李麗匣, 閻 贊, 袁致濤, 朱玉蘭, 2

(1.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110819;2.山東魯?shù)氐V業(yè)投資有限公司，山東 濟(jì)南 250000 )

我國(guó)的鐵礦資源豐富，但優(yōu)質(zhì)鐵礦資源匱乏，全國(guó)鐵礦石平均鐵品位僅30%左右，97%以上為34%以下的低品位鐵礦石，大部分必須經(jīng)過(guò)選礦富集才能達(dá)到煉鐵生產(chǎn)對(duì)鐵品位的要求[1]。鞍山式鐵礦石中微細(xì)嵌布的赤鐵礦石和磁鐵礦石屬于難選的鐵礦石，處理鞍山式微細(xì)赤鐵礦石的東鞍山燒結(jié)廠自2002年來(lái)，采取的分選流程為粗細(xì)分級(jí)、重選、磁選-陰離子反浮選工藝[2]。

反浮選流程結(jié)構(gòu)合理、緊湊，對(duì)礦石性質(zhì)變化的適應(yīng)性較強(qiáng)，生產(chǎn)穩(wěn)定，但尾礦鐵品位偏高，導(dǎo)致金屬回收率偏低。東鞍山燒結(jié)廠的精礦TFe品位64%以上，但浮選尾礦鐵品位持達(dá)23%以上，導(dǎo)致總尾礦鐵品位偏高[2]。我國(guó)微細(xì)粒鐵礦石儲(chǔ)量約30億～40億t，這類鐵礦石嵌布粒度細(xì)小，難磨難分選[3]。研究如何提高微細(xì)粒赤鐵礦反浮選回收率的問(wèn)題，對(duì)其他類似的鐵礦石提供一定的參考。

1 試驗(yàn)物料及研究方法

在東鞍山燒結(jié)廠分選流程生產(chǎn)指標(biāo)穩(wěn)定時(shí)，取浮選精礦、浮選尾礦、綜合尾礦樣品，針對(duì)浮選精礦及浮選樣品進(jìn)行化學(xué)多元素分析。

采用篩分分析法和馬爾文激光粒度分析儀(Malern2000，英國(guó)馬爾文儀器有限公司)對(duì)浮選尾礦進(jìn)行粒度分析，取各粒級(jí)礦樣在Motic BA300pol型偏光顯微鏡下進(jìn)行鐵礦物和脈石礦物的單體解離度分析。

本試驗(yàn)所用的赤鐵礦礦塊TFe品位66.79%，首先用顎式破碎機(jī)-對(duì)輥破碎機(jī)破碎后經(jīng)濕式球磨機(jī)磨礦，采用搖床處理得到鐵精礦，然后用標(biāo)準(zhǔn)篩篩分出-0.150+0.074mm、-0.074+0.045mm、-0.045+0.038mm、-0.038mm四個(gè)粒級(jí)，最后經(jīng)沉降法水析獲得一部分-0.010mm的微細(xì)赤鐵礦。石英礦塊SiO2含量99.98%，首先用顎式破碎機(jī)破碎之后，手選純度較高的小礦塊，并用手錘破碎到較小粒度，然后經(jīng)陶瓷球磨磨礦后用標(biāo)準(zhǔn)篩篩分出-0.150+0.074mm、-0.074+0.045mm、-0.045+0.038mm、-0.038mm四個(gè)粒級(jí)即可。

人工混合礦浮選試驗(yàn)在XFG型掛槽浮選機(jī)上進(jìn)行，每次稱取4.0g礦樣，加入40mL去離子水，調(diào)漿2min后，用NaOH調(diào)節(jié)pH值至11.5，攪拌2min，然后依次加入抑制劑(淀粉，6mg/L)、活化劑(CaCl2，100mg/L)、捕收劑(油酸鈉，160mg/L)，浮選3min。最后將泡沫產(chǎn)品和槽內(nèi)產(chǎn)品分別烘干、稱重，并化驗(yàn)鐵品位，計(jì)算回收率。

鐵礦物與石英間的吸附量測(cè)定所采用的設(shè)備為顯微動(dòng)態(tài)攝像儀(BDS200，濟(jì)南潤(rùn)之科技有限公司)。在自動(dòng)進(jìn)樣器驅(qū)動(dòng)下，待測(cè)礦漿緩慢流過(guò)動(dòng)態(tài)流動(dòng)池的觀測(cè)區(qū)，由于顯微動(dòng)態(tài)攝像儀自身帶的光源可以透過(guò)流動(dòng)池，石英顯現(xiàn)透明亮光色，鐵礦物為不透明的黑色。在10min內(nèi)，統(tǒng)計(jì)400個(gè)礦粒上小顆粒的吸附面積分?jǐn)?shù)，以此作為吸附量。

用生物顯微鏡(Motic BA300 Pol，北京冠普佳科技有限公司)進(jìn)行鐵礦物單體解離度分析；采用掃描電子顯微鏡(S-3400，日本日立公司)觀測(cè)礦樣中顆粒的表面，并對(duì)顆粒的局部進(jìn)行EDS分析。

2 浮選產(chǎn)品特性

東鞍山燒結(jié)廠分選流程中，二段磨礦分級(jí)溢流產(chǎn)品經(jīng)過(guò)粗細(xì)分級(jí)、弱磁分選、強(qiáng)磁分選后獲得混合磁選精礦作為浮選給礦，進(jìn)行一粗一精三掃反浮選流程?；旌洗胚x精礦、浮選精礦、浮選尾礦、綜合尾礦樣品的化學(xué)成分分析如表1所示。

由表1可見(jiàn)，混合磁選精礦、浮選精礦、浮選尾礦和綜合尾礦樣品中Al2O3、CaO、MgO的含量都很少，有害元素S、P含量為微量，鐵品位為43.93%的混合磁選精礦經(jīng)過(guò)一段粗選和一段精選就可以獲得TFe品位為66.04%的浮選精礦，粗選尾礦經(jīng)過(guò)三段掃選，獲得的浮選尾礦鐵品位仍然高達(dá)24.02%，導(dǎo)致綜合尾礦的TFe品位為17.75%。因此，降低綜合尾礦品位的根本途徑是降低浮選尾礦的鐵品位。浮選尾礦的粒度組成及金屬分布率見(jiàn)表2。

表1 浮選精礦及浮選尾礦的化學(xué)成分分析結(jié)果/%

表2 浮選尾礦的粒度組成及金屬分布率/%

由表2知，尾礦產(chǎn)品的鐵品位隨著粒級(jí)的降低而明顯增高，鐵礦物主要集中在細(xì)粒級(jí)部分。+0.074mm粒級(jí)產(chǎn)率為6.87%，鐵品位為14.76%，金屬分布率僅為4.27%；-0.038mm粒級(jí)的含量為62.45%，金屬分布率達(dá)到71.47%；其中-0.010mm粒級(jí)產(chǎn)率最高，為23.11%，TFe品位為31.08%。尾礦中鐵礦物和脈石礦物的單體解離度見(jiàn)表3。

由表3可見(jiàn)，尾礦產(chǎn)品中鐵礦物的單體解離度為49.20%，脈石礦物的單體解離度為49.40%。較粗粒級(jí)中礦物的單體解離度不高，大部分以連生體形式存在，+0.074mm粒級(jí)中鐵礦物和脈石礦物的單體解離度分別為16.60%和25.65%，說(shuō)明大部分顆粒為貧連生體。隨著粒級(jí)的減小，鐵礦物和脈石礦物的單體解離度逐漸增大，-0.025+0.020mm粒級(jí)鐵礦物的單體解離度為42.95%，-0.010mm粒級(jí)中鐵礦物的單體解離度高達(dá)80.43%，脈石礦物的單體解離度為72.50%，說(shuō)明尾礦中存在大量解離度高的鐵礦物顆粒未能得到有效回收而進(jìn)入了尾礦中。-0.074+0.045mm、-0.045+0.038mm、-0.038+0.025mm、-0.010mm粒級(jí)的偏光顯微鏡圖像見(jiàn)圖1～4。

表3 浮選尾礦中鐵礦物及石英單體解離度分析結(jié)果/%

圖2 浮選尾礦-0.045+0.038mm粒級(jí)偏光顯微鏡圖像(10×20)

圖3 浮選尾礦-0.038+0.025mm粒級(jí)偏光顯微鏡圖像(10×40)

圖4 浮選尾礦-0.010mm粒級(jí)偏光顯微鏡圖像(10×100)

由圖1～4可見(jiàn)，浮選尾礦中-0.074+0.045mm粒級(jí)中存在大量連生體，結(jié)合表3結(jié)果可知，此粒級(jí)中鐵礦物和脈石礦物的單體解離度分別為22.56%和30.66%，隨著粒級(jí)的減小，連生體數(shù)量逐漸減少，-0.010mm粒級(jí)中鐵礦物和脈石礦物的單體解離度分別為80.43%和72.50%。結(jié)合表2可知，浮選尾礦中-0.010mm粒級(jí)的產(chǎn)率為23.11%，金屬分布率高達(dá)30.08%，說(shuō)明經(jīng)過(guò)三次掃選后，仍有已大量單體解離的鐵礦物顆粒未能有效富集到精礦中。

浮選尾礦的鐵化學(xué)物相分析結(jié)果見(jiàn)表4。由表4可見(jiàn)，浮選尾礦中赤(褐)鐵礦鐵占有率為68.97%，磁性鐵鐵占有率為15.69%，所以浮選尾礦中主要的鐵物相為赤(褐)鐵和磁性鐵。正是這部分已解離的細(xì)粒級(jí)鐵礦物在尾礦中的存在，造成了尾礦鐵品位偏高。前期研究表明，東鞍山燒結(jié)廠礦石中脈石礦物以石英為主[4]。因此，取石英和赤鐵礦純礦物組成人工混合礦，研究-0.010mm粒級(jí)赤鐵礦與不同粒級(jí)石英混合礦的浮選效果，并取不同混合礦的礦漿進(jìn)行赤鐵礦與石英之間吸附百分?jǐn)?shù)的測(cè)定，以考察微細(xì)粒級(jí)鐵礦物的吸附對(duì)浮選指標(biāo)的影響。

3 結(jié)果與分析

3.1 -0.010mm粒級(jí)對(duì)浮選效果的影響

取-0.010mm粒級(jí)的赤鐵礦樣與-0.150+0.074mm、-0.074+0.045mm、-0.045+0.038mm和-0.038mm粒級(jí)的石英均按照赤鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%、40%、60%、80%的分別配制混合礦樣，進(jìn)行人工混合礦浮選試驗(yàn)，尾礦鐵回收率如圖5所示。

表4 浮選尾礦樣品的鐵化學(xué)物相分析結(jié)果/%

圖5 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)-0.010mm赤鐵礦與不同粒級(jí)石英混合礦浮選試驗(yàn)結(jié)果

由圖5可知，-0.010mm粒級(jí)赤鐵礦與不同粒級(jí)石英混合礦浮選的尾礦鐵回收率都超過(guò)70%，有的甚至高達(dá)90%，可見(jiàn)微細(xì)粒級(jí)的赤鐵礦會(huì)嚴(yán)重惡化浮選指標(biāo)。-0.010mm粒級(jí)赤鐵礦與-0.150+0.074mm、-0.074+0.045mm、-0.045+0.038mm石英混合礦的浮選尾礦回收率都是在赤鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%時(shí)達(dá)到最低點(diǎn)，后又隨著赤鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增加。

-0.074+0.045mm石英和-0.010mm赤鐵礦混合礦的尾礦鐵回收率隨著赤鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加先下降后上升，然后又下降，在赤鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%時(shí)浮選指標(biāo)最差；-0.045+0.038mm石英混合礦在赤鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)浮選效果最差，尾礦的鐵回收率為91.77%。

對(duì)于與-0.038mm石英混合礦，赤鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%、60%時(shí)的浮選指標(biāo)很差，而赤鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%、80%時(shí)的浮選指標(biāo)相對(duì)好一些。說(shuō)明當(dāng)赤鐵礦和石英的粒級(jí)均很細(xì)(赤鐵礦粒級(jí)-0.010mm、石英粒級(jí)-0.038mm)，同時(shí)赤鐵礦含量較少(20%)和含量較多(80%)的情況下，赤鐵礦粒級(jí)對(duì)浮選影響相對(duì)較小，浮選效果相對(duì)較好，當(dāng)赤鐵礦含量與石英含量相近時(shí)(40%和60%)，赤鐵礦粒級(jí)對(duì)浮選影響相對(duì)較大，浮選效果很差。

從微細(xì)粒級(jí)赤鐵礦和較粗粒級(jí)石英混合礦樣(赤鐵礦粒級(jí)-0.010mm、石英粒級(jí)-0.150+0.074mm)的浮選可知，當(dāng)-0.010mm赤鐵礦的含量為40%時(shí)，其對(duì)浮選指標(biāo)的影響較小，與之對(duì)應(yīng)的-0.074+0.045mm、-0.045+0.038mm粒級(jí)的石英和-0.010mm粒級(jí)赤鐵礦的混合礦的浮選尾礦回收率也在-0.010mm赤鐵礦含量為40%時(shí)，出現(xiàn)最低點(diǎn)，說(shuō)明對(duì)于-0.010mm的赤鐵礦浮選，當(dāng)其含量為40%時(shí)，與較粗粒級(jí)石英顆粒作用時(shí)，對(duì)反浮選效果產(chǎn)生負(fù)面影響小。

前期研究得知，東鞍山燒結(jié)廠混合磁選精礦中-0.010mm粒級(jí)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為24%，而石英的粒級(jí)較粗[2]。結(jié)合表2和表3數(shù)據(jù)可知，浮選尾礦的-0.010mm粒級(jí)產(chǎn)率為23.11%，TFe品位為31.08%，鐵礦物的單體解離度為80.43%。說(shuō)明一部分單體解離度高的-0.010mm微細(xì)粒級(jí)赤鐵礦顆粒未能得到有效回收，進(jìn)入到尾礦，導(dǎo)致浮選尾礦鐵品位偏高。

選取浮選指標(biāo)很差(-0.010mm赤鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%，與-0.074+0.045mm粒級(jí)石英混合礦樣)的泡沫產(chǎn)品進(jìn)行SEM和EDS分析，結(jié)果見(jiàn)圖6。

從圖1～4可見(jiàn)，石英顆粒表面覆蓋大量細(xì)粒級(jí)赤鐵礦，微細(xì)粒赤鐵礦大量存在時(shí)(-0.010mm赤鐵礦含量為60%)，會(huì)嚴(yán)重惡化浮選指標(biāo)，此時(shí)浮選精礦鐵品位為44.65%，浮選尾礦鐵品位為38.72%，赤鐵礦在尾礦中大量富集，出現(xiàn)精尾不分的現(xiàn)象。

3.2 -0.010mm粒級(jí)對(duì)吸附百分?jǐn)?shù)的影響

取-0.010mm粒級(jí)的赤鐵礦樣與-0.150+0.074mm、-0.074+0.045mm、-0.045+0.038mm和-0.038mm粒級(jí)的石英均按照赤鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%、40%、60%、80%的分別配制混合礦樣，進(jìn)行吸附百分?jǐn)?shù)測(cè)定試驗(yàn)，結(jié)果如圖7所示。

由圖7可知，-0.010mm粒級(jí)赤鐵礦與不同粒級(jí)石英混合礦的吸附百分?jǐn)?shù)都高于17.5%，最高可達(dá)21.05%，結(jié)合圖5可知，導(dǎo)致浮選指標(biāo)差的主要原因還是微細(xì)粒級(jí)的赤鐵礦。

圖6 混合礦樣SEM圖像和EDS圖譜

圖7 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)-0.010mm赤鐵礦與不同粒級(jí)石英混合礦吸附百分?jǐn)?shù)試驗(yàn)結(jié)果

當(dāng)石英粒級(jí)為-0.150+0.074mm和-0.045+0.038mm時(shí)，吸附百分?jǐn)?shù)都隨著赤鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大先減小后增大。在其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%時(shí)，吸附百分?jǐn)?shù)最小，結(jié)合圖5可知，此時(shí)浮選指標(biāo)也是較好的。質(zhì)量分?jǐn)?shù)從40%增加到60%時(shí)，吸附百分?jǐn)?shù)增大幅度較小。

對(duì)于-0.074+0.045mm粒級(jí)的石英，在赤鐵礦百分?jǐn)?shù)為40%時(shí)，吸附百分?jǐn)?shù)達(dá)到最小，此時(shí)，浮選指標(biāo)也是最好的。隨著赤鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，吸附百分?jǐn)?shù)先迅速減小，降到最低，再迅速增大，最后又迅速減小。

當(dāng)赤鐵礦與-0.038mm石英混合時(shí)，情況大不相同。吸附百分?jǐn)?shù)在赤鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%、60%時(shí)較大，而赤鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%、80%時(shí)較小。這說(shuō)明在赤鐵礦和石英的粒級(jí)相差很小的情況下，發(fā)生吸附的概率較低，從而對(duì)浮選的影響較小。但當(dāng)赤鐵礦和石英兩者的含量相當(dāng)時(shí)，吸附百分?jǐn)?shù)增大，影響浮選效果。

綜合考慮粒級(jí)和質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響可知，在混合礦樣中-0.010mm粒級(jí)赤鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%時(shí)，其吸附在-0.150+0.074mm、-0.074+0.045mm、-0.045+0.038mm粒級(jí)的石英顆粒表面概率較低，吸附百分?jǐn)?shù)達(dá)到最低點(diǎn)，從而對(duì)浮選影響較小。因此，對(duì)于-0.010mm粒級(jí)赤鐵礦浮選來(lái)說(shuō)，當(dāng)其含量為40%，并與較粗粒級(jí)石英顆粒作用時(shí)，浮選指標(biāo)相對(duì)較好。

4 結(jié)論

1)浮選尾礦產(chǎn)品的鐵礦物主要集中在細(xì)粒級(jí)部分，其中含有大量解離度高的鐵礦物顆粒，由于未能得到有效回收而進(jìn)入尾礦中，導(dǎo)致尾礦品位偏高。

2)微細(xì)粒赤鐵礦大量存在時(shí)(-0.010mm赤鐵礦含量為60%)，會(huì)大量吸附罩蓋到石英顆粒表面，嚴(yán)重惡化反浮選指標(biāo)。赤鐵礦在尾礦中大量富集，出現(xiàn)精尾不分的現(xiàn)象。

3)當(dāng)赤鐵礦與石英粒度相近、含量相差很大時(shí)，兩者發(fā)生吸附的概率??；當(dāng)兩者的粒度相差很大、-0.010mm粒級(jí)赤鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%時(shí)，與較粗顆粒石英發(fā)生吸附的概率較低，吸附百分?jǐn)?shù)達(dá)到最小，對(duì)反浮選的惡化影響最小。

[1] 劉杰, 周明順, 翟立委, 等.中國(guó)復(fù)雜難選鐵礦的研究現(xiàn)狀[J]. 中國(guó)礦業(yè), 2011, 20 (5): 63-69.

[2] 邵安林.鞍山式鐵礦石選礦理論與實(shí)踐[M].北京: 科學(xué)出版社, 2013.

[3] 印萬(wàn)忠, 丁亞卓.鐵礦選礦新技術(shù)與設(shè)備[M].北京: 冶金工業(yè)出版社, 2008: 9-11

[4] 張兆元，呂振福，印萬(wàn)忠，等.東鞍山鐵礦石中菱鐵礦對(duì)反浮選的影響[J].金屬礦山，2008(10)：52-55.