隨之加重。聚團(tuán)分選工藝與直接磁選工藝相比，精礦鐵品位略有降低，但鐵回收率提高幅度較大，當(dāng)背景磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.8 T時(shí)，聚團(tuán)分選鐵品位降低了0.93個(gè)百分點(diǎn)，鐵回收率升高了7.59個(gè)百分點(diǎn)。

2.7 團(tuán)聚過程中礦物顆粒形態(tài)及粒度測定

采用生物光學(xué)顯微鏡對不同藥劑用量下的礦物形態(tài)進(jìn)行了分析，結(jié)果如圖9所示。

從圖9（a）可以看出，未添加淀粉的礦漿中鐵礦物顆粒與石英呈分散狀態(tài)，而且具有很多極微細(xì)顆粒；加入淀粉調(diào)漿后（圖9（b）和（c）），產(chǎn)生了鐵礦物顆粒的絮團(tuán)，極微細(xì)顆粒明顯減少，隨著淀粉用量的增加，絮團(tuán)尺寸變大，而石英顆粒的狀態(tài)基本沒有變化。這說明添加交聯(lián)玉米淀粉可以實(shí)現(xiàn)微細(xì)粒赤鐵礦的選擇性團(tuán)聚，強(qiáng)化微細(xì)粒鐵礦物的回收。

采用激光粒度儀，對不同藥劑用量下礦物的粒度特性進(jìn)行了測定，結(jié)果如圖10和表4所示。

注：d（3，2）為表面積平均粒徑；d（4，3）為體積平均粒徑；d10，d50，d90為顆粒正累積粒度分布分?jǐn)?shù)達(dá)到10%、50%和90%時(shí)所對應(yīng)的粒徑。

由圖10可知，添加淀粉調(diào)漿后，某一粒度下的正累積分布分?jǐn)?shù)有所降低，激光粒度正累積分布曲線沿橫軸向右移動，更直觀地反映了礦物顆粒尺寸變大。從表4可以看出，隨著淀粉用量的增多，礦物的表面積平均粒徑、體積平均粒徑等特征參數(shù)均有增大，而比表面積逐漸減小。這說明交聯(lián)玉米淀粉在礦物顆粒表面吸附并促使微細(xì)粒礦物聚團(tuán)，增大了礦物顆粒的表觀尺寸。

3 結(jié)論

（1）東鞍山燒結(jié)廠弱磁尾礦的物料特性分析結(jié)果表明：礦樣TFe品位為29.57%，主要以赤鐵礦的形式存在，分布率高達(dá)82.21%；主要脈石礦物為石英。礦樣中礦物顆粒較細(xì)，粒度小于38 μm的顆粒中鐵的分布率高達(dá)87.19%，有用鐵礦物主要分布在細(xì)粒級顆粒中。

（2）采用橋聯(lián)團(tuán)聚—強(qiáng)磁選技術(shù)，在交聯(lián)玉米淀粉用量250 g/t、水玻璃用量為1 500 g/t、礦漿pH值為11、攪拌強(qiáng)度950 r/min、磁感應(yīng)強(qiáng)度0.8 T、脈沖次數(shù)170次/min的條件下對礦樣分選，獲得精礦鐵品位46.70%、鐵回收率72.66%的良好指標(biāo)，與直接強(qiáng)磁選技術(shù)相比，鐵品位降低了0.93個(gè)百分點(diǎn)，鐵回收率升高了7.59個(gè)百分點(diǎn)。

（3）礦漿被水玻璃充分分散后，添加交聯(lián)玉米淀粉可促使微細(xì)粒礦物聚團(tuán)，增大了礦物顆粒的表觀尺寸，強(qiáng)化了微細(xì)粒鐵礦物的回收。