國外某鐵礦石試驗室選礦試驗及中試驗證*

張 永 林小鳳 劉 軍 陳 洲

（1.中鋼集團馬鞍山礦山研究總院股份有限公司；2.國家金屬礦山固體廢物處理與處置工程技術(shù)研究中心）

鐵是世界上發(fā)現(xiàn)最早、利用最廣、用量最多的一種金屬，其消耗量約占金屬總消耗量的95%［1］。2016年11 月國務(wù)院批復(fù)通過的《全國礦產(chǎn)資源規(guī)劃（2016—2020 年）》將鐵等24 種礦產(chǎn)資源列入了戰(zhàn)略性礦產(chǎn)目錄［2］，但我國鐵礦石資源豐而不富，約97%為貧礦。近年來，印度、印度尼西亞、巴西等地的鐵礦石逐漸進入中國市場［3-5］，結(jié)合我國鐵礦產(chǎn)資源總體概況以及世界鐵礦石價格偏低的環(huán)境，我國充分利用國外鐵礦石資源仍具有必要性［6-8］。為合理利用國外某鐵礦石，針對其工藝礦物學特征，考察了磨礦細度和磁場強度對分選指標的影響，并構(gòu)建了中試系統(tǒng)進行了中試試驗研究。

1 礦石性質(zhì)

1.1 礦石的化學成分及物相分析

礦石的主要化學成分分析、鐵物相分析及主要礦物組成見表1～表3。

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由表1 可知，礦石的化學成分較為簡單，鐵是可供選礦回收的唯一有用元素，鐵品位為35.12%，磁性率為32.12%，為原生鐵礦石［9］；主要雜質(zhì)為SiO2，含量達44.90%，其他有害元素硫、磷含量較低，僅為0.046%和0.045%；礦石堿性系數(shù)為0.055，為酸性鐵礦石。

由表2 可知，礦石中的鐵主要為磁性鐵，分布率達68.11%，其次為赤褐鐵礦物，分布率為26.03%，碳酸鐵、硅酸鐵礦物及硫化鐵礦物中鐵含量相對較少，分布率分別為1.91%，3.81%和0.14%；其中磁性鐵和赤褐鐵礦是主要回收的目標礦物，碳酸鐵和硅酸鐵礦物則較難回收。

由表3可知，礦石中的主要含鐵礦物為磁鐵礦、赤鐵礦，含量分別為33.85%和13.15%，另有少量黃鐵礦；礦石中的非金屬礦物主要為石英，含量為35.63%，其他脈石礦物有角閃石、云母和鐵鋁榴石等。

1.2 礦石的礦物組成及主要礦物的賦存狀態(tài)

礦石中的主要有用鐵礦物為磁鐵礦，次為赤鐵礦（鏡鐵礦和假象礦）；脈石主要為石英，次為角閃石（普通角閃石、陽起石）、云母、鐵鋁榴石、滑石、方解石、長石。礦石結(jié)構(gòu)及礦物嵌布特征見圖1。

由圖1可見，礦石中的磁鐵礦以聚集成條帶狀形式構(gòu)成鐵質(zhì)條帶的主要組成部分與脈石條帶相間排列（圖1（a））；部分磁鐵礦呈細粒浸染狀嵌布于脈石中，嵌布粒度分布在-50 um（圖1（b））。赤鐵礦主要為鏡鐵礦，少量為假象、半假象赤鐵礦。鏡鐵礦主要呈片狀與磁鐵礦共生嵌布于脈石中（圖1（c）），鏡鐵礦呈片狀集合體并形成條帶狀與脈石條帶相間排列，假象赤鐵礦大多呈與磁鐵礦連晶或混晶狀態(tài)，在磁鐵礦的外緣或沿其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的晶面以交代的形式出現(xiàn)（圖1（d））。礦石中石英主要呈他形粒狀集合體嵌布，一般鐵礦物沿其粒間充填分布（圖1（e）），部分石英呈粒狀集合體并形成條帶狀與鐵礦物條帶相間排列。礦石中角閃石主要呈板狀嵌布，與石英、鐵礦物緊密共生（圖1（f））。

1.3 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造

1.3.1 礦石構(gòu)造

結(jié)合光學顯微鏡及礦石破碎后原礦樣的觀察［6］，可以發(fā)現(xiàn)礦石呈灰黑色或灰白色?；液谏蔫F礦物和灰白色的石英等脈石礦物交互組成條帶狀構(gòu)造。脈石礦物石英和鐵礦物等組成塊狀構(gòu)造。

1.3.2 礦石結(jié)構(gòu)

礦石中各礦物顆粒的自身形態(tài)特征對礦物的解離有重要的影響［10］，該礦石中主要有5 種結(jié)構(gòu)：①粒狀結(jié)構(gòu)。磁鐵礦呈粒狀集合體嵌布并形成條帶狀與脈石條帶相間排列，磁鐵礦呈自形、半自形粒狀嵌布于脈石中，石英呈他形粒狀集合體嵌布，角閃石呈不規(guī)則粒狀與石英、鐵礦物共生嵌布，鐵鋁榴石呈不規(guī)則粒狀與石英、鐵礦物共生嵌布。②浸染狀結(jié)構(gòu)。粒狀磁鐵礦呈浸染狀與鏡鐵礦共生嵌布于脈石中。③斑狀結(jié)構(gòu)。礦石中磁鐵礦在較細粒的基質(zhì)中呈巨大的斑晶，這些斑晶具有一定程度的自形。④片狀結(jié)構(gòu)。鏡鐵礦呈片狀與細粒磁鐵礦共生嵌布于脈石中，鏡鐵礦呈片狀集合體并形成條帶狀與脈石條帶相間排列，黑云母呈片狀集合體嵌布，并與鐵礦物緊密共生。⑤假象結(jié)構(gòu)。礦石中赤鐵礦交代原生磁鐵礦生成假象赤鐵礦，假象赤鐵礦呈磁鐵礦晶體外形嵌布在脈石中。

1.4 礦石主要礦物粒度組成分析

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對礦石中主要鐵礦物磁鐵礦、赤鐵礦和主要脈石礦物石英進行粒度組成特性分析，礦石中主要礦物的嵌布粒度結(jié)果見表4。由表4可知，3種礦物粒度嵌布粗細不均勻，以中細粒嵌布為主，粒度范圍較寬；磁鐵礦和赤鐵礦的嵌布粒度均較細，而赤鐵礦的粒度相對磁鐵礦略粗，在-0.07 mm 粒級，磁鐵礦和赤鐵礦的分布率分別為68.77%和57.86%；主要脈石礦物石英嵌布粒度相對鐵礦物較粗，主要分布在+0.07 mm 粒級，分布率為55.84%。

2 試驗樣品及試驗方案

2.1 試樣制備

試樣采自國外某鐵礦山，首先將礦石采用PE-150×250顎式破碎機進行粗破碎，破碎產(chǎn)品經(jīng)25 mm篩孔篩分，篩上產(chǎn)品返回顎式破碎機，然后采用YGM80高壓輥磨機超細碎至-3 mm，混勻、縮分、取樣進行選礦試驗。試樣制備流程見圖2。原礦粒度篩析結(jié)果見表5。

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由表5 可知，該鐵礦石鐵礦物在各粒級分布比較均勻，鐵品位均在35%左右，具有較高的回收價值；-0.074 mm 含量為30.92%，其中鐵占有率31.76%，鐵品位相對其他粒級含量要高，可見鐵礦物的嵌布粒度較細。

2.2 試驗方案

試樣中主要回收的有用礦物為磁鐵礦、赤鐵礦，為達到富集鐵礦物的目的，需要選礦排除的脈石礦物主要為石英，通常采用磨礦—磁選工藝、磨礦—磁選—重選聯(lián)合工藝、磨礦—磁選—重選—浮選工藝。根據(jù)該礦石的工藝礦物學特性，確定選礦原則流程為原礦濕式預(yù)選—階段磨礦—磁選—重選工藝流程（圖3）。

3 試驗結(jié)果與討論

3.1 原礦中磁預(yù)選試驗

將0～3 mm原礦進行粗粒濕式中磁預(yù)選試驗，磁場強度318.3 kA/m，試驗結(jié)果見表6。

由表6可知，采用濕式中磁預(yù)選可預(yù)先拋除產(chǎn)率21.11%、鐵品位13.86%的尾礦。

3.2 一段磨礦與磁選試驗

3.2.1 磨礦細度試驗

磨礦細度是直接影響選礦指標和選礦成本的重要因素，磨礦細度過細會導(dǎo)致成本增加，過粗影響精礦品位與產(chǎn)品回收率［11］。試驗采用XMQ240×90 球磨機、固定弱磁選磁場強度159.15 kA/m、強磁選磁場強度636.62 kA/m，按圖3 試驗流程將預(yù)選粗精礦進行一段磨礦不同磨礦細度磁選試驗，試驗結(jié)果見圖4。

由圖4可見，隨著磨礦細度的增加，弱磁精礦、強磁精礦鐵品位增加，弱磁精礦、強磁精礦鐵回收率小幅降低；當磨礦細度為-0.074 mm65%時，弱磁、強磁精礦指標均較好；綜合考慮，確定適宜的磨礦細度為-0.074 mm65%。

3.2.2 一段強磁選磁場強度試驗

固定磨礦細度為-0.074 mm65%，在弱磁選磁場強度159.15 kA/m 的條件下，考察強磁選不同磁場強度對選礦指標的影響，試驗結(jié)果見表7。

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由表7 可知，磁場強度對選別指標有一定的影響，在相同細度和弱磁選條件下；隨著磁場強度的增加，強磁精礦鐵品位從31.22%降低到27.63%，鐵回收率從12.65%增加到14.39%；考慮到節(jié)能降耗和原礦的適應(yīng)性［12］，選擇強磁選磁場強度為636.62 kA/m。

3.3 二段磨礦與磁選試驗

3.3.1 二段磨礦細度試驗

經(jīng)過一段磨礦與弱磁選，弱磁精礦鐵品位達56.12%，為進一步提高鐵精礦品位，一段弱磁精礦進行二段磨礦弱磁選1 粗1 精試驗，弱磁選磁場強度粗選159.15 kA/m、精選143.24 kA/m，試驗結(jié)果見表8。

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由表8 可知，隨著磨礦細度的增加，弱磁精礦品位增加，但鐵回收率下降；當磨礦細度為-0.045 mm75%時，弱磁鐵精礦品位達66.98%，弱磁鐵精礦回收率達88.50%；磨礦細度繼續(xù)增加，弱磁鐵精礦品位略有提高，弱磁鐵精礦回收率繼續(xù)下降；綜合考慮，確定二段磨礦細度為-0.045 mm75%。

3.3.2 二段強磁選磁場強度試驗

固定二段磨礦細度為-0.045 mm75%，進行二段弱磁尾礦強磁選磁場強度試驗，試驗結(jié)果見表9。

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由表9可知，當強磁磁場強度由397.89 kA/m增至795.77 kA/m 時，鐵精礦品位由40.96%降至39.53%，鐵回收率由83.99%提高至87.78%；綜合考慮，確定二段強磁選適宜的磁場強度為636.62 kA/m，此時二段強磁鐵精礦品位為40.83%，鐵回收率為86.12%。

3.4 重選試驗

將一段和二段強磁精礦按2.4∶1.0 配成混合強磁精礦進行螺旋溜槽重選試驗，重選設(shè)備采用φ600 mm螺旋溜槽，流程為1粗1精，試驗結(jié)果見表10。

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由表10可知，混合強磁精礦經(jīng)螺旋溜槽1粗1精重選，可獲得產(chǎn)率17.26%、鐵品位62.25%的鐵精礦。

3.5 試驗數(shù)質(zhì)量流程

通過前期階段磨礦—階段磁選條件試驗，初步確定了適合該礦石的選礦工藝參數(shù)，在最佳工藝參數(shù)條件下［13］，對原礦高壓輥磨產(chǎn)品（0～3 mm）進行濕式預(yù)選—階段磨礦—磁選—重選聯(lián)合流程試驗，試驗數(shù)質(zhì)量流程見圖5。

由圖5 可見，該工藝可得到鐵品位66.53%、鐵回收率74.86%的鐵精礦。

4 中試試驗方案及結(jié)果分析

4.1 中試試驗

采用原礦濕式預(yù)選—階段磨礦—磁選—重選聯(lián)合工藝流程構(gòu)建了中試系統(tǒng)，同時為提高鐵精礦品位，在三段磁選后增加一段淘洗作業(yè)，給礦量為45～50 kg/h，連續(xù)穩(wěn)定運行24 h，以流程取樣測定不同作業(yè)鐵精礦含量、品位和中礦、尾礦的指標，通過中試試驗進一步驗證試驗室選礦試驗技術(shù)指標和工藝參數(shù)。中試試驗設(shè)備聯(lián)系見圖6，試驗結(jié)果見圖7。

4.2 影響中試系統(tǒng)指標因素及分析

由試驗室單批次試驗擴大到中試試驗，首先面臨的是指標穩(wěn)定性、達標性的難題，對比試驗室小型試驗和中試試驗，小型試驗階段再磨細度為-0.045 mm75%時，弱磁精鐵礦品位可達66%以上，但中試試驗篩下產(chǎn)品細度為-0.045 mm81.64%時，弱磁精礦鐵品位僅為64.90%。對兩者磨礦產(chǎn)品和磁選精礦進行光學顯微鏡分析，分析結(jié)果如下。

（1）小型試驗弱磁精礦和中試試驗弱磁精礦中的脈石均主要以連生體形式存在，少量以單體形式分布，部分脈石單體由于機械夾進入精礦中。通過光學顯微鏡對2種精礦樣進行觀察及分析，中試弱磁精礦中脈石單體含量相對較高，說明中試試驗中機械夾帶相對較多。

（2）對小型試驗再磨產(chǎn)品和中試再磨產(chǎn)品分別進行單體解離度測定，測定結(jié)果見表8。

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由表11 可知，小型試驗再磨產(chǎn)品中鐵礦物單體解離度為85.78%，中試再磨產(chǎn)品中鐵礦物單體解離度為88.53%。結(jié)合磁選精礦光學顯微鏡分析和再磨產(chǎn)品磁鐵礦單體解離度測定可知，中試再磨細度較小型試驗更細才能獲得更高品位的精礦，主要原因為中試試驗磁選精礦中的單體脈石較多，選別過程中機械夾雜較嚴重。

5 結(jié) 論

（1）國外某鐵礦石鐵含量35.12%，磁性率32.12%，為原生礦石；主要雜質(zhì)為SiO2，其他有害元素硫、磷含量較低，為低磷低硫單一酸性磁鐵礦-赤鐵礦混合型鐵礦石。礦石中的主要有用鐵礦物為磁鐵礦，次為赤鐵礦（鏡鐵礦和假象礦）；脈石主要為石英，次為角閃石（普通角閃石、陽起石）、云母、鐵鋁榴石、滑石、方解石、長石。

（2）根據(jù)該礦石性質(zhì)特點，采用原礦濕式預(yù)選—階段磨礦—磁選—重選聯(lián)合分選流程，在一段磨礦細度-0.074 mm65%、二段磨礦細度-0.045 mm75%、強磁選磁場強度636.62 kA/m 的條件下，獲得了鐵品位66.53%、回收率74.86%的鐵精礦。

（3）確保選別指標穩(wěn)定性、達標性是中試試驗的首要問題，通過優(yōu)化磨礦分級溢流細度、三段磁選后增加一段淘洗作業(yè)的方式，提高了中試試驗選礦指標。中試試驗獲得了鐵品位66.43%、鐵回收率74.93%的鐵精礦，該試驗結(jié)果可為同類礦山工業(yè)試驗提供理論支撐。