張祖剛

(寶武資源南京梅山礦業(yè)公司,江蘇 南京 210041)

我國(guó)鐵礦資源儲(chǔ)量豐富,但貧礦多富礦少,礦石類型復(fù)雜,伴生、共生組分多,鐵礦物嵌布粒度細(xì),選礦生產(chǎn)成本高,而磨前預(yù)選技術(shù)是實(shí)現(xiàn)“多碎少磨、能拋早拋”和降低選礦生產(chǎn)成本的有效手段[1]。梅山鐵礦為巖漿后期陸相火山—熱液侵入型鐵礦床,賦存于輝石閃長(zhǎng)玢巖和安山巖侵入接觸帶中,礦物組成復(fù)雜,結(jié)構(gòu)構(gòu)造多樣,含有硫、磷等鋼鐵冶煉的有害雜質(zhì)。隨著采礦逐年向深部開(kāi)采,磁性礦含量下降,赤(褐)鐵礦、菱鐵礦比例上升,多種鐵礦物并存,嵌布粒度不均,菱鐵礦中含有鐵白云石品位低且與赤鐵礦緊密共生,不同弱磁性礦物間比磁化系數(shù)差別很小,屬于典型復(fù)雜難選混合鐵礦石[2]。梅山鐵礦為提高磨前預(yù)選的選別精度,采用分級(jí)預(yù)選拋廢流程,而磨前2～0.5 mm磁選系統(tǒng)預(yù)選流程為弱磁—強(qiáng)磁預(yù)選工藝,采用“一粗一掃”常規(guī)筒式磁選機(jī)進(jìn)行分選,存在尾礦金屬流失、設(shè)備故障多等問(wèn)題。為此,開(kāi)展該粒級(jí)預(yù)選工藝優(yōu)化試驗(yàn)研究、提高金屬回收率就顯得十分必要。

1 試樣性質(zhì)

梅山鐵礦原礦中主要鐵礦物為磁鐵礦、假象半假象赤鐵礦、赤鐵礦和菱鐵礦,含有少量的黃鐵礦、褐鐵礦和含鐵硅酸鹽礦物,菱鐵礦與菱鎂礦存在完全類質(zhì)同象,菱鐵礦實(shí)際品位僅在40%左右,遠(yuǎn)低于理論鐵品位48%;脈石礦物主要有石英、方解石,還有少量磷灰石、透輝石、長(zhǎng)石和白云母等,圍巖中暗色礦物為富含鐵鎂的硅酸鹽礦物。對(duì)梅山磨前2～0.5 mm系統(tǒng)7天14個(gè)班次的原礦化學(xué)多元素分析見(jiàn)表1,原礦鐵物相分析結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 梅山2～0.5mm系統(tǒng)原礦化學(xué)多元素分析Table 1 Chemical multi element analysis of raw ore in Meishan 2-0.5 mm system %

表2 梅山2～0.5mm系統(tǒng)原礦試樣鐵物相分析Table 2 Iron phase analysis of raw ore samples from Meishan 2-0.5 mm system %

從表1及表2分析結(jié)果可以看出,梅山2～0.5 mm原礦試樣屬于混合型鐵礦石,TFe品位為37.01%,其中磁鐵礦Fe3O4占比45.15%,赤(褐)鐵礦Fe2O3占比25.97%,為需要回收的主要目的礦物,理論回收率為71.12%,難點(diǎn)在于提高赤(褐)鐵礦Fe2O3的回收效果。

2 原磨前預(yù)選工藝流程及存在問(wèn)題

2.1 原磨前2～0.5 mm預(yù)選工藝流程

梅山鐵礦入選原礦經(jīng)直線篩洗礦后先分為50～20 mm、20～2 mm和2～0 mm 3個(gè)粒級(jí),泵送2～0 mm礦漿至圓弧篩隔出+5 mm粗顆粒,再由濃縮錐斗分為2～0.5 mm和-0.5 mm兩個(gè)粒級(jí)礦漿。梅山鐵礦2～0.5 mm磨前預(yù)選系統(tǒng)原流程采用“一粗(2 000 Gs)一掃(6 000 Gs)”兩段配置的常規(guī)永磁筒式磁選機(jī)進(jìn)行濕式分選,弱磁精礦、強(qiáng)磁精礦和+5 mm粗顆粒合并為該粒級(jí)預(yù)選精礦,強(qiáng)磁尾礦經(jīng)螺旋和高頻篩脫水后+0.3 mm作為機(jī)制砂銷售,-0.3 mm為濕尾。磨前預(yù)選2～0.5 mm原生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

圖1 磨前預(yù)選2～0.5 mm原生產(chǎn)工藝流程Fig.1 Pre-select 2-0.5 mm original production process before grinding

2.2 原磨前2～0.5 mm預(yù)選工藝流程存在問(wèn)題

(1) 原磨前預(yù)選工藝指標(biāo)差、金屬流失嚴(yán)重。原磨前預(yù)選2～0.5 mm系統(tǒng)采用弱磁—強(qiáng)磁筒式磁選機(jī)濕式選別流程,存在尾礦品位高、精礦卸礦困難、選礦效率低等問(wèn)題。先后于2013年11月21日和2018年5月17日組織技術(shù)人員進(jìn)行流程考察,兩次流程考察的精礦品位為57.03%、53.04%,尾礦品位分別為23.24%、23.91%,選別效果較差,尾礦品位偏高;2～0.5 mm粒級(jí)產(chǎn)率(對(duì)原礦)分別為16.14%、17.87%。

(2) 工藝流程復(fù)雜,設(shè)備臺(tái)套多、故障多。目前磨前預(yù)選2～0.5 mm系統(tǒng)有1臺(tái)圓弧除渣篩、4臺(tái)筒式弱磁機(jī)和4臺(tái)筒式強(qiáng)磁機(jī),使用的CT1024弱磁機(jī)、強(qiáng)磁機(jī)故障多,主要為槽體和磁滾筒間隙小、分選空間狹小,粗顆粒把筒體硫化橡膠和陶瓷片磨壞,原來(lái)易磨損的銅軸瓦已逐步更換為大軸承,平均每6個(gè)月進(jìn)行1次包膠、貼陶瓷片并同時(shí)更換兩端軸承、密封件、標(biāo)準(zhǔn)件等。

3 磨前2～0.5 mm預(yù)選工藝優(yōu)化試驗(yàn)研究

3.1 外磁系磁選機(jī)的分選過(guò)程及結(jié)構(gòu)特征

外磁系磁選機(jī)基于不同礦物之間比磁化系數(shù)、密度和動(dòng)態(tài)離心力的差異,將分選過(guò)程中的重力、離心力等競(jìng)爭(zhēng)力變成分選協(xié)同力,利用重力、磁力和離心力協(xié)同作用來(lái)進(jìn)行物料分選,是一種磁—重復(fù)合力場(chǎng)選礦機(jī)。待選物料從筒體較高端的給礦槽經(jīng)給料器給入,分選筒為礦漿槽,在一個(gè)由外置固定磁系裝置產(chǎn)生的非均勻磁場(chǎng)分選空間內(nèi)旋轉(zhuǎn),此時(shí)物料中的磁性礦物受磁力、重力和離心力聯(lián)合作用,吸附在分選筒內(nèi)壁上,隨分選筒一起旋轉(zhuǎn),在漂洗區(qū)漂洗后,旋轉(zhuǎn)至頂部無(wú)磁區(qū)時(shí),磁性礦物在自身重力和卸礦水流沖洗作用下卸落進(jìn)入精礦槽內(nèi)收集,由精礦槽流入精礦排礦箱;非磁性物則沿著分選筒的內(nèi)壁流經(jīng)弱磁場(chǎng)區(qū)、強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū),軸向流入尾礦排礦箱,實(shí)現(xiàn)了磁性礦與非磁性礦的分離,整個(gè)分選過(guò)程結(jié)束[3-4]。外磁系筒式磁選機(jī)的分選原理見(jiàn)圖2。

圖2 外磁系筒式磁選機(jī)的分選原理Fig.2 Separation principle of cylindrical magnetic separator with external magnetic system

外磁系永磁筒式磁選機(jī)結(jié)構(gòu)如圖3所示。分選空間設(shè)計(jì)為分選區(qū)、漂洗區(qū)和卸礦區(qū),卸礦區(qū)排料間隙大,粗粒級(jí)礦物易通過(guò),其合適分選粒度范圍可為0～20 mm,可寬粒級(jí)入料分選?；⌒未畔低庵糜诜诌x筒外部并包圍分選筒,在分選筒內(nèi)表面形成強(qiáng)弱有序的非均勻磁場(chǎng),為內(nèi)斂式磁路結(jié)構(gòu)。由于該弧形磁系的分選磁極面為凹面,分選空間內(nèi)磁力線呈內(nèi)斂分布狀態(tài),磁場(chǎng)分布近似于半閉合磁系,磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)梯度都得到了增強(qiáng),磁場(chǎng)作用深度大。

圖3 外磁系筒式磁選機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Structural diagram of cylindrical magnetic separator with external magnetic system

3.2 磨前2～0.5 mm預(yù)選工藝流程優(yōu)化

針對(duì)梅山混合鐵礦性質(zhì),提出弱磁、強(qiáng)磁分段設(shè)計(jì),弱磁用“翻轉(zhuǎn)”磁系,優(yōu)化磁路結(jié)構(gòu)和磁場(chǎng)強(qiáng)度空間分布。基于外磁系筒式磁選機(jī)的磁路結(jié)構(gòu)和分選特點(diǎn),工藝優(yōu)化后新流程采用1臺(tái)弱磁段—強(qiáng)磁段組合外磁系筒式磁選機(jī)替代原流程“一粗一掃”兩段筒式磁選機(jī),取消圓弧除渣篩,減少設(shè)備臺(tái)套,簡(jiǎn)化流程配置。梅山鐵礦2～0.5 mm磨前預(yù)選工藝流程優(yōu)化后如圖4所示。

圖4 優(yōu)化后梅山鐵礦磨前2～0.5 mm預(yù)選工藝流程Fig.4 Optimized 2-0.5 mm pre-concentration process flow before grinding in Meishan Iron Mine

3.3 磨前2～0.5 mm預(yù)選工藝優(yōu)化前后試驗(yàn)指標(biāo)對(duì)比

外磁系筒式磁選機(jī)采用弱磁段—強(qiáng)磁段組合磁系,弱磁段和強(qiáng)磁段的磁場(chǎng)強(qiáng)度分別為3 500 Gs、6 300 Gs,在分選筒坡度10°、轉(zhuǎn)速14 r/min和雙漂洗水全開(kāi)條件下,進(jìn)行單臺(tái)外磁系筒式磁選機(jī)與原“一粗一掃”老流程取樣對(duì)比,數(shù)據(jù)如表3所示。可以看出,單臺(tái)外磁系磁選機(jī)相比原“一粗一掃”常規(guī)筒式磁選機(jī)配置流程,對(duì)于磨前2～0.5 mm預(yù)選系統(tǒng),尾礦TFe品位降低了2.47個(gè)百分點(diǎn),精礦TFe回收率提高了9.01個(gè)百分點(diǎn),選礦效率提高了3.77個(gè)百分點(diǎn),改善了2～0.5 mm預(yù)選系統(tǒng)的選別指標(biāo),顯著提高了選別精度。

表3 優(yōu)化前后對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 3 Comparative test data before and after optimization %

為進(jìn)一步分析外磁系筒式磁選機(jī)對(duì)于磨前2～0.5 mm系統(tǒng)有價(jià)礦物磁鐵礦和赤(褐)鐵礦的回收效果,把6天外磁系磁選機(jī)和原“一粗一掃”流程的相應(yīng)樣品組合成綜合樣,對(duì)其進(jìn)行鐵物相分析,結(jié)果見(jiàn)表4,主要目的礦物(Fe3O4+Fe2O3)回收指標(biāo)分析見(jiàn)表5。

表4 外磁系磁選機(jī)和原“一粗一掃”流程鐵物相對(duì)比分析Table 4 Analysis of iron material relative ratio between external magnetic separator and original “one roughing and one sweeping” process %

表5 外磁系磁選機(jī)和原“一粗一掃”流程主要目的礦物(Fe3O4+Fe2O3)回收指標(biāo)分析Table 5 Analysis on recovery indexes of main target minerals (Fe3O4 + Fe2O3) of external magnetic system magnetic separator and original “one roughing and one sweeping” process %

從表4可以看出,外磁系磁選機(jī)比原“一粗一掃”流程的原礦品位低1.24個(gè)百分點(diǎn),精礦品位低0.51個(gè)百分點(diǎn),外磁系磁選機(jī)尾礦中磁性鐵含量為0.65%,相比原“一粗一掃”流程的0.86%降低了0.21個(gè)百分點(diǎn);外磁系磁選機(jī)尾礦中赤(褐)鐵礦含量為7.87%,相比原“一粗一掃”流程的9.94%降低2.07個(gè)百分點(diǎn),說(shuō)明外磁系磁選機(jī)回收高品位、大比重的弱磁性礦物赤(褐)鐵礦較原“一粗一掃”流程回收效果好。

從表5可以看出,外磁系磁選機(jī)回收的主要目的礦物(Fe3O4+Fe2O3)精礦產(chǎn)率為43.14%,金屬回收率為80.34%,選礦效率為57.41%;而原“一粗一掃”流程回收的主要目的礦物(Fe3O4+Fe2O3)其精礦產(chǎn)率為40.06%,金屬回收率為74.13%,選礦效率為53.02%。外磁系磁選機(jī)比原“一粗一掃”流程回收的主要目的礦物(Fe3O4+Fe2O3)精礦產(chǎn)率提高了3.08個(gè)百分點(diǎn),金屬回收率提高了6.21個(gè)百分點(diǎn),選礦效率提高了4.39個(gè)百分點(diǎn),進(jìn)一步說(shuō)明外磁系磁選機(jī)對(duì)于Fe3O4和Fe2O3的回收效果明顯優(yōu)于“一粗一掃”配置的常規(guī)筒式磁選機(jī),外磁式磁選機(jī)提高了梅山磨前2～0.5 mm預(yù)選系統(tǒng)有價(jià)鐵礦物的金屬回收率。

4 結(jié)論

(1) 外磁系筒式磁選機(jī)是一種磁—重復(fù)合力場(chǎng)選礦機(jī),粗顆粒易與分選表面充分接觸,選別帶和選別時(shí)間長(zhǎng),易獲得較高回收率,優(yōu)化后新流程采用1臺(tái)弱磁段—強(qiáng)磁段組合外磁系筒式磁選機(jī)替代原“一粗一掃”兩段筒式磁選機(jī)流程,取消圓弧除渣篩,減少設(shè)備臺(tái)套,簡(jiǎn)化流程配置。

(2) 單臺(tái)外磁系磁選機(jī)流程相比原“一粗一掃”流程,對(duì)于磨前2～0.5 mm預(yù)選系統(tǒng),尾礦TFe品位降低了2.47個(gè)百分點(diǎn),精礦TFe回收率提高了9.01個(gè)百分點(diǎn),選礦效率提高了3.77個(gè)百分點(diǎn),改善了2～0.5 mm預(yù)選系統(tǒng)的選別指標(biāo),顯著提高了選別精度。

(3) 單臺(tái)外磁系磁選機(jī)流程相比原“一粗一掃”流程,外磁系磁選機(jī)尾礦中磁性鐵降低了0.21個(gè)百分點(diǎn);外磁系磁選機(jī)尾礦中赤(褐)鐵礦含量為7.87%,相比原“一粗一掃”流程的9.94%,降低2.07個(gè)百分點(diǎn),說(shuō)明外磁系磁選機(jī)回收高品位、大比重的弱磁性礦物赤(褐)鐵礦效果好。

(4) 外磁系磁選機(jī)回收主要目的礦物(Fe3O4+Fe2O3)精礦產(chǎn)率為43.14%,金屬回收率為80.34%,選礦效率為57.41%;比原“一粗一掃”流程精礦產(chǎn)率提高了3.08個(gè)百分點(diǎn),金屬回收率提高了6.21個(gè)百分點(diǎn),選礦效率提高了4.39個(gè)百分點(diǎn),進(jìn)一步說(shuō)明外磁系磁選機(jī)對(duì)于Fe3O4和Fe2O3的回收效果明顯,提高了梅山磨前2～0.5 mm預(yù)選系統(tǒng)有價(jià)鐵礦物的金屬回收率。