鞍千預(yù)選混磁精礦攪拌磨細(xì)磨—磁選—反浮選工藝研究

范喜杰，韋文杰，徐冬林，李慧，張淑敏，劉杰，李艷軍

1.鞍鋼集團(tuán) 鞍千礦業(yè)責(zé)任有限公司，遼寧 鞍山114043；2.東北大學(xué) 資源與土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110819

引言

鐵礦石作為生產(chǎn)鋼鐵的主要原材料，對我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、國防安全具有重要支撐作用[1-3]。我國鐵礦資源分布廣、儲量大、品位低的特點，決定了我國礦產(chǎn)資源開發(fā)利用的難度和提高開發(fā)利用水平的重要性[4-6]。鞍千鐵礦石是我國重要的鐵礦資源，但隨著近年來開采深度的逐漸加大，礦石性質(zhì)已經(jīng)發(fā)生較大變化，目前選廠的工藝流程并不能很好地適應(yīng)現(xiàn)在新開采的礦石性質(zhì)，現(xiàn)有工藝值得關(guān)注以下幾點：(1)重選精礦品位低，波動大，為了保證綜合精礦品位滿足生產(chǎn)指標(biāo)要求，浮選作業(yè)提質(zhì)降雜困難；(2)選別工藝包含重選、磁選、浮選三種主要工藝，流程長而復(fù)雜，不易控制；(3)入選礦石中磁性礦含量增加，應(yīng)進(jìn)一步強化磁選分選效率。磨礦作業(yè)作為選前準(zhǔn)備的重要一環(huán)，不僅直接影響著后續(xù)選別指標(biāo)，還很大程度上左右選別成本。與傳統(tǒng)球磨機相比，陶瓷球攪拌磨具有效率高、能耗低、產(chǎn)品粒度窄、產(chǎn)品污染少等特點，且在同類選廠已有應(yīng)用[7]，因此有必要引入新的磨礦設(shè)備陶瓷球攪拌磨，進(jìn)行短流程優(yōu)化試驗，這對鞍千礦業(yè)及齊大山地區(qū)鐵礦選礦工藝指標(biāo)改善具有重要意義[8-9]。近年來，隨著新技術(shù)與理念的不斷應(yīng)用，推動了工藝礦物學(xué)的快速發(fā)展。尤其在低品位、共伴生、復(fù)雜難選冶等礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用中，工藝礦物學(xué)的作用更為明顯[10-13]。本次以鞍千選礦廠半自磨—濕式預(yù)選的混磁精礦為研究目標(biāo)，運用化學(xué)分析、光學(xué)顯微鏡觀察、X射線衍射等手段進(jìn)行全面的工藝礦物學(xué)特性分析，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行攪拌磨—短流程優(yōu)化試驗，旨在為提升選別指標(biāo)及改進(jìn)現(xiàn)場工藝流程奠定基礎(chǔ)。

1 礦樣的工藝礦物學(xué)特性

1.1 礦樣的化學(xué)組成

本研究所采用的礦樣為鞍千礦業(yè)公司的半自磨—濕式預(yù)選的混磁鐵精礦。為確定樣品主要化學(xué)組成，對礦樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果見表1。

表1 預(yù)選混磁精礦化學(xué)成分分析 /%

由表1可知，預(yù)選混磁精礦TFe品位42.91%，礦石中硫和磷等有害元素含量不高。

1.2 礦樣的鐵物相組成

礦樣中鐵物相分析結(jié)果如表2所示。

表2 鐵物相分析 /%

由表2可知，預(yù)選混磁精礦中的鐵主要分布在磁性鐵及赤(褐)鐵礦中，其含量分別為21.77%、20.51%，分布率分別為50.73%、47.80%。碳酸鐵、硅酸鐵和硫化鐵中的鐵含量較少。因此，磁鐵礦和赤褐鐵礦是主要的回收目標(biāo)。

1.3 礦樣的礦物組成

借助光學(xué)顯微鏡對礦樣的礦物組成進(jìn)行探究，如圖1所示。

圖1 礦樣中主要礦物及其含量

由圖1可知，該礦樣中金屬礦物主要為磁鐵礦及赤鐵礦，含量分別為33.30%、29.58%，其次為少量的褐鐵礦和黃鐵礦，含量分別為0.15%和0.02%，其余為非金屬礦物，含量為36.95%，非金屬礦物主要為石英。

1.4 主要礦物解離情況及連生體特征

礦樣中鐵礦物主要為赤鐵礦和磁鐵礦，是主要回收礦物，其單體解離度和連生情況的考察結(jié)果對下一步的提純除雜工作具有指導(dǎo)意義。礦樣解離情況見圖2。

圖2 礦樣中赤鐵礦、磁鐵礦解離情況

由圖2(a)可見，單體赤鐵礦含量為57.47%，赤鐵礦的連生體主要為赤鐵礦與脈石礦物形成的連生體，含量為28.51%，其次為赤鐵礦與磁鐵礦形成的連生體，赤鐵礦與磁鐵礦、脈石礦物形成的連生體，含量分別為6.73%和6.46%，還有少量赤鐵礦與褐鐵礦形成的連生體，含量為0.83%。由圖2(b)可知，單體磁鐵礦含量為38.15%，連生體較多，依次為磁鐵礦與赤鐵礦形成的連生體，磁鐵礦與赤鐵礦、脈石礦物形成的連生體，及磁鐵礦與脈石礦物形成的連生體，含量分別為27.93%、20.30%和13.62%。

樣品中赤鐵礦、磁鐵礦與脈石礦物形成的連生體含量較多，這部分連生體對鐵礦物回收影響最大。因此，對赤鐵礦與脈石礦物的結(jié)合類型，及磁鐵礦與脈石礦物的結(jié)合類型分別進(jìn)行統(tǒng)計，結(jié)果見圖3。

圖3 赤鐵礦、磁鐵礦與脈石礦物結(jié)合類型

由圖3(a)可知，赤鐵礦與脈石礦物的連生體中，毗連型連生體最多，含量為70.29%；其次為反包裹型連生體，含量為22.72%；包裹型連生體相對含量最少，含量為6.99%。由圖3(b)可知，磁鐵礦與脈石礦物的連生體主要為毗連型和反包裹型連生體，含量分別為48.37%和43.14%，包裹型連生體含量為8.49%。

赤鐵礦和磁鐵礦與脈石礦物形成的連生體中，反包裹型連生體相對含量均較高，這部分鐵礦物中包含的脈石礦物往往顆粒細(xì)小，難以從鐵礦物中解離出來，是影響鐵精礦品位的主要因素之一。

圖4為試樣中主要鐵礦物的產(chǎn)出特性。鐵礦物與脈石礦物多呈毗鄰型連生(見圖4(a)、(b))；鐵礦物包裹微細(xì)粒脈石礦物呈反包裹型(見圖4(c))；赤鐵礦以細(xì)?；蛭⒓?xì)粒鑲嵌于脈石礦物中呈包裹型(見圖4(d))。包裹連生體中鐵礦物往往顆粒細(xì)小，需細(xì)磨才能將其與脈石礦物解離。

圖4 主要鐵礦物產(chǎn)出特征

1.5 主要礦物浸染粒度

礦石中赤鐵礦和磁鐵礦為主要回收礦物，粒度測定結(jié)果見圖5(a)和5(b)。

由圖5(a)可知，赤鐵礦中+75 μm粒級中含量為34.54%，在-38 μm粒級含量為25.32%，可見赤鐵礦粒度不均勻，在各粒級中分布較平均，總體以中細(xì)粒為主。

由圖5(b)所示數(shù)據(jù)可知，磁鐵礦粒度分布特征與赤鐵礦相似，磁鐵礦+75 μm粒級含量為28.83%，-38 μm粒級含量為29.30%，可見磁鐵礦粒度不均勻，在各粒級中分布較平均，較赤鐵礦略細(xì)一些。

圖5 赤鐵礦和磁鐵礦粒度統(tǒng)計結(jié)果

通過對預(yù)先混磁精礦的工藝礦物學(xué)研究，該礦樣主要有以下幾個特點：

(1)混磁精礦的金屬礦物主要為赤鐵礦和磁鐵礦，其他金屬礦物為少量黃鐵礦，磁鐵礦和赤鐵礦為主要回收礦物。

(2)赤鐵礦和磁鐵礦的單體解離度均較低，赤鐵礦與脈石礦物的連生體含量較高；磁鐵礦與赤鐵礦、脈石礦物結(jié)合形成的連生體，及磁鐵礦與脈石礦物結(jié)合形成的連生體含量均較高。

(3)鐵礦物與脈石礦物的連生體中，赤鐵礦與脈石礦物的結(jié)合類型多為毗鄰型，其余依次為反包裹型和包裹型連生體，而磁鐵礦與脈石礦物的結(jié)合類型主要為毗鄰型和反包裹型，包裹型連生體次之。赤鐵礦和磁鐵礦反包裹型連生體含量較高，反包裹型連生體中因脈石礦物粒度細(xì)小，難以從鐵礦物中解離出來，將影響鐵精礦品位。

(4)赤鐵礦和磁鐵礦的粒度分布不均勻，粒度均以中細(xì)粒為主，在細(xì)粒級中分布率均較高。

2 試驗研究

2.1 試驗方案的確定

鑒于礦石中主要目的礦物是磁鐵礦和赤鐵礦，由于磁鐵礦和赤鐵礦的單體解離度均較低，且與脈石礦物結(jié)合形成的連生體較多，在細(xì)粒級中分布較多，因此選別前需細(xì)磨，達(dá)到有用礦物和脈石礦物的單體解離。與傳統(tǒng)球磨機相比，陶瓷球攪拌磨具有效率高、能耗低、產(chǎn)品粒度范圍窄、產(chǎn)品污染少等特點，且在同類選礦廠已有應(yīng)用，故本試驗采用陶瓷球攪拌磨對混磁精礦進(jìn)行細(xì)磨，通過弱磁精礦指標(biāo)確定最佳磨礦細(xì)度。磁選段采用弱磁選直接選出合格的鐵精礦，弱磁尾礦進(jìn)行強磁選，強磁選的精礦通過反浮選進(jìn)行提鐵除雜。因此確定的試驗流程是預(yù)先混磁精礦攪拌磨機細(xì)磨—弱磁選—強磁選—反浮選流程。

2.2 試驗方法與設(shè)備

磨礦作業(yè)采用實驗室自制設(shè)備立式陶瓷球攪拌磨機，型號SLJM-1.5L。弱磁選采用武漢洛克粉磨設(shè)備制造有限公司生產(chǎn)的弱磁選機，型號RK/CRS-Ф400×300，強磁選采用沈陽隆基電磁科技有限公司生產(chǎn)的立式感應(yīng)濕式強磁選機，型號LGS-100。

3 選礦試驗結(jié)果

3.1 磨礦—磁選

本節(jié)考察了使用攪拌磨對磨礦效果的影響。在弱磁選磁場強度為0.1 T、強磁選磁場強度為0.7 T的條件下，考察磨礦細(xì)度-38 μm含量分別為50%、60%、70%、80%、90%和95%對弱磁精礦指標(biāo)的影響。試驗流程見圖6，試驗結(jié)果見圖7。

由圖7可知，隨著磨礦細(xì)度的提高，鐵礦物與脈石解離程度提高，弱磁精礦的鐵品位提高，但帶有少量鐵礦物顆粒的連生體，受到的磁力作用減小，連生體進(jìn)入尾礦，導(dǎo)致弱磁精礦鐵回收率有所下降。試驗結(jié)果表明，磨礦細(xì)度對弱磁精礦指標(biāo)有非常大的影響。綜合考慮選別指標(biāo)，為了得到合格的弱磁精礦，選定磨礦細(xì)度為-38 μm含量占80%，此時可獲得TFe品位68.11%、回收率53.16%的弱磁精礦產(chǎn)品。

圖6 磨礦—磁選試驗流程

圖7 磨礦細(xì)度對弱磁選鐵精礦指標(biāo)的影響

然后在磨礦細(xì)度為-38 μm含量占80%時，考察強磁場磁感應(yīng)強度分別為0.3、0.4、0.5、0.6、0.7和0.8 T對強磁精礦指標(biāo)的影響，試驗結(jié)果見圖8。

圖8 磁場強度對強磁選鐵精礦指標(biāo)的影響

由圖8可知，隨著磁場磁感應(yīng)強度的提高，強磁精礦鐵品位總體呈現(xiàn)下降趨勢，鐵回收率逐漸提高；同時，強磁精礦作為浮選給礦，精礦品位對浮選影響較大。綜合考慮，確定最佳的強磁選磁場強度場強為0.7 T。

因此，在磨礦—磁選條件試驗中，確定弱磁選磁場磁感應(yīng)強度為0.1 T、磨礦細(xì)度為-38 μm 含量占80%，強磁背景磁場強度為0.7 T。在此條件下，進(jìn)行了驗證試驗并得到反浮選的給料(強磁精礦)。試驗所獲得的弱磁精礦TFe品位為68.08%、鐵回收率52.24%，強磁精礦TFe品位50.84%、鐵作業(yè)回收率42.35%，強磁選尾礦TFe品位7.96%。

3.2 強磁精礦反浮選

為了進(jìn)一步提高強磁精礦產(chǎn)品品位，獲得合格鐵精礦，針對TFe品位50.84%的強磁精礦產(chǎn)品進(jìn)行反浮選提鐵除雜試驗研究。試驗選用鐵礦抑制劑為淀粉，捕收劑為新研發(fā)的復(fù)配捕收劑，代號為TF-3，能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。

在礦漿pH為11.5、CaO用量1 000 g/t、粗選捕收劑用量1 000 g/t和精選捕收劑用量500 g/t條件下，分別進(jìn)行了800、900、1 000、1 100和1 200 g/t的淀粉用量試驗研究。試驗流程見圖9，試驗結(jié)果見圖10。

圖9 強磁精礦反浮選流程

圖10 抑制劑用量對反浮選鐵精礦指標(biāo)的影響

由圖10可知，當(dāng)?shù)矸塾昧坑?00 g/t增加到1 200 g/t時，淀粉對預(yù)選混磁精礦中鐵礦物的抑制作用逐漸增強，浮選精礦鐵品位呈現(xiàn)先提高后下降趨勢，當(dāng)?shù)矸塾昧窟_(dá)到900 g/t時，精礦鐵品位最高，為67.72%；精礦鐵回收率同樣呈現(xiàn)先逐漸升高后逐漸降低趨勢。綜合考慮精礦鐵品位及鐵回收率，選擇淀粉用量為1 000 g/t，此時精礦鐵品位為67.46%、鐵回收率為74.64%。在抑制劑淀粉用量為1 000 g/t、礦漿pH為11.5和CaO 1 000 g/t的條件下，選取不同的捕收劑用量800、900、1 000、1 100和1 200 g/t進(jìn)行捕收劑TF-3用量試驗研究。試驗流程見圖9，試驗結(jié)果見圖11。

圖11 捕收劑用量對反浮選鐵精礦指標(biāo)的影響

由圖11可知，隨著浮選捕收劑用量增加，脈石礦物石英和連生體獲得有效捕收，鐵精礦中脈石礦物的含量減少，鐵精礦TFe品位逐漸增加。由于捕收劑的用量增加，部分未解離充分的鐵礦物隨脈石和連生體進(jìn)入尾礦，使精礦鐵回收率逐漸降低。綜合考慮精礦鐵品位和鐵回收率指標(biāo)，確定合理的粗選捕收劑用量為1 000 g/t。

根據(jù)浮選條件試驗，確定了強磁精礦最佳的浮選藥劑制度，其中浮選藥劑制度為：礦漿pH為11.5，淀粉用量1 000 g/t，CaO用量1 000 g/t，粗選捕收劑TF-3用量1 000 g/t，精選捕收劑用量500 g/t。在該藥劑制度下，進(jìn)行一次粗選一次精選三次掃選的反浮選閉路試驗，中礦順序返回，浮選試驗結(jié)果見表3。

表3 強磁精礦反浮選閉路試驗結(jié)果 /%

然后由圖6得到的弱磁精礦和圖9得到的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，結(jié)果見表4。

表4 選礦綜合指標(biāo) /%

由表4可知，綜合精礦鐵品位TFe品位67.68%、回收率91.88%，綜合尾礦TFe品位為8.83%。

3.3 產(chǎn)品性質(zhì)分析

浮選精礦、浮選尾礦、強磁選尾礦化學(xué)成分分析結(jié)果分別見表5、表6和表7，強磁選尾礦鐵物相分析結(jié)果見表8，浮選產(chǎn)品XRD分析結(jié)果如圖12所示。

表5 浮選精礦化學(xué)成分分析結(jié)果 /%

表5結(jié)果表明，浮選精礦鐵品位67.15%，硫和磷等有害元素含量不高。

表6 浮選尾礦化學(xué)成分分析結(jié)果 /%

表6結(jié)果表明，浮選尾礦鐵品位11.38%，其中FeO占1.92%，SiO2含量為67.05%。

表7 強磁選尾礦化學(xué)成分分析結(jié)果 /%

表7結(jié)果表明，強磁尾礦TFe品位8.07%，其中FeO占3.20%，SiO2含量達(dá)81.57%。

表8 強磁選尾礦鐵物相分析結(jié)果 /%

表8分析結(jié)果可知，強磁尾礦中的鐵元素主要分布在赤褐鐵礦物中，其含量為6.85%，分布率達(dá)到了84.26%，硅酸鐵礦物中的鐵次之，含量為0.86%，分布率為10.58%。

圖12 浮選產(chǎn)品XRD分析結(jié)果

由圖12(a)所示，浮選精礦主要由赤鐵礦組成。由圖12(b)所示，浮選尾礦主要由石英及赤鐵礦組成，說明部分未解離充分的鐵礦物隨脈石和連生體進(jìn)入尾礦，導(dǎo)致尾礦中鐵損失較高。

4 結(jié)論

(1)鞍千預(yù)先混磁精礦中鐵含量為42.91%、FeO含量為8.95%。金屬礦物主要為磁鐵礦和赤鐵礦，為主要回收礦物，其次為少量的褐鐵礦和黃鐵礦，非金屬礦物主要為石英。赤鐵礦和磁鐵礦的單體解離度均較低，赤鐵礦和磁鐵礦與脈石礦物連生體含量較多，主要為毗連型和反包裹型連生體，包裹連生體中鐵礦物顆粒細(xì)小，赤鐵礦和磁鐵礦的粒度分布不均勻，粒度均以中細(xì)粒為主。

(2)依據(jù)工藝礦物學(xué)研究的結(jié)果，樣品需細(xì)磨才能將鐵礦物與脈石礦物解離，確定了預(yù)先混磁精礦攪拌磨機磨礦—弱磁選—強磁選—反浮選流程；磨礦—磁選試驗結(jié)果表明，在磨礦細(xì)度-38 μm占80%、弱磁選磁場磁感應(yīng)強度0.1 T、強磁選磁場磁感應(yīng)強度0.7 T的條件下，獲得弱磁精礦TFe品位為68.08%、鐵回收率52.24%，強磁精礦TFe品位50.84%、鐵回收率42.35%和強磁選尾礦TFe品位7.96%的選別指標(biāo)。

(3)TFe品位50.84%的強磁精礦產(chǎn)品在礦漿pH值為11.5、淀粉用量1 000 g/t、CaO用量1 000 g/t、粗選捕收劑TF-3用量1 000 g/t、精選捕收劑用量500 g/t 條件下進(jìn)行反浮選提鐵除雜試驗，閉路試驗一次粗選一次精選三次掃選可獲得TFe品位67.15%、回收率93.59%的浮選精礦，尾礦TFe品位11.19%；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，最終得到TFe品位67.68%、回收率91.88%的綜合精礦，綜合尾礦TFe品位為8.83%。