張漢泉,汪鳳玲

(武漢工程大學(xué)環(huán)境與城市建設(shè)學(xué)院，湖北 武漢 430074)

0 引 言

湖北省某地具有較為豐富鐵礦資源，礦石中鐵含量較低，原礦中全鐵(TFe)含量約15 %(質(zhì)量分數(shù)，下同)，屬于貧磁鐵礦，鐵礦物的嵌布粒度較細，通過三磨三磁選流程，得到精礦品位為46 %～48 %，產(chǎn)率16 %左右，即單一弱磁選很難得到全鐵品位超過60 %的鐵精礦，由于優(yōu)質(zhì)“鐵精料” 對煉鐵具有重要意義，具有廣泛的應(yīng)用前景和廣闊的市場前景[1-2]，而反浮選是目前處理細粒嵌布鐵礦最有效方法之一.本文主要以現(xiàn)場鐵含量48.03 %、硅含量高達17.07 %的弱磁選精礦為研究對象，進行了反浮選提鐵降硅的研究.

1 礦石性質(zhì)

分別對原礦、磁選精礦和磁選尾礦進行分析，表1為原礦多元素分析結(jié)果，表2為弱磁選尾礦鐵物相分析結(jié)果.

表1 原礦多元素分析結(jié)果Table 1 The multi-elements analysis of raw ore

表2 弱磁選尾礦鐵物相分析結(jié)果Table 2 Iron mineral phase analysis on weak magnetic tailings

由表1知，原礦中鐵含量較低，只有15.72 %，其中磁性鐵(MFe)含量為7.40 %，屬于典型的貧磁鐵礦，通過三段弱磁選能夠拋去大量尾礦，尾礦物相分析見表2，尾礦的鐵含量只有9.50 %，拋尾率達83.86 %，但磁選精礦鐵含量只有48.03 %，對弱磁選精礦進行了多元素分析和物相分析，分析結(jié)果見表3和表4.

由表3可知，弱磁選精礦磁性率[w(FeO)/w(TFe)]為35.85 %，應(yīng)為混合礦石.四元堿度w(CaO+MgO)/w(SiO2+Al2O3)=0.21，為典型的酸性氧化礦[3].有害組分硫、磷含量較低，SiO2為要分選排除的主要脈石礦物，Al2O3含量達6.57 %，應(yīng)在選礦過程中進一步降低.

由物相分析結(jié)果可知，礦石中鐵的賦存狀態(tài)較為簡單，磁性鐵分布率約占96 %，硅酸鐵之鐵含量1.06 %，占2.21 %，赤褐鐵之鐵含量0.81 %，占1.69 %，其他鐵礦物的鐵的分布率不到0.1 %，反浮選中主要抑制磁鐵礦.

表3 弱磁選精礦多元素分析結(jié)果Table 3 The multi-elements analysis of weak magnetic concentrate

表4 弱磁選精礦鐵物相分析結(jié)果Table 4 Iron mineral phase analysis on weak magnetic concentrate

2 研究方法

目前在陰離子反浮選工藝、陽離子反浮選工藝方面，國內(nèi)外都取得了成功的研究[4-15]，我國是世界上較早研究和推廣鐵精礦陰離子反浮選除硅工藝的國家之一[4].此次試驗采用武漢工程大學(xué)研發(fā)的YRA捕收劑對該礦進行反浮選工藝的探索.

2.1 試驗藥劑

鐵礦反浮選藥劑主要包括礦漿pH調(diào)整劑、含硅礦物捕收劑、磁鐵礦抑制劑、石英等的活化劑，試驗采用NaOH調(diào)整劑礦漿pH值、用苛化淀粉抑制磁鐵礦、Ca2+活化石英和改性脂肪酸類捕收劑.

2.2 試驗流程

試樣磨礦細度為-0.038 mm 81.73 %，采用一粗一精開路流程，對影響浮選效果的主要因素進行單因素條件探索試驗，確定浮選最佳條件后進行小型閉路試驗.

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 溫度對浮選效果的影響

浮選礦漿的溫度是采用陰離子反浮選捕收劑浮選的一個重要影響因素.陰離子反浮選捕收劑在浮選使用的藥劑濃度(0.10 %～20 %，質(zhì)量分數(shù)，下同)范圍內(nèi)，大多數(shù)捕收劑的離子或分子都締合成膠團.浮選溫度越高，捕收劑有效離子或分子越多，藥劑在礦漿中的分散性好，礦物表面捕收劑的吸附量增加，因此提高浮選礦漿溫度，可以改善浮選效果.

在NaOH 2 kg/t，苛化淀粉0.7 kg/t，CaCl20.36 kg/t，捕收劑0.5 kg/t的試驗條件下，礦漿溫度為20 ℃、25 ℃、30 ℃、35 ℃條件下的分選效果，試驗結(jié)果見圖1.藥劑用量相同，隨著溫度升高，精礦品位提高，回收率下降，當溫度超過30 ℃，精礦品位有所下降.試驗結(jié)果表明，浮選礦漿溫度以30 ℃為佳.

圖1 反浮選溫度試驗結(jié)果Fig.1 The results of reverse flotation at different temperature

3.2 NaOH用量對浮選效果的影響

調(diào)節(jié)和控制浮選礦漿的pH值至關(guān)重要，對于特定的礦石及采用的浮選工藝流程，礦漿pH值既可能影響藥劑在礦物表面的解離或吸附性能，從而影響表面電性和礦物表面吸附物的組份與結(jié)構(gòu)、表面的親水、疏水總效應(yīng).因此，必須在適宜的礦漿pH值條件下，才能獲得較好的浮選效果.

試驗采用NaOH調(diào)節(jié)礦漿pH，浮選溫度為30 ℃，苛化淀粉用量0.7 kg/t，CaCl2用量0.36 kg/t，捕收劑用量0.5 kg/t，pH對浮選指標的影響試驗結(jié)果如圖2所示.隨著NaOH 用量增大，精礦品位不斷升高，在NaOH 用量為2.0 kg/t時，精礦品位最高為53.47 %，繼續(xù)增加NaOH 用量，精礦品位急劇下降，綜合精礦品位和回收率考慮，最終確定NaOH 用量為2.0 kg/t.

圖2 NaOH用量試驗結(jié)果Fig.2 The effect of NaOH dosage on reverseflotation

3.3 淀粉對浮選效果的影響

抑制劑主要是通過競爭吸附而減少礦物表面捕收劑的吸附量，還有由于親水基團的吸附，淀粉能夠借氫鍵作用吸附于礦物表面，使得礦物顆粒首先包上一層淀粉膠體，再包裹上一層水膜，從而使礦物親水受到抑制，因此目前在反浮選工藝中普遍使用淀粉或改性淀粉作為鐵礦物抑制劑[11].

試驗浮選礦漿溫度為30 ℃，NaOH 用量為2.0 kg/t， CaCl2用量0.36 kg/t，捕收劑用量0.5 kg/t，改變淀粉用量進行條件試驗，試驗結(jié)果見圖3.隨著淀粉用量的增加，精礦品位下降，最高可達61.24 %，最低只有55.29 %，而回收率不斷增加，最終在79 %左右，綜合各項選礦指標考慮，確定苛化淀粉用量為0.65 kg/t.鐵品位在56 %～57 %，SiO2含量在9 %～10 %，應(yīng)進一步降低.

圖3 苛化淀粉用量試驗結(jié)果Fig.3 The effect of starch dosage on reverse flotation

3.4 Ca2+對浮選效果的影響

由于(改性)脂肪酸(鹽)對石英類脈石礦物的捕收能力較差，因此需加活化劑，Ca2+易與(改性)脂肪酸(鹽)結(jié)合形成帶正電(改性)脂肪酸鈣，從而捕收帶負電石英類脈石礦物，生產(chǎn)中選擇CaO(生石灰)，試驗中選用CaCl2作活化劑.礦漿溫度為30 ℃，NaOH 用量為2.0 kg/t，捕收劑用量0.5 kg/t，淀粉用量0.65 kg/t，試驗結(jié)果見圖4.隨著CaCl2用量增大，精礦品位先降低后增大，回收率在CaCl2用量0.36 kg/t時最高達70.85 %，在CaCl2用量為0.45 kg/t時精礦品位最高達59.40 %，回收率65.91 %，選礦指標較好，確定CaCl2用量為0.45 kg/t.

圖4 CaCl2用量試驗結(jié)果Fig.4 The effect of CaCl2 dosage on reverse flotation

3.5 粗選捕收劑用量對浮選效果的影響

在一定范圍內(nèi)適當增加捕收劑用量，可提高浮選速度，改善浮選效果.捕收劑用量過大，降低了浮選過程的選擇性，使某些不應(yīng)浮出的礦物上浮，降低精礦質(zhì)量；另一方面，非目的礦物與欲浮目的礦物在泡沫上競爭吸附，降低欲浮目的礦物的上浮概率，使回收率下降；捕收劑用量過低，目的礦物表面疏水性不足，礦物浮選不充分.

圖5 捕收劑用量試驗結(jié)果Fig.5 The effect of collector dosage on reverse flotation

試驗條件為礦漿溫度為30 ℃，NaOH 用量為2.0 kg/t，淀粉用量0.65 kg/t，CaCl2用量0.45 kg/t，試驗結(jié)果見圖5，隨捕收劑用量的增大，浮選精礦產(chǎn)率和回收率逐漸降低，品位隨之增高，最后趨于穩(wěn)定，捕收劑用量在0.9 kg/t時和0.7 kg/t時浮選指標相差不大，鐵品位在59 %以上，鐵回收率在60 %～61 %.考慮到選礦成本，選擇捕收劑用量為0.7 kg/t.

3.6 精選CaCl2用量對浮選效果的影響

圖6 精選CaCl2用量試驗結(jié)果Fig.6 The effect of CaCl2 dosage on concentrating

為進一步改善選礦指標，需要在粗選藥劑用量最佳的條件下，對精選時添加的藥劑用量進行優(yōu)化.試驗改變精選CaCl2用量進行試驗，試驗結(jié)果見圖6，隨著CaCl2用量增加，精礦品位逐漸增高，但品位急劇下降，精選時不添加CaCl2時，泡沫量少，故選擇添加少量的CaCl2，添加量為0.20 kg/t.精礦產(chǎn)率51.39 %，鐵品位59.28 %，鐵回收率63.73 %.

3.7 精選捕收劑用量試驗

由粗選捕收劑用量試驗結(jié)果可知，捕收劑用量對浮選指標有較大的影響，需對精選捕收劑用量需要作進一步的考查.在粗選的最佳藥劑條件及精選CaCl2用量0.2 kg/t時試驗，試驗結(jié)果見圖7.通過調(diào)節(jié)精選時捕收劑用量可以改善精礦質(zhì)量，當捕收劑用量為0.3 kg/t時，精礦品位為60.77 %，產(chǎn)率46.72 %，鐵回收率為58.97 %.

圖7 精選捕收劑用量試驗結(jié)果Fig.7 The effect of collector dosage on concentrating

綜合以上條件試驗，采用一粗一精開路浮選流程，在合理的浮選藥劑用量條件下(粗選：NaOH2kg/t，淀粉0.65 kg/t，CaCl20.45 kg/t，捕收劑0.70 kg/t；精選：CaCl20.20 kg/t，捕收劑0.30 kg/t)，精礦品位可達60 %以上，鐵回收率60 %，產(chǎn)率50 %左右.

為了進一步在提高回收率的基礎(chǔ)上提高精礦品位，擬進行二次精選，并進行捕收劑用量試驗，通過精選可以將精礦品位提高到62 %以上，但是回收率只有40 %左右，故最終只采用一次精選.

3.8 小型閉路試驗

為提高精礦回收率，在開路試驗的基礎(chǔ)上進行了閉路試驗流程試驗.首先進行了一粗一精一掃閉路流程試驗，試樣經(jīng)一次粗選和一次精選得到最終精礦，粗選泡沫產(chǎn)品經(jīng)一次掃選，得到最終尾礦.精選的尾礦和掃選的精礦返回到粗選，試驗結(jié)果見表5.

表5 閉路試驗結(jié)果 Table 5 The result of closed-circuit test

由表5可知，通過小型閉路試驗，獲得較好浮選指標：精礦產(chǎn)率為62.62 %，品位為59.14 %，回收率為76.75 %，SiO2含量為7.30 %，SiO2脫除率為73.05 %，尾礦品位約30 %，需要在該流程的基礎(chǔ)上對掃選進一步探索，對閉路試驗流程藥劑制度進行調(diào)整.

實驗中，在掃選過程中加入抑制劑，可降低尾礦品位，一次掃選尾礦品位降低不明顯，需要兩次掃選.返回的中礦較之前流程多，需調(diào)整捕收劑用量.經(jīng)過多次優(yōu)化，確定浮選流程為一粗一精兩掃閉路流程.尾礦品位降低到26.51 %，精礦品位為58.62 %，回收率為82.83 %，圖8為閉路試驗數(shù)質(zhì)量流程圖.

圖8 閉路數(shù)質(zhì)量流程圖Fig.8 Closed-circuit test process

4 結(jié) 語

a.原礦通過三段磁選，可以拋棄大量尾礦，但是精礦品位不高，只有46 %～48 %，產(chǎn)率16 %左右，需通過其他工藝流程來提高精礦品位.

b.通過溫度、pH調(diào)整劑、抑制劑、活化劑各單因素的試驗探索，確定了礦漿溫度為30 ℃，調(diào)整劑、抑制劑、活化劑的最佳用量分別為2 kg/t、0.65 kg/t、0.45 kg/t，并在此條件下，確定捕收劑用量為0.7 kg/t.在粗選條件的基礎(chǔ)上，對精選藥劑用量進行了進一步探索，確定精選活化劑用量為0.2 kg/t，捕收劑用量為0.3 kg/t.

c.由浮選條件試驗可知，在合理的藥劑制度下，采用一粗一精開路浮選流程，精礦品位可達60 %以上，鐵回收率60 %，產(chǎn)率50 %左右.采用一粗一精一掃閉路試驗，得到較滿意的浮選指標：精礦產(chǎn)率62.62 %，精礦品位59.14 %，精礦回收率76.75 %，SiO2含量由原礦中的17.07 %降到7.30 %，SiO2脫除率為73.05 %.在此基礎(chǔ)上進行調(diào)整，確定最終流程為一粗一精兩掃閉路流程，最終尾礦品位降低到26.51 %，精礦品位為58.62 %，回收率為82.83 %.

d.磁選—反浮選工藝可以對該貧磁鐵礦進行開發(fā)利用，最終精礦品位59 %左右，全流程回收率41 %～43 %.

參考文獻：

[1] 余永富.從煉鐵工業(yè)發(fā)展討論我國鐵礦選礦發(fā)展方向[J].金屬礦山，2002( 8)：5-9．

[2] 余永富，段其福．降硅提鐵對我國鋼鐵工業(yè)發(fā)展的重要意義[J].礦冶工程，2002(22)：1-6．

[3] 許時.礦石可選性研究[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1998,6.

[4] 羅惠華，王俊.海州式磷礦低溫浮選的研究[J].中國礦業(yè)，2006，15：25-29.

[5] 梁振緒.提鐵降硅陰離子反浮選工藝在磁鐵礦選礦中的應(yīng)用[J].礦業(yè)工程，2003(1)：29-31．

[6] 張涇生，張兆元，李維兵．鞍鋼齊大山貧紅鐵礦選礦工程技術(shù)研究[J].礦冶工程，2003，23：18-21．

[7] Uwadiale，Nwoke．Reverse anionic flotation of quartz from Moru iron ore[J].Minerals & Metallurgical Processing.1995，12(4)：173-177．

[8] 劉動.反浮選應(yīng)用于鐵精礦提鐵降硅的現(xiàn)狀及展望[J]．金屬礦山，2003(2)：38-42．

[9] 胡岳華，杜平．N-烷基-1，3-丙二胺類捕收劑的結(jié)構(gòu)與浮選鋁硅酸鹽礦物性能的研究[J].礦產(chǎn)保護與利用，2002( 6)：33-37.

[10] 葛英勇，陳達，余永富.耐低溫陽離子捕收劑G-601反浮選磁鐵礦的研究[J].金屬礦山，2004(4)：32-34.

[11] Iranildes Daniel dos Santos, Jose′ Farias Oliveira. Utilization of humic acid as a depressant for hematite in the reverse floation for iron ore[J].Minerals Engineering， 2007,20：1003-1007.

[12] Santana A N.Reverse magnest flotation.Minerals Engineering， 2001(1):107-111.

[13] 劉動 ．關(guān)于陰離子反浮選含泥量變化對指標影響及相關(guān)環(huán)節(jié)和藥劑調(diào)整的探討[J]．國外金屬礦山，2002(5)：44-47.

[14] 朱玉霜，朱建光．浮選藥劑的化學(xué)原理[M]，長沙：中南工業(yè)大學(xué)出版社，1996．

[15] 孫克己，李逸群.弱磁性鐵礦石脫磷選礦試驗研究[J]，中國礦業(yè)，1999(6):61-64.