劉文勝 韓躍新 姚 強(qiáng) 高 鵬 劉 杰

（1.鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司,遼寧 鞍山 114000;2.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院,遼寧 沈陽(yáng) 110819）

鞍千礦業(yè)有限責(zé)任公司（簡(jiǎn)稱“鞍千”）應(yīng)用半自磨—粗粒濕式強(qiáng)磁預(yù)選工藝實(shí)現(xiàn)了鐵礦石在粗粒提前拋廢,粗粒尾礦還可作為建筑用砂使用。經(jīng)過(guò)半自磨—粗粒濕式強(qiáng)磁預(yù)選后的預(yù)選精礦給入主廠房,應(yīng)用階段磨礦—粗細(xì)分級(jí)—重磁浮聯(lián)合工藝分選后可獲得滿足要求的生產(chǎn)指標(biāo)[1-2]。階段磨礦—粗細(xì)分級(jí)—重磁浮聯(lián)合工藝是我國(guó)鞍山式赤鐵礦選礦的主要工藝流程[3]。原礦經(jīng)過(guò)閉路磨礦后給入粗細(xì)分級(jí)作業(yè);分級(jí)沉沙經(jīng)過(guò)螺旋溜槽重選—掃中磁分選后獲得重選精礦和掃中磁尾礦,中礦經(jīng)再磨后返回粗細(xì)分級(jí)作業(yè);分級(jí)溢流經(jīng)過(guò)弱磁—強(qiáng)磁—反浮選工藝分選后獲得反浮選精礦、反浮選尾礦和強(qiáng)磁尾礦;重選精礦和反浮選精礦合并為綜合精礦,掃中磁尾礦、強(qiáng)磁尾礦和反浮選尾礦合并為綜合尾礦。該選礦流程長(zhǎng)、工藝復(fù)雜,流程中包含重選、中磁選、弱磁選、強(qiáng)磁選、反浮選等不同選礦工藝,在實(shí)際生產(chǎn)中該工藝流程控制難度也較大[3-6],存在重選精礦品位低、波動(dòng)大,浮選尾礦品位高[6-7]等問(wèn)題。因此,針對(duì)鞍千粗粒濕式強(qiáng)磁預(yù)選精礦開(kāi)展短流程工藝研究,簡(jiǎn)化選礦流程結(jié)構(gòu)、優(yōu)化選礦指標(biāo)勢(shì)在必行[8-9],對(duì)鞍千礦業(yè)赤鐵礦選礦工藝指標(biāo)改善具有重要意義。

本研究以鞍千半自磨—粗粒濕式強(qiáng)磁預(yù)選精礦為原料,開(kāi)展攪拌磨礦—弱磁—強(qiáng)磁—反浮選短流程試驗(yàn)?？疾炝四サV方式、磨礦細(xì)度、強(qiáng)磁選背景磁感應(yīng)強(qiáng)度、浮選藥劑制度對(duì)分選指標(biāo)的影響規(guī)律,并在最優(yōu)條件下進(jìn)行工藝流程試驗(yàn)研究,為鞍千礦業(yè)有限責(zé)任公司短流程工藝的推廣應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。本研究對(duì)于鞍山式赤鐵礦高效開(kāi)發(fā)利用具有重要的指導(dǎo)意義。

1 試樣性質(zhì)分析

以鞍千現(xiàn)場(chǎng)半自磨—粗粒濕式強(qiáng)磁預(yù)選精礦為試驗(yàn)礦樣,試樣粒度為-3 mm。表1所示為試樣化學(xué)成分分析結(jié)果。

表1 試樣化學(xué)成分分析結(jié)果Table 1 Results of chemical composition analysis of the sample %

從表1可以看出,試樣鐵品位43.42%,FeO含量9.18%,磁性率21%,屬赤鐵礦石。試樣SiO2含量達(dá)35.90%,S、P等有害元素含量較低。

圖1為試樣中主要礦物的產(chǎn)出特性。試樣中磁鐵礦和赤鐵礦含量分別為33.30%和29.58%,脈石礦物以石英為主。磁鐵礦與赤鐵礦多呈毗鄰型連生（圖1（a））;磁鐵礦與脈石礦物主要以毗鄰型和包裹型連生（圖1（b）、（c））;赤鐵礦與脈石礦物主要以包裹型連生（圖1（d））。包裹連生體中鐵礦物往往顆粒細(xì)小,需細(xì)磨才能將其與脈石礦物解離。

圖1 主要礦物產(chǎn)出特征Fig.1 Output characteristics of main minerals

2 試驗(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)設(shè)備與試劑

試驗(yàn)的主要設(shè)備為SLJM-1.5L立式超細(xì)攪拌磨機(jī)、XMQ-φ240×90濕式球磨機(jī)、RK/CRS-φ400×300弱磁選機(jī)、LGS-100立式感應(yīng)濕式強(qiáng)磁選機(jī)、XFDIII型掛槽浮選機(jī)和DGF30/4-ⅡA電熱鼓風(fēng)干燥箱。

試驗(yàn)用試劑為化學(xué)純NaOH、CaO,工業(yè)純抑制劑淀粉和捕收劑TD-Ⅱ。

2.2 選礦試驗(yàn)流程

稱取500 g預(yù)選精礦進(jìn)行攪拌磨磨礦—弱磁—強(qiáng)磁工藝試驗(yàn)研究,試驗(yàn)流程見(jiàn)圖2。

圖2 攪拌磨磨礦—弱磁—強(qiáng)磁選工藝試驗(yàn)流程Fig.2 Flowsheets of stirring grinding,low-intensity magnetic separation and high-intensity magnetic separation test

在充填率75%、攪拌轉(zhuǎn)速1 000 r/min、料球比0.7、介質(zhì)尺寸6 mm和礦漿濃度50%的條件下進(jìn)行攪拌磨磨礦。針對(duì)不同磨礦細(xì)度產(chǎn)品,在磁場(chǎng)強(qiáng)度79.58 kA/m條件下進(jìn)行弱磁選試驗(yàn),并針對(duì)最佳弱磁選條件下所得弱磁尾礦進(jìn)行不同背景磁感應(yīng)強(qiáng)度的強(qiáng)磁選試驗(yàn)。

針對(duì)強(qiáng)磁選精礦按圖3所示試驗(yàn)流程進(jìn)行反浮選條件試驗(yàn)。稱取200 g強(qiáng)磁精礦進(jìn)行反浮選試驗(yàn),攪拌3 min后調(diào)節(jié)礦漿pH,而后依次加入浮選藥劑并依次攪拌3 min,最后進(jìn)行充氣浮選,以30次/min的速度沿浮選槽整個(gè)泡沫生成面按一定的泡沫深度刮泡3min,控制補(bǔ)加水添加量,使整個(gè)刮泡期間保持礦漿液面的恒定。浮選槽內(nèi)產(chǎn)品為反浮選精礦,泡沫產(chǎn)品為反浮選尾礦。在上述條件下,依次考察了抑制劑淀粉用量及捕收劑TD-Ⅱ用量對(duì)反浮選效果的影響。在最優(yōu)條件下,進(jìn)行1粗1精3掃反浮選閉路試驗(yàn)。

圖3 反浮選試驗(yàn)流程Fig.3 Flowsheets of reverseflotation test

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 攪拌磨磨礦—弱磁—強(qiáng)磁選試驗(yàn)

3.1.1 磨礦方式對(duì)磨礦細(xì)度的影響

磨礦的主要目的是使有用礦物從脈石礦物中解離出來(lái),為后續(xù)選別作業(yè)提供適宜解離度的物料,選擇合理的磨礦方式和磨礦細(xì)度是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、高效選別的前提和基礎(chǔ)。考察了攪拌磨磨礦和球磨磨礦兩種不同磨礦方式對(duì)試樣磨礦效果的影響,圖4所示為試驗(yàn)結(jié)果。

由圖4可知,在磨礦細(xì)度-0.038 mm占50%至95%范圍內(nèi),隨著磨礦細(xì)度（-0.038 mm）的增加,攪拌磨和球磨2種礦磨方式下,-0.038mm比生產(chǎn)率和磨礦效率均呈逐漸下降趨勢(shì),攪拌磨磨礦-0.038 mm比生產(chǎn)率和磨礦效率分別由2.10 kg/（L·h）、25.98kg/（kW·h）降至 1.30 kg/（L·h）、16.01 kg/（kW·h）。與球磨磨礦對(duì)比分析可知,相同磨礦細(xì)度條件下,攪拌磨磨礦-0.038 mm比生產(chǎn)率及磨礦效率均明顯優(yōu)于球磨磨礦,攪拌磨磨礦的比生產(chǎn)率約為球磨磨礦的20倍,磨礦效率約為球磨磨礦的17倍。因此,確定適宜的磨礦方式為攪拌磨磨礦。

圖4 攪拌磨磨礦與球磨磨礦對(duì)磨礦效果的影響Fig.4 Influence of stirring mill and ball mill on grinding effect

3.1.2 磨礦細(xì)度對(duì)弱磁精礦指標(biāo)的影響

針對(duì)磨礦細(xì)度-0.038 mm含量分別為50%、60%、70%、80%、90%、95%的不同攪拌磨磨礦產(chǎn)品,在弱磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度79.58 kA/m條件下進(jìn)行弱磁選試驗(yàn),結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 磨礦細(xì)度對(duì)弱磁精礦指標(biāo)的影響Fig.5 Effect of grinding fineness on low intensity magnetic separation

由圖5可知,磨礦細(xì)度對(duì)弱磁精礦的鐵品位和鐵回收率影響均較大。隨著磨礦細(xì)度由-0.038 mm占50%提高至80%,弱磁精礦的鐵品位由62.72%增加至68.04%,而后繼續(xù)提高磨礦細(xì)度至-0.038 mm占95%,弱磁精礦鐵品位降低至66.47%;在試驗(yàn)?zāi)サV細(xì)度范圍內(nèi),磁選精礦鐵回收率則隨著磨礦細(xì)度提高由55.58%逐漸降低至51.03%。這是因?yàn)殡S著磨礦細(xì)度增加,強(qiáng)磁性鐵礦物與脈石礦物解離程度提高,弱磁精礦鐵品位提高。但隨著磨礦細(xì)度提高,一方面強(qiáng)磁性鐵礦物逐漸從脈石礦物中解離出來(lái),脈石礦物中包裹的強(qiáng)磁性鐵礦物含量減少,這部分脈石礦物以“貧鐵連生體”形式存在,另一方面強(qiáng)磁性鐵礦物與弱磁性鐵礦物逐漸解離;在弱磁選機(jī)的低磁場(chǎng)強(qiáng)度條件下,脈石礦物的“貧鐵連生體”和已解離的弱磁性鐵礦物均進(jìn)入磁選尾礦,導(dǎo)致弱磁精礦鐵回收率下降。綜合考慮選別指標(biāo),為了得到合格的弱磁精礦,選定攪拌磨磨礦細(xì)度為-0.038mm占80%,此時(shí)可獲得鐵品位68.04%、回收率53.00%的弱磁精礦,通過(guò)攪拌磨磨礦—弱磁選可實(shí)現(xiàn)弱磁選產(chǎn)出合格精礦的目標(biāo)。

3.1.3 背景磁感應(yīng)強(qiáng)度對(duì)強(qiáng)磁選的影響

為了進(jìn)一步回收弱磁尾礦中的弱磁性鐵礦物,針對(duì)弱磁尾礦進(jìn)行了強(qiáng)磁選試驗(yàn)研究。針對(duì)磨礦細(xì)度-0.038 mm占80%、磁場(chǎng)強(qiáng)度79.58 kA/m條件下的弱磁尾礦,選取強(qiáng)磁選背景磁感應(yīng)強(qiáng)度300、400、500、600、700 和 800 mT,研究強(qiáng)磁選背景磁感應(yīng)強(qiáng)度對(duì)強(qiáng)磁選效果的影響,圖6所示為試驗(yàn)結(jié)果。

圖6 背景磁感應(yīng)強(qiáng)度對(duì)強(qiáng)磁精礦指標(biāo)的影響Fig.6 Effect of background magnetic induction intensity of high intensity magnetic separation concentrate

由圖6可知,隨著強(qiáng)磁選背景磁感應(yīng)強(qiáng)度由300 mT提高至800 mT,強(qiáng)磁精礦鐵品位由52.42%逐漸降低至49.30%,鐵回收率則由35.39%提高至42.25%。鑒于強(qiáng)磁精礦將作為浮選給礦給入浮選作業(yè),因此強(qiáng)磁精礦鐵品位對(duì)浮選指標(biāo)影響較大,確定合理的強(qiáng)磁選背景磁感應(yīng)強(qiáng)度為700 mT。此條件下,獲得了強(qiáng)磁精礦鐵品位 51.00%、鐵回收率42.07%和強(qiáng)磁選尾礦鐵品位8.07%的選別指標(biāo),強(qiáng)磁尾礦鐵品位與鞍千現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)指標(biāo)近似,說(shuō)明該條件下強(qiáng)磁選拋尾可滿足生產(chǎn)需要。

3.2 強(qiáng)磁精礦反浮選試驗(yàn)

為了進(jìn)一步提高強(qiáng)磁精礦鐵品位,獲得滿足生產(chǎn)要求的合格鐵精礦產(chǎn)品,針對(duì)鐵品位51.00%的強(qiáng)磁精礦產(chǎn)品進(jìn)行反浮選提鐵降雜試驗(yàn)研究,重點(diǎn)考察了藥劑制度對(duì)反浮選效果的影響。

3.2.1 淀粉用量試驗(yàn)

淀粉是鐵礦反浮選中鐵礦物的主要抑制劑,淀粉可通過(guò)氫鍵和范德華力吸附在鐵礦物表面,以減弱捕收劑在鐵礦物表面的吸附,從而達(dá)到抑制鐵礦物浮選的目的。采用圖3所示原則流程,在粗選pH值11.50、CaO用量1 000 g/t、TD-Ⅱ用量 1 000 g/t和精選TD-Ⅱ用量 500 g/t的條件下,選取粗選淀粉用量分別為 800、900、1 000、1 100和1 200 g/t進(jìn)行反浮選粗選淀粉用量條件試驗(yàn),圖7所示為淀粉用量試驗(yàn)結(jié)果。

由圖7可知,當(dāng)?shù)矸塾昧坑?00 g/t增加到1 200 g/t時(shí),淀粉對(duì)強(qiáng)磁精礦中鐵礦物的抑制作用逐漸增強(qiáng),浮選粗精礦鐵品位在67%左右,且略呈下降趨勢(shì);隨著淀粉用量由800 g/t增加至1 000 g/t,浮選粗精礦鐵回收率由72.43%提高至74.80%,繼續(xù)增加淀粉用量至1 200 g/t,鐵回收率下降至70.61%。綜合考慮鐵粗精礦鐵品位及回收率,確定適宜的反浮選粗選淀粉用量為1 000 g/t。

3.2.2 TD-Ⅱ用量試驗(yàn)

TD-Ⅱ?yàn)榘扒УV業(yè)有限責(zé)任公司浮選車間使用的新型捕收劑,可選擇性吸附于石英等硅酸鹽脈石礦物表面,提高硅酸鹽脈石礦物的疏水性能,其選擇性能和捕收性能優(yōu)異,在鐵精礦提質(zhì)降雜過(guò)程中起到重要作用。在粗選pH值11.50、淀粉用量1 000 g/t和CaO用量1 000 g/t的條件下,選取TD-Ⅱ用量分別為800、900、1 000、1 100 g/t和1 200 g/t進(jìn)行反浮選粗選TD-Ⅱ用量條件試驗(yàn),圖8所示為T(mén)D-Ⅱ用量試驗(yàn)結(jié)果。

圖8 TD-Ⅱ用量對(duì)浮選粗精礦指標(biāo)的影響Fig.8 Effect of TD-Ⅱ dosage on flotation rough concentrate index

由圖8可知,隨著TD-Ⅱ用量由800 g/t增加至1 200 g/t,浮選粗精礦鐵品位由66.57%逐漸增加至68.00%。這是因?yàn)殡S著TD-Ⅱ用量增加,石英等硅酸鹽脈石礦物單體和“貧鐵連生體”均獲得有效捕收,鐵精礦中二者的含量均減少,精礦鐵品位逐漸增加。鐵回收率隨著TD-Ⅱ用量由800 g/t增加至1 000 g/t變化不大,在80%左右波動(dòng),隨著TD-Ⅱ用量繼續(xù)增加至1 200 g/t,鐵回收率逐漸降低至68.55%。由于TD-Ⅱ用量增加,部分未充分解離的鐵礦物以“貧鐵連生體”形式進(jìn)入尾礦,同時(shí),部分已解離的微細(xì)粒鐵礦物在TD-Ⅱ作用下,夾帶進(jìn)入浮選泡沫層,使反浮選精礦鐵回收率降低。綜合考慮鐵精礦鐵品位和回收率指標(biāo),確定適宜的反浮選粗選TD-Ⅱ用量為1 000 g/t。

3.2.3 反浮選閉路試驗(yàn)

浮選流程的中礦返回會(huì)對(duì)浮選指標(biāo)及浮選藥劑用量產(chǎn)生影響,針對(duì)強(qiáng)磁精礦進(jìn)行1粗1精3掃的反浮選閉路試驗(yàn)。在pH=11.5、淀粉用量1 000 g/t、CaO用量1 000 g/t、TD-Ⅱ用量 1 000 g/t的條件下進(jìn)行反浮選粗選,在pH=11.5、TD-Ⅱ用量500 g/t的條件下進(jìn)行反浮選精選,閉路試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可知,強(qiáng)磁精礦經(jīng)過(guò)反浮選閉路試驗(yàn)可得到鐵品位67.08%、回收率93.56%的浮選指標(biāo),浮選尾礦鐵品位11.38%,明顯低于鞍千礦業(yè)有限責(zé)任公司現(xiàn)行工藝浮選尾礦品位。這說(shuō)明短流程工藝中采用反浮選可進(jìn)一步提高精礦鐵品位,同時(shí)減少鐵礦物在尾礦中的流失。

表2 強(qiáng)磁精礦反浮選閉路試驗(yàn)結(jié)果Table2 Closed circuit test results of reverse flotation for concentrate from the high intensity magnetic separation %

3.3 試樣短流程工藝流程試驗(yàn)

在攪拌磨磨礦—弱磁—強(qiáng)磁和反浮選試驗(yàn)研究基礎(chǔ)上,確定了試樣適宜的工藝流程結(jié)構(gòu),即攪拌磨磨礦—弱磁—強(qiáng)磁—反浮選短流程工藝,該工藝所得弱磁精礦和反浮選精礦合并為綜合精礦,強(qiáng)磁尾礦和反浮選尾礦合并為綜合尾礦。該工藝流程充分利用了試樣中磁鐵礦和赤鐵礦的基本特性,采用弱磁選工藝回收試樣中磁鐵礦,強(qiáng)磁—反浮選工藝回收試樣中赤鐵礦,并梯級(jí)拋除石英等硅酸鹽脈石礦物,實(shí)現(xiàn)了該試樣的分質(zhì)分選。圖9所示為短流程工藝試驗(yàn)數(shù)質(zhì)量流程。最終獲得了鐵品位 68.02%、回收率91.78%的綜合精礦。

圖9 短流程試驗(yàn)數(shù)質(zhì)量流程Fig.9 Flowsheets of circuit test quantity and quality for short process

表3所示為綜合精礦和綜合尾礦的化學(xué)多元素分析結(jié)果。

表3 綜合精礦和綜合尾礦化學(xué)多元素分析結(jié)果Table 3 Results of chemical composition of comprehensive concentrate and tailings %

由表3可知,綜合精礦中SiO2含量?jī)H為3.97%,其他雜質(zhì)含量均低于鐵精礦標(biāo)準(zhǔn)要求。

表4所示為綜合精礦和綜合尾礦的鐵化學(xué)物相分析結(jié)果。

表4 綜合精礦和綜合尾礦的鐵化學(xué)物相分析結(jié)果Table 4 Chemical phase analysis of the iron for comprehensive concentrate and tailings %

由表4可知,綜合精礦以磁性鐵和赤鐵礦為主,說(shuō)明大部分磁鐵礦和赤鐵礦等可回收鐵礦物在分選過(guò)程中進(jìn)入綜合精礦。綜合尾礦中流失鐵礦物主要為赤鐵礦,另含有少量的硅酸鐵礦物,說(shuō)明部分微細(xì)粒赤鐵礦及與脈石礦物連生的赤鐵礦在強(qiáng)磁選和反浮選過(guò)程中流失于尾礦中。目前強(qiáng)磁選設(shè)備和浮選設(shè)備對(duì)這部分微細(xì)粒級(jí)赤鐵礦的選別效率較差,該部分微細(xì)粒赤鐵礦回收難度較大,可通過(guò)研發(fā)新型選礦設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)這部分鐵礦物的經(jīng)濟(jì)回收。

4 結(jié) 論

（1）鞍千現(xiàn)場(chǎng)半自磨—粗粒濕式強(qiáng)磁預(yù)選精礦鐵品位43.42%,FeO含量9.18%,磁性率21%,屬于赤鐵礦石。試樣中可回收有價(jià)礦物為磁鐵礦及赤鐵礦,含量分別為33.30%、29.58%;赤鐵礦、磁鐵礦與脈石礦物連生主要為毗連型和包裹型。包裹連生體中鐵礦物粒度較細(xì),難以從脈石礦物中解離出來(lái)。

（2）試樣進(jìn)行攪拌磨磨礦—弱磁—強(qiáng)磁選試驗(yàn)研究表明,攪拌磨磨礦的比生產(chǎn)率和磨礦效率較球磨磨礦分別提高了20倍和 17倍;在磨礦細(xì)度-0.038 mm占80%、弱磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度79.58 kA/m、強(qiáng)磁選背景磁感應(yīng)強(qiáng)度700 mT的條件下,獲得了鐵品位68.40%、回收率52.39%的弱磁精礦,以及鐵品位51.00%、回收率42.07%的強(qiáng)磁精礦,強(qiáng)磁尾礦鐵品位8.07%,實(shí)現(xiàn)了弱磁選產(chǎn)出合格鐵精礦和強(qiáng)磁選拋尾的目標(biāo)。

（3）強(qiáng)磁精礦反浮選試驗(yàn)結(jié)果表明,在粗選pH值11.5、CaO用量 1 000 g/t、淀粉用量1 000 g/t、TD-Ⅱ用量1 000 g/t,精選TD-Ⅱ用量500 g/t的藥劑制度下,通過(guò)反浮選閉路試驗(yàn)可獲得鐵精礦鐵品位67.08%、鐵回收率93.56%和尾礦鐵品位11.38%的浮選指標(biāo),實(shí)現(xiàn)了反浮選提質(zhì)降雜的目的。

（4）試樣經(jīng)過(guò)攪拌磨磨礦—弱磁—強(qiáng)磁—反浮選短流程工藝處理,最終得到了鐵品位68.02%、回收率91.78%的綜合精礦,綜合尾礦鐵品位8.62%。短流程工藝充分利用了試樣的性質(zhì)差異進(jìn)行選別,實(shí)現(xiàn)了試樣的分質(zhì)分選和脈石的梯級(jí)拋除。本研究為短流程工藝在鞍千礦業(yè)有限責(zé)任公司的推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ),對(duì)同類型鞍山式赤鐵礦石的經(jīng)濟(jì)高效開(kāi)發(fā)利用具有重要的指導(dǎo)意義。