胡義明 劉安平 徐望華

(1.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院;2.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司;3.寶鋼集團(tuán)梅山礦業(yè)有限公司)

梅山鐵礦是我國(guó)大型地下鐵礦山，礦石類(lèi)型為寧蕪式玢巖鐵礦石，礦石中鐵礦物包括磁鐵礦、半假象赤鐵礦、假象赤鐵礦、赤鐵礦、菱鐵礦等，脈石礦物有石英、長(zhǎng)石、透輝石、透閃石、石榴子石、云母、綠泥石、高嶺土、碳酸鹽礦物等［1-2］。

梅山鐵礦選礦廠目前采用粗粒預(yù)選拋廢—預(yù)選粗精礦兩段連續(xù)磨礦(磨礦細(xì)度 －0.076 mm占65%左右)—浮硫—1粗1掃弱磁選—1粗1掃高梯度磁選工藝流程產(chǎn)出硫精礦和鐵精礦兩種產(chǎn)品［3］，鐵精礦鐵品位＞57%、SiO2含量＞6%，屬于半自熔性鐵精礦。

全球經(jīng)濟(jì)危機(jī)使我國(guó)鋼鐵企業(yè)經(jīng)歷了一場(chǎng)前所未有的挑戰(zhàn)，但也給我國(guó)鋼鐵企業(yè)提供了一次轉(zhuǎn)型變革的機(jī)遇［4］。目前，我國(guó)鋼鐵企業(yè)正加快兼并重組、淘汰落后產(chǎn)能、提升技術(shù)水平的改革步伐。梅山鐵礦選礦廠為了適應(yīng)新的鋼鐵形勢(shì)，欲將其鐵精礦的SiO2含量降至4%以下，使鐵精礦由半自熔性盡量向自熔性轉(zhuǎn)變，從而改善鐵精礦的冶煉性能，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。本研究在查明梅山鐵礦選礦廠鐵精礦SiO2含量高的根源基礎(chǔ)上，采用多種方案對(duì)梅山鐵礦選礦廠浮硫尾礦進(jìn)行獲取SiO2含量＜4%的鐵精礦的選礦試驗(yàn)，為梅山鐵礦選礦廠確定鐵精礦降硅方案提供參考。

1 現(xiàn)場(chǎng)3種磁選精礦性質(zhì)分析

梅山鐵礦選礦廠最終鐵精礦由弱磁粗選精礦、弱磁掃選精礦、高梯度粗選精礦和高梯度掃選精礦組成。鑒于弱磁粗選精礦和弱磁掃選精礦性質(zhì)相差不是很大，因此將它們配成弱磁選混合精礦(簡(jiǎn)稱(chēng)弱磁選精礦)與高梯度粗選精礦和高梯度掃選精礦一起進(jìn)行性質(zhì)分析。

1.1 現(xiàn)場(chǎng)3種磁選精礦化學(xué)多元素分析

現(xiàn)場(chǎng)弱磁選精礦、高梯度粗選精礦和高梯度掃選精礦的化學(xué)多元素分析結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 現(xiàn)場(chǎng)3種磁選精礦化學(xué)多元素分析結(jié)果

從表1可知:除弱磁選精礦外，高梯度粗選精礦和高梯度掃選精礦的鐵品位均很低，分別為45.58%和29.79%，有害雜質(zhì)P、S的含量也從弱磁選精礦到高梯度掃選精礦逐步增加;3種精礦的堿性系數(shù) w(CaO+MgO)/w(SiO2+Al2O3)分別為0.57、0.62、0.59，均呈半自熔性;主要雜質(zhì) SiO2的含量不僅在兩個(gè)高梯度磁選精礦中分別高達(dá)11.32%和20.03%，在弱磁選精礦中也已占到3.49%，這意味著要使最終鐵精礦的SiO2含量降到4%以下，不僅需要去除高梯度磁選精礦中混入的較多含硅礦物，還需要提高弱磁選的分選精度。

1.2 現(xiàn)場(chǎng)3種磁選精礦鐵物相分析

現(xiàn)場(chǎng)3種磁選精礦的鐵物相分析結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 現(xiàn)場(chǎng)3種磁選精礦鐵物相分析結(jié)果 %

由表2可知:現(xiàn)場(chǎng)弱磁選精礦中的鐵基本以磁鐵礦、假象和半假象赤鐵礦形式存在，其他形式的鐵僅占5.86%。兩個(gè)高梯度磁選精礦中的鐵主要以赤褐鐵礦和碳酸鹽(菱鐵礦)形式存在，且碳酸鐵的量與赤褐鐵的量基本相同，這是高梯度磁選精礦鐵品位低的主要原因;同時(shí)，兩個(gè)高梯度磁選精礦中均有一定量的鐵以硅酸鹽形式存在，這些含鐵硅酸鹽是造成高梯度磁選精礦SiO2含量高的原因之一;此外，高梯度粗選精礦和高梯度掃選精礦中磁性鐵的分布率分別達(dá)47.12%和9.75%，反映出現(xiàn)場(chǎng)弱磁選過(guò)程對(duì)磁性鐵的回收不徹底，這可能與礦石中部分假象和半假象赤鐵礦的磁性相對(duì)較弱，而現(xiàn)場(chǎng)弱磁掃選作業(yè)磁場(chǎng)強(qiáng)度不足(198.9 kA/m左右)有關(guān)。

1.3 現(xiàn)場(chǎng)3種磁選精礦中鐵礦物的單體解離度

現(xiàn)場(chǎng)3種磁選精礦中主要鐵礦物(磁鐵礦、赤鐵礦、菱鐵礦)的單體解離度測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可知:現(xiàn)場(chǎng)弱磁選精礦中鐵礦物的總解離度達(dá)到了90.75%，但+0.16 mm粒級(jí)的解離度較低，為66.96%，而高梯度粗選精礦和高梯度掃選精礦中鐵礦物的總解離度分別只有78.32%和72.15%，因此，要降低最終鐵精礦的SiO2含量，通過(guò)再磨提高鐵礦物的解離度是一項(xiàng)應(yīng)該考慮的措施。另一方面，現(xiàn)場(chǎng)3種磁選精礦中－0.02 mm粒級(jí)的鐵礦物解離度都達(dá)到了100%，但其鐵品位反而都很低，說(shuō)明浮硫尾礦所含黏土類(lèi)礦物泥化后在3種磁選精礦中形成了較多的機(jī)械夾雜。

1.4 現(xiàn)場(chǎng)3種磁選精礦中SiO2的平衡分配

根據(jù)礦物定量和各礦物中SiO2含量的測(cè)定結(jié)果，計(jì)算出SiO2在現(xiàn)場(chǎng)3種磁選精礦中的平衡分配結(jié)果如表4所示。

表3 現(xiàn)場(chǎng)3種磁選精礦中主要鐵礦物的單體解離度 %

表4 現(xiàn)場(chǎng)3種磁選精礦中硅的平衡分配結(jié)果

由表4可知:①由于鐵礦物的解離不不充分，導(dǎo)致較多的石英、長(zhǎng)石富連生體進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)3種磁選精礦中，使3種精礦中以石英、長(zhǎng)石形式存在的SiO2的分配率分別高達(dá)67.51%、66.36%、72.50%，這進(jìn)一步證明了考慮再磨措施的必要性。②由于云母、綠泥石、黏土等易泥化礦物造成了較多的礦泥夾雜，使得以云母、綠泥石、黏土形式存在的SiO2在現(xiàn)場(chǎng)3種磁選精礦中分別占到了SiO2總量的11.92%、16.55%、16.65%。③現(xiàn)場(chǎng)兩種高梯度磁選精礦中以透輝石、透閃石、石榴石形式存在的SiO2分別占SiO2總量的12.69%和9.24%，這是由于透輝石、透閃石、石榴石具有程度不等的弱磁性而造成的，如果在高梯度磁選時(shí)采用較低的場(chǎng)強(qiáng)(現(xiàn)場(chǎng)高梯度磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度為397.9 kA/m左右)，將可以減少這些弱磁性硅酸鹽脈石礦物在高梯度磁選精礦中的混入量，進(jìn)而降低綜合鐵精礦的SiO2含量。

2 試樣

為了從源頭上解決問(wèn)題，以現(xiàn)場(chǎng)浮硫尾礦即弱磁選給礦為試樣開(kāi)展試驗(yàn)。試樣的化學(xué)多元素分析結(jié)果、鐵物相分析結(jié)果和粒度分析結(jié)果見(jiàn)表5、表6、表7。

表5 試樣化學(xué)多元素分析結(jié)果 %

表6 試樣鐵物相分析結(jié)果 %

表7 試樣粒度分析結(jié)果

3 試驗(yàn)方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)3種磁選精礦的性質(zhì)分析結(jié)果，擬定了以下4種試驗(yàn)方案。

方案1，1粗1精1掃弱磁選—低場(chǎng)強(qiáng)1粗1掃高梯度磁選流程試驗(yàn):以現(xiàn)場(chǎng)1粗1掃弱磁選—1粗1掃高梯度磁選流程為基礎(chǔ)，在弱磁選時(shí)增加1次精選以提高弱磁選的分選精度、減少黏土類(lèi)礦泥在弱磁選精礦中的夾雜，同時(shí)提高弱磁掃選的磁場(chǎng)強(qiáng)度以保證弱磁選階段使強(qiáng)磁性礦物得到較充分的回收，在高梯度磁選時(shí)則采用低磁場(chǎng)強(qiáng)度以避免過(guò)多的弱磁性硅酸鹽脈石及黏土類(lèi)礦泥混入高梯度磁選精礦。

方案2，再磨—1粗1精1掃弱磁選—較高場(chǎng)強(qiáng)1粗1掃高梯度磁選流程試驗(yàn):考察浮硫尾礦經(jīng)再磨提高鐵礦物的單體解離度后再進(jìn)行弱磁選—高梯度磁選是否能有效降低最終鐵精礦的SiO2含量，并在高梯度磁選時(shí)采用相對(duì)較高的磁場(chǎng)強(qiáng)度以減少鐵的損失。

方案3，1粗1精1掃弱磁選—較高場(chǎng)強(qiáng)1粗1掃高梯度磁選—細(xì)篩分級(jí)—篩上再磨再選流程試驗(yàn):用細(xì)篩將相對(duì)較高場(chǎng)強(qiáng)下獲得的高梯度磁選精礦分級(jí)后，僅對(duì)細(xì)篩篩上進(jìn)行再磨和高梯度再選，可以避免浮硫尾礦全部再磨引起的礦泥增多問(wèn)題。

方案4，1粗1精1掃弱磁選—較高場(chǎng)強(qiáng)1粗1掃高梯度磁選—正浮選流程試驗(yàn):利用浮選的高分選效率，在弱酸性條件下用石油磺酸鹽類(lèi)捕收劑MPD對(duì)相對(duì)較高場(chǎng)強(qiáng)下獲得的高梯度磁選精礦進(jìn)行正浮選，以降低高梯度磁選精礦乃至綜合鐵精礦的SiO2含量。

試驗(yàn)中弱磁選采用 400 mm×300 mm電磁濕式圓筒弱磁選機(jī)，高梯度磁選采用磁介質(zhì)為 1 mm鋼棒、沖程為25 mm、沖次為400次/min的SLon－750型高梯度磁選機(jī)，再磨采用XMQ－ 350 mm×160 mm錐形球磨機(jī)，細(xì)篩分級(jí)采用振動(dòng)頻率為3 000次/min，篩面傾角為25°的1.2 m×0.6 m高頻振動(dòng)細(xì)篩，浮選采用XFD型0.75 L掛槽式浮選機(jī)。

4 試驗(yàn)結(jié)果

4.1 方案1試驗(yàn)結(jié)果

方案1試驗(yàn)流程見(jiàn)圖1。

經(jīng)系統(tǒng)的條件試驗(yàn)，確定弱磁選粗選、精選、掃選的磁場(chǎng)強(qiáng)度分別為127.3、111.4、318.3 kA/m，高梯度磁選粗選、掃選的磁場(chǎng)強(qiáng)度均為119.4 kA/m，此時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果如表8所示。

圖1 方案1試驗(yàn)流程

表8 方案1試驗(yàn)結(jié)果 %

由表8可見(jiàn)，通過(guò)增加弱磁選精選以及在高梯度磁選時(shí)采用低磁場(chǎng)強(qiáng)度，有效地提高了弱磁選和高梯度磁選的分選精度，使弱磁選精礦和高梯度磁選精礦的SiO2含量分別降到了2.06%和7.85%，從而實(shí)現(xiàn)了綜合鐵精礦的SiO2含量＜4%，但綜合鐵精礦的鐵回收率相對(duì)較低，為86.07%。

4.2 方案2試驗(yàn)結(jié)果

將試樣分別再磨至－0.076 mm占70%、75%、80%后進(jìn)行1粗1精1掃弱磁選—1粗1掃高梯度磁選，并與試樣不再磨進(jìn)行對(duì)比。試驗(yàn)中弱磁選各作業(yè)的磁場(chǎng)強(qiáng)度均與方案1相同，而高梯度磁選粗選和掃選的磁場(chǎng)強(qiáng)度分別提高到159.2和198.9 kA/m。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表9。

表9顯示，高梯度磁選時(shí)采用較高的磁場(chǎng)強(qiáng)度可使綜合鐵精礦的回收率有較明顯的提高，但再磨與不再磨相比，綜合鐵精礦的SiO2含量雖有所下降卻不能降到4%以下，這可能是因?yàn)樵倌ピ谑硅F礦物解離度提高的同時(shí)也造成了礦泥增多，礦泥對(duì)分選過(guò)程干擾的加劇淡化了鐵礦物解離度提高帶來(lái)的正面影響。因此，方案2不可行。

4.3 方案3試驗(yàn)結(jié)果

方案3試驗(yàn)流程見(jiàn)圖2。

表9 方案2試驗(yàn)結(jié)果 %

圖2 方案3試驗(yàn)流程

4.3.1 細(xì)篩篩孔尺寸選擇

在粗選和掃選磁場(chǎng)強(qiáng)度分別為198.9和398.1 kA/m條件下獲得的高梯度磁選精礦產(chǎn)率為30.31%、鐵品位為39.80%、SiO2含量為11.88%、鐵回收率為25.78%。采用篩孔尺寸分別為0.15、0.10、0.08 mm的篩網(wǎng)對(duì)其進(jìn)行細(xì)篩分級(jí)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表10。

根據(jù)表10結(jié)果，兼顧篩下產(chǎn)品的鐵品位、SiO2含量以及篩分效率，選擇細(xì)篩篩孔尺寸為0.10 mm。

表10 細(xì)篩篩孔尺寸試驗(yàn)結(jié)果

4.3.2 細(xì)篩篩上再磨細(xì)度試驗(yàn)

將篩孔尺寸為0.10 mm的細(xì)篩篩上產(chǎn)品再磨至不同細(xì)度后進(jìn)行高梯度再選，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表11。

表11 細(xì)篩篩上再磨細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果 %

根據(jù)表11結(jié)果，兼顧再選精礦的鐵品位和鐵回收率，選擇細(xì)篩篩上產(chǎn)品的再磨細(xì)度為－0.076 mm占75%。

4.3.3 方案3綜合試驗(yàn)結(jié)果

在細(xì)篩篩孔尺寸為0.10 mm、細(xì)篩篩上再磨細(xì)度為－0.076 mm占75%的條件下，方案3獲得的綜合試驗(yàn)結(jié)果如表12所示。

表12 方案3試驗(yàn)結(jié)果 %

表12表明:方案3在實(shí)現(xiàn)綜合鐵精礦SiO2含量＜4%的同時(shí)，還使綜合鐵精礦的鐵回收率比方案1提高了1.06個(gè)百分點(diǎn);但方案3所獲綜合鐵精礦的鐵品位與方案1相比下降了2.02個(gè)百分點(diǎn)，這應(yīng)該是高梯度磁選采用相對(duì)較高的磁場(chǎng)強(qiáng)度后，有更多的菱鐵礦進(jìn)入細(xì)篩篩下和再選精礦所致。

4.4 方案4試驗(yàn)結(jié)果

方案4試驗(yàn)流程見(jiàn)圖3。

圖3 方案4試驗(yàn)流程

4.4.1 硫酸用量試驗(yàn)

暫定捕收劑MPD用量為粗選0.6 kg/t、掃選0.2 kg/t(藥劑用量均對(duì)浮硫尾礦計(jì)，下同)，在不同的硫酸用量下對(duì)高梯度磁選精礦進(jìn)行1粗1掃正浮選，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表13。

表13 硫酸用量試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表13結(jié)果，綜合考慮浮選精礦的鐵回收率和SiO2含量，選擇硫酸用量為1.5 kg/t，此時(shí)礦漿pH為6。

4.4.2 捕收劑MPD用量試驗(yàn)

固定硫酸用量為1.5 kg/t，在不同的MPD用量下對(duì)高梯度磁選精礦進(jìn)行1粗1掃正浮選，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表14。

根據(jù)表14結(jié)果，兼顧浮選精礦的鐵品位、SiO2含量和鐵回收率，選擇浮選粗選和掃選的MPD用量分別為0.4和0.2 kg/t。

表14 MPD用量試驗(yàn)結(jié)果

4.4.3 方案4綜合試驗(yàn)結(jié)果

在選定的浮選藥劑用量下，方案4獲得的綜合試驗(yàn)結(jié)果如表15所示。

表15 方案4試驗(yàn)結(jié)果 %

表15表明:方案4也實(shí)現(xiàn)了綜合鐵精礦SiO2含量＜4%，并使綜合鐵精礦的鐵回收率比方案1提高了1.02個(gè)百分點(diǎn);但同樣由于有更多的菱鐵礦被回收，導(dǎo)致方案4所獲綜合鐵精礦的鐵品位與方案1相比下降了1.46個(gè)百分點(diǎn)。

對(duì)方案4所獲綜合鐵精礦進(jìn)行化學(xué)多元素分析，結(jié)果如表16所示。

表16 方案4鐵精礦化學(xué)多元素分析結(jié)果 %

表16中w(CaO+MgO)/w(SiO2+Al2O3)=1.0，可見(jiàn)，SiO2含量降到4%以下后，綜合鐵精礦實(shí)現(xiàn)了由半自熔性到自熔性的轉(zhuǎn)變。

5 結(jié)論

方案1、方案3、方案4均可從梅山鐵礦選礦廠的浮硫尾礦中獲得SiO2含量＜ 4% 的綜合鐵精礦，從而實(shí)現(xiàn)梅山鐵礦選礦廠鐵精礦由半自熔性到自熔性的轉(zhuǎn)變。但這3 種方案各有利弊，即方案1 精礦鐵品位相對(duì)較高而鐵回收率相對(duì)較低，方案3 和方案4 則鐵回收率相對(duì)較高而精礦鐵品位相對(duì)較低，因此，究竟采用哪種方案，還應(yīng)通過(guò)進(jìn)一步的擴(kuò)大試驗(yàn)?zāi)酥凉I(yè)試驗(yàn)予以確定。

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［2］ 楊龍，袁致濤，韓躍新． 梅山弱磁性鐵礦石工藝礦物學(xué)特性研究［J］. 金屬礦山，2009( 5) : 67-72．

［3］ 胡義明，劉軍． 梅山鐵礦石預(yù)選工藝優(yōu)化研究［J］. 金屬礦山，2008( 12) : 55-57．

［4］ 李國(guó)軍，宋國(guó)梁． 中鋼鋼鐵企業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、問(wèn)題及對(duì)策研究［J］. 江蘇科技信息，2010( 5) : 9-11．