超貧磁鐵礦濕式粗粒預(yù)選工藝研究

王得志

（河北鋼鐵集團(tuán)礦山設(shè)計有限公司，河北 唐山063701）

隨著我國鋼鐵工業(yè)迅猛發(fā)展，國內(nèi)鐵礦石市場供不應(yīng)求，過去沒有作為鐵礦資源的含鐵巖石被開采利用。這部分含鐵巖石TFe含量一般在10%～15%，達(dá)不到現(xiàn)行鐵礦地質(zhì)勘查規(guī)范邊界品位要求。但有用礦物以磁鐵礦為主，在當(dāng)前技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下可以進(jìn)行開發(fā)利用，被稱為超貧磁鐵礦。

決定超貧磁鐵礦能否作為礦石資源開發(fā)利用的決定因素是能否盈利，而盈利與否主要取決于市場價格和生產(chǎn)成本。因此，開發(fā)超貧磁鐵礦利用的先進(jìn)適用技術(shù)，降低生產(chǎn)成本，是關(guān)系超貧磁鐵礦資源能否持續(xù)開發(fā)利用的關(guān)鍵問題。

1 河北鋼鐵集團(tuán)超貧磁鐵礦開發(fā)現(xiàn)狀

河北省超貧磁鐵礦資源豐富，預(yù)測資源量為70億～100億t。其中，承德50億t，張家口10億t，秦皇島市2億t，太行山地區(qū)約10億～30億t［1］。河北鋼鐵集團(tuán)礦業(yè)有限公司掌控超貧釩鈦磁鐵礦資源儲量達(dá)3.73億t，其中承德M24異常區(qū)約3億t，柏泉鐵礦4300萬t，宏大礦業(yè)3000萬t以上，平均地質(zhì)品位TFe 12%左右。

目前，宏大礦業(yè)入選原礦品位TFe 11%、MFe 4%左右，精礦品位TFe 62.5%左右，選礦比高達(dá)25以上。柏泉鐵礦入選原礦品位TFe 11.5%、MFe 6.5%左右，精礦品位TFe 63%左右，選礦比12以上。在當(dāng)前市場條件下，雖然尚有一定的利潤，但利潤率和抵御市場變化的能力很低，2009年兩座礦山曾因市場原因虧損停產(chǎn)。特別是隨著地表超貧磁鐵礦的不斷開采，風(fēng)化礦減少，礦石的開采、破碎、磨礦難度越來越大，必將造成生產(chǎn)成本大幅上升。為此，公司與馬鞍山礦山研究院、河北聯(lián)合大學(xué)等合作，就柏泉鐵礦超貧釩鈦磁鐵礦開展了粉礦磨前預(yù)選工藝研究，以實現(xiàn)超貧磁鐵礦資源的可持續(xù)開發(fā)利用。

2 礦石性質(zhì)

2.1 工藝礦物學(xué)特性

2.1.1 礦物組成

金屬礦物主要有磁鐵礦6%～12%，鈦鐵礦2%～3%，其次有少量赤鐵礦。脈石礦物有斜長石、輝石，含量80%～85%，其次有角閃石、黑云母、磷灰石及榍石等。

2.1.2 結(jié)構(gòu)構(gòu)造

磁鐵礦呈半自形－它形粒狀結(jié)構(gòu)，浸染狀構(gòu)造，以晶隙鐵的形式嵌布于脈石礦物間隙或其中，為中、粗不等粒嵌布。

2.1.3 嵌布特征

磁鐵礦粒度較粗，多與脈石礦物呈規(guī)則毗連鑲嵌，部分包裹型鑲嵌。磷灰石粒度較粗，多與磁鐵礦及輝石、角閃石包裹型鑲嵌。

1）磁鐵礦：為主要含鐵礦物和礦石礦物。多呈半自形晶，部分他形晶，嵌布粒度粗細(xì)不等，粗粒含量較多，粒度一般為0.04～1.1mm。

2）磷灰石：主要呈粒狀和柱狀，粒度粗細(xì)不等，以粗粒為主。粒狀者多呈規(guī)則六邊形，粒度一般為0.08～0.24mm；柱狀者呈自形－半自形晶，粒度一般為0.04×0.16～0.2×1.6mm。粗粒磷灰石多包裹于磁鐵礦中，部分包裹于已蝕變的輝石、角閃石中，少量與磁鐵礦、輝石等規(guī)則毗連鑲嵌。

2.2 礦石物相分析及多元素分析

原礦物相分析及化學(xué)多元素分析，結(jié)果見表1、表2。

表1 原礦鐵物相分析結(jié)果／%

表2 原礦多元素分析結(jié)果／%

由表1、表2可知，礦石鐵品位極低，僅為12.17%；礦石中鐵元素主要賦存于磁性鐵礦物中，磁性鐵含量為7.18%，金屬分布率為59.54%，弱磁性和非磁性鐵礦物中金屬占金屬總量的2／5以上，這對金屬回收率會產(chǎn)生較大影響；TiO2含量2.31%，低于5%的綜合利用指標(biāo)，但應(yīng)注意選鐵后的尾礦中TiO2的富集情況；V2O5含量0.053%，低于0.2%的綜合利用指標(biāo)，P2O5含量2.93%，達(dá)到了2%的綜合利用指標(biāo)，應(yīng)考慮綜合回收；硫元素含量偏高，應(yīng)考慮硫的走向。

3 磨前粗粒濕式預(yù)選研究

根據(jù)礦石工藝礦物學(xué)和礦物組成特性，該礦石為極貧磁鐵礦。對于品位15%以下的超貧磁鐵礦石而言，由于品位極低，礦體與圍巖呈漸變關(guān)系，界線不清楚，礦石與圍巖之間的品位差別很小，干式磁選預(yù)選效果很差。柏泉鐵礦磨前干式磁選預(yù)選實踐表明，在入選粒度15～0mm、磁輥場強(qiáng)397.9kA／m時，拋尾產(chǎn)率為10%左右，品位提高0.8～1個百分點，而尾礦中磁性鐵含量達(dá)1.2%以上。另外，研究和生產(chǎn)實踐證明，由于受干式磁選設(shè)備分選原理的限制，即使將入選的極貧磁鐵礦石在較細(xì)的粒度下采用干式磁選拋尾，也不能徹底解決入選品位過低、尾礦量大、選別成本高、經(jīng)濟(jì)效益低的難題，并且尾礦中磁性鐵損失較大［2］。

以往的粗粒預(yù)選試驗結(jié)果及國內(nèi)一些礦山實踐表明，粗粒濕式預(yù)選效果要優(yōu)于干式磁選預(yù)選。因此，采用粗粒濕式磁選機(jī)對柏泉鐵礦原礦進(jìn)行磨前預(yù)選研究。

3.1 入選粒度試驗

將粒度15～0mm的入磨前干式預(yù)選精礦破碎至10～0mm、5～0mm和3～0mm三個不同粒級，利用試驗室CCTSΦ500×300粗粒濕式磁選機(jī)，進(jìn)行條件試驗。

在磁選機(jī)磁場強(qiáng)度為238.7kA／m、上升水量為800mL／s條件下，進(jìn)行不同入選粒度試驗，試驗結(jié)果見表3。

表3 柏泉鐵礦原礦不同入選粒度粗粒濕式磁選試驗結(jié)果

由表3可見，隨著入選粒度的變細(xì)，在相同的試驗條件下，拋尾產(chǎn)率逐漸增大，入選粒度為15～0mm時，可拋除產(chǎn)率為21.04%的粗粒尾礦；而當(dāng)入選粒度減小為3～0mm時，拋尾產(chǎn)率達(dá)52.72%。而從各不同粒度的磁選尾礦磁性鐵含量來看，入選粒度越細(xì)尾礦磁性鐵含量越低，說明粒度越細(xì)脈石的單體解離度越高。入選粒度降低有利于在預(yù)選階段多拋尾，但目前柏泉鐵礦生產(chǎn)上應(yīng)用的常規(guī)破碎系統(tǒng)的產(chǎn)品粒度，最小僅能達(dá)到10～0mm左右。若需破碎至5～0mm甚至3～0mm，常規(guī)破碎機(jī)難以達(dá)到，需要采用高壓輥磨機(jī)等超細(xì)破碎設(shè)備。因此，之后的粗粒濕式磁選入選粒度選擇10～0mm。

3.2 磁場強(qiáng)度試驗

入選粒度10～0mm，上升水量為800mL／s，選用238.7kA／m 和397.9kA／m進(jìn)行不同磁場強(qiáng)度的粗粒濕式磁選試驗，試驗結(jié)果見表4。

表4 柏泉鐵礦10～0mm原礦磁場強(qiáng)度試驗結(jié)果

由表4可見，磁場強(qiáng)度提高到397.9kA／m時，拋尾產(chǎn)率減小1.96個百分點，但尾礦磁性鐵含量也降低了0.16個百分點，磁性鐵回收率有所提高，說明選用較高的磁場強(qiáng)度有利于對強(qiáng)磁性礦物的回收。因此，粗粒濕式磁選磁場強(qiáng)度選擇397.9kA／m。

3.3 上升水量試驗

入選粒度10～0mm，磁場強(qiáng)度397.9kA／m，進(jìn)行不同上升水量試驗，結(jié)果見表5。

表5 柏泉鐵礦10～0mm原礦不同上升水量試驗結(jié)果

表5試驗結(jié)果表明，隨上升水量增加，精礦產(chǎn)率逐漸減小，拋尾量逐漸增加，而尾礦的磁性鐵含量也隨之提高。綜合考慮耗水量和磁性鐵回收率，確定上升水量800mL／s。

3.4 粗粒濕式預(yù)選綜合條件試驗

在入選粒度10～0mm，磁場強(qiáng)度397.9kA／m，上升水量800mL／s條件下，試驗結(jié)果見表6，粗粒濕式預(yù)選尾礦鐵物相分析結(jié)果見表7。

表6 柏泉鐵礦原礦粗粒濕式預(yù)選綜合條件試驗結(jié)果

表7 粗粒濕式預(yù)選尾礦鐵物相分析結(jié)果／%

由表6、表7可見，柏泉鐵礦原礦經(jīng)干式磁滑輪預(yù)選拋尾后，再經(jīng)濕式預(yù)選，可拋出產(chǎn)率25.24%、磁性鐵含量為0.60%的合格尾礦，濕式預(yù)選精礦磁性鐵回收率為98.19%。粗粒濕式預(yù)選尾礦中，含鐵礦物主要為赤褐鐵礦和硅酸鐵，赤褐鐵礦中鐵分布率66.40%，其它鐵礦物含量均較少。

柏泉鐵礦在礦石入磨前，對原礦進(jìn)行粗粒干式預(yù)選和濕式預(yù)選，可預(yù)先拋出35%～40%的合格尾礦，大大減少后續(xù)磨礦作業(yè)能耗，大幅降低單位精礦選礦成本。

4 磨前粗粒濕式預(yù)選－階段磨礦－單一弱磁選流程試驗

流程試驗條件：原礦粒度10～0mm，粗粒預(yù)選磁場強(qiáng)度397.9kA／m，上升水量800mL／s；一段磨礦粒度－200目30%、一段磁選磁場強(qiáng)度159.2kA／m；二段磨礦粒度－200目75%、二段磁選磁場強(qiáng)度143.2kA／m。

流程試驗技術(shù)指標(biāo)為：原礦品位13.22%，精礦品位 64.74%，精礦產(chǎn)率 11.63%，尾礦品位6.44%，金屬回收率56.96%，數(shù)質(zhì)量流程見圖1。

對流程試驗得到的終精礦進(jìn)行多元素分析、終尾礦進(jìn)行鐵物相分析，結(jié)果見表8、表9。

表8 終精礦多元素分析結(jié)果／%

終精礦多元素分析結(jié)果表明：終精礦質(zhì)量較好，SiO2含量較低，為3.21%，有害元素S、P的含量均較低；結(jié)合表2原礦多元素分析結(jié)果，TiO2、V2O5在精礦中得到了富集，特別是V2O5達(dá)到了綜合利用指標(biāo)，在冶煉過程中應(yīng)考慮綜合回收利用；S、P在選礦過程中向尾礦中富集，選礦中要特別考慮磷的綜合回收。

終尾礦鐵物相分析結(jié)果表明，終尾礦中鐵礦物以赤褐鐵礦為主，分布率接近80%，磁性鐵含量僅為0.47%。最終精礦磁性鐵回收率相對于干式預(yù)選后的原礦為95.92%，說明磁性鐵得到了有效回收。

表9 終尾礦鐵物相分析結(jié)果／%

圖1 磨前粗粒濕式預(yù)選－階段磨礦－單一弱磁選數(shù)質(zhì)量流程

5 結(jié)語

1）柏泉鐵礦礦石為極貧釩鈦磁鐵礦，原礦經(jīng)干式磁滑輪預(yù)選拋尾后，再經(jīng)濕式預(yù)選，可拋出產(chǎn)率25.24%、磁性鐵含量低于0.60%的合格尾礦，濕式預(yù)選精礦磁性鐵回收率達(dá)到了98.19%。

2）采用磨前粗粒濕式預(yù)選－階段磨礦－單一弱磁選流程，可達(dá)到精礦品位64.74%，精礦產(chǎn)率11.63%，尾礦品位6.44%，全鐵回收率56.96%，磁性鐵回收率95.92%的選礦技術(shù)指標(biāo)。終精礦質(zhì)量較好，SiO2含量僅為3.21%，有害元素S、P的含量均較低；TiO2、V2O5在精礦中得到了富集，特別是V2O5達(dá)到了綜合利用指標(biāo)，在精礦冶煉過程中應(yīng)考慮綜合回收利用；S、P在選礦過程中向尾礦中富集，選礦中要特別考慮磷的綜合回收。

3）超貧磁鐵礦礦體與圍巖呈漸變關(guān)系，礦石與圍巖之間的品位差別很小。試驗研究表明，若采用高壓輥磨機(jī)等超細(xì)破碎設(shè)備，將原礦破碎至5～0mm，甚至3～0mm時，濕式預(yù)選效果更好，磨前拋尾率可達(dá)50%以上。

4）超貧磁鐵礦含鐵量低，選礦比大，生產(chǎn)成本高，只有在市場高價位條件下才具有開采利用價值。對超貧磁鐵礦礦石粉礦進(jìn)行磨前預(yù)選拋尾處理以及綜合回收利用伴生有價礦物，是實現(xiàn)降低生產(chǎn)成本和提高經(jīng)濟(jì)效益的的最重要手段，是抵御市場風(fēng)險，持久開發(fā)利用超貧磁鐵礦資源的最有效途徑。

［1］李中念，張振芳，嚴(yán)國棟.河北省超貧磁鐵礦資源與開發(fā)利用分析［J］.河北冶金，2006（3）：1－4.

［2］楊任新.低品位磁鐵礦合理選別工藝流程研究［J］.金屬礦山，2008（增刊）：251－255.