李燕芬 向偉華 李曉東

(河鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司石人溝鐵礦，河北 唐山 063000)

0 引言

鐵是一種重要的金屬元素，其制品廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展的各個(gè)領(lǐng)域，含鐵礦物是鐵最為主要的原料來源[1-2]。我國(guó)鐵礦資源總量豐富，但是具有“貧、細(xì)、雜”的特點(diǎn)[3]，在對(duì)鐵礦資源利用之前，為選礦廠提供合理的選別條件和選別流程至關(guān)重要。石人溝鐵礦是20世紀(jì)70年代初投產(chǎn)的老礦山，礦石礦物成分比較簡(jiǎn)單，該鐵礦屬鞍山式沉積變質(zhì)巖礦床，主要礦物為磁鐵礦，個(gè)別地段含少量假象赤鐵礦、褐鐵礦，P、S含量較低，為單一含鐵礦物；脈石礦物主要以石英為主，角閃石、輝石、綠簾石次之，并有少量磁灰石、綠泥石及黑云母[4-5]。本研究選取石人溝高泥低品位鐵礦石為研究對(duì)象，為選礦廠提供科學(xué)依據(jù)。

1 原礦工藝礦物學(xué)研究

1.1 原礦化學(xué)多元素分析及物相分析

原礦化學(xué)多元素分析見表1，原礦物相分析見表2。

表1 原礦多元素化學(xué)成分分析(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %

表2 原礦鐵物相分析結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %

由原礦的化學(xué)多元素分析、物相分析看出，礦石中TFe含量為20.26%，堿性系數(shù)(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)為0.16<0.5。就鐵礦而言，屬酸性貧鐵礦石。礦樣中有害元素硫、磷含量較低。樣品中鐵的分布較為集中，礦樣中有87.81%的鐵存在于磁鐵礦中，其余部分主要分布在硅酸鐵、赤(褐)鐵礦、菱鐵礦及硫化鐵中。

1.2 原礦XRD分析

對(duì)該高泥低品位礦石進(jìn)行了XRD分析，分析結(jié)果見圖1。

圖1 原礦XRD分析

從圖1中可以看出，該鐵礦石中含鐵礦物主要有磁鐵礦、硅酸鐵，脈石礦物主要有石英與綠泥石，且石英含量較高。

2 選礦試驗(yàn)研究

在進(jìn)行選礦試驗(yàn)前先制備出各單元試驗(yàn)所需代表性試樣，其加工制備流程如圖2所示。

圖2 礦樣加工制備流程

2.1 干選試驗(yàn)

由于礦石在開采過程中會(huì)混入一定量的夾石和圍巖，為提高磨礦效率，降低磨選成本，達(dá)到節(jié)能降耗的目的，在磨礦選別之前應(yīng)盡可能地將廢石除掉。試驗(yàn)基于此進(jìn)行了干式預(yù)選拋尾可行性研究。結(jié)合試驗(yàn)礦樣特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)踐，對(duì)-10 mm粒級(jí)的原礦進(jìn)行了磁滑輪干式預(yù)選，在膠帶表面磁感應(yīng)強(qiáng)度198.943 kA/m、筒體轉(zhuǎn)速為16 r/min的條件下進(jìn)行了干選試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 塊礦干選試驗(yàn)結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %

表3結(jié)果表明，經(jīng)磁滑輪拋尾后，可以去除產(chǎn)率為34.51%，MFe含量為0.30%的脈石礦物，同時(shí)可獲得TFe品位為28.70%，回收率為91.90%的鐵精礦。將干選后的精礦繼續(xù)破碎至-2 mm，對(duì)該精礦進(jìn)行了粒度篩析試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 -2 mm干選精礦粒度篩析結(jié)果

從表4結(jié)果可以看出，隨著粒級(jí)的降低，各粒級(jí)品位基本呈上升趨勢(shì)，由粒級(jí)-2.0+1.18 mm至粒級(jí)-0.106+0.074 mm，品位由27.12%增加至34.33%，但-0.074 mm粒級(jí)品位略有所降低。

2.2 相對(duì)可磨度試驗(yàn)

考慮到石人溝鐵礦生產(chǎn)實(shí)際，以更好地指導(dǎo)后續(xù)設(shè)備選型，在進(jìn)行相對(duì)可磨度試驗(yàn)時(shí)，選定河北鋼鐵集團(tuán)礦業(yè)有限公司石人溝鐵礦選礦廠第一段磨礦的給礦為標(biāo)準(zhǔn)石，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)礦石與試驗(yàn)礦石(磁滑輪干選精礦)進(jìn)行磨礦對(duì)比試驗(yàn)，將兩種礦石用同樣的工藝和設(shè)備處理，即均碎至-2 mm，用100目標(biāo)準(zhǔn)篩篩除-0.15 mm粒級(jí)，各自混勻縮分出待磨礦樣，每份0.5 kg，加水300 mL，用同一球磨機(jī)(錐形250×90)進(jìn)行不同時(shí)間的系列磨礦，磨礦濃度62.50%。將每一磨礦產(chǎn)品用200目標(biāo)準(zhǔn)篩檢查細(xì)度，其分析結(jié)果如圖3所示。

圖3 可磨度對(duì)比曲線圖

由圖3得知，當(dāng)磨礦細(xì)度為-200目占45%時(shí)，試驗(yàn)礦石相對(duì)于石人溝原礦礦石的可磨度系數(shù)為：K1=T01/T1 =3.0/2.8=1.07；當(dāng)磨礦細(xì)度為-200目占85%時(shí)試驗(yàn)礦石相對(duì)于石人溝原礦礦石的可磨度系數(shù)為：K2=T02/T2=7.5/7.8=0.96；可見，該礦石與所選用的石人溝原礦礦石相比，磨礦難易程度相當(dāng)。

2.3 磨礦時(shí)間條件試驗(yàn)

取干選精礦礦樣6份，用B160×200型智能棒磨機(jī)進(jìn)行濕式磨礦，磨礦濃度為60%。磨礦時(shí)間分別為5、7.5、10、15、20、25 min。將磨礦產(chǎn)物烘干后，各自縮分出50 g，用200目標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行濕篩，篩上部分烘干后再干篩，最后將篩上產(chǎn)物稱重，計(jì)算-0.074 mm含量，其結(jié)果如圖4所示。

圖4 磨礦時(shí)間與磨礦產(chǎn)品中-0.074 mm含量關(guān)系

試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)細(xì)度-200目占35%～80%時(shí)，磨礦細(xì)度隨磨礦時(shí)間的增長(zhǎng)而迅速增長(zhǎng)，-200目含量由5min時(shí)的35.30%增加至20 min的90.56%，磨礦時(shí)間由20 min增長(zhǎng)至25 min時(shí)，-0.074 mm含量增長(zhǎng)緩慢，僅由90.56%增至95.47%。

2.4 磨礦細(xì)度條件試驗(yàn)

從磨礦細(xì)度各為-200目占35.30%、45.01%、50.70%、72.54%、90.56%、95.47%的干選精礦磨礦產(chǎn)物中分別縮取樣品，采用XCS-73型Ф50 mm磁選管，在磁場(chǎng)強(qiáng)度79.577 kA/m(1000奧斯特)的條件下進(jìn)行磁選試驗(yàn)。試驗(yàn)流程見圖5，結(jié)果見表5，并繪制了精礦品位和回收率隨磨礦細(xì)度變化的曲線圖，見圖6。

圖5 原礦磁選管試驗(yàn)流程

圖6 精礦品位和回收率隨磨礦細(xì)度變化曲線圖

表5 不同磨礦細(xì)度下磁選管試驗(yàn)結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %

續(xù)表

從表5中可以看出：隨著磨礦細(xì)度的增加，鐵精礦的品位呈逐漸增加的趨勢(shì)，但精礦回收率呈降低的趨勢(shì)。當(dāng)磨礦細(xì)度為-200目占95.47%時(shí)，精礦品位可達(dá)67.02%，說明礦石中磁鐵礦嵌布粒度較細(xì)，比較難選。綜合分析各種因素，第一段磨礦細(xì)度范圍-200目30%～50%，本試驗(yàn)中第一段磨礦細(xì)度定為-200目45.01%，既可以拋掉較多的尾礦，又能得到較高品位的粗精礦，而且磨礦時(shí)間相對(duì)較短。因此，選擇-200目占45.01%作為一段磨礦細(xì)度，此時(shí)可以拋去作業(yè)產(chǎn)率為56.03%，品位為4.96%，回收率為9.68%的鐵尾礦，同時(shí)也可獲得作業(yè)產(chǎn)率為43.97%，品位為58.93%，回收率為90.32%的鐵精礦。

2.5 一段磨礦磁選試驗(yàn)

取原礦50份，每份0.5，磨礦至細(xì)度為-200目占45.00%，采用Φ327×180型鼓筒式磁選機(jī)，在磁場(chǎng)強(qiáng)度119.366kA/m的條件下進(jìn)行磁選，試驗(yàn)流程如圖7所示，試驗(yàn)結(jié)果見表6。

圖7 原礦磁選流程

表6 原礦磁選試驗(yàn)結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %

從表6結(jié)果可以得知，原礦在-200目占45.00%的條件下，經(jīng)兩次磁選后可獲得產(chǎn)率為44.10%，品位為58.85%，回收率為90.43%的粗精礦。

將上述磁選得到的粗精礦混勻縮分，用B160×200型智能棒磨機(jī)進(jìn)行濕式磨礦，分別磨礦2、4、6、8min。將磨礦產(chǎn)物烘干后，各自縮分出試驗(yàn)樣品，用200目標(biāo)準(zhǔn)篩濕式篩分，篩上部分烘干后再干篩，至篩分終點(diǎn)后稱重，并計(jì)算出-200目百分含量。試驗(yàn)結(jié)果見表7 ，并繪制磨礦細(xì)度曲線見圖8。

圖8 磨礦時(shí)間與磨礦產(chǎn)品中-200目含量關(guān)系

表7 磨礦時(shí)間與磨礦產(chǎn)品中-200目含量關(guān)系

試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)磨礦時(shí)間由0增加至8分鐘時(shí)，磨礦細(xì)度增長(zhǎng)迅速，磨礦產(chǎn)品中-200目含量由43.25%增加至80.70%，隨后磨礦細(xì)度增長(zhǎng)緩慢，磨礦時(shí)間由8分鐘增加至15分鐘時(shí)， 磨礦產(chǎn)品中-200目含量?jī)H由80.70%增加至93.04%。

2.6 第二段磨礦磁選試驗(yàn)

將粗精礦磨到-200目占70.00%，采用Ф327×180鼓式磁選機(jī)，在磁場(chǎng)強(qiáng)度119.366kA/m、分選濃度30%的條件下進(jìn)行兩次磁選。試驗(yàn)流程見圖11，試驗(yàn)結(jié)果見表9。

圖9 粗精礦磁選試驗(yàn)流程

表9 粗精礦磁選試驗(yàn)結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %

從表9中可以看出，粗精礦在磨礦細(xì)度為-200目占70.00%的條件下，在磁場(chǎng)強(qiáng)度119.366kA/m、分選濃度30%的條件下進(jìn)行兩次磁選，可以獲得作業(yè)產(chǎn)率為86.25%，品位為67.23%，作業(yè)回收率為98.52%的最終鐵精礦。

2.7 試驗(yàn)總流程及技術(shù)指標(biāo)

選礦試驗(yàn)研究總流程見圖11，試驗(yàn)最終產(chǎn)品指標(biāo)見表10。

圖10 試驗(yàn)總流程圖

圖11 推薦工藝流程

表10 流程試驗(yàn)結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %

從試驗(yàn)總流程和表10結(jié)果中可以看出，石人溝高泥低品位鐵礦經(jīng)一次脫泥、破碎干選拋尾后，采用階段磨礦、階段磁選后，可以獲得產(chǎn)率為24.49%，品位為67.27%，回收率為81.32%的鐵精礦以及產(chǎn)率為75.51%，品位為5.01%，回收率為18.68%的鐵尾礦。并為未來選礦廠推薦如圖12所示的工藝流程，供選礦廠設(shè)計(jì)時(shí)參考。

3 結(jié)語

(1)經(jīng)原礦X射線光譜分析及多元素分析表明，全鐵品位TFe 為20.26%，MFe為17.79%，含磷P2O5為0.32%。

(2)干式預(yù)選試驗(yàn)結(jié)果表明，塊礦-10 mm在磁場(chǎng)強(qiáng)度為198.943 kA/m、筒體轉(zhuǎn)速為16 r/min條件下，經(jīng)磁滑輪干式預(yù)選后廢石產(chǎn)率為34.51%，精礦品位為28.70%，磁性鐵回收率為99.42%。

(3)根據(jù)磨礦細(xì)度試驗(yàn)表明，要想獲得高品位的精礦，必須進(jìn)行階段磨礦、階段選別的流程實(shí)驗(yàn)。塊礦在第一段磨礦細(xì)度為-200目占45.00%，采用Φ327×180型鼓筒式磁選機(jī)，在磁場(chǎng)強(qiáng)度119.366kA/m條件下進(jìn)行兩段磁選后，可獲得產(chǎn)率為27.12%，品位為58.85%，回收率為78.78%的粗精礦；粗精礦再經(jīng)第二段磨礦，當(dāng)磨礦細(xì)度為-200目占75.00%，經(jīng)兩次磁選后可獲得產(chǎn)率為23.39%，品位為67.23%，回收率為77.62%的鐵精礦。