孫炳泉 高春慶

(中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司，安徽 馬鞍山 243000)

·礦物工程·

國外某低品位微細(xì)粒磁鐵礦石選礦工藝研究

孫炳泉 高春慶

(中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司，安徽 馬鞍山 243000)

國外某鐵礦石鐵品位為31.92%、SiO2含量為46.44%,礦石礦物嵌布粒度微細(xì)。為探索在較粗磨礦細(xì)度條件下獲得高質(zhì)量鐵精礦的高效選礦工藝，對其進(jìn)行了選礦流程試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果表明：采用階段磨礦—弱磁選—磁選柱分選工藝，當(dāng)磨礦細(xì)度達(dá)到-0.043 mm占95%時(shí)，才能獲得鐵品位大于68%、硅含量小于5%的高質(zhì)量鐵精礦；而采用階段磨礦—弱磁選—反浮選工藝，當(dāng)磨礦細(xì)度放粗至-0.076 mm占90%時(shí)，即可獲得鐵品位大于68%、硅含量小于5%的鐵精礦，且可減少三段磨礦量45%以上。擴(kuò)大連續(xù)試驗(yàn)結(jié)果表明，原礦經(jīng)兩段階段磨礦 (-0.076 mm占90%)—弱磁選—反浮選—反浮選尾礦脫水后再磨(-0.038 mm占95%)再選流程選別，可獲得精礦鐵品位68.12%、SiO2含量4.59%、鐵回收率70.02%、磁性鐵回收率96.83%的指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了該礦石的高效分選。

低品位微細(xì)粒鐵礦石 高效選礦工藝 階段磨選

隨著鋼鐵行業(yè)的發(fā)展，對成品鐵礦石的需求量日益增加，可利用的易選鐵礦石量逐漸減少，選礦處理的對象不僅日益貧化，而且有用礦物的嵌布粒度越來越細(xì)。目前，中國是世界上鐵礦石消費(fèi)量最大的國家[1]，近年來，國內(nèi)鐵礦石供給一直處于嚴(yán)重短缺的狀況[2-3]，因此，積極研究開發(fā)利用國外鐵礦資源是我國的必然選擇[4-6]。

我國某企業(yè)欲開發(fā)國外某鐵品位為31.92%、SiO2含量為46.44%的鐵礦石，該鐵礦石礦物嵌布粒度微細(xì)，屬低品位微細(xì)粒酸性磁鐵礦石，如采用常規(guī)磁選工藝處理，要獲得高品質(zhì)的鐵精礦，必須細(xì)磨，選礦成本較高。為尋求可以在較粗磨礦細(xì)度條件下獲得高質(zhì)量鐵精礦的高效選礦工藝流程，本研究對該鐵礦石進(jìn)行了選礦流程優(yōu)化試驗(yàn)。

1 礦石性質(zhì)

1.1 礦石成分分析

礦石主要礦物組成、主要化學(xué)成分分析及鐵物相分析結(jié)果分別見表1、表2、表3。

從表1可以看出：礦石主要鐵礦物為磁鐵礦，其次為赤鐵礦及含鐵碳酸鹽(菱鐵礦、鐵白云石)；主要脈石礦物為石英，其次為鎂鈉閃石。

表1 礦石主要礦物分析結(jié)果

Table 1 Main mineral components of the ore %

表2 礦石主要化學(xué)成分分析結(jié)果

Table 2 Main chemical composition analysisresults of the ore %

表3 礦石鐵物相分析結(jié)果

Table 3 Iron phase analysis results of the ore %

從表2可以看出，礦石中有回收價(jià)值的元素為鐵，主要雜質(zhì)成分為SiO2、Al2O3，有害元素S、P含量均較低。

從表3可以看出，礦石中有用鐵礦物主要為磁鐵礦，其次為赤鐵礦，但磁性鐵占有率不高，因此，可以預(yù)測采用弱磁選工藝選別時(shí)，鐵回收率將受到影響。

1.2 礦石主要礦物嵌布特征

礦石磁鐵礦粒度粗細(xì)不均勻，常呈自形晶狀、半自形晶狀及他形晶狀在脈石礦物中嵌布，部分呈他形粒狀局部富集緊密堆積，另有少量磁鐵礦呈骸晶結(jié)構(gòu)產(chǎn)出，粒度較細(xì)，即使細(xì)磨也無法實(shí)現(xiàn)單體解離；少量細(xì)粒、微細(xì)粒的磁鐵礦呈浸染、稀疏浸染或云霧狀嵌布在脈石中，在現(xiàn)有機(jī)械磨礦條件下無法單體解離；部分磁鐵礦與赤鐵礦共生；偶爾可見黃鐵礦與磁鐵礦共生。

石英多呈細(xì)小的他形粒狀，少數(shù)呈細(xì)脈狀、團(tuán)塊狀沿礦石裂隙或孔洞充填交代。鎂鈉閃石常呈柱狀、放射狀產(chǎn)出，主要與石英共生，其次與磁鐵礦等共生。

1.3 礦石主要礦物工藝粒度分析

礦石中有用鐵礦物結(jié)晶粒度微細(xì)，主要分布在 -0.074 mm粒級，其中磁鐵礦(含假象赤鐵礦)在 -0.074 mm粒級的分布率為70.42%，而赤、褐鐵礦在-0.043 mm粒級的分布率為70.05%。礦石中主要脈石礦物石英的嵌布粒度相對較粗，而鎂鈉閃石的嵌布粒度相對較細(xì)。不同磨礦細(xì)度條件下主要有價(jià)礦物磁鐵礦和赤鐵礦的單體解離度見表4。

表4 不同磨礦細(xì)度產(chǎn)品中主要礦物解離度分析

Table 4 Test result of relative grindabilityof raw ore %

表4表明，礦石中磁鐵礦達(dá)到充分解離時(shí)，礦石至少須細(xì)磨至-0.030 mm占90%，但當(dāng)磨礦細(xì)度為 -0.076 mm占90%時(shí)，磁鐵礦的單體解離度已達(dá)到70%以上，因此采用高效的分選工藝有可能在放粗磨礦細(xì)度的條件下提前獲得部分合格鐵精礦，適合采用階段磨選工藝。赤鐵礦的解離度較差，難以回收利用。

2 試驗(yàn)方案

為了保證精礦產(chǎn)品在國際市場上具有較強(qiáng)的競爭力，本研究要求精礦鐵品位達(dá)到68%以上，且SiO2含量在5%以下。根據(jù)礦石鐵品位較低及鐵礦物嵌布粒度微細(xì)的特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)室選礦試驗(yàn)在考察了階段磨礦階段磁選相關(guān)條件后，分別進(jìn)行了原礦兩段階段磨礦—弱磁選—磁選柱分選—磁選柱尾礦再磨后兩段弱磁再選、兩段階段磨礦—弱磁選—反浮選—反浮選尾礦再磨后兩段弱磁再選、兩段階段磨礦—弱磁選—反浮選—反浮選尾礦再磨后弱磁、反浮再選3個(gè)流程的研究。為了進(jìn)一步驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)推薦的優(yōu)勢工藝方案的可靠性和穩(wěn)定性，以及考察流程結(jié)構(gòu)調(diào)整對分選指標(biāo)的影響，還進(jìn)行了擴(kuò)大連選試驗(yàn)。

3 實(shí)驗(yàn)室選礦試驗(yàn)

3.1 兩段階段磨礦—弱磁選試驗(yàn)

分別對原礦進(jìn)行不同磨礦細(xì)度、不同磁場強(qiáng)度的弱磁選條件試驗(yàn)后(弱磁選采用φ300×400筒式弱磁選機(jī))，確定一段磨礦細(xì)度為-0.076 mm占50%，一段弱磁選磁場強(qiáng)度為159.24 kA/m，此時(shí)可獲得產(chǎn)率61.63%、鐵品位44.62%、鐵回收率86.18%的粗精礦。將粗精礦再磨至不同細(xì)度，在磁場強(qiáng)度均為95.54 kA/m條件下進(jìn)行1粗1精二段弱磁選試驗(yàn)，結(jié)果見圖1。

圖1表明，當(dāng)粗精礦再磨細(xì)度達(dá)到-0.038 mm占95%時(shí)，精礦鐵品位可達(dá)68%%以上、SiO2含量為4.56%，達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，但是該方案最終磨礦細(xì)度需達(dá)到-0.038 mm占95%，磨礦成本太高。為降低選礦成本，分別引入磁選柱分選及浮選工藝開展了進(jìn)一步研究。

圖1 粗精礦再磨細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果Fig.1 Test results on various regrinding finenessfor magnetic separation on rough concentrate ▲—品位；■—回收率

3.2 磁選柱分選試驗(yàn)

相對于常規(guī)弱磁選，磁選柱可以在放粗磨礦細(xì)度的條件下獲得較高質(zhì)量的鐵精礦。按圖2流程，采用CXZφ100磁選柱，在上升水流速度為35 mm/s、磁場變換周期為2.0 s、磁場強(qiáng)度為11.8～13.4 kA/m條件下，改變二段磨礦細(xì)度，考察磁選柱的分選效果，結(jié)果見表5。

圖2 磁選柱分選試驗(yàn)流程Fig.2 Flowsheet of column separator separation表5 不同二段磨礦細(xì)度下的磁選柱分選結(jié)果Table 5 Test result on column separator separation fordifferent second stage grinding

%

表5表明：隨著二段磨礦細(xì)度由-0.076 mm占95%提高到-0.043 mm占91%，精礦鐵品位由65.48%提高到67.48%，鐵回收率下降不多；隨著二段磨礦細(xì)度進(jìn)一步提高到-0.043 mm占95%，精礦鐵品位提高到68.24%，達(dá)到鐵精礦品位大于68%的要求，但鐵回收率下降了11.92個(gè)百分點(diǎn)，而且磁選柱尾礦的鐵品位高達(dá)65%以上，需要通過再磨加以回收利用。磁選柱尾礦再磨—弱磁選試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)再磨至-0.038 mm粒級占95%時(shí)，綜合精礦鐵品位可達(dá)到68%以上。

在以上試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了圖3所示引入磁選柱的全流程試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表6。

圖3 兩段階段磨礦—弱磁選—磁選柱分選—磁選柱尾礦再磨后兩段弱磁再選流程Fig.3 Flowsheet of two stage grinding-LIMS-column separator separation-tailings ofcolumn reginding and two stage LIMS表6 兩段階段磨礦—弱磁選—磁選柱分選—磁選柱尾礦再磨后兩段弱磁再選試驗(yàn)結(jié)果Table 6 Results of two stage grinding-stageLIMS-column separator separation-tailings ofcolumn reginding and two stage LIMS

%

由表6可知，引入磁選柱分選工藝后，可以獲得鐵品位68.19%、SiO2含量4.72%、鐵回收率65.68%、磁性鐵回收率96.91%的高質(zhì)量鐵精礦。

3.3 反浮選試驗(yàn)

以NaOH為調(diào)整劑、MY-1為捕收劑，按圖4流程考察在較粗二段磨礦細(xì)度下通過反浮選提前獲得部分高質(zhì)量鐵精礦的可能性，結(jié)果見表7。

表7顯示：二段磨礦細(xì)度越細(xì)，入浮物料和反浮選精礦鐵品位越高。當(dāng)二段磨礦細(xì)度達(dá)到 -0.076 mm占90%時(shí)，反浮選精礦鐵品位即可達(dá)到68%以上；繼續(xù)細(xì)磨，精礦鐵品位提高幅度不大，所以取二段磨礦細(xì)度為-0.076 mm占90%。試驗(yàn)結(jié)果說明采用反浮選提前獲取部分高質(zhì)量鐵精礦是可行的。

圖4 反浮選給礦流程Fig.4 Flowsheet of reverse flotation表7 不同二段磨礦細(xì)度下的反浮選結(jié)果

Table 7 Test result on reverse flotation fordifferent second stage regrinding fineness %

進(jìn)一步條件試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了圖5、圖6所示引入反浮選工藝的全流程試驗(yàn)，結(jié)果見表8。

圖5 兩段階段磨礦—弱磁選—反浮選—反浮選尾礦再磨后兩段弱磁再選流程Fig.5 Flowsheet of two stage grinding-LIMS-reverse flotation-tailings of reverse flotation reginding and two stage LIMS

圖6 兩段階段磨礦—弱磁選—反浮選—反浮選尾礦再磨后弱磁、反浮再選流程Fig.6 Flowsheet of two stage grinding-LIMS-reverse flotation-tailings of reverse flotation regrinding and two stage LIMS表8 圖5和圖6流程試驗(yàn)結(jié)果

Table 8 The test result on the entire floweetof Fig.5 and Fig.6 beneficiation process %

從表8可看出，采用圖5、圖6流程均可以在相對較粗的再磨細(xì)度下獲得鐵品位68%以上、硅含量小于5%的高質(zhì)量鐵精礦。與采用磁選柱相比，采用反浮選可以明顯使二段磨礦細(xì)度變粗(從-0.043 mm占95%變粗為 -0.076 mm占90%)，從而節(jié)省能耗。圖5流程與圖6流程的不同之處只是反浮選尾礦的再磨再選工藝，前者是采用兩段弱磁選流程，而后者是采用弱磁選—反浮選流程，但后者三段磨礦細(xì)度更粗，同時(shí)精礦硅含量更低，因此選擇圖6流程進(jìn)行下一步擴(kuò)大連選試驗(yàn)。需要指出的是，圖6流程三段磨礦后反浮再選的尾礦(二次中礦)的鐵品位仍在50%以上，需考慮自循環(huán)返回再磨再選以進(jìn)一步提高回收率。

4 擴(kuò)大連續(xù)試驗(yàn)

為了驗(yàn)證圖6流程的可靠性及穩(wěn)定性，按圖7進(jìn)行了擴(kuò)大連選試驗(yàn)，結(jié)果見表9。

圖7 擴(kuò)大連選試驗(yàn)流程Fig.7 Flowsheet of pilot-scale test表9 擴(kuò)大連選試驗(yàn)結(jié)果

Table 9 The test result of the pilot-scale test %

由表9可以看出，擴(kuò)大連選試驗(yàn)可獲得精礦鐵品位68.12%、SiO2含量4.59%、鐵回收率70.02%、磁性鐵回收率96.83%的指標(biāo)，與實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)相比，鐵回收率提高了4.68個(gè)百分點(diǎn)，說明三段磨礦后反浮再選的尾礦自循環(huán)返回再磨再選的流程結(jié)構(gòu)是合理的。

5 結(jié) 論

(1)國外某微細(xì)粒低品位磁鐵礦石鐵品位為31.92%，磁性鐵含量為22.36%，主要雜質(zhì)為SiO2；主要工業(yè)鐵礦物為磁鐵礦，其次為赤鐵礦和碳酸鐵；主要脈石礦物為石英，其次為鎂鈉閃石。礦石中鐵礦物嵌布粒度微細(xì)且粗細(xì)極不均勻，要使鐵礦物充分解離，必須細(xì)磨。

(2)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果表明：采用磁選柱分選和反浮選對弱磁選粗精礦進(jìn)行提質(zhì)降雜，均能在放粗磨礦細(xì)度的條件下獲得鐵品位68%以上、SiO2含量5%以下的高質(zhì)量鐵精礦，而反浮選比磁選柱分選更具放粗二段磨礦細(xì)度的優(yōu)勢，即從-0.043 mm占95%放粗至-0.076 mm占90%，并且反浮選比弱磁選、磁選柱分選更有利于降低精礦中SiO2的含量。

(3)擴(kuò)大連續(xù)試驗(yàn)結(jié)果表明，原礦經(jīng)兩段階段磨礦(-0.076 mm占90%)—弱磁選—反浮選—反浮選尾礦再磨(-0.038 mm占95%)后弱磁、反浮再選流程選別，可獲得精礦鐵品位68.12%、SiO2含量4.59%、鐵回收率70.02%、磁性鐵回收率96.83%的指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了該礦石的高效分選。

[1] 王海軍，殷俐娟.我國鐵礦資源的全球配置[J].中國礦業(yè)，2011(2):6-9. Wang Haijun,Yin Lijuan.China′s iron ore resource in the global configuration[J].China Mining Magazine，2011(2):6-9.

[2] 孫炳泉.超貧鐵礦資源化利用技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].金屬礦山，2009(1):9-11. Sun Bingquan.Status quo of utilization technology for extremely lean iron ore resources and its development trends[J].Metal Mine，2009(1):9-11.

[3] 唐雪峰，余永富，陳 雯.某微細(xì)粒嵌布貧鐵礦合理選礦工藝研究[J].礦冶工程，2010(1):41-43. Tang Xuefeng，Yu Yongfu，Chen Wen.Study on rational beneficiation technology of a lean iron ore with finely disseminated minerals[J].Mining and Metallurgical Engineering，2010(1):41-43.

[4] 何廷樹，松全元.細(xì)粒弱磁性鐵礦的選擇性絮凝—脫泥研究[J].中國礦業(yè)，1996(2):39-42. He Tingshu,Song Quanyuan.The study of selective flocculation-desliming on fine weakly magnetic iron ore[J].China Mining Magazine，1996(2):39-42.

[5] 孫炳泉.國內(nèi)某低品位微細(xì)粒鐵礦石選礦工藝研究[J].礦冶工程，2014,34(8):52-56. Sun Bingquan.Beneficiation process of a fine low-grade magnetite from inland[J].Mining and Metallurgical Engineering，2014,34(8):52-56.

[6] 劉興華，陳 雯.新疆某低品位細(xì)粒磁鐵礦選礦工藝研究[J].金屬礦山，2014(5):64-69. Liu Xinghua,Chen Wen.Beneficiation process of a fine low-grade magnetite from Xinjiang[J].Metal Mine，2014(5):64-69.

[7] 王 儒，韓躍新，李艷軍，等.湖北某鮞狀赤鐵礦石懸浮焙燒試驗(yàn)研究[J].金屬礦山，2015(6)：65-69. Wang Ru，Han Yuexin，Li Yanjun，et al.Experiment research on the suspension roasting of oolitic hematite ore from Hubei[J].Metal Mine，2015(6)：65-69.

(責(zé)任編輯 王亞琴)

Study on Beneficiation Process of a Fine Low-grade Magnetite Ore from Abroad

Sun Bingquan Gao Chunqing

(SinosteelMaanshanInstituteofMiningResearchCo.，Ltd.，Maanshan243000，China)

There is an iron ore contains 31.92% iron and 46.44% SiO2from abroad.Mineral dissemination of the ore is microfine.Beneficiation test was conducted in order to provide a high efficiency beneficiation process by which qualified iron concentrate can be obtained while in the coarser grinding conditions.The results of small-scale beneficiation test showed that iron concentrate with iron grade above 68% at the grinding fineness of 95% passing 0.043 mm by adopting the process of stage grinding-LIMS-column separator separation，but iron concentrate with iron grade above 68% at the grinding fineness of 90% passing 0.076 mm by adopting the process of stage grinding-LIMS-reverse flotation，moreover can reduce above 45% ore quantity for the third grinding.The results of the pilot-scale test showed that iron concentrate with iron grade of 68.12%，content of 4.59%，iron recovery of 70.02%，magnetic iron recovery of 96.83% can be obtained via two stages grinding(90% passing 0.076 mm)-LIMS-reverse flotation-dehydration and regrinding(95% passing 0.038 mm) for flotation tailings-LIMS-reverse flotation process.High efficient separation was achieved on the ore.

Fine low-grade iron ore，High efficiency beneficiation process，Stages grinding-stages separation

2015-08-04

“十二五”國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(編號：2011BAB07B04)。

孫炳泉(1963—)，男，副總工程師，教授級高級工程師，碩士研究生導(dǎo)師。

TD924.1

A

1001-1250(2015)-11-057-05