昆鋼大紅山鐵中礦再選實(shí)驗(yàn)研究

陳俊良，楊波，李修智，支京豪，肖日鵬

（1.昆明理工大學(xué)，云南 昆明 650093;2.昆明理工凱吉思科技有限公司，云南昆明 650093）

1 昆鋼大紅山概述

昆鋼大紅山位于云南省玉溪市，是我國西南地區(qū)主要的鐵、銅礦生產(chǎn)基地，該礦床為鐵、銅共生，同時(shí)伴有金、銀等有用金屬的特大型礦床。探明的鐵礦石儲(chǔ)量為4.6 億t，主要成分為磁鐵礦、赤鐵礦[1]及少量的鏡鐵礦。脈石礦物主要為石英、鈉長石、白云石、綠泥石等。昆鋼大紅山年供鐵礦量450萬t，鐵礦石品位18.40%，含銅品位0.26%。其中每年生產(chǎn)鐵中礦量60 萬t 左右，該部分鐵中礦[4]品位在35%～50%左右，由于不能直接冶煉，長期的堆存不僅占用大量土地資源而且對(duì)周邊環(huán)境也會(huì)造成污染。

2 大紅山鐵中礦性質(zhì)

2.1 化學(xué)組成分析

原礦化學(xué)多元素分析，結(jié)果見表1。

表1 原礦化學(xué)組成分析/%Table 1 Chemical composition analysis of the raw ore

2.2 原礦粒度組成分析

采用水析和篩析的方法對(duì)礦樣進(jìn)行粒度分析，結(jié)果見表2。

表2 原礦篩分分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 2 Test results of the raw ore screening analysis

由表2 可知，實(shí)驗(yàn)所用礦樣極細(xì)，鐵主要分布在-74 μm 粒級(jí)，-38 μm 51.07%，常規(guī)重選設(shè)備如搖床、溜槽對(duì)礦樣分選效果可能不理想。

3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

3.1 弧面鋪展流膜分選機(jī)簡介

弧面鋪展流膜分選機(jī)又稱KGS-II 由昆明理工大學(xué)楊波副教授研究開發(fā)的一種新型針對(duì)微細(xì)粒礦物的重選設(shè)備，該設(shè)備能耗低、設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、無噪音污染，處理微細(xì)粒級(jí)礦物[6]相較傳統(tǒng)重選設(shè)備搖床時(shí)回收效率高，處理量是搖床的8-10 倍，而且可以串聯(lián)使用，分選后的精中尾礦礦漿濃度較高，不需要濃縮而直接進(jìn)行后續(xù)作業(yè)，多臺(tái)設(shè)備可模塊化自由組裝，節(jié)約了占地面積。KGS-II結(jié)構(gòu)簡單，對(duì)選廠基建要求低。

3.2 弧面鋪展流膜分選機(jī)結(jié)構(gòu)

弧面鋪展流膜分選機(jī)主要有給礦裝置、分選裝置、設(shè)備殼體、洗滌裝置、調(diào)頻控制器、接礦槽、電源開關(guān)等。給礦盤與調(diào)頻電機(jī)相連，調(diào)頻控制器控制調(diào)頻電機(jī)轉(zhuǎn)速；設(shè)備殼體焊接在接礦槽上，接礦槽分為精礦槽、中礦槽和尾礦槽，殼體上設(shè)有數(shù)個(gè)觀察孔和操作孔；設(shè)備底盤上安裝有分選面，在調(diào)頻電機(jī)通過皮帶的驅(qū)動(dòng)下，分選盤作回旋運(yùn)動(dòng)。

3.3 弧面鋪展流膜分選機(jī)分選原理

弧面鋪展流膜分選機(jī)[9]是依據(jù)斜面分選原理、分層動(dòng)力學(xué)體系學(xué)說、麥依爾理論和水躍現(xiàn)象進(jìn)行研發(fā)。斜面流分選原理[5]是礦物顆粒沿斜面流動(dòng)的水流推動(dòng)作用和自身重力作用向下運(yùn)動(dòng)，由于礦物之間的比重不同，不同礦物沿斜面運(yùn)動(dòng)速度不同的原理進(jìn)行分選。分層動(dòng)力學(xué)體系學(xué)說[3]是密度不同的礦物顆粒在礦漿之中受介質(zhì)的動(dòng)力作用產(chǎn)生的沉降速度或差距進(jìn)行分層。麥依爾理論礦物顆粒沉降分層是具有比重差異的礦物位能轉(zhuǎn)移[7]，大比重礦物顆粒下降位能降低，小密度上升位能升高，從而形成依據(jù)各密度粒群的堆密度分層現(xiàn)象。水躍現(xiàn)象[2]是礦漿流沿斜面流動(dòng)時(shí)遇到障礙物時(shí)，礦漿流膜向上躍起，分層礦漿形成分散狀態(tài)，流膜上層輕礦物流動(dòng)速度較快，底層礦漿中重礦物流速較慢，從而形成上下層速差，有利于輕重礦物的分選和再分層。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4.1 礦漿濃度實(shí)驗(yàn)

弧面鋪展流膜分選機(jī)屬于一種新型流膜重選設(shè)備，礦漿從分選給礦盤給入分選盤面頂部，形成均勻混合的礦漿鋪展流層，礦漿流速相對(duì)較慢，礦漿[8]中的輕重礦物根據(jù)比重差異開始進(jìn)行分層。此時(shí)礦漿濃度的高低會(huì)影響輕重礦物在礦漿之中的沉積速度和分層效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 KGS-II 濃度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 3 KGS - II concentration test data

從表3 可知，當(dāng)?shù)V漿濃度為20%時(shí)，鐵精礦品位和回收率達(dá)到最大值，分別為55.88%、90.45%，當(dāng)?shù)V漿濃度為25%、30%時(shí)，品位和回收率大致相同，當(dāng)?shù)V漿濃度達(dá)到35%時(shí)，此時(shí)品位和回收率明顯降低，分選效果不明顯。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)說明當(dāng)?shù)V漿濃度偏低時(shí)，鐵精礦品位和回收率較高；濃度偏高時(shí)，鐵精礦品位和回收率較低，綜合分析當(dāng)?shù)V漿濃度在20%～35%時(shí)分選較為理想，下面實(shí)驗(yàn)礦漿濃度默認(rèn)為25%。

4.2 分選盤轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn)

分選盤主要是弧面鋪展流膜分選機(jī)核心部件，當(dāng)?shù)V漿在分選面上進(jìn)行松散-分層-富集時(shí)，盤面轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的回旋剪切力對(duì)礦物顆粒的分層有利，同時(shí)轉(zhuǎn)速也影響礦物在分選盤面的洗滌時(shí)間，當(dāng)轉(zhuǎn)速較慢時(shí)沉積區(qū)堆積礦物顆粒的洗滌時(shí)間增長，導(dǎo)致高品位的精礦流入尾礦槽中；相反，若轉(zhuǎn)速較快會(huì)增加回旋剪切力，雖然加快了礦物分層，但沉積區(qū)礦物的洗滌時(shí)間降低?？刂平o礦濃度為25%，給礦量為250 g/min，洗滌水量為3.33 L/min，試樣重量1000 g，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。從表4 可知，在給礦濃度、給礦量等條件相同的情況下，轉(zhuǎn)速為25 Hz 時(shí)鐵精礦的品位和回收率均達(dá)到最高值，分別為56.93%、92.75%。

表4 KGS-II 轉(zhuǎn)速條件實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 4 KGS - II speed conditions test results

4.3 給礦量條件實(shí)驗(yàn)

給礦量的大小影響礦漿在弧面分選盤面的分層效果，礦量過大會(huì)導(dǎo)致礦漿在分選盤頂部停留時(shí)間過短，礦漿來不及分層，輕重礦物沿著弧面直接流入礦漿沉積區(qū)堆積，導(dǎo)致洗滌水洗滌效果不好，最終難以獲得較好的分選效果；給礦量過小會(huì)直接影響設(shè)備的處理量，礦漿流膜層薄，礦物沉降距離較短，分層效果不理想。

控制給礦濃度25%，轉(zhuǎn)速24 Hz，洗滌水量3.33 L/min，試樣重量為1000 g，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5。

表5 KGS-II 給礦量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 5 KGS - II feeding ore test data

由表5 給礦量實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，在給礦濃度、轉(zhuǎn)速等條件不變時(shí)，給礦量為250 g/min 時(shí)獲得的鐵精礦品位和回收率較高，分別為56.43%和90.99%，當(dāng)給礦量為200 g/min時(shí)獲得的鐵精礦品位和回收率分別為55.56%、88.18%。綜合考慮當(dāng)給礦量在200 g/min ～ 250 g/min范圍內(nèi)時(shí)分選效果較好。

4.4 洗滌水量實(shí)驗(yàn)

在礦漿濃度25%、給礦量250 g/min、轉(zhuǎn)速24 Hz、試樣1000 g 的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 KGS-II 洗滌水量條件實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 6 KGS - II water washing test results

由表6 可知，當(dāng)給礦濃度、轉(zhuǎn)速等條件相同時(shí)，洗滌水量為4.17 L/min時(shí)得到的鐵精礦品位較高，為56.93%，但此時(shí)回收率較低，為90.93%，當(dāng)洗滌水量為3.33 L/min 時(shí)，此時(shí)鐵精礦品位和回收率分別為56.43%、90.93%。綜上所述，洗滌水量為3.33 L/min 時(shí)分選效果較好。

4.4 一粗兩掃三精開路實(shí)驗(yàn)

根據(jù)探索實(shí)驗(yàn)得知，弧面鋪展流膜分選機(jī)針對(duì)大紅山50%品級(jí)鐵中礦具有良好的分選效果，一次分選獲得精礦含鐵品位達(dá)到56.79%、回收率81.94%，尾礦含鐵品位36.22%、回收率18.06%的良好指標(biāo)，但還需要進(jìn)行精選和掃選作業(yè)，以求獲得精礦品位達(dá)到60%以上，回收率保證80%以上，降低尾礦中鐵品位。

為進(jìn)一步提高精礦品位、降低尾礦品位，實(shí)驗(yàn)條件依據(jù)條件實(shí)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)定，見表7。

表7 開路實(shí)驗(yàn)參數(shù)Table 7 Open-circuit test parameters

實(shí)驗(yàn)樣品稱取1000 g，采用攪拌桶攪拌混勻進(jìn)行連續(xù)給礦?；∶驿佌沽髂し诌x機(jī)粗選、精選獲得精礦濃度較高，可直接進(jìn)行下段作業(yè)；由于粗選尾礦濃度較低需進(jìn)行沉淀濃縮。給礦濃度在20%左右可進(jìn)行掃選作業(yè)。

開路實(shí)驗(yàn)采用一粗兩掃三精過程見圖1，開路實(shí)驗(yàn)獲得一個(gè)精礦、五個(gè)中礦和一個(gè)尾礦。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表8。

圖1 開路實(shí)驗(yàn)流程Fig.1 Open-circuit test process

表8 開路實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 8 Open-circuit test data

采用一粗三精兩掃開路流程實(shí)驗(yàn)獲得精礦產(chǎn)率為56.54%，F(xiàn)e 品位達(dá)到63.97%，回收率為72.39%，精礦品位提高了14 個(gè)百分點(diǎn)；尾礦產(chǎn)率為13.15%，F(xiàn)e 品位為23.33%，回收率為6.14%。綜合分析，采用“一粗三精兩掃”開路流程獲得鐵精礦品位64%左右，回收率占到72%左右，尾礦品位降低至23%左右，分選效果較為良好。

4.5 一粗兩掃三精閉路實(shí)驗(yàn)

根據(jù)以上開路實(shí)驗(yàn)獲得精礦品位達(dá)到63%，但回收率不足80%，為綜合回收開路實(shí)驗(yàn)獲得三個(gè)中礦中的鐵金屬，采用一粗兩掃三精閉路實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分選，提高精礦回收率，實(shí)驗(yàn)流程見圖2，實(shí)驗(yàn)條件見表9。

圖2 閉路實(shí)驗(yàn)流程Fig. 2 flow chart of closed circuit test

表9 閉路實(shí)驗(yàn)參數(shù)Table 9 Closed-circuit test parameters

閉路實(shí)驗(yàn)采用一粗兩掃三精聯(lián)合分別選別，中礦返回到上一段作業(yè)，最終僅獲得精礦和尾礦兩個(gè)產(chǎn)品。實(shí)驗(yàn)過程采用分段連續(xù)分選，獲得精礦、五個(gè)中礦和尾礦，中礦保留添加至下一個(gè)實(shí)驗(yàn)階段，連續(xù)進(jìn)行重復(fù)，直至礦樣總量平衡后停止實(shí)驗(yàn)，取精礦、尾礦樣品進(jìn)行化驗(yàn)分析。結(jié)果見表10。

表10 閉路實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 10 Closed-circuit test results

根據(jù)閉路實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果可知，精礦含鐵品位為61.12%，回收率為81.26%，相比開路實(shí)驗(yàn)精礦產(chǎn)率提高了10 個(gè)百分點(diǎn)，品位降低了3 個(gè)百分點(diǎn)，回收率提高了9 個(gè)百分點(diǎn)。尾礦含鐵品位為28.13%，回收率為18.74%，相比開路實(shí)驗(yàn)尾礦產(chǎn)率增加至33.38%，品位降低5 個(gè)百分點(diǎn)，回收率提高了12 個(gè)百分點(diǎn)。

5 結(jié) 論

（1）昆鋼大紅山鐵中礦含鐵品位50.68%，有用礦物主要成分為赤鐵礦、磁鐵礦，脈石礦物主要為綠泥石、石英，且礦物中微細(xì)粒級(jí)礦物占比相對(duì)較大，品位較高-74 μm 89.05%，F(xiàn)e 分布率為92.77%，-38 μm 51.07%，平均Fe品位達(dá)到54.58%。

（2）針對(duì)昆鋼大紅山鐵中礦的性質(zhì)，采用弧面鋪展流膜分選機(jī)進(jìn)行回收鐵的實(shí)驗(yàn)研究，在礦漿濃度25%、轉(zhuǎn)速25 Hz、給礦量250 g/min、洗滌水量3.33 L/min 的較佳條件下， 采用一粗兩掃三精開路實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分選，獲得精礦含鐵品位達(dá)到63.97%，回收率達(dá)到72.39%，分選效果較為理想，中礦可繼續(xù)進(jìn)行回收率利用，尾礦含鐵品位為23.33%。采用一粗兩掃三精閉路實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分選，獲得精礦含鐵品位為61.12%，回收率達(dá)到81.26%的良好指標(biāo)，但在尾礦之中含鐵品位28.13%，主要為微細(xì)粒級(jí)難回收鐵礦物，實(shí)驗(yàn)結(jié)果達(dá)到預(yù)期要求。