鏡鐵山V礦體鐵礦石智能與強(qiáng)磁干式聯(lián)合預(yù)選試驗(yàn)研究

黃開偉 陳鐵軍 展仁禮 劉 偉

(1.武漢科技大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430081;2.冶金礦產(chǎn)資源高效利用與造塊湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430081;3.酒泉鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，甘肅 嘉峪關(guān) 735100)

我國鐵礦石資源儲(chǔ)量豐富，但總體稟賦差，采出后可直接進(jìn)入冶煉工藝的礦石十分稀少[1-2]。磨前預(yù)選拋出原礦中的圍巖，可簡化采礦方法、減少脈石礦物的入磨量、穩(wěn)定后續(xù)作業(yè)指標(biāo)和延長礦山年限，優(yōu)勢(shì)明顯[3]。

酒鋼V礦體鐵礦石屬于典型的低品位弱磁性鐵礦石，主要金屬礦物為褐鐵礦、菱鐵礦、鏡鐵礦，少量磁鐵礦、黃鐵礦、赤鐵礦，脈石礦物主要為重晶石、鐵白云石、堿性長石、方解石、石英等[4-6]。該礦體不僅鐵品位較低，且嵌布粒度較細(xì)、嵌布復(fù)雜，受選礦技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件的制約，一直未能得到較為合理的利用。目前國內(nèi)對(duì)于弱磁性鐵礦石的預(yù)選已有較多的研究，常用的方法為強(qiáng)磁預(yù)選，使用的設(shè)備主要有輥帶式強(qiáng)磁選機(jī)、永磁筒式磁選機(jī)、大粒度跳汰機(jī)等[7-10]。在鏡鐵山選礦現(xiàn)場(chǎng)采用單一強(qiáng)磁預(yù)選，入選礦石鐵品位得到較為明顯的提高，但同時(shí)尾礦鐵品位偏高，原礦鐵損失較大，因此需考慮引進(jìn)更為高效的預(yù)選技術(shù)。

智能光電預(yù)選是一種新興技術(shù)，主要利用的檢測(cè)手段有顏色、X射線熒光、X射線透射、放射線、近紅外光線、電磁感應(yīng)、激光誘導(dǎo)等[11-13]。智能光電預(yù)選設(shè)備中X射線智能分選機(jī)應(yīng)用較為廣泛，在非金屬、有色金屬和稀貴金屬領(lǐng)域獲得較好的拋廢效果[14-17]。單一使用X射線智能分選機(jī)進(jìn)行礦石預(yù)選，難以保證預(yù)選效果，主要與設(shè)備對(duì)于原料粒度要求較高有關(guān)?；诖?，對(duì)酒鋼鏡鐵山V礦體開展智能預(yù)選與強(qiáng)磁干式預(yù)選聯(lián)合拋廢試驗(yàn)，以探究難選鐵礦的高效預(yù)選工藝。

1 試樣性質(zhì)

本試驗(yàn)所用礦樣取自鏡鐵山礦V礦體，將其全部破碎至-45 mm，其中 15～45 mm粒級(jí)為本試驗(yàn)的礦樣，0～15 mm粒級(jí)礦樣因粒度較細(xì)用其他合適的選礦流程分選。對(duì)全粒級(jí)試樣進(jìn)行化學(xué)成分及鐵物相分析，結(jié)果分別見表1和表2。

表1 試樣化學(xué)成分分析結(jié)果Table 1 Analysis results of the chemical composition of the samples %

表2 試樣鐵物相分析結(jié)果Table 2 Analysis results of the iron phase of the samples %

由表1可知，試樣 TFe品位為 22.89%，其中15～45 mm粒級(jí)礦樣TFe品位為23.92%;脈石成分主要為 SiO2，有害雜質(zhì) S、P含量分別為 3.58%、0.01%。

由表2可知，試樣中鐵主要以磁鐵礦、碳酸鐵的形式存在，合計(jì)分布率為87.91%。

2 試驗(yàn)方法及設(shè)備

2.1 智能預(yù)選試驗(yàn)

2.1.1 試驗(yàn)設(shè)備及原理

本試驗(yàn)所用XNDT-104型智能分選機(jī)由清華大學(xué)精密儀器系和北京霍里思特科技公司聯(lián)合自主研發(fā)，主皮帶寬度1.6 m，主皮帶速度為3 m/s，可選粒度范圍為8～150 mm，處理量為40～150 t/h。

設(shè)備工作原理:在X射線透射作用下，利用不同礦物成分和性質(zhì)的差異，通過電腦識(shí)別建立各類礦石、圍巖信息庫;生產(chǎn)時(shí)，超高速X射線探測(cè)器采集系統(tǒng)對(duì)每一塊物料進(jìn)行透射識(shí)別，信號(hào)傳輸至電腦，電腦經(jīng)過后臺(tái)快速計(jì)算判定屬于礦石還是廢石，下達(dá)指令啟動(dòng)噴吹執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，精準(zhǔn)噴射識(shí)別廢石或礦石，實(shí)現(xiàn)礦廢分離。

2.1.2 試驗(yàn)過程

(1)對(duì)礦石進(jìn)行手工分揀。在收集到礦樣后，從V礦體礦樣中隨機(jī)抽取4袋(100 kg)，將各類典型圍巖和礦石利用手工分揀開來，對(duì)于每一種圍巖和礦石，均進(jìn)行制樣和化驗(yàn)，確定其基本性質(zhì)。

(2)智能分選機(jī)對(duì)各類礦石和圍巖進(jìn)行學(xué)習(xí)記憶。將分揀出的圍巖、礦石樣品置入智能分選機(jī)中，利用X射線透射、電腦識(shí)別記憶，建立V礦體鐵礦石、圍巖信息庫。

(3)探索性試驗(yàn)。取少量V礦體鐵礦石，對(duì)其進(jìn)行智能預(yù)選拋廢探索性試驗(yàn)，探索性試驗(yàn)結(jié)束后，將拋廢結(jié)果與手工分揀的效果進(jìn)行比照，若發(fā)現(xiàn)結(jié)果不一致的樣品，則對(duì)其進(jìn)行重復(fù)性試驗(yàn)，從而得到更為完善的V礦體礦石、圍巖信息庫。

(4)條件試驗(yàn)。對(duì)于V礦體原料，根據(jù)其粒度的不同而進(jìn)行不同拋廢率的智能預(yù)選拋廢條件試驗(yàn)，考察拋廢率由低到高時(shí)礦石品位提高幅度、尾礦品位及金屬回收率變化情況，確定V礦體鐵礦石的最佳拋廢比例。

(5)穩(wěn)定試驗(yàn)。利用條件試驗(yàn)所確定出的最佳參數(shù)，進(jìn)行擴(kuò)大給料量的穩(wěn)定試驗(yàn)，考察在較大給料量的連續(xù)性試驗(yàn)過程中設(shè)備的穩(wěn)定性和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性。

2.2 強(qiáng)磁干式預(yù)選試驗(yàn)

2.2.1 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)所用強(qiáng)磁選設(shè)備為T-QCG型干式強(qiáng)磁選機(jī)，外形尺寸為φ300 mm×900 mm，磁場(chǎng)強(qiáng)度為850 mT，皮帶厚度為2 mm，筒體表面線速度可調(diào)，單機(jī)處理量為10～20 t/h。該設(shè)備具有配置簡單、單位機(jī)重處理量高、分選效果好、生產(chǎn)成本低的特點(diǎn)。采用上磁滾筒加下輥輪的配置，物料首先經(jīng)過中磁的上磁滾筒選別出強(qiáng)磁性礦物，再進(jìn)入下面的強(qiáng)磁輥選別，能夠充分吸附分選弱磁性礦物。

2.2.2 試驗(yàn)過程

由于強(qiáng)磁干式預(yù)選對(duì)于粒度要求較為精細(xì)，將給礦篩分為30～45 mm(A1)和15～30 mm(A2)2個(gè)粒級(jí)進(jìn)行強(qiáng)磁干式預(yù)選試驗(yàn)，試驗(yàn)采用1粗1掃，筒體中心與分離隔板間距238 mm、磁感應(yīng)強(qiáng)度均為850 mT。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 智能預(yù)選拋廢試驗(yàn)

3.1.1 條件試驗(yàn)

對(duì)15～45mm粒級(jí)試樣(TFe品位23.92%)開展7個(gè)不同拋廢率的條件試驗(yàn)，確定最佳拋廢比例，試驗(yàn)每次給礦量為150 kg，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 智能預(yù)選拋廢條件試驗(yàn)結(jié)果Table 3 The results of the intelligent pre-selection discarding condition tests %

由表3可知，隨著拋廢率的提高，精、尾礦TFe品位均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，精礦TFe回收率呈下降趨勢(shì)。綜合考慮，確定適宜的拋廢率為16.31%，此時(shí)智能預(yù)選精礦TFe品位為26.53%、TFe回收率92.83%。

3.1.2 穩(wěn)定試驗(yàn)

為了考察設(shè)備的穩(wěn)定性和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性，對(duì)適宜拋廢率附近的2個(gè)條件(拋廢率13%和拋廢率20%)進(jìn)行了穩(wěn)定試驗(yàn)。穩(wěn)定試驗(yàn)的給礦量分別為932.4 kg、932.6 kg，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

由表4可知，當(dāng)拋廢率為13.20%時(shí)，尾礦TFe品位為10.12%、精礦TFe回收率為94.42%，TFe品位提高2.25個(gè)百分點(diǎn);當(dāng)拋廢率提高至20.39%時(shí)，尾礦 TFe品位升高至 12.08%、精礦 TFe回收率為89.70%，TFe品位提高3.03個(gè)百分點(diǎn)。穩(wěn)定試驗(yàn)結(jié)果與條件試驗(yàn)結(jié)果基本一致，說明使用智能分選機(jī)進(jìn)行拋廢數(shù)據(jù)可靠，具有較高的可行性。

3.2 強(qiáng)磁干式預(yù)選試驗(yàn)

將拋廢率16.31%情況下的智能預(yù)選精礦分為30～45 mm(A1)和15～30 mm(A2)粒級(jí)分別進(jìn)行強(qiáng)磁干式預(yù)選試驗(yàn)，所分粒級(jí)樣產(chǎn)率、TFe品位和分布率如表5所示。

表5 2種粒級(jí)樣產(chǎn)率及TFe品位和分布率Table 5 Yield，TFe grade and distribution rate of two kinds of grain size samples

3.2.1 A1礦樣粗選筒體表面線速度試驗(yàn)

固定筒體中心與分離隔板間距為238 mm、磁感應(yīng)強(qiáng)度為850 mT、給礦量為50 kg、給礦粒度 30～45 mm，A1礦樣粗選筒體表面線速度試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 不同筒體表面線速度下A1礦樣粗選試驗(yàn)結(jié)果Table 6 Test results of roughing separation of A1 ore samples with different surface linear velocity of cylinder

由表6可知，隨著筒體表面線速度增加，拋出的尾礦量增多，精礦TFe品位升高。綜合考慮，確定A1粒級(jí)樣粗選適宜的筒體表面線速度為0.70 m/s，此時(shí)精礦TFe品位為29.03%、回收率70.91%。

3.2.2 A2礦樣粗選筒體表面線速度試驗(yàn)

固定筒體中心與分離隔板間距為238 mm、磁感應(yīng)強(qiáng)度為850 mT、給礦量為40 kg、給礦粒度 15～30 mm，A2礦樣粗選筒體表面線速度試驗(yàn)結(jié)果見表7。

表7 不同筒體表面線速度下A 2礦樣粗選試驗(yàn)結(jié)果Table 7 Test results of roughing separation of A2 ore samples with different surface linear velocity of cylinder

由表7可知，隨著筒體表面線速度增加，拋出的尾礦量增多，精礦TFe品位升高。綜合考慮，確定A2粒級(jí)樣粗選適宜的筒體表面線速度為0.85 m/s，此時(shí)精礦TFe品位為30.03%、回收率78.09%。

3.2.3 A1和A2粒級(jí)樣強(qiáng)磁干式預(yù)選試驗(yàn)

固定筒體中心與分離隔板間距為238 mm，對(duì) A1和A2礦樣分別進(jìn)行1粗1掃強(qiáng)磁干式預(yù)選開路試驗(yàn)，其中，A1礦樣強(qiáng)磁干式預(yù)選粗選和掃選的筒體表面線速度分別選取0.70 m/s和0.60 m/s，A2 礦樣強(qiáng)磁干式預(yù)選粗選和掃選的筒體表面線速度分別選取0.85 m/s和0.70 m/s，2次磁感應(yīng)強(qiáng)度均為850 mT，試驗(yàn)結(jié)果如表8所示。

表8 強(qiáng)磁干式預(yù)選試驗(yàn)結(jié)果Table 8 Test results of the high magnetic dry-type pre-separation

由表8可知，對(duì)于粒度為30～45 mm的智能預(yù)選精礦，強(qiáng)磁預(yù)選可拋除作業(yè)產(chǎn)率為15.04%、TFe作業(yè)回收率為8.29%的尾礦，精礦TFe品位提升了2.04個(gè)百分點(diǎn);對(duì)于粒度為15～30 mm的智能預(yù)選精礦，強(qiáng)磁預(yù)選可拋除作業(yè)產(chǎn)率為10.97%、TFe作業(yè)回收率為5.79%的尾礦，精礦TFe品位提升了1.54個(gè)百分點(diǎn)。結(jié)果表明，經(jīng)過智能預(yù)選后的礦樣，再進(jìn)行強(qiáng)磁預(yù)選后，其鐵品位仍有提升，且對(duì)于不同粒度的智能預(yù)選精礦的選別效果有一定的差異，其中，粒度為30～45 mm的智能預(yù)選精礦的強(qiáng)磁預(yù)選效果更好。

3.3 聯(lián)合拋廢工藝全流程試驗(yàn)

根據(jù)條件試驗(yàn)結(jié)果，采用智能預(yù)選—強(qiáng)磁干式預(yù)選(1粗1掃)工藝進(jìn)行聯(lián)合拋廢全流程試驗(yàn)，數(shù)質(zhì)量流程見圖1，結(jié)果見表9。

表9 聯(lián)合拋廢工藝試驗(yàn)結(jié)果Table 9 Test results of combined discarding process

圖1 聯(lián)合拋廢工藝數(shù)質(zhì)量流程Fig.1 The numerical quality flow sheet of combined discarding process

由表9可知，采用智能預(yù)選—強(qiáng)磁干式預(yù)選(1粗1掃)工藝進(jìn)行聯(lián)合拋廢全流程試驗(yàn)，可拋除總產(chǎn)率為24.12%、TFe回收率為11.95%的尾礦，精礦TFe品位提升了3.85個(gè)百分點(diǎn)，取得了較好的預(yù)選指標(biāo)。

4 結(jié) 論

(1)對(duì)于TFe品位為23.92%、粒度范圍為15～45mm粒級(jí)樣，適宜的拋廢率為16.31%，此時(shí)TFe品位為26.53%、回收率92.83%。拋廢率為13.20%和20.39%的穩(wěn)定試驗(yàn)結(jié)果與條件試驗(yàn)結(jié)果基本一致，表明智能預(yù)選試驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠。

(2)A1粒級(jí)樣(30～45 mm)粗選適宜的筒體表面線速度為0.70 m/s，此時(shí)精礦TFe品位為29.03%、回收率70.91%;A2粒級(jí)樣(15～30 mm)粗選適宜的筒體表面線速度為0.85 m/s，此時(shí)精礦TFe品位為30.03%、回收率78.09%。

(3)粒度為30～45 mm的智能預(yù)選精礦通過強(qiáng)磁干式預(yù)選，可拋除作業(yè)產(chǎn)率為15.04%、TFe作業(yè)回收率為8.29%的尾礦，精礦TFe品位提升了2.04個(gè)百分點(diǎn);粒度為15～30 mm的智能預(yù)選精礦通過強(qiáng)磁干式預(yù)選，可拋除作業(yè)產(chǎn)率為10.97%、TFe作業(yè)回收率為5.79%的尾礦，精礦TFe品位提升了1.54個(gè)百分點(diǎn)。粒度為30～45 mm的智能預(yù)選精礦的強(qiáng)磁干式預(yù)選效果更好。

(4)采用智能預(yù)選—強(qiáng)磁干式預(yù)選(1粗1掃)工藝進(jìn)行聯(lián)合拋廢處理15～45 mm粒級(jí)礦樣，可拋除總產(chǎn)率為24.12%、TFe回收率為11.95%的尾礦，精礦TFe品位提升了3.85個(gè)百分點(diǎn)，預(yù)選效果較好。