李博琦，謝賢，紀(jì)翠翠，朱輝，黎潔，康博文

（昆明理工大學(xué) 國(guó)土資源工程學(xué)院，省部共建復(fù)雜有色金屬資源清潔利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南省金屬礦尾礦資源二次利用工程研究中心，云南 昆明 650093）

1 前 言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，近年來(lái)，鐵礦石需求量越來(lái)越大。雖然我國(guó)鐵礦石儲(chǔ)量較大，但貧礦資源儲(chǔ)量約占總儲(chǔ)量的97%[1]，品位低且稟賦差，很難選別。主要依靠從國(guó)外進(jìn)口鐵礦石，進(jìn)口量逐年增加。開發(fā)利用難選的復(fù)雜低品位的貧磁鐵礦越來(lái)越受到重視。我國(guó)貧磁鐵礦資源以河北、遼寧、內(nèi)蒙等地居多，全國(guó)其他地區(qū)也廣泛分布著此類可利用的貧鐵礦資源，如河南、山東、黑龍江等地。目前貧磁鐵礦資源主要在河北北部、遼寧西部、內(nèi)蒙古地區(qū)得到大規(guī)模開采利用[2]。以遼寧省貧磁鐵礦資源概況為例，資源總量預(yù)計(jì)為107 億t 目前開采利用的貧磁鐵礦資源主要有兩大類：即變質(zhì)巖型貧磁鐵礦及巖漿型貧磁鐵礦[3]。然而，貧磁鐵礦中TFe 品位＜ 20%[4]，礦石類型復(fù)雜，難選礦和多組分共伴生礦居多。若采用原礦破碎后直接磨礦再用磁選，則會(huì)增加磨礦費(fèi)用，導(dǎo)致選礦成本大大提高。因此，開發(fā)貧磁鐵礦資源、優(yōu)化貧磁鐵選別工藝流程才可以緩解當(dāng)前我國(guó)鐵精礦量嚴(yán)重不足的現(xiàn)狀。為此本研究采用高壓輥磨超細(xì)碎、干式預(yù)選、階段磨礦、階段選別的選別工藝對(duì)鞍山地區(qū)典型貧磁鐵礦的分選進(jìn)行了試驗(yàn)探索。

2 物料準(zhǔn)備

試驗(yàn)研究所用礦樣取自遼寧省鞍山市某選礦廠貧磁鐵礦細(xì)碎后產(chǎn)品，使用Φ(400×100) mm 實(shí)驗(yàn)室高壓輥磨機(jī)破碎成-5 mm 和-3 mm 兩種礦樣，用于后續(xù)試驗(yàn)研究并留樣。

2.1 礦物成分分析

貧磁鐵礦XRD 圖譜見圖1。

圖1 貧磁鐵礦XRD 圖譜Fig. 1 XRD pattern of poor magnetite

由圖1 可知，鞍山地區(qū)貧磁鐵礦的主要金屬礦物為磁鐵礦、少量赤鐵礦和褐鐵礦；脈石礦物主要為石英，相對(duì)含量較高。

對(duì)試樣進(jìn)行化學(xué)多元素分析，結(jié)果見表1。

表1 原礦化學(xué)多元素分析/%Table 1 Multi-element analysis of the raw ore

試樣 TFe 品位為15.85%，F(xiàn)eO 含量為2.18%，SiO2含量55.66%，屬于典型的鞍山式貧磁鐵礦石。試樣鐵物相分析結(jié)果見表2。

表2 原礦鐵物相分析結(jié)果Table 2 Analysis results of iron phase

鐵元素主要以鐵氧化物（磁鐵礦、赤鐵礦）的形式存在，磁鐵礦的分布率為 86.23%，其次為赤、褐鐵礦，分布率為 9.65%。脈石礦物主要為石英，少量長(zhǎng)石、云母、碳酸鹽等。

2.2 礦物粒度篩析

經(jīng)Φ(400×100) mm 高壓輥磨破碎后，對(duì)超粉碎產(chǎn)品的粒度特性及金屬分布率進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見表3。

表3 破碎礦樣粒度篩析結(jié)果Table 3 Screening results of particle size of crushed ore samples

由表3 可知，不同粒級(jí)樣品中鐵礦物分布不均，在-5 mm 礦樣中，-3 +1 mm 粒度范圍的TFe 品位為17.35%，金屬分布率35.65%；-1 +0.15 mm 粒度范圍的TFe 品位17.84%，金屬分布率33.48%，-0.15 mm粒度范圍的TFe 品位12.28%，金屬分布率26.50%。在-3 mm 礦樣中，-1 +0.15 粒度范圍的TFe 品位為17.86%，金屬分布率38.92%。-0.15 mm 粒度范圍的TFe 品位12.15%，金屬分布率29.64%。

3 分選試驗(yàn)研究

3.1 干式預(yù)選拋尾試驗(yàn)

干式預(yù)選設(shè)備采用Φ(400×600) mm型磁滑輪，其皮帶運(yùn)行速度對(duì)預(yù)選拋尾效果影響較大。皮帶速度小, 礦物所受離心力越小, 非磁性礦物在重力作用下, 非磁性礦物與磁性礦物不能有效分離。皮帶速度大, 礦物所受到的離心力增大, 部分磁性較弱的礦物脫離磁滾筒被拋到到尾礦中去, 使尾礦中磁性礦物含量增加, 金屬礦物得不到充分回收。較佳的皮帶運(yùn)行速度, 使礦石中的脈石與金屬礦物較好的分離, 盡可能的提高入磨礦石的品位, 提高選礦的經(jīng)濟(jì)效益[5]。

搜索子集ΘC中一個(gè)點(diǎn)需要6Nr次實(shí)數(shù)乘法運(yùn)算，因此搜索子集ΘC共需要6Nr card{ΘC}次運(yùn)算.因此Tx-SD檢測(cè)的計(jì)算復(fù)雜度為CTx-SDCΘC+6Nrcard{ΘC}，其中card{}表示使用給定子集和更新半徑所需要搜索的總層數(shù)，

使用Φ(400×600) mm型磁滑輪進(jìn)行預(yù)先拋尾，距輥皮0 mm 時(shí)，最大磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.15 T，將擋板偏角調(diào)至130。，在皮帶運(yùn)行速度分別為0.8 m/s、0.9 m/s 和1.0 m/s 的情況下，分別對(duì)-5 mm 和-3 mm礦樣進(jìn)行預(yù)選拋尾條件試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見圖4、5。

圖2 選別作業(yè)精礦指標(biāo)與磁滑輪皮帶速度關(guān)系(-5 mm)Fig .2 Relationship between the concentrate index and the magnetic pulley belt speed (-5 mm)

圖3 選別作業(yè)精礦指標(biāo)與磁滑輪皮帶速度關(guān)系(-3 mm)Fig.3 Relationship between the concentrate index and the magnetic pulley belt speed (-3 mm)

以上試驗(yàn)結(jié)果表明：兩種礦樣干選后精礦品位隨著皮帶速度的增大而逐漸升高，回收率逐漸降低；尾礦品位隨著皮帶速度的增大逐漸減小，回收率逐漸增大；-5 mm 礦樣的皮帶較佳運(yùn)行速度0.9 m/s，此時(shí)得到的精礦品位19.63%，回收率75.45%，尾礦品位9.3%，回收率24.55% ；-3 mm礦樣皮帶較佳運(yùn)行速度0.9 m/s，此時(shí)得到的精礦品位20.14%，回收率82.09%，尾礦品位8.10%，回收率17.93%；-3 mm 礦樣皮帶速度以0.9 m/s 運(yùn)行時(shí)得到產(chǎn)品的各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于-5 mm 礦樣皮帶速度0.9m/s 運(yùn)行時(shí)得到的產(chǎn)品各項(xiàng)指標(biāo)；故得出較佳給礦粒度為-3 mm，皮帶較佳運(yùn)轉(zhuǎn)速度為0.9 m/s。后續(xù)試驗(yàn)礦樣采用-3 mm 礦樣，進(jìn)行大批量礦樣干選，為后續(xù)磨礦磁選做準(zhǔn)備。

3.2 預(yù)選精礦磨礦與分選試驗(yàn)

3.2.1 磨礦試驗(yàn)

磨礦細(xì)度指標(biāo)對(duì)后續(xù)磁選的鐵精礦品位及回收率影響較大。因此，提高鐵礦石單體解離度，使所有或大部分有用礦物從脈石礦物中分離出來(lái)，利于有用礦物最大限度的回收。不同礦石其單體解離度與細(xì)度的關(guān)系也不相同。

使用XMB-Φ(200×240) mm型實(shí)驗(yàn)室球磨機(jī)，轉(zhuǎn)速110 r/min，磨礦濃度為70%，對(duì)預(yù)選精礦進(jìn)行磨礦試驗(yàn)，磨礦后用0.074 mm 篩子進(jìn)行濕篩。磨礦時(shí)間與磨礦細(xì)度曲線見圖4。

圖4 磨礦細(xì)度與磨礦時(shí)間關(guān)系Fig. 4 Related curve of grinding fineness and grinding time

根據(jù)磨礦試驗(yàn)結(jié)果得知，磨礦時(shí)間3 min 時(shí)，-0.074 mm 81.91%，磨礦時(shí)間4 min 時(shí)，-0.074 mm 90.58%。磨礦時(shí)間短，礦物粒度-0.074 mm 百分含量相對(duì)較高。

3.2.2 一段磁選試驗(yàn)

礦漿從給礦口給入，通過(guò)控制給礦速度進(jìn)而控制給礦液面高度，約為磁輥直徑的1/3，磁輥逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，磁性礦物被吸附在磁輥表面被帶出，在刮板和沖洗水的作用下從排礦口排出成為精礦，尾礦從磁輥下端排礦口排出。進(jìn)而達(dá)到磁性礦物的富集。

圖5 磨礦細(xì)度對(duì)一段磁選效果的影響Fig .5 Effect of grinding fineness on one-stage magnetic separation

在磨礦細(xì)度-0.074 mm 60%、70%、80%、90%的情況下，采用CYG 型Φ200 順流型永磁筒式磁選機(jī)對(duì)其進(jìn)行磁選試驗(yàn)，磁輥表面磁場(chǎng)強(qiáng)度1400 Gs。試驗(yàn)結(jié)果見圖5。一段磁選試驗(yàn)結(jié)果表明， 較佳磨礦細(xì)度-0.074 mm 80%， 經(jīng)過(guò)一段磁選得到精礦品位47.62%，回收率77.05%，但精礦品位較低；尾礦品位6.98%，可直接入尾。根據(jù)之前的理論學(xué)習(xí)，磨礦細(xì)度對(duì)磁選精礦品位及回收率影響較大，磨礦細(xì)度越大，磁選精礦品位越高。但試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，隨著磨礦細(xì)度越大，精礦品位及回收率波動(dòng)較小，且得到精礦品位較低。選別效果不佳。分析原因，由于磨礦時(shí)間短，礦物沒(méi)有完全從脈石礦物中分離出來(lái)，沒(méi)有充分單體解離，導(dǎo)致入磁粒度不均，影響了后續(xù)精礦的富集，進(jìn)而影響了精礦產(chǎn)品的品位及回收率。

3.3 再磨再選及尾礦回收試驗(yàn)

3.3.1 二段磨礦

圖6 磨礦細(xì)度與磨礦時(shí)間關(guān)系曲線Fig. 6 Related curve of grinding fineness and grinding time

由于磨礦時(shí)間短，礦石沒(méi)有從充分單體解離，入磁粒度不均，導(dǎo)致一段磁選精礦不能充分富集。所以對(duì)一段磁選精礦進(jìn)行再磨試驗(yàn)，再磨產(chǎn)品精-0.074 mm 和-0.045 mm 兩種篩子濕篩。磨礦細(xì)度與磨礦時(shí)間關(guān)系曲線見圖6。-0.074 mm 最高可達(dá)99.7%，-0.045 mm 最高達(dá)到92.35%。

3.3.2 再磨產(chǎn)品精選試驗(yàn)

采用XCGS 型磁選管對(duì)精礦再磨產(chǎn)品進(jìn)行二段磁選試驗(yàn)。極頭中部的磁感應(yīng)強(qiáng)度0.12 T，礦漿濃度30%，均勻給入磁選管，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見圖7。

圖7 再磨產(chǎn)品精選選別作業(yè)精礦指標(biāo)與磨礦細(xì)度關(guān)系圖Fig. 7 Relationship between concentrate index and grinding fineness in re-grinding product selection and sorting operation

試驗(yàn)結(jié)果表明，一段磁選精礦再磨后，在磨礦細(xì)度-0.045 mm 89.51 % 的情況下，磁選管選別效果較佳，精礦品位達(dá)到67.28%，回收率為88.79%；尾礦品位14.25%，得到精礦產(chǎn)品品位相對(duì)較高，達(dá)到工業(yè)鐵品位要求。一段磁選精礦再磨，使礦石充分單體解離。有效的提高了最終產(chǎn)品精礦品位，提高了磁選管的選別能力。

3.3.3 再磨產(chǎn)品精選尾礦回收試驗(yàn)

干選精礦經(jīng)過(guò)磨礦- 一段磁選- 再磨再選工藝流程選別，得到精礦TFe 品位67.28%，但回收率較低。再磨再選試驗(yàn)得到尾礦TFe 品位為14.25%，尾礦品位相對(duì)較高，不能進(jìn)行直接拋尾。為了提高最終精礦的回收率和避免鐵礦資源的浪費(fèi)，本試驗(yàn)對(duì)再磨再選的尾礦進(jìn)行尾礦回收試驗(yàn)。 采用CYG 型Φ200 mm 順流型永磁筒式磁選機(jī)對(duì)再磨再選尾礦進(jìn)行回收，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 混合尾礦提精試驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 4 Refining test data of mixed tailings

試驗(yàn)結(jié)果表明，尾礦回收試驗(yàn)得到精礦品位45.34%，回收率69.85%。此時(shí)精礦品位與一段磁選精礦品位相近，故將尾礦回收試驗(yàn)的精礦返回二段磨礦，進(jìn)行再磨再選試驗(yàn)。尾礦品位5.60%，直接拋尾。

4 閉路試驗(yàn)

在條件試驗(yàn)和開路試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行閉路試驗(yàn)，試驗(yàn)流程圖見圖8，試驗(yàn)控制磁滑輪擋板角度130°，皮帶速度0.9 m/s；一段磨礦細(xì)度-0.074 mm 80%；二段磨礦細(xì)度-0.045 mm 百分含量達(dá)到89.51 %；磁選管極頭中部的磁感應(yīng)強(qiáng)度1200 Gs，礦漿濃度30%。試驗(yàn)結(jié)果見表5，原礦品位15.85 %，經(jīng)過(guò) “高壓輥磨超細(xì)碎- 干式預(yù)選- 階段磨礦- 單一磁選” 的流程的分選，得到最終精礦鐵品位67.24%，鐵回收率60.88%，產(chǎn)率14.75%；最終尾礦鐵品位7.27%，回收率39.12%。

表5 閉路試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Results of closed- circuit test

圖8 閉路試驗(yàn)流程圖Fig. 8 Flow chart of closed- circuit test

5 結(jié) 論

（1）試驗(yàn)以鞍山地區(qū)貧磁鐵礦作為研究對(duì)象，原礦鐵品位15.85%，主要金屬礦物為磁鐵礦，少量赤鐵礦和褐鐵礦，脈石礦物以石英為主，礦石嵌布粒度較細(xì)。

（2）先采用Φ(400×100) mm 高壓輥磨機(jī)進(jìn)行超細(xì)碎，入料粒度d95為12 mm，在輥面壓力為4 N/mm2的情況下，采用篩孔尺寸為3 mm 的閉路粉碎工藝，使粉碎產(chǎn)品的P 降低到1.65 mm。對(duì)超細(xì)碎產(chǎn)品進(jìn)行粒度篩析，結(jié)果表明-3 ～ +0.15 mm粒級(jí)范圍的礦物鐵品位17.58%、產(chǎn)率61.7%，金屬分布律69.87%，-0.15 mm 粒級(jí)范圍的礦物的鐵品位僅為12.15%，金屬分布率僅為29.64%。

（3）采用Φ(400×600) mm 的磁滑輪對(duì)超細(xì)碎產(chǎn)品進(jìn)行預(yù)先拋尾，在擋板角度為130°，皮帶速度0.9 m/s 的情況下，-3 mm 礦樣預(yù)選精礦鐵品位可達(dá)20.14%，鐵回收率82.09%；尾礦鐵品位8.10%，拋尾率達(dá)到35.68%。

（4）采用XMB-Φ(200×240) mm 型球磨機(jī)進(jìn)行磨礦細(xì)度試驗(yàn)，磨礦濃度70%，磨機(jī)轉(zhuǎn)速110 r/min。短時(shí)間磨礦，-0.074 mm 百分含量相對(duì)較高。究其原因，一是利用高壓輥磨機(jī)實(shí)現(xiàn)多碎少磨，破碎產(chǎn)品粒度可達(dá)到-3 mm，其中細(xì)粒級(jí)含量高，預(yù)選效果好，顯著減少入磨量，并且輥壓技術(shù)在破碎過(guò)程中因擠壓而形成的礦石結(jié)構(gòu)裂隙，利于磨礦，明顯降低磨礦功耗，降低生產(chǎn)成本。二是因?yàn)樵诟墒筋A(yù)選時(shí)，粗粒級(jí)礦物隨著皮帶運(yùn)動(dòng)，離心力較大，被拋出成為尾礦，減小了磨機(jī)入磨粒度。

（5）使用CYG-Φ200 mm 型順流型永磁筒式磁選機(jī)對(duì)預(yù)選精礦磨礦產(chǎn)品進(jìn)行分選，精礦鐵品位達(dá)到47.62%，回收率63.09%，但精礦品位較低；尾礦品位6.98%，可直接入尾。對(duì)一段磁選精礦進(jìn)行再磨再選試驗(yàn)，在磨礦細(xì)度為-0.045 mm 89.51%的情況下，使用XCGS 型磁選管對(duì)磨礦產(chǎn)品進(jìn)行選別，得到精礦鐵品位67.28%，回收率60.64%，鐵尾礦品位14.24%。為提高鐵精礦回收率和避免鐵礦資源的浪費(fèi)，對(duì)再磨再選后的尾礦進(jìn)行尾礦回收試驗(yàn)，尾礦回收試驗(yàn)得到的精礦返回到二段磨礦進(jìn)行再磨再選，尾礦直接拋尾。

（6）本試驗(yàn)采用 “高壓輥磨超細(xì)碎- 干式預(yù)選- 階段磨礦- 單一磁選” 的流程對(duì)貧磁鐵礦進(jìn)行分選，得到最終精礦鐵品位67.24%，回收率60.88%，產(chǎn)率14.75%；最終尾礦鐵品位7.27%，回收率39.12%。本論文為鞍山地區(qū)貧磁鐵礦的高效利用奠定了一定的研究基礎(chǔ)。