王建雄, 張淑敏, 李艷軍, 劉杰

1.東北大學(xué) 資源與土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110819； 2.難采選鐵礦資源高效開發(fā)利用技術(shù)國家地方聯(lián)合工程研究中心，遼寧 沈陽 110819

中國鐵礦資源儲量豐富，截至2020年，已查明鐵礦資源儲量為867.39億t，但國產(chǎn)鐵礦石一直處于嚴(yán)重的短缺狀態(tài)[1-2]。2020年我國進(jìn)口鐵礦石11.70億t，對外依存度高居不下，不僅嚴(yán)重影響我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展，而且不利于國民經(jīng)濟(jì)的安全運(yùn)行[3]。因此，對國內(nèi)各類鐵礦資源的開發(fā)利用迫在眉睫。

20世紀(jì)90年代，我國逐漸形成了以“磁選—陰離子反浮選”為核心的鐵礦石選礦技術(shù)，至今在鐵礦石的開發(fā)利用中起重要作用[4]。王強(qiáng)[5]等人以河南某低硅高雜質(zhì)中品位褐鐵礦為研究對象，進(jìn)行了階段磨礦—高梯度磁選—十二胺反浮選流程試驗(yàn)，最終獲得鐵精礦鐵品位為52.74%、回收率為58.45%的技術(shù)指標(biāo)，為該礦的工業(yè)開發(fā)提供了技術(shù)支持和選礦方案。崔寶玉[6]等人以齊大山鐵礦石為研究對象，進(jìn)行了階段磨礦—粗細(xì)分級—階段重選—磁選—陰離子反浮流程試驗(yàn)。獲得了鐵精礦鐵品位為66.80%、回收率為82.90%的技術(shù)指標(biāo)，該項(xiàng)研究對實(shí)現(xiàn)鞍山式鐵礦石的高效分選具有一定指導(dǎo)意義。夏夕雯[7]等人以司家營鐵礦品位40.05%的混合磁選精礦為研究對象，進(jìn)行了反浮選試驗(yàn)研究，在適宜的工藝參數(shù)下，獲得了鐵品位為65.23%、回收率為83.55%的優(yōu)質(zhì)鐵精礦。

磨礦—磁選—反浮選工藝流程結(jié)構(gòu)緊湊合理，對礦石性質(zhì)變化適應(yīng)性強(qiáng)，工業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)定[8-11]。故本工作采用磨礦—磁選—反浮選原則流程對鞍山某鐵礦石進(jìn)行選別工藝優(yōu)化，開展了磨礦細(xì)度、抑制劑用量、活化劑用量以及捕收劑用量條件試驗(yàn)研究，以期確定合理的選礦工藝參數(shù)，為該類礦石的開發(fā)利用提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)原料

以鞍山某鐵礦石為試驗(yàn)原料，其化學(xué)多元素分析結(jié)果如表1所示，XRD分析結(jié)果如圖1所示，鐵物相分析結(jié)果如表2所示。由表1和圖1可知，該礦石中主要含鐵礦物為磁鐵礦及赤鐵礦，礦石鐵品位為32.19%，F(xiàn)eO品位為14.83%；主要脈石礦物為石英，SiO2的含量為47.84%。礦石中其他雜質(zhì)以CaO、MgO和Al2O3計(jì)的含量分別為2.34%、2.60%和0.15%；有害元素S和P有害元素含量較低，分別為0.035%和0.002%。由表2可知，礦石中主要含鐵礦物為磁鐵礦及赤鐵礦，鐵元素在二者中的分布率分別為75.77%及20.00%。礦石中還有少量碳酸鐵和硅酸鐵，總占有率為4.23%。

表1 礦石化學(xué)多元素分析結(jié)果

圖1 礦石的XRD圖譜

表2 礦石鐵物相分析

2 試驗(yàn)方法

原礦經(jīng)破碎得到-2 mm粒級試驗(yàn)樣品。在磨礦質(zhì)量濃度為70%、給礦量為500 g條件下，選用XMQ-Φ240×90型錐形球磨機(jī)將試驗(yàn)樣品磨至一定細(xì)度后；選用RK/CRS 400×300型弱磁選機(jī)，磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.1 T進(jìn)行弱磁選；弱磁選尾礦用SLon500立環(huán)脈動高梯度磁選機(jī)磁選，其背景磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5 T進(jìn)行強(qiáng)磁選；得到的尾礦為磁選尾礦，強(qiáng)磁選精礦與弱磁選精礦混合均勻作為混合磁選精礦，再進(jìn)行浮選。浮選藥劑為齊大山選礦廠浮選工藝所用藥劑。抑制劑為淀粉，活化劑為CaO，捕收劑為油酸類捕收劑，粗選與精選時捕收劑用量比為2：1，礦漿pH值為11.5，礦漿溫度為35 ℃，浮選粗選時間為5 min，精選時間為5 min，浮選每次混合磁選精礦用量為200 g，選用XFD 0.75 L單槽浮選機(jī)進(jìn)行浮選試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 磨礦細(xì)度條件試驗(yàn)

磨礦是礦石進(jìn)入選別前的重要環(huán)節(jié)，其目的是使有用礦物與脈石單體解離，對選別指標(biāo)有很大影響。根據(jù)圖2所示流程進(jìn)行磨礦細(xì)度條件試驗(yàn)，探究磨礦細(xì)度對混合磁選精礦指標(biāo)的影響。磨礦細(xì)度條件試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖2 磨礦—磁選工藝流程

圖3 磨礦細(xì)度對混合磁選精礦指標(biāo)的影響

由圖3可知，隨著磨礦細(xì)度的增加，混合磁選精礦的鐵品位顯著增加；當(dāng)磨礦細(xì)度從-0.045 mm含量69.27%增加到97.0%時，混合磁選精礦鐵品位從49.12%增加到57.12%。這是因?yàn)殡S著磨礦細(xì)度的增加，鐵礦物的單體解離度增加，磁選過程中可以有效拋除脈石礦物，故混合磁選精礦鐵品位增加。同時，隨著磨礦細(xì)度的增加，混合磁選精礦的鐵回收率逐漸降低；當(dāng)磨礦細(xì)度從-0.045 mm為69.27%增加到97.0%時，混合磁選精礦鐵回收率從98.03%降低至94.86%。這是由于隨著磨礦細(xì)度的增加，微細(xì)粒鐵礦物含量增加，在磁選過程中無法有效回收，導(dǎo)致混合磁選精礦回收率降低。當(dāng)磨礦細(xì)度為-0.045 mm含量占85%時，混合磁選精礦鐵品位及回收率較高，同時考慮磨礦能耗及浮選夾帶問題，確定適宜的磨礦細(xì)度為-0.045 mm含量為85%，此時混合磁選精礦的鐵品位為53.26%、回收率為97.60%。

3.2 反浮選藥劑用量條件試驗(yàn)

采用1段粗選1段精選的反浮選工藝對混合磁選精礦進(jìn)行浮選試驗(yàn)，探究淀粉用量、CaO用量和捕收劑用量對選別指標(biāo)的影響，試驗(yàn)流程如圖4所示。

圖4 反浮選條件試驗(yàn)流程

3.2.1 淀粉用量條件試驗(yàn)

淀粉吸附于鐵礦物表面，使鐵礦物表面親水，是鐵礦物反浮選脫硅常用的抑制劑[11]。試驗(yàn)固定氧化鈣用量為200 g/t、粗選捕收劑用量為90 g/t、精選捕收劑用量為45 g/t，探究淀粉用量為220、270、320、400及500 g/t時對浮選結(jié)果的影響。結(jié)果見圖5。

圖5 淀粉用量試驗(yàn)結(jié)果

由圖5可知，隨著淀粉用量的增加，精礦鐵品位呈現(xiàn)降低趨勢，而回收率持續(xù)升高。淀粉用量由220 g/t增加到320 g/t時，反浮選精礦鐵品位由66.73%降低為66.31%，鐵品位基本穩(wěn)定，在65.96%～66.73%之間波動；淀粉用量繼續(xù)增加至500 g/t時，精礦鐵品位迅速降低至60.34%；隨著淀粉用量的增大，反浮選精礦鐵回收率提高。綜合考慮，確定適宜的淀粉用量為320 g/t，此時精礦鐵品位為66.31%、鐵回收率為79.06%。

3.2.2 CaO用量試驗(yàn)

氧化鈣是石英的優(yōu)良活化劑，其在礦漿中生成的Ca2+能夠促進(jìn)捕收劑在石英表面上的吸附[12]。試驗(yàn)固定淀粉用量為320 g/t、粗選捕收劑用量為90 g/t、精選捕收劑用量為45 g/t，探究氧化鈣用量為200、300、400、500和600 g/t時對浮選結(jié)果影響。結(jié)果見圖6。

圖6 氧化鈣用量試驗(yàn)結(jié)果

由圖6可知，隨著氧化鈣用量增加，浮選精礦鐵品位逐漸提高。氧化鈣用量由200 g/t增至500 g/t時，精鐵品位由64.43%提升至67.38%，而精礦鐵回收率變化較小。繼續(xù)增加氧化鈣用量時，精礦鐵回收率顯著降低至68.15%。綜合考慮，確定適宜的氧化鈣用量為500 g/t。此時精礦鐵品位為67.38%、鐵回收率為75.07%。

3.2.3 捕收劑用量試驗(yàn)

油酸類捕收劑雖然溶解性低，浮選時需要加溫，但其優(yōu)良的捕收性能使其成為鐵礦反浮選脫硅常用捕收劑。試驗(yàn)固定淀粉用量為320 g/t及氧化鈣用量為500 g/t，探究粗選捕收劑用量為30、60、90、120和150 g/t、精選捕收劑用量為粗選用量50%時對浮選結(jié)果影響。結(jié)果見圖7。

圖7 捕收劑用量試驗(yàn)結(jié)果

由圖7可知，隨著捕收劑用量增加，反浮選精礦鐵品位呈上升趨勢，鐵回收率呈下降趨勢。當(dāng)捕收劑用量由30 g/t提升至90 g/t時，精礦鐵品位由62.55%提升至69.29%，鐵回收率由86.45%降低至62.77%。當(dāng)捕收劑用量由90 g/t增加至150 g/t時，鐵品位基本保持不變，而鐵回收率由62.77%降低至53.83%。綜合考慮，確定適宜的捕收劑總用量為135g/t，即粗選和精選捕收劑用量分別為90g/t和45g/t，此時精礦鐵品位為69.29%，鐵回收率為62.77%。

3.3 磨礦—磁選—反浮選全流程試驗(yàn)

在磨礦細(xì)度為-0.045 mm粒級占85%、弱磁選磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.1 T、強(qiáng)磁選背景磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5 T的條件下進(jìn)行磨礦—磁選試驗(yàn)。將弱磁選精礦與強(qiáng)磁選精礦混合均勻后，在pH值為11.5、溫度為35 ℃、淀粉用量為320 g/t、氧化鈣用量為500 g/t、油酸類捕收劑用量為90 g/t的條件下進(jìn)行1次粗選1次精選和3次掃選反浮選試驗(yàn)。試驗(yàn)全流程如圖8所示。結(jié)果見表3。由表3可知，原料采用圖8所示的全流程處理，可獲得鐵品位為69.97%、鐵回收率為80.64%的鐵精礦；鐵品位為1.90%、鐵回收率為2.45%的強(qiáng)磁選尾礦；鐵品位為24.28%、鐵回收率為16.91%的反浮選尾礦。其中反浮選鐵尾礦鐵品位較高可能由于磨礦粒度較細(xì)，導(dǎo)致部分微細(xì)粒鐵鐵礦物被石英夾帶，進(jìn)入反浮選鐵尾礦。

圖8 試驗(yàn)全流程

表3 全流程試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)論

(1)鞍山某鐵礦石的鐵礦物主要為磁鐵礦及赤鐵礦，礦石中TFe品位為32.19%，脈石礦物主要為石英，雜質(zhì)成分CaO和MgO含量不高，有害元素S和P含量較低。

(2)該礦石磨至-0.045 mm占85%的條件下，經(jīng)過一次弱磁選(磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.1 T)及一次強(qiáng)磁選(背景磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5 T)，可獲得鐵品位為53.26%、回收率為97.60%的混合磁選精礦。

(3)混合磁選精礦反浮選最佳藥劑用量為淀粉用量320 g/t、氧化鈣用量500 g/t和捕收劑總用量135 g/t(粗選為90 g/t和精選為45 g/t)。

(4)該礦石經(jīng)過1段磨礦、1段弱磁選、1段強(qiáng)磁選、1次粗選1次精選3次掃選反浮選流程處理，獲得了鐵品位為69.97%、鐵回收率80.64%的鐵精礦。