李子豪 莊故章 謝海云 周 平 孫 瑞

(昆明理工大學(xué) 國(guó)土資源工程學(xué)院，昆明 650093)

鋼鐵是現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展不可缺少的礦產(chǎn)資源，在各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。全球的鐵資源儲(chǔ)備豐富，2018 年全球已探明的鐵礦石資源總量約為8 180億t[1-2]。中國(guó)鐵礦資源儲(chǔ)量豐富，分布廣泛。但多數(shù)鐵礦品位都偏低多為貧礦，而且多以共伴生形式賦存，難以分選。我國(guó)的鐵礦石的品位平均只能達(dá)到31.3%，主要分布在遼寧、四川、河北、貴州、新疆、云南[3-5]。我國(guó)的鋼鐵需求量非常大，所以鐵資源的開發(fā)和利用十分重要。

西定鐵礦位于云南西雙版納，其位置與惠民鐵礦接近。西定鐵礦礦床屬于海相火山-沉積型鐵礦床，該鐵礦以赤褐鐵礦、磁鐵礦為主，還含有少量菱鎂礦和黃鐵礦。針對(duì)該礦石的可選性，結(jié)合經(jīng)濟(jì)成本，本研究進(jìn)行了重選搖床、弱磁選及弱磁選尾礦強(qiáng)磁選試驗(yàn)。

1 原礦及試驗(yàn)儀器

1.1 原礦多元素分析

原礦中鐵的品位為41.55%，所含主要脈石礦物為石英和鈣鎂硅酸鹽礦物，有害元素磷含量為1.22%相對(duì)偏高。

表1 原礦多元素分析

1.2 鐵物相分析

根據(jù)物相分析結(jié)果可知，在充分解離的情況下，有效弱磁選的最高回收率為30%。赤褐鐵礦含鐵為總鐵的60%，回收赤褐鐵礦是提高精礦產(chǎn)率和回收率的關(guān)鍵。菱鐵礦含量不高，鐵礦物綜合品位可望較高；黃鐵礦含量低，鐵精礦含硫超標(biāo)的可能性小。

表2 鐵物相分析結(jié)果

1.3 礦樣粒度分析

試驗(yàn)礦樣的粒度組成及金屬分布見表3。

表3 試驗(yàn)礦樣的粒度組成及金屬分布

試驗(yàn)礦樣中粗粒級(jí)別的產(chǎn)率高，0.25 mm以上粒級(jí)的累積產(chǎn)率為63.9%，這說明礦石可碎性偏難。粗粒級(jí)品位變化小并且與原礦綜合品位接近，表示鐵礦物嵌布粒度小。-0.1～0.037 mm粒級(jí)，特別-0.074～0.037 mm粒級(jí)的鐵品位比其他粒級(jí)高，產(chǎn)率低，這預(yù)示粗磨細(xì)碎時(shí)開始有解離鐵礦物或較純鐵礦物顆粒出現(xiàn)，但鐵礦物的總體嵌布粒度小，較好的選別效果需要提高磨礦細(xì)度。-0.037 mm粒級(jí)的鐵品位與原礦綜合品位接近，這進(jìn)一步表明鐵礦物嵌布粒度小，較好的選別效果需要提高磨礦細(xì)度。

1.4 試驗(yàn)儀器

Φ240×90錐形球磨機(jī)、XCY-73型1100×50搖床、XCRS-74型鼓形濕式弱磁選機(jī)、LHM型濕式強(qiáng)磁選機(jī)。

2 礦石可選性試驗(yàn)研究

2.1 磨礦試驗(yàn)

為了找出合理的磨礦時(shí)間與磨礦細(xì)度之間的關(guān)系并為后續(xù)試驗(yàn)提供參考，進(jìn)行磨礦時(shí)間試驗(yàn)。磨礦條件為：礦樣為前述粒度為-2 mm的試驗(yàn)礦樣(之后簡(jiǎn)稱為原礦)，礦量500 g，磨機(jī)充填率50%，磨礦濃度65%。試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 粒度曲線Fig.1 Grain size curve

試驗(yàn)結(jié)果表明，磨礦時(shí)間小于8 min(磨礦細(xì)度小于-74 μm含量80%)時(shí)磨礦細(xì)度增加速度基本恒定，礦石可磨性好且變化不大。磨礦時(shí)間大于8 min，磨礦細(xì)度大于-74 μm含量80%)時(shí)磨礦細(xì)度增加速度逐漸減小，細(xì)度變化逐漸不明顯，礦石可磨性變差。磨礦時(shí)間大于18 min(磨礦細(xì)度大于-74 μm含量98%)以后，常規(guī)磨礦效果很差，礦石可磨性很差。試驗(yàn)表明，為使礦物充分解離，結(jié)合生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)可以認(rèn)為兩段磨礦是必要的。由于精礦產(chǎn)率本身很低，階段磨礦階段選別的意義不大，應(yīng)該進(jìn)行階段磨礦集中選別。

2.2 搖床重選試驗(yàn)

考慮到重選在鐵礦選礦中有應(yīng)用，且重選設(shè)備投資較小，重選成本較低，搖床選別是重選中效果很好的方法，所以對(duì)該鐵礦進(jìn)行搖床粗選試驗(yàn)，試驗(yàn)流程和結(jié)果如圖2，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

圖2 搖床粗選流程Fig.2 Shaking table roughing test

表4 搖床試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Shaking table test results /%

搖床直接分選結(jié)果表明，各個(gè)磨礦細(xì)度下從精礦到尾礦的各個(gè)產(chǎn)品的品位等變化趨勢(shì)基本一致，搖床直接分選穩(wěn)定可靠；各個(gè)磨礦細(xì)度下精礦產(chǎn)量都不大，精礦產(chǎn)量不大與磨礦細(xì)度關(guān)系較小，而是主要取決于原礦性質(zhì)。磨礦細(xì)度不宜低至-74 μm含量60%。

由于重選回收粒度下限的限制，磨礦細(xì)度不宜更高。由于各個(gè)磨礦細(xì)度下選別都有尾礦品位高和精礦回收率低的問題，可以說重選法選別該礦石的效果不好。要進(jìn)一步提高精礦產(chǎn)率、產(chǎn)量和回收率就應(yīng)該細(xì)磨和采用其它選礦方法進(jìn)行試驗(yàn)。

2.3 磁選試驗(yàn)

盡管投資略大于重選，可能弱磁選是鐵礦處理的最佳方案，判明弱磁選應(yīng)用的可能性是必要的。為此進(jìn)行弱磁選試驗(yàn)。

2.3.1 弱磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)

弱磁選可以有效分選出該鐵礦石中的強(qiáng)磁性的磁鐵礦，為確定合適的磁場(chǎng)強(qiáng)度，進(jìn)行磁場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)。取3組原礦，磨礦細(xì)度為-74 μm含量95%，磁場(chǎng)強(qiáng)度為47 746.48、63 661.98、71 619.73 A/m，試驗(yàn)流程如圖3，結(jié)果見表5。

表5 弱磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

圖3 弱磁選場(chǎng)強(qiáng)試驗(yàn)流程Fig.3 Magnetic field strength of low magnetic separation test

可以看出，弱磁選機(jī)磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)磁選影響情況磁選強(qiáng)度本身大小范圍有關(guān)。磁場(chǎng)強(qiáng)度從47 746.48 A/m增加到63 661.98 A/m時(shí)回收率增加達(dá)到10個(gè)百分點(diǎn)，磁場(chǎng)強(qiáng)度從63 661.98 A/m增加到71 619.73 A/m時(shí)回收率增加不到1個(gè)百分點(diǎn)。弱磁選機(jī)磁場(chǎng)強(qiáng)度不能低至47 746.48 A/m，必須達(dá)到約63 661.98 A/m。由于產(chǎn)品粒度較小，細(xì)磨時(shí)夾帶更嚴(yán)重，僅從回收強(qiáng)磁性礦物角度看，不必要時(shí)應(yīng)該盡量減少過粉碎。

2.3.2 弱磁選流程試驗(yàn)

為確定弱磁選試驗(yàn)的確切流程，進(jìn)行“一次粗選、兩次精選、兩次掃選”試驗(yàn)，流程如圖4。磁選機(jī)磁場(chǎng)強(qiáng)度為63 661.98 A/m，磨礦細(xì)度為-74 μm占70%。結(jié)果見表6。

圖4 弱磁選精掃選試驗(yàn)流程Fig.4 Low intensity magnetic separation cleaning and scavenging test

表6 弱磁選流程試驗(yàn)結(jié)果

可以看出，弱磁選粗選效果最明顯。弱磁選掃選效果不好，不宜采用，弱磁選精選效果不夠明顯，采用一次精選可以獲得合格精礦，二次精選沒有必要。采用一粗一精弱磁選流程所得精礦品位為60.1%，回收率為27.8%。要提高回收率，應(yīng)該進(jìn)行弱磁尾礦中弱磁性鐵礦物的回收。

2.3.3 細(xì)磨弱磁選試驗(yàn)

為了確定較好的磨礦細(xì)度盡量避免過粉碎情況的發(fā)生，進(jìn)行了細(xì)磨弱磁選試驗(yàn)，磁選機(jī)磁場(chǎng)強(qiáng)度為63 661.98 A/m。流程如圖5所示。弱磁選試驗(yàn)的尾礦即后續(xù)強(qiáng)磁選試驗(yàn)所用礦樣，共3個(gè)。結(jié)果見表7。

圖5 細(xì)磨弱磁選試驗(yàn)流程Fig.5 Fine grinding low intensity magnetic separation test

表7 細(xì)磨弱磁選試驗(yàn)結(jié)果

可以看出，僅對(duì)弱磁選而言，磨礦細(xì)度達(dá)到-74 μm占70%時(shí)精礦品位就可以達(dá)到60%，也就是說磨礦細(xì)度達(dá)到-74 μm占70%時(shí)即可。細(xì)磨時(shí)弱磁選精礦產(chǎn)率和回收率略有降低，精礦品位略有升高，但變化很小以至可以忽略。細(xì)磨-弱磁選難來產(chǎn)出高純磁鐵礦精礦，精礦只能用作煉鐵原料。

2.3.4 弱磁選尾礦強(qiáng)磁選試驗(yàn)

弱磁選和重選試驗(yàn)表明，強(qiáng)磁選是浮選外有可能有效回收該礦石中剩余的弱磁選尾礦中鐵礦物的方法，以增加精礦產(chǎn)率、產(chǎn)量和其中有用成分的回收率來產(chǎn)出合格精礦為前提，進(jìn)行強(qiáng)磁選粗選和精選試驗(yàn)。磁介質(zhì)采用1/2鋼板齒介質(zhì)，磨礦細(xì)度為-74 μm含量70%。試驗(yàn)流程如圖6，結(jié)果見表8。

圖6 強(qiáng)磁選試驗(yàn)流程圖Fig.6 High intensity magnetic separation test

表8 強(qiáng)磁選試驗(yàn)結(jié)果

弱磁選尾礦強(qiáng)磁選試驗(yàn)結(jié)果表明，強(qiáng)磁選都有一定的分離效果，鐵礦物在部分顆粒中富集。選礦富集比很低，強(qiáng)磁精選精礦品位僅達(dá)40%左右，強(qiáng)磁粗選尾礦品位不低于32%，強(qiáng)磁選的分離效果都不好，這可能與鐵礦物解離很差有關(guān)。從工業(yè)經(jīng)濟(jì)角度看，該礦中的弱磁性礦物很難有效回收。進(jìn)一步細(xì)磨時(shí)有可能實(shí)現(xiàn)該礦中的弱磁性礦物的有效回收，但由于再磨再選生產(chǎn)成本過高，選別效果提高并不明顯，所以不再進(jìn)行深入的細(xì)磨試驗(yàn)。

強(qiáng)磁選回收效果不要的原因可能是被鐵污染的石英、硅酸鐵、黃鐵礦等的磁性與赤褐鐵礦的磁性很接近，用強(qiáng)磁選時(shí)，會(huì)大量地進(jìn)入精礦，導(dǎo)致精礦品位不高，也沒法明顯降低尾礦品位。如果赤褐鐵礦的嵌布粒度極細(xì)，嵌布情況復(fù)雜，可選性差，強(qiáng)磁選也很難理想和高效[6]。

2.4 磁鐵礦回收工藝流程試驗(yàn)

根據(jù)上述條件試驗(yàn)結(jié)果制定了生產(chǎn)試驗(yàn)流程，采用“兩段磨礦及一粗一精磁選”試驗(yàn)，磨礦細(xì)度為-74 μm含量70%，具體流程如圖7，結(jié)果如表9。

圖7 磁鐵礦回收工藝流程Fig.7 Magnetite recovery process test

表9 磁鐵礦回收試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)該流程可選出品位為60.13%、回收率為27.78%的強(qiáng)磁性磁鐵礦精礦，回收率較低。問題出現(xiàn)在尾礦中的赤-褐鐵礦不能做到有效的回收。原因可能是弱磁性礦物粒度較細(xì)，無法做到完全解離，與石英、硅酸鐵等礦物嵌布在一起，無法完全分離。若細(xì)磨后進(jìn)行磁選，磁化—焙燒或浮選等方法可能做到分選[7-10]，但考慮經(jīng)濟(jì)可行性的因素，方法成本過高，在該礦的實(shí)際生產(chǎn)中并不可取。

3 結(jié)論

1)云南西定鐵礦鐵品位41%，主要鐵礦物為磁鐵礦和赤褐鐵礦，還含有少量菱鎂礦和黃鐵礦。

2)西定鐵礦中的磁鐵礦容易回收，但赤褐鐵礦不能有效回收?；厥沾盆F礦需要的磨礦細(xì)度為-74 μm占70%左右，弱磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度不低于63 661.98 A/m。建設(shè)大規(guī)模選礦廠時(shí)通常應(yīng)該設(shè)置兩段磨礦，建設(shè)小規(guī)模選礦廠時(shí)可以設(shè)置兩段磨礦或一段磨礦。

3)采用兩段磨礦及一粗一精磁選時(shí)精礦品位可以達(dá)到60.31%，回收率達(dá)到27.78%，回收率較低。采用強(qiáng)磁選回收赤褐鐵礦的效果并不理想，繼續(xù)細(xì)磨或采用其他方法成本較高。

4)根據(jù)鋼鐵行業(yè)的情況，該鐵礦有進(jìn)一步開發(fā)的可能。但目前情況下，考慮到經(jīng)濟(jì)可行性的條件，西定鐵礦為難利用礦石。