鞍千礦業(yè)磁性礦選別流程探究

劉士友

(中冶北方(大連)工程技術(shù)有限公司，遼寧 大連 116600 )

1 概述

鞍千礦業(yè)現(xiàn)有傳統(tǒng)“三段一閉路破碎、階段磨礦、粗細(xì)分選、重選-強(qiáng)磁-陰離子反浮選”工藝主流程和“半自磨-粗粒強(qiáng)磁預(yù)選”工藝預(yù)選系統(tǒng)，主流程處理正常磁、赤混合礦，“半自磨-粗粒強(qiáng)磁預(yù)選”系統(tǒng)處理極貧礦，預(yù)選粗精礦給入原有磨礦系統(tǒng)，預(yù)選粗粒尾礦作為建筑砂外銷?！鞍胱阅?粗粒強(qiáng)磁預(yù)選”系統(tǒng)運(yùn)行以來，存在問題一是半自磨與球磨礦量不匹配，預(yù)選粗精礦給入主流程一段磨礦作業(yè)，生產(chǎn)中通過降低主流程系統(tǒng)處理量來保證磨礦粒度；二是給礦粒度、質(zhì)量差別造成后續(xù)工藝生產(chǎn)運(yùn)行不順暢，給生產(chǎn)操作帶來較大困難，因此生產(chǎn)中一直未能實(shí)現(xiàn)預(yù)選系統(tǒng)的長(zhǎng)期連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。近年來鞍千采場(chǎng)礦石性質(zhì)發(fā)生很大變化，磁鐵礦(透閃礦)年出礦量隨開采深度呈逐年增加趨勢(shì)。磁鐵礦采用細(xì)磨-磁選工藝即可獲得合格精礦，工藝簡(jiǎn)單，加工成本低，目前混入原重-磁-浮聯(lián)合工藝選別，沒有充分發(fā)揮磁選工藝優(yōu)勢(shì)，增加入浮量及藥劑消耗，不利于提高分選效率及降低選礦成本。

結(jié)合鞍千礦業(yè)現(xiàn)有“半自磨-預(yù)選系統(tǒng)”，形成獨(dú)立的磁鐵礦高效磨選工藝，該流程簡(jiǎn)單，礦石性質(zhì)針對(duì)性強(qiáng)，充分釋放鞍千現(xiàn)有主體設(shè)備的生產(chǎn)能力，使磁鐵礦和赤鐵礦兩種物料“分采分選”，實(shí)現(xiàn)了鞍千礦業(yè)穩(wěn)質(zhì)增產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)效益最大化的有效技術(shù)路線。

2 礦石性質(zhì)

2.1 礦石自然類型

鞍千礦業(yè)磁鐵礦石按自然類型劃分有6種類型礦石：假象赤鐵石英巖、磁鐵石英巖、透閃陽起綠泥磁鐵石英巖、磁鐵角閃巖、陽起磁鐵石英巖、磁鐵假象赤鐵石英巖。

2.2 礦石工業(yè)類型及工藝類型

礦區(qū)鐵礦石的工業(yè)類型是需選鐵礦石(貧礦)，工業(yè)類型以磁性率進(jìn)行劃分為磁性鐵礦石和弱磁性鐵礦石(當(dāng)TFe/FeO≤2.7時(shí)為磁性鐵礦石，當(dāng)TFe/FeO>2.7時(shí)為弱磁性鐵礦石)。

根據(jù)礦石選礦難易程度，結(jié)合自然類型，按TFe/FeO比率(磁性率)劃分礦石工藝類型：TFe/FeO≤2.7的為未氧化礦石；2.73.5的為氧化礦石。

2.3 礦石化學(xué)成分

1)TFe：礦石中全鐵含量較穩(wěn)定，一般在TFe 25%～35%之間，平均含量TFe為28.20%，工業(yè)品位礦TFe 30.57%，低品位礦TFe 23.48%。地表全鐵含量略低，深部含量增高。

2)硅酸鐵(SiFe)：硅酸鐵平均含量為2.03%。

3)碳酸鐵(CFe)：碳酸鐵含量與礦石類型有一定關(guān)系，氧化礦石CFe 0.74%，半氧化礦石CFe 0.69%，未氧化礦石CFe 1.0%。碳酸鐵含量較低，一般小于1.0%，全礦床平均CFe 0.81%。碳酸鐵含量增高部位，多位于鐵礦層的裂隙中。

4)SiO2：二氧化硅一般在45%～65%之間，平均含量為56.39%。全鐵與二氧化硅呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，當(dāng)全鐵含量增多時(shí)，二氧化硅降低。氧化礦石二氧化硅的平均含量60.50%，半氧化礦石二氧化硅平均含量51.97%，未氧化礦石二氧化硅平均含量為48.52%。

5)S：硫含量很低，一般<0.05%，硫平均含量為0.054%。

6)P：磷含量很低，一般在0.01%～0.05%之間，平均含量為0.055%。

7)Mn：錳含量很低，一般在0.01%～0.1%之間。

2.4 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造

以粒狀變晶結(jié)構(gòu)為主，它形～半自形晶，鐵礦物與石英鑲嵌分布，局部見有石英包裹磁鐵礦微粒的包裹結(jié)構(gòu)，以及后期氧化的假象結(jié)構(gòu)、板狀結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)、蜂窩狀結(jié)構(gòu)等。

條帶狀(條紋)構(gòu)造，是該區(qū)鐵礦石的主要構(gòu)造類型。條帶黑白相間，互相平行排列有分枝復(fù)合現(xiàn)象。黑色條帶由磁鐵礦、假象赤鐵礦及少量的石英組成，白色條帶主要由石英和少量的磁鐵礦、赤鐵礦組成，一般條帶寬1～2 mm，寬者達(dá)3～5 mm。

粉末狀構(gòu)造、暖氣片狀構(gòu)造少見，為表面風(fēng)化淋濾作用形成，分布于地表或裂隙中。

2.5 鐵礦物及脈石粒度

1)地表礦石沿走向鐵礦物的粒度有向東南稍粗的趨勢(shì)。從鐵礦物各粒級(jí)含量上看，鐵礦物粒度多富集在0.010～0.021 mm(單體)、0.021～0.208 mm、0.208～0.295 mm三個(gè)粒級(jí)之間。沿厚度方面，鐵礦物粒度有下盤較中部與上盤部位微粗些的規(guī)律，石英的粒度分布不均勻。

2)磁鐵石英巖屬于細(xì)粒不均勻型礦石，鐵礦物粒度主要分布在56～295 μm之間，鐵礦物平均粒度56.32 μm；脈石粒度主要分布在21～208 μm之間，脈石平均粒度為45.97 μm。鐵礦物和脈石礦物粒度分布不均勻，鐵礦物大于74 μm的粒級(jí)含量為62.01%，而小于21 μm的粒級(jí)含量為6.62%。脈石礦物比鐵礦細(xì)一粒級(jí)，且大于74 μm粒級(jí)含量為48.28%，而小于21μm粒級(jí)含量為7.98%。

3)假象赤鐵石英巖屬于不均勻型礦石，鐵礦物粒度主要分布在10～208 μm之間，鐵礦物平均粒度42.17 μm；脈石粒度主要分布在21～208 μm之間，脈石平均粒度為44.61 μm。鐵礦物和脈石礦物粒度分布不均勻，鐵礦物大于74 μm的粒級(jí)含量為45.89%，而小于21 μm的粒級(jí)含量為9.02%。

4)在含透閃石、陽起石和綠泥石的鐵礦石中，透閃石和陽起石的粒度超過0.074 mm占53.51%，綠泥石的粒度超過0.074 mm占39.53%，較鐵礦物與石英稍小些；含方解石的鐵礦物中，方解石的粒度超過0.074 mm占87.30%，較鐵礦物與石英粗。

5)磁鐵礦由細(xì)粒度變?yōu)榇至６葧r(shí)，晶形由簡(jiǎn)單變?yōu)閺?fù)雜，自形程度由好變差，結(jié)晶面由平直變?yōu)橛行澢怀噼F礦由細(xì)粒度變?yōu)榇至６葧r(shí)，自形程度明顯變差，由自形變?yōu)樗?，結(jié)晶面變?yōu)閺澢偳丁?/p>

6)鐵礦石屬于不均勻型礦石，鐵礦物粒度以細(xì)粒為主，礦石適合分段磨礦、分段選別。

3 選礦試驗(yàn)研究

3.1 選礦流程試驗(yàn)

2021年鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)設(shè)計(jì)研究院對(duì)鞍千礦業(yè)磁性礦進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室選礦流程試驗(yàn)，并推薦“濕式預(yù)選-球磨磁選-塔磨精選”工藝流程。

3.1.1 原礦物相化學(xué)分析

對(duì)許東溝礦及許東溝和啞巴嶺(1：1)混合礦兩種原礦樣分別進(jìn)行化學(xué)多元素分析和物相分析，結(jié)果見表1、表2。

表1 原礦化學(xué)多元素分析結(jié)果 %

表2 原礦物相分析結(jié)果 %

3.1.2 許東溝礦石選礦工藝試驗(yàn)

根據(jù)選別條件試驗(yàn)結(jié)果，確定許東溝礦石采用“粗粒預(yù)選、磨礦-磁選、塔磨-精選”工藝流程，并進(jìn)行擴(kuò)大連選試驗(yàn)。許東溝礦全磁工藝中試擴(kuò)大連選試驗(yàn)數(shù)質(zhì)量流程見圖1。

圖1 鞍千許東溝礦全磁工藝中試擴(kuò)大連選試驗(yàn)數(shù)質(zhì)量流程圖

3.1.3 許東溝和啞巴嶺混合礦選礦工藝試驗(yàn)

根據(jù)選別條件試驗(yàn)結(jié)果，確定混合礦采用“粗粒預(yù)選、磨礦-磁選、塔磨-精選”工藝流程，并進(jìn)行擴(kuò)大連選試驗(yàn)。其數(shù)質(zhì)量流程見圖2。

圖2 鞍千許東溝礦和啞巴嶺礦(1：1)全磁工藝中試數(shù)質(zhì)量流程圖

3.1.4 兩種礦石半工業(yè)試驗(yàn)選別指標(biāo)對(duì)比

對(duì)兩種礦石“粗粒預(yù)選、球磨-磁選、塔磨-精選”工藝半工業(yè)試驗(yàn)主要技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果見表3。

表3 主要技術(shù)指標(biāo)對(duì)比表

半工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析表明：

1)在流程結(jié)構(gòu)上，許東溝礦石和混合礦均采用“粗粒預(yù)選、球磨-磁選、塔磨-精選”工藝流程，半工業(yè)試驗(yàn)使用設(shè)備及技術(shù)參數(shù)相同。

2)在作業(yè)技術(shù)參數(shù)上，破碎粒度、一段球磨粒度、二段塔磨粒度相近，各段磁選作業(yè)場(chǎng)強(qiáng)一致。

3)許東溝礦石原礦品位29.70%，混合礦原礦品位29.50%，兩種礦石入選品位接近。

4)從各段選別指標(biāo)對(duì)比：粗粒預(yù)選作業(yè)：許東溝礦石預(yù)選粗精礦品位41.31%，粗粒尾礦品位9.88%，拋尾量36.94%；混合礦預(yù)選精礦品位40.15%，粗粒尾礦品位8.80%，拋尾量33.97%。許東溝礦石比混合礦預(yù)選拋尾品位高1.08個(gè)百分點(diǎn)，拋尾量高2.97個(gè)百分點(diǎn)。

球磨磁選作業(yè)：選別許東溝礦石獲得一磁精品位58.26%，拋掉一磁尾品位8.93%，產(chǎn)率21.67%；選別混合礦獲得一磁精品位54.84%，拋掉一磁尾品位7.13%，產(chǎn)率20.33%。許東溝礦石比混合礦一磁拋尾品位高1.80個(gè)百分點(diǎn)，拋尾量高1.34個(gè)百分點(diǎn)。

塔磨精選作業(yè)：選別許東溝礦石獲得的終精品位69.87%，產(chǎn)率32.61%，金屬回收率76.72%，終尾品位10.26%；選別混合礦獲得的終精品位67.08%，產(chǎn)率35.73%，金屬回收率81.24%，終尾品位8.61%。許東溝礦石比混合礦終精品位高2.79個(gè)百分點(diǎn)，終尾品位高1.65個(gè)百分點(diǎn)，回收率低4.52個(gè)百分點(diǎn)。

5)采用“粗粒預(yù)選、球磨-磁選、塔磨-精選”工藝選別鞍千兩種礦石，在相同磨礦粒度條件下，許東溝礦石由于可選性好，獲得了更高品位的鐵精礦，混合礦在保證合格精礦品位下，綜合選別指標(biāo)更佳。實(shí)際生產(chǎn)中，如果許東溝礦石入選比例增加，可通過適當(dāng)提高臺(tái)時(shí)、放粗磨礦粒度，在保證合格精礦品位下，提高選別效率，實(shí)現(xiàn)效益最大化。

6)鞍千磁鐵礦采用“粗粒預(yù)選、球磨-磁選、塔磨-精選”工藝選別，較好地適應(yīng)了礦石粒度分布不均勻的特性，采用粗粒預(yù)選技術(shù)，及時(shí)拋出大量合格尾礦，減少后續(xù)作業(yè)通過量，降低磨礦能耗；采用塔磨機(jī)細(xì)磨，使未解離好的礦物得到充分解離，提高了磨礦效率，通過多級(jí)、高梯度磁選機(jī)+淘洗機(jī)組合磁選技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了細(xì)粒級(jí)礦物的高效分選，保證了精礦產(chǎn)品質(zhì)量，降低了尾礦品位，實(shí)現(xiàn)了磁鐵礦的短流程選別。“粗粒預(yù)選、球磨-磁選、塔磨-精選”工藝簡(jiǎn)單、選別指標(biāo)好，達(dá)到了降本增效的目的。

3.1.5 推薦流程

根據(jù)半工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果并結(jié)合鞍千礦業(yè)未來生產(chǎn)供礦條件，未來生產(chǎn)供礦條件更接近許東溝和啞巴嶺(1：1)混合礦，因此試驗(yàn)推薦采用“濕式預(yù)選-球磨磁選-塔磨精選”工藝流程，選別工藝數(shù)質(zhì)量流程見圖3。

圖3 推薦鞍千預(yù)選系統(tǒng)改造項(xiàng)目選別工藝數(shù)質(zhì)量流程圖

3.2 中冶北方研發(fā)中心流程試驗(yàn)

2022年中冶北方研發(fā)中心對(duì)鞍千磁性礦進(jìn)行了原礦性質(zhì)分析及原礦磁選管試驗(yàn)，通過與鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)設(shè)計(jì)研究院試驗(yàn)結(jié)果比較，原礦品位略高，但可選性較為接近，并提出了“二段磨礦-0.045 mm 92%磁選、淘洗試驗(yàn)、尾礦掃選再磨再選”工藝流程。

3.2.1 原礦分析

化學(xué)全分析結(jié)果見表4。

表4 原礦樣化學(xué)全分析結(jié)果 %

鐵物相分析結(jié)果見表5。

表5 原礦樣鐵物相分析結(jié)果 %

3.2.2 磁選流程試驗(yàn)

原礦(3.5～0 mm)弱磁預(yù)選，預(yù)選精礦磨礦至-0.075 mm 70%后一段磁選，磁選精礦磨礦至-0.045 mm 92%二段磁選，二段磁選精礦進(jìn)行淘洗機(jī)提精，二段磁選尾礦與淘洗機(jī)尾礦進(jìn)行掃磁選，掃磁選尾礦磨礦至-0.045 mm 92%回收磁選，最終精礦為淘洗機(jī)精礦與回收磁選精礦的混合。磁選流程試驗(yàn)數(shù)質(zhì)量流程見圖4。

圖4 磁選流程試驗(yàn)數(shù)質(zhì)量流程圖

3.2.3 試驗(yàn)結(jié)論

鞍千原礦樣按照設(shè)計(jì)流程結(jié)構(gòu)進(jìn)行了驗(yàn)證流程試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果基本符合預(yù)期，一段磨礦至-0.075 mm 70%磁選產(chǎn)率為42.47%，全鐵品位為61.21%，回收率為83.32%。二段磨礦-0.045 mm 92%磁選、淘洗磁選、尾礦掃選再磨再選試驗(yàn)。最終精礦產(chǎn)率為36.23%，全鐵品位為70.10%，回收率為81.39%。

4 設(shè)計(jì)工藝流程及工藝技術(shù)指標(biāo)

4.1 設(shè)計(jì)工藝流程

1)通過預(yù)選提前拋尾，入磨礦量減少35%，入選品位提高10%左右，可大幅降低后續(xù)作業(yè)能耗，顯著提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。拋出的5.56%的粗粒尾砂，既可減少尾礦入庫量，又可做為建筑材料出售，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益。

2)半工業(yè)試驗(yàn)推薦的流程中二次磁選精礦品位64.91%，經(jīng)過淘洗磁選后精礦品位65.85%。淘洗機(jī)為精選提質(zhì)工藝的核心設(shè)備，其利用磁團(tuán)聚、磁鏈的團(tuán)聚和分散特性，綜合重力、浮力、磁性引力、磁性斥力等復(fù)合力場(chǎng)作用，使夾雜的單體脈石及貧連生體從磁性礦物中分離出去。生產(chǎn)實(shí)踐中，調(diào)整淘洗機(jī)作業(yè)參數(shù)，一般可提高精礦品位2%或4%以上。因此，利用淘洗磁選機(jī)把二次磁選精礦品位從64.91%直接選到66.5%。

3)此次設(shè)計(jì)增加了尾礦掃選作業(yè)。二次磁選尾礦、淘洗磁選尾礦經(jīng)過尾礦掃選后，掃選精礦返回立磨機(jī)再磨，進(jìn)一步降低尾礦品位，提高精礦回收率。此次設(shè)計(jì)的工藝流程圖見圖5。

圖5 設(shè)計(jì)的工藝數(shù)質(zhì)量礦漿流程圖

4.2 工藝技術(shù)指標(biāo)

選礦廠設(shè)計(jì)的工藝技術(shù)指標(biāo)見表6。

表6 選礦工藝技術(shù)指標(biāo)

5 結(jié)語

1)鞍千磁鐵礦采用“粗粒預(yù)選、球磨-磁選、塔磨-精選”工藝，較好地適應(yīng)礦石粒度分布不均勻，采用粗粒預(yù)選及時(shí)拋出大量合格尾礦，減少入磨礦量，采用立磨，使未解離好的礦物得到充分解離，選礦廠設(shè)計(jì)可采用此工藝流程。

2)關(guān)于尾礦掃選作業(yè)。單一磁選工藝流程增加尾礦掃選作業(yè)，尾礦掃選精礦再磨應(yīng)用得比較廣泛，工藝成熟、可靠，并且增加精礦回收率2.5%～3%左右。此次設(shè)計(jì)對(duì)工藝流程進(jìn)行了優(yōu)化，增加尾礦掃選作業(yè)，中冶北方研發(fā)中心對(duì)設(shè)計(jì)流程進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)。

3)關(guān)于精礦回收率。此次設(shè)計(jì)按增加回收率2.28%考慮，因此設(shè)計(jì)的精礦回收率為：79.13%(依據(jù)半工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果推薦的工藝流程精礦回收率)+2.28%=81.41%。鞍千許東溝礦和啞巴嶺礦按1：1混合礦物相分析結(jié)果：mFe/TFe=83.05%，此次設(shè)計(jì)的精礦回收率合理。

4)關(guān)于精礦品位。實(shí)驗(yàn)室選礦流程試驗(yàn)、半工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果表明，最終磨礦粒度P80=30 μm，精礦品位為67.08%～69.87%。礦石在細(xì)磨到-325目占92%時(shí)，鐵精礦品位達(dá)到66.5%是可以保證的。

5)由于鞍千礦業(yè)選廠磁性礦來源于兩個(gè)礦體，礦石性質(zhì)相對(duì)復(fù)雜，供礦情況不穩(wěn)定，設(shè)備選擇計(jì)算要充分考慮礦石的波動(dòng)性，使設(shè)計(jì)的流程適應(yīng)性更強(qiáng)；生產(chǎn)時(shí)應(yīng)根據(jù)不同種類的礦石進(jìn)行配比，以更好的滿足設(shè)計(jì)流程所需要的參數(shù)，為新建選礦廠取得好指標(biāo)創(chuàng)造條件。