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        低品位碳酸錳礦分級磁選試驗研究

        2014-04-02 05:52:08張紅新李洪潮郭珍旭
        中國礦業(yè) 2014年6期
        關鍵詞:錳礦磁選粒級

        張紅新,李洪潮,郭珍旭

        (1.中國地質(zhì)科學院鄭州礦產(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研究中心,河南 鄭州450006;3.國土資源部多金屬礦評價與綜合利用重點實驗室,河南 鄭州450006)

        錳及其化合物應用十分廣泛。主要應用領域為鋼鐵行業(yè)是錳的最重要的應用領域,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)境保護和農(nóng)牧業(yè)等應用約10%。我國錳礦石蘊藏量豐富,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,結(jié)構(gòu)構(gòu)造復雜,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,呈微細粒結(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 礦石化學多項分析結(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。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,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,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系緊密,兩者與石英、綠泥石等礦物組成微細粒集合體。

        2 選礦試驗研究

        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,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,增強了碳酸錳的磁性,因此,可選擇分級磁選工藝進行選別。

        2.1 -20mm原礦分級磁選試驗

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

        原礦-20mm分級磁選試驗結(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,分選指標較差,-1mm粒級采用濕式強磁選尾礦中Mn品位較高,因此,確定-10mm粒級進行分級磁選較好。

        圖1 -20mm分級磁選工藝流程

        表4 -20mm分級磁選試驗結(jié)果

        表5 -20mm分級磁選與直接干磁磁選對比試驗結(jié)果

        -20mm原礦直接磁選與分級磁選試驗結(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

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

        比較-10mm直接磁選與分級磁選試驗結(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原礦分級磁選試驗結(jié)果

        表7 -10mm分級磁選與直接磁選對比試驗結(jié)果

        2.2.1 分級磁選優(yōu)化試驗

        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兩個粒級,工藝流程及試驗條件見圖1,試驗結(jié)果見表8。

        表8 分級磁選優(yōu)化試驗結(jié)果

        -10mm分級磁選優(yōu)化試驗結(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原礦分兩個粒級與分四個粒級精礦品位與回收率基本不變,為簡化試驗流程,將-10mm原礦分兩個粒級為宜。-10+1mm粒級采用干式強磁選機分選,-1mm粒級采用濕式強磁選機磁選,可獲得較好的分選指標。

        2.2.2 -10+1mm粒級磁選磁場條件試驗

        考察不同磁場強度對分選指標的影響(圖2),從圖2中可以看出,隨著磁場強度的增大,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,選擇磁場強度為796kA/m為宜,此時精礦Mn品位21.16%,Mn作業(yè)回收率87.04%。

        圖2 不同磁場強度試驗結(jié)果

        2.2.3 -1mm粒級磁選磁場強度試驗

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

        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)。試驗條件與工藝流程見圖4。試驗結(jié)果見表9。

        圖3 不同磁場強度試驗結(jié)果

        精選試驗表明經(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原礦流程試驗結(jié)果

        圖4 -10+1mm原礦流程試驗工藝流程

        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,試驗條件及工藝流程見圖5,試驗結(jié)果見表10。采用-10mm原礦分級為-10+1mm與-1mm兩個粒級,-10+1mm粒級采用干式磁選機磁選,一次粗選,一次掃選,-1mm采用濕式強磁選機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。

        表10 最終試驗結(jié)果

        圖5 最終工藝流程

        2.4 精礦產(chǎn)品多項分析

        精礦產(chǎn)品多項分析見表11。

        表11 精礦產(chǎn)品多項分析/%

        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,礦物解離度越高,磁選精礦品位應該越高,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,因此當碎礦粒度小于0.1mm時,會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,因此當碎礦粒度小于1mm時會使大量菱錳礦與磁鐵礦分離,造成其磁性減弱,這會對選礦結(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 粗粒分選的關鍵是碳酸錳礦呈集合體存在

        研究表明碳酸錳粒度極細,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,為實現(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兩個粒級,-10+1mm粒級采用磁場強度為796kA/m干式磁選機磁選,-1mm采用磁場強度為597kA/m濕式強磁選機磁選,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。

        3)本文采用分級磁選工藝處理低品位細粒碳酸錳礦,確定了合理的分級粒度與試驗條件,具有工藝流程簡單和易于現(xiàn)場實施的優(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)提供了技術保證。

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