張紅新，李洪潮，郭珍旭

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所，河南 鄭州450006；2.國家非金屬礦資源綜合利用工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州450006；3.國土資源部多金屬礦評價(jià)與綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州450006)

錳及其化合物應(yīng)用十分廣泛。主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)殇撹F行業(yè)是錳的最重要的應(yīng)用領(lǐng)域，每年有90%的錳用作鋼液的脫氧劑和脫硫劑或作為合金元素。在有色冶金、電池工業(yè)、建材工業(yè)、電子工業(yè)、國防工業(yè)，以及環(huán)境保護(hù)和農(nóng)牧業(yè)等應(yīng)用約10%。我國錳礦石蘊(yùn)藏量豐富，居世界前列。但富礦(含錳品位>30%)極少，僅占全國總儲量的5.4%。礦石含雜質(zhì)高，伴生組分多。按工業(yè)類型分為碳酸錳礦礦石，氧化錳礦石和其他錳礦石。其中碳酸錳礦石占已查明錳礦資源儲量的56%，氧化錳礦石占25%，其他錳礦石占19%。已開發(fā)利用的碳酸錳礦石平均品位18%左右，品位小于15%的礦石一直未得到較好的開發(fā)利用。由于錳系合金和電解錳的快速發(fā)展，在國內(nèi)較高品位碳酸錳礦急劇減少的情況下，開發(fā)低品位碳酸錳礦已是迫在眉睫。

1 礦石性質(zhì)

該礦由于礦石品位低，嵌布粒度極細(xì)，結(jié)構(gòu)構(gòu)造復(fù)雜，多呈鮞狀結(jié)構(gòu)產(chǎn)出，單體解離極為困難，礦石處理技術(shù)難度大。

1.1 主要礦石成分

主要礦石成分見表1、表2、表3。從分析結(jié)果可以看出礦石含Mn 14.80%，主要以菱錳礦、水錳礦和碳酸錳礦形式存在，磁性鐵占2.7%。

1.2 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造

碳酸錳礦石主要呈紅色、黑色，大部分紅色礦石層理較厚，層理不明顯，塊狀構(gòu)造；大部分黑色、灰色礦石中菱錳礦條帶發(fā)育，K呈層狀構(gòu)造；礦石中黃鐵礦、磁鐵礦等呈浸染狀分布，浸染狀構(gòu)造。

菱錳礦呈鮞狀分布，呈鮞狀結(jié)構(gòu)；礦石中黏土礦物、黑云母、石英、褐錳礦、磁鐵礦等礦物粒度極細(xì)，呈微細(xì)粒結(jié)構(gòu)；礦石中黃鐵礦等結(jié)晶較好，具有自形、半自形結(jié)構(gòu)；礦石中大部分礦物結(jié)晶較差，呈他形粒狀結(jié)構(gòu)。

表1 礦石化學(xué)多項(xiàng)分析結(jié)果/%

表2 主要礦物的相對含量/%

表3 錳物相分析結(jié)果/%

1.3 主要礦物嵌布特征

菱錳礦是礦石中主要的有用礦物之一，其在礦石中含量為：9%～10%。大部分菱錳礦粒度極細(xì)。主要呈鮞狀集合體形態(tài)產(chǎn)出，鮞粒粒度0.5～5mm。鮞粒周圍主要為微細(xì)粒的綠泥石、石英等礦物組成的基質(zhì)，基質(zhì)中均勻分布著大量的褐錳礦和磁鐵礦等礦物。部分菱錳礦和方解石呈條帶狀分布，條帶寬度一般為0.1～1mm。

褐錳礦是礦石中主要的有用礦物之一，其在礦石中的含量為3%～4%。褐錳礦粒度極細(xì)，僅有0.001～0.01mm。多呈浸染狀分布在菱錳礦鮞粒周圍。與石英、綠泥石、黏土礦物、赤褐鐵礦、磁鐵礦等礦物緊密共生。與其他礦物呈不規(guī)則狀接觸，單體解離難度較大。

薔薇輝石是礦石中主要的含錳礦物之一。在礦石中的含量為0.6%。多為半自形柱狀，主要呈脈狀分布在方解石石英脈中。薔薇輝石粒度較粗。

磁鐵礦在礦石中含量為2.7%，是主要的金屬礦物之一。粒度極細(xì)，一般僅有0.001～0.01mm，多呈浸染狀分布。磁鐵礦主要分布在錳礦石中，在圍巖中含量較低。在錳礦石中磁鐵礦與菱錳礦等含錳礦物關(guān)系緊密，兩者與石英、綠泥石等礦物組成微細(xì)粒集合體。

2 選礦試驗(yàn)研究

根據(jù)該礦石性質(zhì)研究結(jié)果，碳酸錳品位較低，嵌布粒度較細(xì)，單體解離難度較大，但碳酸錳礦鮞粒較粗，碳酸錳具有弱磁性，因礦石中磁鐵礦與菱錳礦等含錳礦物共生密切，增強(qiáng)了碳酸錳的磁性，因此，可選擇分級磁選工藝進(jìn)行選別。

2.1 -20mm原礦分級磁選試驗(yàn)

礦石破碎至-20mm，進(jìn)行篩分分級，粒級為-20+10mm、-10+4mm、-4+2mm，-2+1mm，-1mm五個(gè)粒級，+1mm粒級采用干式輥式磁選機(jī)進(jìn)行磁選試驗(yàn)，考察每個(gè)粒級的分選效果，確定最佳的粒度上限。試驗(yàn)條件為：磁場強(qiáng)度796kA/m，滾筒轉(zhuǎn)速為30r/min；-1mm采用濕式磁選機(jī)進(jìn)行磁選試驗(yàn)，磁場強(qiáng)度為597kA/m，并對-20mm原礦分級磁選與直接干磁磁選進(jìn)行對比試驗(yàn)研究。試驗(yàn)工藝流程見圖1，試驗(yàn)結(jié)果見表4，與直接磁選對比試驗(yàn)結(jié)果見表5。

原礦-20mm分級磁選試驗(yàn)結(jié)果表明，-10+1mm粒級磁選Mn回收率較高，-20+10mm粒級尾礦中Mn品位較高，分選指標(biāo)較差，-1mm粒級采用濕式強(qiáng)磁選尾礦中Mn品位較高，因此，確定-10mm粒級進(jìn)行分級磁選較好。

圖1 -20mm分級磁選工藝流程

表4 -20mm分級磁選試驗(yàn)結(jié)果

表5 -20mm分級磁選與直接干磁磁選對比試驗(yàn)結(jié)果

-20mm原礦直接磁選與分級磁選試驗(yàn)結(jié)果表明，-20mm直接干磁磁選Mn回收率較低。而分級磁選精礦Mn品位基本不變的情況下，Mn回收率提高35%，表明分級磁選分選效果優(yōu)于直接干磁磁選。

2.2 -10mm原礦分級磁選試驗(yàn)

將礦石破碎至-10mm，分級為-10+5mm、-5+2mm、-2+1mm、-1mm四個(gè)粒級進(jìn)行試驗(yàn)研究，考察-10mm分級磁選效果。工藝流程及試驗(yàn)條件見圖1，試驗(yàn)結(jié)果見表6，與直接磁選對比試驗(yàn)結(jié)果見表7。

比較-10mm直接磁選與分級磁選試驗(yàn)結(jié)果，-10mm分級磁選在錳品位不變的條件下，錳回收率提高6%。

表6 -10mm原礦分級磁選試驗(yàn)結(jié)果

表7 -10mm分級磁選與直接磁選對比試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 分級磁選優(yōu)化試驗(yàn)

為減少分級次數(shù)，優(yōu)化流程結(jié)構(gòu)，將-10mm原礦分為-10+1mm，-1mm兩個(gè)粒級，工藝流程及試驗(yàn)條件見圖1，試驗(yàn)結(jié)果見表8。

表8 分級磁選優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果

-10mm分級磁選優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果表明，-10+1mm粒級精礦Mn品位為20.98%，Mn回收率為64.53%，-1mm粒級Mn品位20.15%，Mn回收率24.00%，-10mm精礦Mn回收率為88.53%，因此 -10mm原礦分兩個(gè)粒級與分四個(gè)粒級精礦品位與回收率基本不變，為簡化試驗(yàn)流程，將-10mm原礦分兩個(gè)粒級為宜。-10+1mm粒級采用干式強(qiáng)磁選機(jī)分選，-1mm粒級采用濕式強(qiáng)磁選機(jī)磁選，可獲得較好的分選指標(biāo)。

2.2.2 -10+1mm粒級磁選磁場條件試驗(yàn)

考察不同磁場強(qiáng)度對分選指標(biāo)的影響(圖2)，從圖2中可以看出，隨著磁場強(qiáng)度的增大，精礦Mn品位降低，Mn回收率提高，綜合考慮Mn精礦品位與回收率，選擇磁場強(qiáng)度為796kA/m為宜，此時(shí)精礦Mn品位21.16%，Mn作業(yè)回收率87.04%。

圖2 不同磁場強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

2.2.3 -1mm粒級磁選磁場強(qiáng)度試驗(yàn)

-1mm采用濕磁磁選試驗(yàn)，考察不同磁場強(qiáng)度分選效果(圖3)，從圖3中可以看出隨著磁場強(qiáng)度的增大，精礦中Mn品位降低，Mn回收率提高，為保證精礦中Mn品位≥20%，選擇磁場強(qiáng)度為597kA/m為宜，此時(shí)精礦Mn品位20.46%，Mn作業(yè)回收率82.91%。

2.2.4 -10+1mm原礦精選與掃選試驗(yàn)

考察精選次數(shù)與掃選次數(shù)，確定最佳工藝流程結(jié)構(gòu)。試驗(yàn)條件與工藝流程見圖4。試驗(yàn)結(jié)果見表9。

圖3 不同磁場強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

精選試驗(yàn)表明經(jīng)三次精選精礦Mn品位僅為22.30%，提高幅度不大，而錳回收率下降幅度較大，為保證Mn回收率，采用一次粗選即可。掃選試驗(yàn)結(jié)果表明掃2精礦與掃3精礦Mn品位與回收率都較低，因此，采用一次掃選。

表9 -10+1mm原礦流程試驗(yàn)結(jié)果

圖4 -10+1mm原礦流程試驗(yàn)工藝流程

2.3 最終工藝流程

通過考察不同分選條件，確定了最佳工藝流程，試驗(yàn)條件及工藝流程見圖5，試驗(yàn)結(jié)果見表10。采用-10mm原礦分級為-10+1mm與-1mm兩個(gè)粒級，-10+1mm粒級采用干式磁選機(jī)磁選，一次粗選，一次掃選，-1mm采用濕式強(qiáng)磁選機(jī)一次磁選的工藝流程，最終獲得精礦產(chǎn)率67.07%，精礦Mn品位20.15%，Mn回收率91.42%的良好指標(biāo)。

表10 最終試驗(yàn)結(jié)果

圖5 最終工藝流程

2.4 精礦產(chǎn)品多項(xiàng)分析

精礦產(chǎn)品多項(xiàng)分析見表11。

表11 精礦產(chǎn)品多項(xiàng)分析/%

3 結(jié)果與討論

3.1 含錳礦物與磁鐵礦密切共生是提高精礦回收率的主要因素

菱錳礦等含錳礦物具有弱磁性，但比磁化系數(shù)較低，按照破碎粒度越細(xì)，礦物解離度越高，磁選精礦品位應(yīng)該越高，但-1mm濕磁分選效果表明精礦品位與+1mm基本一致，回收率較低，這說明，粒度越細(xì)碳酸錳與磁鐵礦解離程度越高，造成碳酸錳磁性降低，不能被磁選吸附，故精礦回收率較低。

工藝礦物學(xué)研究表明礦石中兩粒磁鐵礦之間的距離為0.1mm左右，因此當(dāng)碎礦粒度小于0.1mm時(shí)，會(huì)使大量錳礦物與磁鐵礦分離，造成其磁性減弱，從而使選礦效果變的很差；由于菱錳礦鮞粒中磁鐵礦含量較低，而菱錳礦鮞粒粒度一般為1～2mm，因此當(dāng)碎礦粒度小于1mm時(shí)會(huì)使大量菱錳礦與磁鐵礦分離，造成其磁性減弱，這會(huì)對選礦結(jié)果有影響。磁鐵礦的嵌布特征研究表明磁鐵礦主要與褐錳礦、石英、綠泥石等礦物緊密共生，組成微細(xì)粒集合體，這是精礦品位難以提高的主要原因。

3.2 粗粒分選的關(guān)鍵是碳酸錳礦呈集合體存在

研究表明碳酸錳粒度極細(xì)，但主要呈鮞狀、條帶狀分布集合體形態(tài)產(chǎn)出，鮞粒粒度為0.5～5mm，集合體相對較粗，碳酸錳以集合體形態(tài)存在，且與磁鐵礦緊密共生，使其磁性增強(qiáng)，為實(shí)現(xiàn)粗粒分選創(chuàng)造有利條件。

4 結(jié)論

1)通過工藝礦物學(xué)研究查明了制約錳精礦品位難以提高的主要原因，解釋了在粗粒條件下能提高精礦回收率的關(guān)鍵所在。

2)分級磁選是回收低品位碳酸錳礦的合理流程。通過將礦石分級為-10+1mm和-1mm兩個(gè)粒級，-10+1mm粒級采用磁場強(qiáng)度為796kA/m干式磁選機(jī)磁選，-1mm采用磁場強(qiáng)度為597kA/m濕式強(qiáng)磁選機(jī)磁選，最終獲得精礦產(chǎn)率67.07%，精礦Mn品位20.15%，Mn回收率91.42%的良好指標(biāo)。

3)本文采用分級磁選工藝處理低品位細(xì)粒碳酸錳礦，確定了合理的分級粒度與試驗(yàn)條件，具有工藝流程簡單和易于現(xiàn)場實(shí)施的優(yōu)勢，為后續(xù)電解錳節(jié)約了成本，使低品位碳酸錳資源合理開發(fā)提供了技術(shù)保證。

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