澳大利亞某鐵礦工藝礦物學(xué)及選礦試驗(yàn)研究

楊招君 2,，謝寶華 2,，鐘森林 2,*，王豐雨 2,，梁燾茂 2,，李 波2,

（1.廣州粵有研礦物資源科技有限公司,廣東 廣州 510651；2.稀有金屬分離與綜合利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東 廣州 510651；3.廣東省科學(xué)院資源利用與稀土開發(fā)研究所,廣東 廣州 510651）

0 引言

資料表明，世界鐵礦石儲(chǔ)量約1 900 億t，鐵金屬儲(chǔ)量在900 億t 左右，其中澳大利亞的儲(chǔ)量超過世界的1/4，約530 億t，并且70%是可直接裝船的高品位礦石[1]。近幾年鐵礦石價(jià)格持續(xù)走高，澳大利亞的鐵礦行業(yè)出現(xiàn)了空前繁榮；從2008 年開始，澳大利亞超越巴西成為我國(guó)的第一大鐵礦石進(jìn)口國(guó)，澳大利亞的鐵礦石品位、質(zhì)量的改變將直接影響我國(guó)鋼鐵生產(chǎn)中爐料的配比情況。由于常年大量開采，高品位資源逐漸減少，鐵礦石品位逐漸降低，澳大利亞已經(jīng)開始開采和利用低品位、質(zhì)量相對(duì)差的礦石，以減緩高品位優(yōu)質(zhì)鐵礦石的枯竭速度[2]。

目前，鐵礦主要采用重力選礦、磁化焙燒-磁選、磁選-浮選等方法處理[3]。澳大利亞某礦石主要可回收礦物為赤鐵礦和褐鐵礦，脈石礦物主要為硬錳礦、高嶺石和石英，為了有效開發(fā)和利用該鐵礦，筆者所在項(xiàng)目組針對(duì)性地對(duì)其開展了多元素分析、礦物組成分析和鐵的粒度分布情況等一系列工藝礦物學(xué)研究，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行單一磁選、重選和磁-浮聯(lián)合流程試驗(yàn)研究，最終結(jié)果表明，對(duì)含F(xiàn)e57.93%的原礦，采用磁選-浮選工藝流程獲得Fe 品位為68.57%、回收率為76.45%的鐵精礦。

1 礦石性質(zhì)及試驗(yàn)方法

1.1 礦石性質(zhì)

原礦多元素分析結(jié)果見表1，X 射線衍射譜見圖1，采用MLA 自動(dòng)礦物定量測(cè)定該樣品各礦物含量，測(cè)定結(jié)果見表2。分析可知，樣品主要由赤鐵礦和針鐵礦（褐鐵礦）為主，礦石中鐵基本上呈三價(jià)鐵（Fe2O3）狀態(tài)產(chǎn)出，氧化亞鐵（FeO）含量很低。脈石礦物為少量高嶺石和石英，其次為黑云母和長(zhǎng)石，有害元素磷和硫含量很低，對(duì)礦石的質(zhì)量基本不構(gòu)成影響，且礦石礦物組成較為簡(jiǎn)單。

表1 原礦多元素分析Table 1 Spectral analysis results of run-of-mine %

表2 原砂的礦物組成及含量Table 2 Mineral compositions and content in run-of-mine %

圖1 原礦X 射線衍射圖譜Fig.1 X-ray diffraction pattern of run-of-mine

采用MLA 測(cè)定原礦篩分產(chǎn)品中鐵礦物的解離度，結(jié)果如表3 和表4 所示?？梢钥闯觯噼F礦的總解離度相對(duì)較高，為95.54%，主要與褐鐵礦、高嶺土連生，部分與石英連生（圖2）；褐鐵礦樣品總解離度為94.01%，除與赤鐵礦共生外，主要與高嶺土連生，部分可見與石英、硬錳礦連生（圖3、4）。

圖2 原礦中赤鐵礦的連生狀態(tài)Fig.2 Interlock of hematite in run-of-mine

圖3 原礦中褐鐵礦的連生狀態(tài)Fig.3 Interlock of limonite in run-of-mine

表3 主要有用礦物的解離度結(jié)果Table 3 Dissociation results of main valuable mineral

表4 原礦篩分分析Table 4 Sieving analysis of run-of-mine

圖4 原礦中褐鐵礦的連生狀態(tài)Fig.4 Interlock of limonite in run-of-mine

表4 結(jié)果表明，原礦中?0.010 mm 粒級(jí)的含量占11.58%，品位低且較難回收，最終精礦產(chǎn)率會(huì)受影響。

1.2 主要礦物的物化性質(zhì)

1.2.1 赤鐵礦Fe2O3

赤鐵礦含F(xiàn)e 69.94%，有時(shí)含鈦、硅和鋁等混入物。三方晶系，單晶體呈板狀習(xí)性的菱面體，集合體常見，有片狀、鱗片狀、鮞狀、具放射狀構(gòu)造的腎狀、塊狀或粉末狀；結(jié)晶質(zhì)的赤鐵礦呈鐵黑至鋼灰色，隱晶質(zhì)的鮞狀或腎狀呈暗紅色，塊狀或粉末狀呈褐黃色；金屬至半金屬光澤，或土狀光澤，不透明；硬度5.5～6，密度5.0～5.3 g/cm3。該樣品中赤鐵礦的化學(xué)成分能譜分析結(jié)果如表5 所示。

表5 赤鐵礦化學(xué)成分能譜分析結(jié)果Table 5 Chemical composition of hematite by energy spectrum analysis %

1.2.2 褐鐵礦FeO(OH)·nH2O

褐鐵礦是以含水氧化鐵為主要成分的、褐色的天然多礦物混合物，以隱晶質(zhì)針鐵礦為主，可混有纖鐵礦、赤鐵礦、石英、粘土等。通常呈黃褐至褐黑色，條痕為黃褐色，半金屬光澤，塊狀、鐘乳狀、葡萄狀、疏松多孔狀或粉末狀，也常呈結(jié)核狀或黃鐵礦晶形的假象出現(xiàn)，硬度隨礦物形態(tài)而異。該樣品中褐鐵礦的化學(xué)成分能譜分析結(jié)果如表6 所示。

表6 褐鐵礦化學(xué)成分能譜分析結(jié)果Table 6 Chemical composition of limonite by energy spectrum analysis %

1.3 試驗(yàn)方法

赤鐵礦、褐鐵礦與石英、高嶺土的粒度相同時(shí)，赤鐵礦、褐鐵礦的比重為4.2～5.3 g/cm3，而石英、高嶺土的比重為2.65 g/cm3，有用礦物與脈石礦物的密度差大于1.5 g/cm3，具備較好的重力分選條件[3]。先期試驗(yàn)表明采用廣州粵有研礦物科技有限公司生產(chǎn)的螺旋溜槽具有設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、處理量大、生產(chǎn)成本低、效率高等優(yōu)點(diǎn)[4]。

該礦石中主要金屬礦物赤鐵礦和褐鐵礦的比磁化系數(shù)分別為（240～320）×10?6g/cm3和（60～80）×10?6g/cm3；脈石中石英和高嶺土的比磁化系數(shù)分別為（0.15～1.03）×10?6g/cm3和（0.2～0.85）×10?6g/cm3，主要金屬礦物與脈石礦物的磁性差異可采用磁選方法進(jìn)行分離與富集。先期試驗(yàn)表明采用廣州粵有研礦物科技有限公司研制生產(chǎn)的實(shí)驗(yàn)室高效分選微細(xì)粒磁選設(shè)備-SSS-I-145 高梯度磁選機(jī)具有富集比大，對(duì)給礦粒度、濃度和品位波動(dòng)適應(yīng)性強(qiáng)，工作可靠和操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)[5]。

本試驗(yàn)主要回收赤鐵礦和褐鐵礦，礦石中相當(dāng)部分脈石為非磁性礦物，為提高有用礦物品位，降低部分脈石礦物的含量，分別進(jìn)行了螺旋溜槽、磁選設(shè)備對(duì)比、磁場(chǎng)強(qiáng)度條件試驗(yàn)；為獲得合格鐵精礦產(chǎn)品，對(duì)粗精礦分別進(jìn)行磁選精選和浮選試驗(yàn)，磁選精選進(jìn)行了磁場(chǎng)強(qiáng)度條件試驗(yàn)，浮選精選試驗(yàn)進(jìn)行了捕收劑用量和調(diào)整劑用量條件試驗(yàn)以及閉路試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 不同型號(hào)螺旋溜槽對(duì)比試驗(yàn)

考察不同型號(hào)螺旋溜槽條件試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表7。

表7 不同型號(hào)螺旋溜槽試驗(yàn)對(duì)比結(jié)果Table 7 Comparison results of variable model of spiral chute test %

由試驗(yàn)結(jié)果可知，隨著螺旋溜槽螺距增加，鐵精礦Fe 品位逐漸上升，回收率逐漸降低；但回收率相對(duì)于磁選較低，采用螺旋溜槽對(duì)該礦石難以進(jìn)行有效分選。

2.2 磁選粗選試驗(yàn)

采用SSS-I-145 高梯度磁選機(jī)進(jìn)行磁選粗選試驗(yàn)，分別進(jìn)行了磁選設(shè)備對(duì)比和磁場(chǎng)強(qiáng)度條件試驗(yàn)。

2.2.1 磁選設(shè)備對(duì)比試驗(yàn)

目前，市場(chǎng)應(yīng)用較多的強(qiáng)磁設(shè)備除了粵有研公司生產(chǎn)的SSS-I 型立環(huán)高梯度磁選機(jī)外，還有平環(huán)ZH 強(qiáng)磁選機(jī)，在0.5 T 磁場(chǎng)強(qiáng)度條件下進(jìn)行SSS-I型立環(huán)與ZH 平環(huán)對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表8。

表8 磁選設(shè)備對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果Table 8 Comparison of SSS-I WHIMS and ZH HIMS magnetic separator %

由試驗(yàn)結(jié)果可知，SSS-I 立環(huán)磁選機(jī)磁選效果優(yōu)于平環(huán)ZH 強(qiáng)磁選機(jī)，其精礦Fe 品位和回收率均明顯高于平環(huán)ZH 強(qiáng)磁選機(jī)。

2.2.2 磁選粗選磁場(chǎng)強(qiáng)度條件試驗(yàn)

磁場(chǎng)強(qiáng)度是影響磁選效果的關(guān)鍵因素，在礦漿濃度為30%，沖次為250 次/min 條件下考察磁場(chǎng)強(qiáng)度條件試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖5。

圖5 粗選磁場(chǎng)強(qiáng)度條件試驗(yàn)結(jié)果Fig.5 Result of magnetic field intensity condition test for rough magnetic separation

由試驗(yàn)結(jié)果可知，隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的升高，鐵精礦回收率升高，品位逐漸降低，綜合考慮精礦品位和回收率，選用1.0 T 為磁選粗選最佳磁場(chǎng)強(qiáng)度。

2.2.3 磁選粗選沖次條件試驗(yàn)

脈動(dòng)流體力可保持分選腔內(nèi)礦粒群分散，有助于防止介質(zhì)盒堵塞，同時(shí)礦漿曲線運(yùn)動(dòng)可增加有用礦物顆粒的捕獲機(jī)率，而脈動(dòng)沖次是影響脈動(dòng)流體力的主要因素。故考察了沖次條件試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖6。

圖6 沖次條件試驗(yàn)結(jié)果Fig.6 Results of stroke frequency test

由試驗(yàn)結(jié)果可知，隨著沖次的增大，鐵精礦回收率逐漸降低，品位逐漸升高，當(dāng)沖次為200 次/min時(shí)，鐵精礦品位為62.6%，回收率為82.03%，鐵精礦品位和回收率較合理，故選用200 次/min 為磁選粗選最佳沖次。

2.3 磁選精選試驗(yàn)

為獲得合格鐵精礦產(chǎn)品，對(duì)粗精礦進(jìn)行磁選精選試驗(yàn)，考察了精選磁場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖7。

圖7 粗精礦精選場(chǎng)強(qiáng)條件試驗(yàn)結(jié)果Fig.7 Results of rough concentrate cleaner magnetic intensity test

由試驗(yàn)結(jié)果可知，隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的升高，鐵精礦回收率升高，品位逐漸降低，綜合考慮精礦品位和回收率，選用0.5 T 為磁選粗選最佳磁場(chǎng)強(qiáng)度。

2.4 浮選試驗(yàn)

浮選試驗(yàn)給礦為磁選粗精礦，采用淀粉為絮凝劑，MTH 為自研陽離子胺類捕收劑，該捕收劑靠靜電吸附、分子間締合力作用的胺分子吸附與靠氫鍵作用的胺分子吸附。對(duì)磁選精礦進(jìn)行浮選精選試驗(yàn)，并分別考察MTH 和淀粉用量對(duì)浮選效果的影響。

2.4.1 捕收劑MTH 用量試驗(yàn)

在硫酸用量1 000 g/t，淀粉用量600 g/t 條件下，考察捕收劑MTH 用量條件試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖8。

圖8 捕收劑用量試驗(yàn)結(jié)果Fig.8 Results of collector dosage test

由圖8 可知，隨著捕收劑用量增加，鐵精礦回收率急劇上升后保持平穩(wěn)，而品位逐漸下降，因此，確定MTH 最佳用量為2 000 g/t。

2.4.2 淀粉用量試驗(yàn)

赤鐵礦、褐鐵礦的莫式硬度為2～6.5，導(dǎo)致其在磨礦過程中易產(chǎn)生“過粉碎”現(xiàn)象，產(chǎn)生大量含鐵高的礦泥，這些礦泥罩蓋在有用礦物表面，降低鐵礦物的回收率，縮小不同種類礦物間的可浮性差異，導(dǎo)致浮選效果惡化[6?7]。為解決該問題，相應(yīng)地使用淀粉進(jìn)行絮凝劑浮選條件試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖9。

圖9 淀粉用量試驗(yàn)結(jié)果Fig.9 Results of starch dosage test

由試驗(yàn)結(jié)果可知，隨著淀粉用量增加，磁性產(chǎn)品的Fe 品位有逐漸上升趨勢(shì)，回收率逐漸下降；綜合考慮，當(dāng)?shù)矸塾昧繛?00 g/t 時(shí)，精礦Fe 品位為67.46%，對(duì)原礦回收率為81.24%，為最佳條件。

2.4.3 浮選閉路試驗(yàn)

在條件試驗(yàn)確定捕收劑和淀粉用量的基礎(chǔ)上開展實(shí)驗(yàn)室小型閉路試驗(yàn)，試驗(yàn)流程見圖10，試驗(yàn)結(jié)果見表9。

圖10 全流程閉路試驗(yàn)流程Fig.10 Flow chart of closed-circuit test

表9 全流程閉路試驗(yàn)結(jié)果Table 9 Results of closed-circuit test %

從以上試驗(yàn)結(jié)果可知，原礦經(jīng)一粗一精磁選取得粗精礦，粗精礦經(jīng)一粗兩精一掃選浮選閉路試驗(yàn)，可以獲得產(chǎn)率64.58%，F(xiàn)e 品位68.57%，回收率76.45%的鐵精礦。

3 結(jié)論

1）澳大利亞某礦原礦中主要含鐵礦物為赤鐵礦和褐鐵礦、少量硬錳礦；脈石礦物主要是高嶺土、石英，少量的長(zhǎng)石、黑云母、方解石、白鈦石、金紅石等；有害元素磷和硫含量很低，對(duì)礦石的質(zhì)量基本不構(gòu)成影響。

2）赤鐵礦的解離度相對(duì)較高，樣品總解離度為95.54%；原礦中赤鐵礦常呈集合體，可見片狀、鮞狀、塊狀或土狀；可見與褐鐵礦交代共生，與之連生的礦物以高嶺土為主，少數(shù)石英和硬錳礦等;褐鐵礦樣品總解離度為94.01%，褐鐵礦可見呈塊狀、葡萄狀、疏松狀或土狀等，部分交代赤鐵礦，連生礦物以高嶺土為主，少數(shù)為石英和硬錳礦。

3）在沖次為200 次/min，磁場(chǎng)強(qiáng)度為1.0 T+0.5 T條件下，磁選一粗一精獲得Fe 品位63.98%，回收率89.62%的粗精礦。

4）對(duì)粗精礦采用兩段磁選精選無法獲得高于目標(biāo)Fe 品位68%的鐵精礦；采用磁選一粗一精-浮選一粗二精一掃工藝流程，可以獲得產(chǎn)率為64.58%，F(xiàn)e 品位68.57%，回收率76.45%的鐵精礦。

5）下一步將采用粵有研公司設(shè)備和捕收劑進(jìn)行半工業(yè)試驗(yàn)以驗(yàn)證小型試驗(yàn)結(jié)果。