郭志強(qiáng) 葉方平 廖國平 謝美芳 李承凱 盧文華

(1.贛州金環(huán)磁選科技裝備股份有限公司,江西 贛州 341000;2.湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,湖北 武漢 430068)

鐵元素是地殼中豐度第四的一種金屬元素,其最重要的用途是冶煉鋼和鐵合金,而鋼鐵和鐵合金被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、建筑橋梁、軍工醫(yī)療等行業(yè)[1-2]。我國作為世界上最大的鐵礦石需求國,自身的鐵礦石儲(chǔ)量豐富(約占全球比例13%),但平均鐵品位較低,且我國鐵礦資源主要表現(xiàn)為“貧、細(xì)、雜”,富礦少、貧礦多,易選礦少、難選礦多[3-4]。

“十四五”是我國實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰的窗口期和關(guān)鍵期,力爭2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰,低品位難選礦綜合選別與利用技術(shù)將成為我國礦物加工領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)碳減排的有效路徑[5]。低品位礦石首先需進(jìn)行預(yù)選富集以提高入選品位,預(yù)選技術(shù)就是在選礦過程中預(yù)先富集有價(jià)成分,去除無價(jià)廢石,同時(shí)遵循“能拋早拋、多碎少磨、節(jié)能降耗”的原則,降低鐵礦石加工企業(yè)成本,提高其經(jīng)濟(jì)效益[6-7]。郝鵬程[8]在寧城宏大鐵礦采用“分段預(yù)選工藝”處理mFe含量為2.96%的超貧鐵礦石,通過預(yù)選技術(shù)可在磨礦前拋除85%以上的尾礦,極大地減少了磨礦系統(tǒng)負(fù)荷,增加了礦山效益。朱國斌[9]在河北某超貧磁鐵礦選礦廠采用“階段干式預(yù)選工藝”將入磨前物料TFe品位由12.57%增加至35.54%,同時(shí)拋廢率達(dá)到83.30%,預(yù)選技術(shù)效果顯著。本文結(jié)合我國貧鐵礦資源的現(xiàn)狀[10-11],對(duì)我國遼寧某低品位鐵礦石進(jìn)行了試驗(yàn)研究,經(jīng)過前期大量探索性試驗(yàn),依據(jù)“多碎少磨”原則,通過粗粒級(jí)預(yù)選技術(shù)最終確定“原礦粗粒級(jí)預(yù)先拋尾-預(yù)選精礦再磨再選-磁選精礦再重選提品位”的磁重聯(lián)合工藝流程,使該礦石中鐵礦物得到有效回收,獲得較好試驗(yàn)指標(biāo),為我國貧鐵礦回收利用提供了參考及試驗(yàn)依據(jù)。

1 礦石性質(zhì)

對(duì)遼寧某鐵礦石進(jìn)行化學(xué)多元素分析和鐵物相分析,結(jié)果見表1和表2。

表1 礦石化學(xué)多元素分析結(jié)果Table 1 Chemical multi-element analysis results of the ore %

表2 礦石鐵物相分析結(jié)果Table 2 Iron phase analysis results of the ore %

從表1可以看出,礦石有價(jià)元素TFe含量為28.38%,其他元素在現(xiàn)有技術(shù)水平下基本無回收價(jià)值,有害元素硫、磷含量較低,脈石中硅含量較高。

從表2可以看出,鐵元素主要以赤鐵礦和磁鐵礦的形式存在,其中赤鐵礦為弱磁性礦物,磁鐵礦為強(qiáng)磁性礦物,褐鐵礦等其他含鐵礦物含量較低,說明礦石基本沒有被侵蝕氧化,為原生礦石。

2 工藝流程及試驗(yàn)方法

通過原礦化學(xué)多元素分析和鐵物相分析發(fā)現(xiàn),礦石中有價(jià)礦物主要為赤鐵礦和磁鐵礦及少量褐鐵礦,其中磁鐵礦采用弱磁選回收,赤鐵礦和少量褐鐵礦采用強(qiáng)磁選回收。礦石總體鐵含量較低,屬于貧鐵礦,若只采用單一磁選方法難以獲得較高的精礦品位。因此,為了保證精礦品位和回收率,對(duì)強(qiáng)磁精礦利用重選精選提高磁選精礦品位,采用“原礦粗粒級(jí)預(yù)先拋尾-預(yù)選精礦再磨再選-磁選精礦再重選提品位”的磁重聯(lián)合工藝綜合回收礦石中鐵礦物。強(qiáng)磁性礦物采用SCT-44永磁磁選機(jī)弱磁選,弱磁性礦物采用SLon-100周期式脈動(dòng)高梯度磁選機(jī)強(qiáng)磁選,重選采用SL-400離心選礦機(jī)精選提純,各試驗(yàn)產(chǎn)物分別過濾、烘干、稱重、制樣、化驗(yàn),計(jì)算各產(chǎn)品指標(biāo),具體試驗(yàn)流程如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)流程Fig.1 Test flow chart

3 試驗(yàn)結(jié)果及討論

3.1 粗粒級(jí)預(yù)拋試驗(yàn)

采用粗粒級(jí)預(yù)先拋尾可以提高礦樣入選品位,同時(shí)減少磨礦處理量,降低成本。礦石含有少量強(qiáng)磁性磁鐵礦,在給入強(qiáng)磁設(shè)備選礦前,首先需進(jìn)行弱磁選。采用SCT-44永磁機(jī)進(jìn)行弱磁選磁感應(yīng)強(qiáng)度條件試驗(yàn),結(jié)果如圖2所示。

圖2 粗粒級(jí)預(yù)拋弱磁選磁感應(yīng)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果Fig.2 Test results of low intensity magnetic field strength for coarse particle prepolishing

由圖2可知,弱磁粗精礦回收率隨著弱磁選磁感應(yīng)強(qiáng)度增加而增加,品位則逐漸降低,當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度超過0.1 T時(shí),Fe回收率變化不大,而Fe品位下降較快。因此,選擇粗粒級(jí)預(yù)拋尾弱磁選磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.1 T。

對(duì)弱磁選尾礦采用SLon-100周期式脈動(dòng)高梯度磁選機(jī)強(qiáng)磁選,弱磁精礦和強(qiáng)磁精礦合并為預(yù)選精礦,考察強(qiáng)磁選磁感應(yīng)強(qiáng)度對(duì)預(yù)選精礦指標(biāo)的影響,結(jié)果如圖3所示。

圖3 粗粒級(jí)強(qiáng)磁預(yù)拋磁感應(yīng)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果Fig.3 Test results of magnetic field strength for coarse particle predisposal waste

由圖3可知,預(yù)選精礦回收率隨著強(qiáng)磁選磁感應(yīng)強(qiáng)度增加而增加,品位則逐漸降低,當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度超過1.3 T時(shí),Fe回收率基本不再增加,而Fe品位下降較快。磁感應(yīng)強(qiáng)度增加到一定程度,大部分磁性礦物已被磁選出來,回收率變化不大,而精礦夾帶變多,導(dǎo)致品位下降過快。因此,強(qiáng)磁拋尾磁感應(yīng)強(qiáng)度為1.3 T。

3.2 預(yù)選精礦磨礦細(xì)度試驗(yàn)

礦石通過粗粒級(jí)拋尾入選品位得到較大提高,為了進(jìn)一步提高預(yù)選精礦品位,預(yù)選精礦需進(jìn)行磨礦再選。磨礦粒度越細(xì),礦物單體解離度越高,磁選精礦品位越高,回收率下降;同時(shí)磨礦粒度越細(xì),選廠單位時(shí)間內(nèi)礦石處理量降低,電耗、鋼耗大幅增加,磨礦成本增加。在弱磁選磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.1 T條件下,進(jìn)行磨礦細(xì)度條件試驗(yàn),結(jié)果如圖4所示。

圖4 磨礦細(xì)度條件試驗(yàn)結(jié)果Fig.4 Test results of grinding fineness

由圖4可知,弱磁精礦品位隨著磨礦粒度變細(xì)而增加,回收率反之,當(dāng)磨礦粒度超過-0.074 mm占85%時(shí),Fe品位基本不再增加,而回收率大幅下降。為了兼顧精礦品位的同時(shí)保證鐵的回收率,綜合考慮磨礦成本,選擇磨礦粒度為-0.074 mm占85%。

3.3 預(yù)選精礦弱磁選試驗(yàn)

在磨礦粒度為-0.074 mm占85%條件下,采用SCT-44永磁磁選機(jī)進(jìn)行弱磁選磁感應(yīng)強(qiáng)度條件試驗(yàn),結(jié)果如圖5所示。

圖5 預(yù)選精礦弱磁精選磁感應(yīng)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果Fig.5 Test results of low intensity magnetic field strength for pre-coarse-concentrate concentration

由圖5可知,弱磁精礦回收率隨著弱磁選磁感應(yīng)強(qiáng)度增加而增加,品位則逐漸降低,當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度超過0.1 T時(shí),Fe回收率變化不大,而Fe品位下降較快。因此,選擇弱磁選磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.1 T。

3.4 弱磁精礦強(qiáng)磁選試驗(yàn)

預(yù)選精礦鐵品位較低,為了提高精礦品位,進(jìn)行了預(yù)選精礦強(qiáng)磁精選試驗(yàn),根據(jù)之前試驗(yàn)結(jié)果,確定本次試驗(yàn)?zāi)サV粒度-0.074 mm占85%,強(qiáng)磁精選磁感應(yīng)強(qiáng)度為變量,弱磁選磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.1 T,弱磁精礦和強(qiáng)磁精礦合并為混合磁選精礦,試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

圖6 預(yù)選精礦強(qiáng)磁精選條件試驗(yàn)結(jié)果Fig.6 Test results of strong magnetic separation for pre-coarse-concentrate

由圖6可知,混合磁選精礦回收率隨著強(qiáng)磁精選磁感應(yīng)強(qiáng)度增加而增加,品位反之,當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度超過0.8 T時(shí),Fe回收率基本不再增加,而品位大幅下降。因此,確定強(qiáng)磁精選磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.8 T。

3.5 離心機(jī)轉(zhuǎn)速試驗(yàn)

由于礦石原礦品位過低,通過單一磁選方法難以獲得較高的精礦Fe品位,因此將強(qiáng)磁精選精礦通過離心機(jī)重選再次提高精礦品位,使得綜合精礦品位超過63%。在磨礦細(xì)度-0.074 mm占85%,強(qiáng)磁精選磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.8 T,弱磁選磁感應(yīng)強(qiáng)為0.1 T,離心機(jī)轉(zhuǎn)速為變量進(jìn)行試驗(yàn)(弱磁精礦和重選精礦合并為綜合精礦),結(jié)果如圖7所示。

圖7 離心機(jī)條件試驗(yàn)結(jié)果Fig.7 Test results of centrifuge beneficiation

由圖7可知,綜合精礦回收率隨著離心機(jī)轉(zhuǎn)速增加而增加,品位反之,當(dāng)離心機(jī)轉(zhuǎn)速超過450 r/min時(shí),Fe品位大幅下降,而回收率增加較小,主要是因?yàn)殡x心力增加導(dǎo)致精礦中脈石礦物夾帶增加。因此選擇離心機(jī)轉(zhuǎn)速為450r/min。

3.6 連續(xù)擴(kuò)大半工業(yè)試驗(yàn)

通過條件試驗(yàn)確定礦石弱磁拋尾磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.1 T,強(qiáng)磁拋尾磁感應(yīng)強(qiáng)度為1.3 T,預(yù)選精礦磨礦細(xì)度為-0.074 mm占85%,弱磁精選磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.1 T,強(qiáng)磁精選磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.8 T,離心機(jī)轉(zhuǎn)速為450 r/min,在條件試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了連續(xù)擴(kuò)大半工業(yè)試驗(yàn),弱磁選機(jī)采用SCT-44永磁磁選機(jī),強(qiáng)磁選機(jī)采用SLon-500立環(huán)脈動(dòng)高梯度磁選機(jī),重選采用SL-400離心選礦機(jī),試驗(yàn)結(jié)果見圖8。連續(xù)擴(kuò)大半工業(yè)試驗(yàn)可獲得綜合精礦產(chǎn)率31.39%、鐵品位63.30%、鐵回收率70.03%的指標(biāo)。最后,對(duì)綜合精礦進(jìn)行X射線衍射分析,結(jié)果如圖9所示。

圖8 連續(xù)擴(kuò)大半工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果Fig.8 Continuous expansion of semi industrial test results

圖9 精礦XRD分析結(jié)果Fig.9 XRD analysis results of concentrate

從圖9可以發(fā)現(xiàn),在綜合精礦中Fe主要以Fe2O3和Fe3O4的形式存在,還含有少量Mn等伴生礦物,脈石礦物以SiO2為主,其他雜質(zhì)礦物出現(xiàn)頻率較低,基本忽略不計(jì),精礦礦物組成相對(duì)簡單。

4 結(jié) 論

遼寧某低品位鐵礦石TFe含量28.38%,特點(diǎn)為高硅、貧鐵,且含有少量鋁,采用“原礦粗粒級(jí)預(yù)先拋尾-預(yù)選精礦再磨再選-磁選精礦再重選提品位”的磁重聯(lián)合工藝進(jìn)行提質(zhì)降雜。通過條件試驗(yàn)確定弱磁拋尾磁感應(yīng)強(qiáng)度0.1 T,強(qiáng)磁拋尾磁感應(yīng)強(qiáng)度為1.3 T,預(yù)選精礦磨礦細(xì)度為-0.074 mm占85%,弱磁精選磁感應(yīng)強(qiáng)度0.1 T,強(qiáng)磁精選磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.8 T,離心機(jī)轉(zhuǎn)速為450 r/min,通過連續(xù)擴(kuò)大半工業(yè)試驗(yàn)可獲得綜合精礦產(chǎn)率31.39%、Fe品位63.30%、回收率70.03%的指標(biāo),為我國貧鐵礦回收利用提供了參考及試驗(yàn)依據(jù)。