鞍千半自磨—強磁預(yù)選精礦短流程工藝試驗研究

劉文勝 韓躍新 姚 強 高 鵬 劉 杰

（1.鞍鋼集團礦業(yè)有限公司,遼寧 鞍山 114000;2.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院,遼寧 沈陽 110819）

鞍千礦業(yè)有限責任公司（簡稱“鞍千”）應(yīng)用半自磨—粗粒濕式強磁預(yù)選工藝實現(xiàn)了鐵礦石在粗粒提前拋廢,粗粒尾礦還可作為建筑用砂使用。經(jīng)過半自磨—粗粒濕式強磁預(yù)選后的預(yù)選精礦給入主廠房,應(yīng)用階段磨礦—粗細分級—重磁浮聯(lián)合工藝分選后可獲得滿足要求的生產(chǎn)指標[1-2]。階段磨礦—粗細分級—重磁浮聯(lián)合工藝是我國鞍山式赤鐵礦選礦的主要工藝流程[3]。原礦經(jīng)過閉路磨礦后給入粗細分級作業(yè);分級沉沙經(jīng)過螺旋溜槽重選—掃中磁分選后獲得重選精礦和掃中磁尾礦,中礦經(jīng)再磨后返回粗細分級作業(yè);分級溢流經(jīng)過弱磁—強磁—反浮選工藝分選后獲得反浮選精礦、反浮選尾礦和強磁尾礦;重選精礦和反浮選精礦合并為綜合精礦,掃中磁尾礦、強磁尾礦和反浮選尾礦合并為綜合尾礦。該選礦流程長、工藝復(fù)雜,流程中包含重選、中磁選、弱磁選、強磁選、反浮選等不同選礦工藝,在實際生產(chǎn)中該工藝流程控制難度也較大[3-6],存在重選精礦品位低、波動大,浮選尾礦品位高[6-7]等問題。因此,針對鞍千粗粒濕式強磁預(yù)選精礦開展短流程工藝研究,簡化選礦流程結(jié)構(gòu)、優(yōu)化選礦指標勢在必行[8-9],對鞍千礦業(yè)赤鐵礦選礦工藝指標改善具有重要意義。

本研究以鞍千半自磨—粗粒濕式強磁預(yù)選精礦為原料,開展攪拌磨礦—弱磁—強磁—反浮選短流程試驗。考察了磨礦方式、磨礦細度、強磁選背景磁感應(yīng)強度、浮選藥劑制度對分選指標的影響規(guī)律,并在最優(yōu)條件下進行工藝流程試驗研究,為鞍千礦業(yè)有限責任公司短流程工藝的推廣應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。本研究對于鞍山式赤鐵礦高效開發(fā)利用具有重要的指導(dǎo)意義。

1 試樣性質(zhì)分析

以鞍千現(xiàn)場半自磨—粗粒濕式強磁預(yù)選精礦為試驗礦樣,試樣粒度為-3 mm。表1所示為試樣化學(xué)成分分析結(jié)果。

表1 試樣化學(xué)成分分析結(jié)果Table 1 Results of chemical composition analysis of the sample %

從表1可以看出,試樣鐵品位43.42%,FeO含量9.18%,磁性率21%,屬赤鐵礦石。試樣SiO2含量達35.90%,S、P等有害元素含量較低。

圖1為試樣中主要礦物的產(chǎn)出特性。試樣中磁鐵礦和赤鐵礦含量分別為33.30%和29.58%,脈石礦物以石英為主。磁鐵礦與赤鐵礦多呈毗鄰型連生（圖1（a））;磁鐵礦與脈石礦物主要以毗鄰型和包裹型連生（圖1（b）、（c））;赤鐵礦與脈石礦物主要以包裹型連生（圖1（d））。包裹連生體中鐵礦物往往顆粒細小,需細磨才能將其與脈石礦物解離。

圖1 主要礦物產(chǎn)出特征Fig.1 Output characteristics of main minerals

2 試驗方法

2.1 試驗設(shè)備與試劑

試驗的主要設(shè)備為SLJM-1.5L立式超細攪拌磨機、XMQ-φ240×90濕式球磨機、RK/CRS-φ400×300弱磁選機、LGS-100立式感應(yīng)濕式強磁選機、XFDIII型掛槽浮選機和DGF30/4-ⅡA電熱鼓風干燥箱。

試驗用試劑為化學(xué)純NaOH、CaO,工業(yè)純抑制劑淀粉和捕收劑TD-Ⅱ。

2.2 選礦試驗流程

稱取500 g預(yù)選精礦進行攪拌磨磨礦—弱磁—強磁工藝試驗研究,試驗流程見圖2。

圖2 攪拌磨磨礦—弱磁—強磁選工藝試驗流程Fig.2 Flowsheets of stirring grinding,low-intensity magnetic separation and high-intensity magnetic separation test

在充填率75%、攪拌轉(zhuǎn)速1 000 r/min、料球比0.7、介質(zhì)尺寸6 mm和礦漿濃度50%的條件下進行攪拌磨磨礦。針對不同磨礦細度產(chǎn)品,在磁場強度79.58 kA/m條件下進行弱磁選試驗,并針對最佳弱磁選條件下所得弱磁尾礦進行不同背景磁感應(yīng)強度的強磁選試驗。

針對強磁選精礦按圖3所示試驗流程進行反浮選條件試驗。稱取200 g強磁精礦進行反浮選試驗,攪拌3 min后調(diào)節(jié)礦漿pH,而后依次加入浮選藥劑并依次攪拌3 min,最后進行充氣浮選,以30次/min的速度沿浮選槽整個泡沫生成面按一定的泡沫深度刮泡3min,控制補加水添加量,使整個刮泡期間保持礦漿液面的恒定。浮選槽內(nèi)產(chǎn)品為反浮選精礦,泡沫產(chǎn)品為反浮選尾礦。在上述條件下,依次考察了抑制劑淀粉用量及捕收劑TD-Ⅱ用量對反浮選效果的影響。在最優(yōu)條件下,進行1粗1精3掃反浮選閉路試驗。

圖3 反浮選試驗流程Fig.3 Flowsheets of reverseflotation test

3 試驗結(jié)果與討論

3.1 攪拌磨磨礦—弱磁—強磁選試驗

3.1.1 磨礦方式對磨礦細度的影響

磨礦的主要目的是使有用礦物從脈石礦物中解離出來,為后續(xù)選別作業(yè)提供適宜解離度的物料,選擇合理的磨礦方式和磨礦細度是實現(xiàn)經(jīng)濟、高效選別的前提和基礎(chǔ)?？疾炝藬嚢枘ツサV和球磨磨礦兩種不同磨礦方式對試樣磨礦效果的影響,圖4所示為試驗結(jié)果。

由圖4可知,在磨礦細度-0.038 mm占50%至95%范圍內(nèi),隨著磨礦細度（-0.038 mm）的增加,攪拌磨和球磨2種礦磨方式下,-0.038mm比生產(chǎn)率和磨礦效率均呈逐漸下降趨勢,攪拌磨磨礦-0.038 mm比生產(chǎn)率和磨礦效率分別由2.10 kg/（L·h）、25.98kg/（kW·h）降至 1.30 kg/（L·h）、16.01 kg/（kW·h）。與球磨磨礦對比分析可知,相同磨礦細度條件下,攪拌磨磨礦-0.038 mm比生產(chǎn)率及磨礦效率均明顯優(yōu)于球磨磨礦,攪拌磨磨礦的比生產(chǎn)率約為球磨磨礦的20倍,磨礦效率約為球磨磨礦的17倍。因此,確定適宜的磨礦方式為攪拌磨磨礦。

圖4 攪拌磨磨礦與球磨磨礦對磨礦效果的影響Fig.4 Influence of stirring mill and ball mill on grinding effect

3.1.2 磨礦細度對弱磁精礦指標的影響

針對磨礦細度-0.038 mm含量分別為50%、60%、70%、80%、90%、95%的不同攪拌磨磨礦產(chǎn)品,在弱磁選磁場強度79.58 kA/m條件下進行弱磁選試驗,結(jié)果見圖5。

圖5 磨礦細度對弱磁精礦指標的影響Fig.5 Effect of grinding fineness on low intensity magnetic separation

由圖5可知,磨礦細度對弱磁精礦的鐵品位和鐵回收率影響均較大。隨著磨礦細度由-0.038 mm占50%提高至80%,弱磁精礦的鐵品位由62.72%增加至68.04%,而后繼續(xù)提高磨礦細度至-0.038 mm占95%,弱磁精礦鐵品位降低至66.47%;在試驗?zāi)サV細度范圍內(nèi),磁選精礦鐵回收率則隨著磨礦細度提高由55.58%逐漸降低至51.03%。這是因為隨著磨礦細度增加,強磁性鐵礦物與脈石礦物解離程度提高,弱磁精礦鐵品位提高。但隨著磨礦細度提高,一方面強磁性鐵礦物逐漸從脈石礦物中解離出來,脈石礦物中包裹的強磁性鐵礦物含量減少,這部分脈石礦物以“貧鐵連生體”形式存在,另一方面強磁性鐵礦物與弱磁性鐵礦物逐漸解離;在弱磁選機的低磁場強度條件下,脈石礦物的“貧鐵連生體”和已解離的弱磁性鐵礦物均進入磁選尾礦,導(dǎo)致弱磁精礦鐵回收率下降。綜合考慮選別指標,為了得到合格的弱磁精礦,選定攪拌磨磨礦細度為-0.038mm占80%,此時可獲得鐵品位68.04%、回收率53.00%的弱磁精礦,通過攪拌磨磨礦—弱磁選可實現(xiàn)弱磁選產(chǎn)出合格精礦的目標。

3.1.3 背景磁感應(yīng)強度對強磁選的影響

為了進一步回收弱磁尾礦中的弱磁性鐵礦物,針對弱磁尾礦進行了強磁選試驗研究。針對磨礦細度-0.038 mm占80%、磁場強度79.58 kA/m條件下的弱磁尾礦,選取強磁選背景磁感應(yīng)強度300、400、500、600、700 和 800 mT,研究強磁選背景磁感應(yīng)強度對強磁選效果的影響,圖6所示為試驗結(jié)果。

圖6 背景磁感應(yīng)強度對強磁精礦指標的影響Fig.6 Effect of background magnetic induction intensity of high intensity magnetic separation concentrate

由圖6可知,隨著強磁選背景磁感應(yīng)強度由300 mT提高至800 mT,強磁精礦鐵品位由52.42%逐漸降低至49.30%,鐵回收率則由35.39%提高至42.25%。鑒于強磁精礦將作為浮選給礦給入浮選作業(yè),因此強磁精礦鐵品位對浮選指標影響較大,確定合理的強磁選背景磁感應(yīng)強度為700 mT。此條件下,獲得了強磁精礦鐵品位 51.00%、鐵回收率42.07%和強磁選尾礦鐵品位8.07%的選別指標,強磁尾礦鐵品位與鞍千現(xiàn)場生產(chǎn)指標近似,說明該條件下強磁選拋尾可滿足生產(chǎn)需要。

3.2 強磁精礦反浮選試驗

為了進一步提高強磁精礦鐵品位,獲得滿足生產(chǎn)要求的合格鐵精礦產(chǎn)品,針對鐵品位51.00%的強磁精礦產(chǎn)品進行反浮選提鐵降雜試驗研究,重點考察了藥劑制度對反浮選效果的影響。

3.2.1 淀粉用量試驗

淀粉是鐵礦反浮選中鐵礦物的主要抑制劑,淀粉可通過氫鍵和范德華力吸附在鐵礦物表面,以減弱捕收劑在鐵礦物表面的吸附,從而達到抑制鐵礦物浮選的目的。采用圖3所示原則流程,在粗選pH值11.50、CaO用量1 000 g/t、TD-Ⅱ用量 1 000 g/t和精選TD-Ⅱ用量 500 g/t的條件下,選取粗選淀粉用量分別為 800、900、1 000、1 100和1 200 g/t進行反浮選粗選淀粉用量條件試驗,圖7所示為淀粉用量試驗結(jié)果。

由圖7可知,當?shù)矸塾昧坑?00 g/t增加到1 200 g/t時,淀粉對強磁精礦中鐵礦物的抑制作用逐漸增強,浮選粗精礦鐵品位在67%左右,且略呈下降趨勢;隨著淀粉用量由800 g/t增加至1 000 g/t,浮選粗精礦鐵回收率由72.43%提高至74.80%,繼續(xù)增加淀粉用量至1 200 g/t,鐵回收率下降至70.61%。綜合考慮鐵粗精礦鐵品位及回收率,確定適宜的反浮選粗選淀粉用量為1 000 g/t。

3.2.2 TD-Ⅱ用量試驗

TD-Ⅱ為鞍千礦業(yè)有限責任公司浮選車間使用的新型捕收劑,可選擇性吸附于石英等硅酸鹽脈石礦物表面,提高硅酸鹽脈石礦物的疏水性能,其選擇性能和捕收性能優(yōu)異,在鐵精礦提質(zhì)降雜過程中起到重要作用。在粗選pH值11.50、淀粉用量1 000 g/t和CaO用量1 000 g/t的條件下,選取TD-Ⅱ用量分別為800、900、1 000、1 100 g/t和1 200 g/t進行反浮選粗選TD-Ⅱ用量條件試驗,圖8所示為TD-Ⅱ用量試驗結(jié)果。

圖8 TD-Ⅱ用量對浮選粗精礦指標的影響Fig.8 Effect of TD-Ⅱ dosage on flotation rough concentrate index

由圖8可知,隨著TD-Ⅱ用量由800 g/t增加至1 200 g/t,浮選粗精礦鐵品位由66.57%逐漸增加至68.00%。這是因為隨著TD-Ⅱ用量增加,石英等硅酸鹽脈石礦物單體和“貧鐵連生體”均獲得有效捕收,鐵精礦中二者的含量均減少,精礦鐵品位逐漸增加。鐵回收率隨著TD-Ⅱ用量由800 g/t增加至1 000 g/t變化不大,在80%左右波動,隨著TD-Ⅱ用量繼續(xù)增加至1 200 g/t,鐵回收率逐漸降低至68.55%。由于TD-Ⅱ用量增加,部分未充分解離的鐵礦物以“貧鐵連生體”形式進入尾礦,同時,部分已解離的微細粒鐵礦物在TD-Ⅱ作用下,夾帶進入浮選泡沫層,使反浮選精礦鐵回收率降低。綜合考慮鐵精礦鐵品位和回收率指標,確定適宜的反浮選粗選TD-Ⅱ用量為1 000 g/t。

3.2.3 反浮選閉路試驗

浮選流程的中礦返回會對浮選指標及浮選藥劑用量產(chǎn)生影響,針對強磁精礦進行1粗1精3掃的反浮選閉路試驗。在pH=11.5、淀粉用量1 000 g/t、CaO用量1 000 g/t、TD-Ⅱ用量 1 000 g/t的條件下進行反浮選粗選,在pH=11.5、TD-Ⅱ用量500 g/t的條件下進行反浮選精選,閉路試驗結(jié)果見表2。

由表2可知,強磁精礦經(jīng)過反浮選閉路試驗可得到鐵品位67.08%、回收率93.56%的浮選指標,浮選尾礦鐵品位11.38%,明顯低于鞍千礦業(yè)有限責任公司現(xiàn)行工藝浮選尾礦品位。這說明短流程工藝中采用反浮選可進一步提高精礦鐵品位,同時減少鐵礦物在尾礦中的流失。

表2 強磁精礦反浮選閉路試驗結(jié)果Table2 Closed circuit test results of reverse flotation for concentrate from the high intensity magnetic separation %

3.3 試樣短流程工藝流程試驗

在攪拌磨磨礦—弱磁—強磁和反浮選試驗研究基礎(chǔ)上,確定了試樣適宜的工藝流程結(jié)構(gòu),即攪拌磨磨礦—弱磁—強磁—反浮選短流程工藝,該工藝所得弱磁精礦和反浮選精礦合并為綜合精礦,強磁尾礦和反浮選尾礦合并為綜合尾礦。該工藝流程充分利用了試樣中磁鐵礦和赤鐵礦的基本特性,采用弱磁選工藝回收試樣中磁鐵礦,強磁—反浮選工藝回收試樣中赤鐵礦,并梯級拋除石英等硅酸鹽脈石礦物,實現(xiàn)了該試樣的分質(zhì)分選。圖9所示為短流程工藝試驗數(shù)質(zhì)量流程。最終獲得了鐵品位 68.02%、回收率91.78%的綜合精礦。

圖9 短流程試驗數(shù)質(zhì)量流程Fig.9 Flowsheets of circuit test quantity and quality for short process

表3所示為綜合精礦和綜合尾礦的化學(xué)多元素分析結(jié)果。

表3 綜合精礦和綜合尾礦化學(xué)多元素分析結(jié)果Table 3 Results of chemical composition of comprehensive concentrate and tailings %

由表3可知,綜合精礦中SiO2含量僅為3.97%,其他雜質(zhì)含量均低于鐵精礦標準要求。

表4所示為綜合精礦和綜合尾礦的鐵化學(xué)物相分析結(jié)果。

表4 綜合精礦和綜合尾礦的鐵化學(xué)物相分析結(jié)果Table 4 Chemical phase analysis of the iron for comprehensive concentrate and tailings %

由表4可知,綜合精礦以磁性鐵和赤鐵礦為主,說明大部分磁鐵礦和赤鐵礦等可回收鐵礦物在分選過程中進入綜合精礦。綜合尾礦中流失鐵礦物主要為赤鐵礦,另含有少量的硅酸鐵礦物,說明部分微細粒赤鐵礦及與脈石礦物連生的赤鐵礦在強磁選和反浮選過程中流失于尾礦中。目前強磁選設(shè)備和浮選設(shè)備對這部分微細粒級赤鐵礦的選別效率較差,該部分微細粒赤鐵礦回收難度較大,可通過研發(fā)新型選礦設(shè)備來實現(xiàn)這部分鐵礦物的經(jīng)濟回收。

4 結(jié) 論

（1）鞍千現(xiàn)場半自磨—粗粒濕式強磁預(yù)選精礦鐵品位43.42%,FeO含量9.18%,磁性率21%,屬于赤鐵礦石。試樣中可回收有價礦物為磁鐵礦及赤鐵礦,含量分別為33.30%、29.58%;赤鐵礦、磁鐵礦與脈石礦物連生主要為毗連型和包裹型。包裹連生體中鐵礦物粒度較細,難以從脈石礦物中解離出來。

（2）試樣進行攪拌磨磨礦—弱磁—強磁選試驗研究表明,攪拌磨磨礦的比生產(chǎn)率和磨礦效率較球磨磨礦分別提高了20倍和 17倍;在磨礦細度-0.038 mm占80%、弱磁選磁場強度79.58 kA/m、強磁選背景磁感應(yīng)強度700 mT的條件下,獲得了鐵品位68.40%、回收率52.39%的弱磁精礦,以及鐵品位51.00%、回收率42.07%的強磁精礦,強磁尾礦鐵品位8.07%,實現(xiàn)了弱磁選產(chǎn)出合格鐵精礦和強磁選拋尾的目標。

（3）強磁精礦反浮選試驗結(jié)果表明,在粗選pH值11.5、CaO用量 1 000 g/t、淀粉用量1 000 g/t、TD-Ⅱ用量1 000 g/t,精選TD-Ⅱ用量500 g/t的藥劑制度下,通過反浮選閉路試驗可獲得鐵精礦鐵品位67.08%、鐵回收率93.56%和尾礦鐵品位11.38%的浮選指標,實現(xiàn)了反浮選提質(zhì)降雜的目的。

（4）試樣經(jīng)過攪拌磨磨礦—弱磁—強磁—反浮選短流程工藝處理,最終得到了鐵品位68.02%、回收率91.78%的綜合精礦,綜合尾礦鐵品位8.62%。短流程工藝充分利用了試樣的性質(zhì)差異進行選別,實現(xiàn)了試樣的分質(zhì)分選和脈石的梯級拋除。本研究為短流程工藝在鞍千礦業(yè)有限責任公司的推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ),對同類型鞍山式赤鐵礦石的經(jīng)濟高效開發(fā)利用具有重要的指導(dǎo)意義。