陳俊良，楊波，李修智，支京豪，肖日鵬

（1.昆明理工大學，云南 昆明 650093;2.昆明理工凱吉思科技有限公司，云南昆明 650093）

1 昆鋼大紅山概述

昆鋼大紅山位于云南省玉溪市，是我國西南地區(qū)主要的鐵、銅礦生產基地，該礦床為鐵、銅共生，同時伴有金、銀等有用金屬的特大型礦床。探明的鐵礦石儲量為4.6 億t，主要成分為磁鐵礦、赤鐵礦[1]及少量的鏡鐵礦。脈石礦物主要為石英、鈉長石、白云石、綠泥石等。昆鋼大紅山年供鐵礦量450萬t，鐵礦石品位18.40%，含銅品位0.26%。其中每年生產鐵中礦量60 萬t 左右，該部分鐵中礦[4]品位在35%～50%左右，由于不能直接冶煉，長期的堆存不僅占用大量土地資源而且對周邊環(huán)境也會造成污染。

2 大紅山鐵中礦性質

2.1 化學組成分析

原礦化學多元素分析，結果見表1。

表1 原礦化學組成分析/%Table 1 Chemical composition analysis of the raw ore

2.2 原礦粒度組成分析

采用水析和篩析的方法對礦樣進行粒度分析，結果見表2。

表2 原礦篩分分析實驗結果Table 2 Test results of the raw ore screening analysis

由表2 可知，實驗所用礦樣極細，鐵主要分布在-74 μm 粒級，-38 μm 51.07%，常規(guī)重選設備如搖床、溜槽對礦樣分選效果可能不理想。

3 實驗設備

3.1 弧面鋪展流膜分選機簡介

弧面鋪展流膜分選機又稱KGS-II 由昆明理工大學楊波副教授研究開發(fā)的一種新型針對微細粒礦物的重選設備，該設備能耗低、設備運行穩(wěn)定、無噪音污染，處理微細粒級礦物[6]相較傳統(tǒng)重選設備搖床時回收效率高，處理量是搖床的8-10 倍，而且可以串聯(lián)使用，分選后的精中尾礦礦漿濃度較高，不需要濃縮而直接進行后續(xù)作業(yè)，多臺設備可模塊化自由組裝，節(jié)約了占地面積。KGS-II結構簡單，對選廠基建要求低。

3.2 弧面鋪展流膜分選機結構

弧面鋪展流膜分選機主要有給礦裝置、分選裝置、設備殼體、洗滌裝置、調頻控制器、接礦槽、電源開關等。給礦盤與調頻電機相連，調頻控制器控制調頻電機轉速；設備殼體焊接在接礦槽上，接礦槽分為精礦槽、中礦槽和尾礦槽，殼體上設有數個觀察孔和操作孔；設備底盤上安裝有分選面，在調頻電機通過皮帶的驅動下，分選盤作回旋運動。

3.3 弧面鋪展流膜分選機分選原理

弧面鋪展流膜分選機[9]是依據斜面分選原理、分層動力學體系學說、麥依爾理論和水躍現(xiàn)象進行研發(fā)。斜面流分選原理[5]是礦物顆粒沿斜面流動的水流推動作用和自身重力作用向下運動，由于礦物之間的比重不同，不同礦物沿斜面運動速度不同的原理進行分選。分層動力學體系學說[3]是密度不同的礦物顆粒在礦漿之中受介質的動力作用產生的沉降速度或差距進行分層。麥依爾理論礦物顆粒沉降分層是具有比重差異的礦物位能轉移[7]，大比重礦物顆粒下降位能降低，小密度上升位能升高，從而形成依據各密度粒群的堆密度分層現(xiàn)象。水躍現(xiàn)象[2]是礦漿流沿斜面流動時遇到障礙物時，礦漿流膜向上躍起，分層礦漿形成分散狀態(tài)，流膜上層輕礦物流動速度較快，底層礦漿中重礦物流速較慢，從而形成上下層速差，有利于輕重礦物的分選和再分層。

4 實驗結果

4.1 礦漿濃度實驗

弧面鋪展流膜分選機屬于一種新型流膜重選設備，礦漿從分選給礦盤給入分選盤面頂部，形成均勻混合的礦漿鋪展流層，礦漿流速相對較慢，礦漿[8]中的輕重礦物根據比重差異開始進行分層。此時礦漿濃度的高低會影響輕重礦物在礦漿之中的沉積速度和分層效果，實驗結果見表3。

表3 KGS-II 濃度實驗數據Table 3 KGS - II concentration test data

從表3 可知，當礦漿濃度為20%時，鐵精礦品位和回收率達到最大值，分別為55.88%、90.45%，當礦漿濃度為25%、30%時，品位和回收率大致相同，當礦漿濃度達到35%時，此時品位和回收率明顯降低，分選效果不明顯。實驗數據說明當礦漿濃度偏低時，鐵精礦品位和回收率較高；濃度偏高時，鐵精礦品位和回收率較低，綜合分析當礦漿濃度在20%～35%時分選較為理想，下面實驗礦漿濃度默認為25%。

4.2 分選盤轉速實驗

分選盤主要是弧面鋪展流膜分選機核心部件，當礦漿在分選面上進行松散-分層-富集時，盤面轉動產生的回旋剪切力對礦物顆粒的分層有利，同時轉速也影響礦物在分選盤面的洗滌時間，當轉速較慢時沉積區(qū)堆積礦物顆粒的洗滌時間增長，導致高品位的精礦流入尾礦槽中；相反，若轉速較快會增加回旋剪切力，雖然加快了礦物分層，但沉積區(qū)礦物的洗滌時間降低?？刂平o礦濃度為25%，給礦量為250 g/min，洗滌水量為3.33 L/min，試樣重量1000 g，實驗結果見表4。從表4 可知，在給礦濃度、給礦量等條件相同的情況下，轉速為25 Hz 時鐵精礦的品位和回收率均達到最高值，分別為56.93%、92.75%。

表4 KGS-II 轉速條件實驗結果Table 4 KGS - II speed conditions test results

4.3 給礦量條件實驗

給礦量的大小影響礦漿在弧面分選盤面的分層效果，礦量過大會導致礦漿在分選盤頂部停留時間過短，礦漿來不及分層，輕重礦物沿著弧面直接流入礦漿沉積區(qū)堆積，導致洗滌水洗滌效果不好，最終難以獲得較好的分選效果；給礦量過小會直接影響設備的處理量，礦漿流膜層薄，礦物沉降距離較短，分層效果不理想。

控制給礦濃度25%，轉速24 Hz，洗滌水量3.33 L/min，試樣重量為1000 g，實驗結果如表5。

表5 KGS-II 給礦量實驗數據Table 5 KGS - II feeding ore test data

由表5 給礦量實驗結果可知，在給礦濃度、轉速等條件不變時，給礦量為250 g/min 時獲得的鐵精礦品位和回收率較高，分別為56.43%和90.99%，當給礦量為200 g/min時獲得的鐵精礦品位和回收率分別為55.56%、88.18%。綜合考慮當給礦量在200 g/min ～ 250 g/min范圍內時分選效果較好。

4.4 洗滌水量實驗

在礦漿濃度25%、給礦量250 g/min、轉速24 Hz、試樣1000 g 的條件下進行實驗，實驗結果見表6。

表6 KGS-II 洗滌水量條件實驗結果Table 6 KGS - II water washing test results

由表6 可知，當給礦濃度、轉速等條件相同時，洗滌水量為4.17 L/min時得到的鐵精礦品位較高，為56.93%，但此時回收率較低，為90.93%，當洗滌水量為3.33 L/min 時，此時鐵精礦品位和回收率分別為56.43%、90.93%。綜上所述，洗滌水量為3.33 L/min 時分選效果較好。

4.4 一粗兩掃三精開路實驗

根據探索實驗得知，弧面鋪展流膜分選機針對大紅山50%品級鐵中礦具有良好的分選效果，一次分選獲得精礦含鐵品位達到56.79%、回收率81.94%，尾礦含鐵品位36.22%、回收率18.06%的良好指標，但還需要進行精選和掃選作業(yè)，以求獲得精礦品位達到60%以上，回收率保證80%以上，降低尾礦中鐵品位。

為進一步提高精礦品位、降低尾礦品位，實驗條件依據條件實驗進行設定，見表7。

表7 開路實驗參數Table 7 Open-circuit test parameters

實驗樣品稱取1000 g，采用攪拌桶攪拌混勻進行連續(xù)給礦?；∶驿佌沽髂し诌x機粗選、精選獲得精礦濃度較高，可直接進行下段作業(yè)；由于粗選尾礦濃度較低需進行沉淀濃縮。給礦濃度在20%左右可進行掃選作業(yè)。

開路實驗采用一粗兩掃三精過程見圖1，開路實驗獲得一個精礦、五個中礦和一個尾礦。實驗結果如表8。

圖1 開路實驗流程Fig.1 Open-circuit test process

表8 開路實驗數據Table 8 Open-circuit test data

采用一粗三精兩掃開路流程實驗獲得精礦產率為56.54%，F(xiàn)e 品位達到63.97%，回收率為72.39%，精礦品位提高了14 個百分點；尾礦產率為13.15%，F(xiàn)e 品位為23.33%，回收率為6.14%。綜合分析，采用“一粗三精兩掃”開路流程獲得鐵精礦品位64%左右，回收率占到72%左右，尾礦品位降低至23%左右，分選效果較為良好。

4.5 一粗兩掃三精閉路實驗

根據以上開路實驗獲得精礦品位達到63%，但回收率不足80%，為綜合回收開路實驗獲得三個中礦中的鐵金屬，采用一粗兩掃三精閉路實驗進行分選，提高精礦回收率，實驗流程見圖2，實驗條件見表9。

圖2 閉路實驗流程Fig. 2 flow chart of closed circuit test

表9 閉路實驗參數Table 9 Closed-circuit test parameters

閉路實驗采用一粗兩掃三精聯(lián)合分別選別，中礦返回到上一段作業(yè)，最終僅獲得精礦和尾礦兩個產品。實驗過程采用分段連續(xù)分選，獲得精礦、五個中礦和尾礦，中礦保留添加至下一個實驗階段，連續(xù)進行重復，直至礦樣總量平衡后停止實驗，取精礦、尾礦樣品進行化驗分析。結果見表10。

表10 閉路實驗結果Table 10 Closed-circuit test results

根據閉路實驗數據結果可知，精礦含鐵品位為61.12%，回收率為81.26%，相比開路實驗精礦產率提高了10 個百分點，品位降低了3 個百分點，回收率提高了9 個百分點。尾礦含鐵品位為28.13%，回收率為18.74%，相比開路實驗尾礦產率增加至33.38%，品位降低5 個百分點，回收率提高了12 個百分點。

5 結 論

（1）昆鋼大紅山鐵中礦含鐵品位50.68%，有用礦物主要成分為赤鐵礦、磁鐵礦，脈石礦物主要為綠泥石、石英，且礦物中微細粒級礦物占比相對較大，品位較高-74 μm 89.05%，F(xiàn)e 分布率為92.77%，-38 μm 51.07%，平均Fe品位達到54.58%。

（2）針對昆鋼大紅山鐵中礦的性質，采用弧面鋪展流膜分選機進行回收鐵的實驗研究，在礦漿濃度25%、轉速25 Hz、給礦量250 g/min、洗滌水量3.33 L/min 的較佳條件下， 采用一粗兩掃三精開路實驗進行實驗分選，獲得精礦含鐵品位達到63.97%，回收率達到72.39%，分選效果較為理想，中礦可繼續(xù)進行回收率利用，尾礦含鐵品位為23.33%。采用一粗兩掃三精閉路實驗進行實驗分選，獲得精礦含鐵品位為61.12%，回收率達到81.26%的良好指標，但在尾礦之中含鐵品位28.13%，主要為微細粒級難回收鐵礦物，實驗結果達到預期要求。