梅山鐵礦2～0.5 mm混合鐵礦磨前預選工藝優(yōu)化試驗研究

張祖剛

(寶武資源南京梅山礦業(yè)公司,江蘇 南京 210041)

我國鐵礦資源儲量豐富,但貧礦多富礦少,礦石類型復雜,伴生、共生組分多,鐵礦物嵌布粒度細,選礦生產成本高,而磨前預選技術是實現(xiàn)“多碎少磨、能拋早拋”和降低選礦生產成本的有效手段[1]。梅山鐵礦為巖漿后期陸相火山—熱液侵入型鐵礦床,賦存于輝石閃長玢巖和安山巖侵入接觸帶中,礦物組成復雜,結構構造多樣,含有硫、磷等鋼鐵冶煉的有害雜質。隨著采礦逐年向深部開采,磁性礦含量下降,赤(褐)鐵礦、菱鐵礦比例上升,多種鐵礦物并存,嵌布粒度不均,菱鐵礦中含有鐵白云石品位低且與赤鐵礦緊密共生,不同弱磁性礦物間比磁化系數(shù)差別很小,屬于典型復雜難選混合鐵礦石[2]。梅山鐵礦為提高磨前預選的選別精度,采用分級預選拋廢流程,而磨前2～0.5 mm磁選系統(tǒng)預選流程為弱磁—強磁預選工藝,采用“一粗一掃”常規(guī)筒式磁選機進行分選,存在尾礦金屬流失、設備故障多等問題。為此,開展該粒級預選工藝優(yōu)化試驗研究、提高金屬回收率就顯得十分必要。

1 試樣性質

梅山鐵礦原礦中主要鐵礦物為磁鐵礦、假象半假象赤鐵礦、赤鐵礦和菱鐵礦,含有少量的黃鐵礦、褐鐵礦和含鐵硅酸鹽礦物,菱鐵礦與菱鎂礦存在完全類質同象,菱鐵礦實際品位僅在40%左右,遠低于理論鐵品位48%;脈石礦物主要有石英、方解石,還有少量磷灰石、透輝石、長石和白云母等,圍巖中暗色礦物為富含鐵鎂的硅酸鹽礦物。對梅山磨前2～0.5 mm系統(tǒng)7天14個班次的原礦化學多元素分析見表1,原礦鐵物相分析結果見表2。

表1 梅山2～0.5mm系統(tǒng)原礦化學多元素分析Table 1 Chemical multi element analysis of raw ore in Meishan 2-0.5 mm system %

表2 梅山2～0.5mm系統(tǒng)原礦試樣鐵物相分析Table 2 Iron phase analysis of raw ore samples from Meishan 2-0.5 mm system %

從表1及表2分析結果可以看出,梅山2～0.5 mm原礦試樣屬于混合型鐵礦石,TFe品位為37.01%,其中磁鐵礦Fe3O4占比45.15%,赤(褐)鐵礦Fe2O3占比25.97%,為需要回收的主要目的礦物,理論回收率為71.12%,難點在于提高赤(褐)鐵礦Fe2O3的回收效果。

2 原磨前預選工藝流程及存在問題

2.1 原磨前2～0.5 mm預選工藝流程

梅山鐵礦入選原礦經直線篩洗礦后先分為50～20 mm、20～2 mm和2～0 mm 3個粒級,泵送2～0 mm礦漿至圓弧篩隔出+5 mm粗顆粒,再由濃縮錐斗分為2～0.5 mm和-0.5 mm兩個粒級礦漿。梅山鐵礦2～0.5 mm磨前預選系統(tǒng)原流程采用“一粗(2 000 Gs)一掃(6 000 Gs)”兩段配置的常規(guī)永磁筒式磁選機進行濕式分選,弱磁精礦、強磁精礦和+5 mm粗顆粒合并為該粒級預選精礦,強磁尾礦經螺旋和高頻篩脫水后+0.3 mm作為機制砂銷售,-0.3 mm為濕尾。磨前預選2～0.5 mm原生產工藝流程如圖1所示。

圖1 磨前預選2～0.5 mm原生產工藝流程Fig.1 Pre-select 2-0.5 mm original production process before grinding

2.2 原磨前2～0.5 mm預選工藝流程存在問題

(1) 原磨前預選工藝指標差、金屬流失嚴重。原磨前預選2～0.5 mm系統(tǒng)采用弱磁—強磁筒式磁選機濕式選別流程,存在尾礦品位高、精礦卸礦困難、選礦效率低等問題。先后于2013年11月21日和2018年5月17日組織技術人員進行流程考察,兩次流程考察的精礦品位為57.03%、53.04%,尾礦品位分別為23.24%、23.91%,選別效果較差,尾礦品位偏高;2～0.5 mm粒級產率(對原礦)分別為16.14%、17.87%。

(2) 工藝流程復雜,設備臺套多、故障多。目前磨前預選2～0.5 mm系統(tǒng)有1臺圓弧除渣篩、4臺筒式弱磁機和4臺筒式強磁機,使用的CT1024弱磁機、強磁機故障多,主要為槽體和磁滾筒間隙小、分選空間狹小,粗顆粒把筒體硫化橡膠和陶瓷片磨壞,原來易磨損的銅軸瓦已逐步更換為大軸承,平均每6個月進行1次包膠、貼陶瓷片并同時更換兩端軸承、密封件、標準件等。

3 磨前2～0.5 mm預選工藝優(yōu)化試驗研究

3.1 外磁系磁選機的分選過程及結構特征

外磁系磁選機基于不同礦物之間比磁化系數(shù)、密度和動態(tài)離心力的差異,將分選過程中的重力、離心力等競爭力變成分選協(xié)同力,利用重力、磁力和離心力協(xié)同作用來進行物料分選,是一種磁—重復合力場選礦機。待選物料從筒體較高端的給礦槽經給料器給入,分選筒為礦漿槽,在一個由外置固定磁系裝置產生的非均勻磁場分選空間內旋轉,此時物料中的磁性礦物受磁力、重力和離心力聯(lián)合作用,吸附在分選筒內壁上,隨分選筒一起旋轉,在漂洗區(qū)漂洗后,旋轉至頂部無磁區(qū)時,磁性礦物在自身重力和卸礦水流沖洗作用下卸落進入精礦槽內收集,由精礦槽流入精礦排礦箱;非磁性物則沿著分選筒的內壁流經弱磁場區(qū)、強磁場區(qū),軸向流入尾礦排礦箱,實現(xiàn)了磁性礦與非磁性礦的分離,整個分選過程結束[3-4]。外磁系筒式磁選機的分選原理見圖2。

圖2 外磁系筒式磁選機的分選原理Fig.2 Separation principle of cylindrical magnetic separator with external magnetic system

外磁系永磁筒式磁選機結構如圖3所示。分選空間設計為分選區(qū)、漂洗區(qū)和卸礦區(qū),卸礦區(qū)排料間隙大,粗粒級礦物易通過,其合適分選粒度范圍可為0～20 mm,可寬粒級入料分選。弧形磁系外置于分選筒外部并包圍分選筒,在分選筒內表面形成強弱有序的非均勻磁場,為內斂式磁路結構。由于該弧形磁系的分選磁極面為凹面,分選空間內磁力線呈內斂分布狀態(tài),磁場分布近似于半閉合磁系,磁感應強度和磁場梯度都得到了增強,磁場作用深度大。

圖3 外磁系筒式磁選機結構示意圖Fig.3 Structural diagram of cylindrical magnetic separator with external magnetic system

3.2 磨前2～0.5 mm預選工藝流程優(yōu)化

針對梅山混合鐵礦性質,提出弱磁、強磁分段設計,弱磁用“翻轉”磁系,優(yōu)化磁路結構和磁場強度空間分布?；谕獯畔低彩酱胚x機的磁路結構和分選特點,工藝優(yōu)化后新流程采用1臺弱磁段—強磁段組合外磁系筒式磁選機替代原流程“一粗一掃”兩段筒式磁選機,取消圓弧除渣篩,減少設備臺套,簡化流程配置。梅山鐵礦2～0.5 mm磨前預選工藝流程優(yōu)化后如圖4所示。

圖4 優(yōu)化后梅山鐵礦磨前2～0.5 mm預選工藝流程Fig.4 Optimized 2-0.5 mm pre-concentration process flow before grinding in Meishan Iron Mine

3.3 磨前2～0.5 mm預選工藝優(yōu)化前后試驗指標對比

外磁系筒式磁選機采用弱磁段—強磁段組合磁系,弱磁段和強磁段的磁場強度分別為3 500 Gs、6 300 Gs,在分選筒坡度10°、轉速14 r/min和雙漂洗水全開條件下,進行單臺外磁系筒式磁選機與原“一粗一掃”老流程取樣對比,數(shù)據(jù)如表3所示?？梢钥闯?單臺外磁系磁選機相比原“一粗一掃”常規(guī)筒式磁選機配置流程,對于磨前2～0.5 mm預選系統(tǒng),尾礦TFe品位降低了2.47個百分點,精礦TFe回收率提高了9.01個百分點,選礦效率提高了3.77個百分點,改善了2～0.5 mm預選系統(tǒng)的選別指標,顯著提高了選別精度。

表3 優(yōu)化前后對比試驗數(shù)據(jù)Table 3 Comparative test data before and after optimization %

為進一步分析外磁系筒式磁選機對于磨前2～0.5 mm系統(tǒng)有價礦物磁鐵礦和赤(褐)鐵礦的回收效果,把6天外磁系磁選機和原“一粗一掃”流程的相應樣品組合成綜合樣,對其進行鐵物相分析,結果見表4,主要目的礦物(Fe3O4+Fe2O3)回收指標分析見表5。

表4 外磁系磁選機和原“一粗一掃”流程鐵物相對比分析Table 4 Analysis of iron material relative ratio between external magnetic separator and original “one roughing and one sweeping” process %

表5 外磁系磁選機和原“一粗一掃”流程主要目的礦物(Fe3O4+Fe2O3)回收指標分析Table 5 Analysis on recovery indexes of main target minerals (Fe3O4 + Fe2O3) of external magnetic system magnetic separator and original “one roughing and one sweeping” process %

從表4可以看出,外磁系磁選機比原“一粗一掃”流程的原礦品位低1.24個百分點,精礦品位低0.51個百分點,外磁系磁選機尾礦中磁性鐵含量為0.65%,相比原“一粗一掃”流程的0.86%降低了0.21個百分點;外磁系磁選機尾礦中赤(褐)鐵礦含量為7.87%,相比原“一粗一掃”流程的9.94%降低2.07個百分點,說明外磁系磁選機回收高品位、大比重的弱磁性礦物赤(褐)鐵礦較原“一粗一掃”流程回收效果好。

從表5可以看出,外磁系磁選機回收的主要目的礦物(Fe3O4+Fe2O3)精礦產率為43.14%,金屬回收率為80.34%,選礦效率為57.41%;而原“一粗一掃”流程回收的主要目的礦物(Fe3O4+Fe2O3)其精礦產率為40.06%,金屬回收率為74.13%,選礦效率為53.02%。外磁系磁選機比原“一粗一掃”流程回收的主要目的礦物(Fe3O4+Fe2O3)精礦產率提高了3.08個百分點,金屬回收率提高了6.21個百分點,選礦效率提高了4.39個百分點,進一步說明外磁系磁選機對于Fe3O4和Fe2O3的回收效果明顯優(yōu)于“一粗一掃”配置的常規(guī)筒式磁選機,外磁式磁選機提高了梅山磨前2～0.5 mm預選系統(tǒng)有價鐵礦物的金屬回收率。

4 結論

(1) 外磁系筒式磁選機是一種磁—重復合力場選礦機,粗顆粒易與分選表面充分接觸,選別帶和選別時間長,易獲得較高回收率,優(yōu)化后新流程采用1臺弱磁段—強磁段組合外磁系筒式磁選機替代原“一粗一掃”兩段筒式磁選機流程,取消圓弧除渣篩,減少設備臺套,簡化流程配置。

(2) 單臺外磁系磁選機流程相比原“一粗一掃”流程,對于磨前2～0.5 mm預選系統(tǒng),尾礦TFe品位降低了2.47個百分點,精礦TFe回收率提高了9.01個百分點,選礦效率提高了3.77個百分點,改善了2～0.5 mm預選系統(tǒng)的選別指標,顯著提高了選別精度。

(3) 單臺外磁系磁選機流程相比原“一粗一掃”流程,外磁系磁選機尾礦中磁性鐵降低了0.21個百分點;外磁系磁選機尾礦中赤(褐)鐵礦含量為7.87%,相比原“一粗一掃”流程的9.94%,降低2.07個百分點,說明外磁系磁選機回收高品位、大比重的弱磁性礦物赤(褐)鐵礦效果好。

(4) 外磁系磁選機回收主要目的礦物(Fe3O4+Fe2O3)精礦產率為43.14%,金屬回收率為80.34%,選礦效率為57.41%;比原“一粗一掃”流程精礦產率提高了3.08個百分點,金屬回收率提高了6.21個百分點,選礦效率提高了4.39個百分點,進一步說明外磁系磁選機對于Fe3O4和Fe2O3的回收效果明顯,提高了梅山磨前2～0.5 mm預選系統(tǒng)有價鐵礦物的金屬回收率。