張 濤， 陳鐵軍， 展仁禮， 陳 興

（1.武漢科技大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430081； 2.冶金礦產(chǎn)資源高效利用與造塊湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430081； 3.酒泉鋼鐵集團(tuán)公司 資源綜合利用研究所，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

酒鋼選礦廠主要處理鏡鐵山樺樹溝和黑溝鐵礦石，礦石中鐵礦物主要有鏡鐵礦、鎂菱鐵礦和褐鐵礦，極少量磁鐵礦、黃鐵礦，該礦石礦物組成復(fù)雜，嵌布粒度較細(xì)，且粗細(xì)不均，屬難選礦石。 生產(chǎn)中采用豎爐焙燒-磁選工藝處理15 ～100 mm 塊礦，采用強(qiáng)磁選工藝處理0～15 mm 粉礦。 選礦廠不斷總結(jié)和積累經(jīng)驗(yàn)，對(duì)生產(chǎn)工藝流程及設(shè)備進(jìn)行多次改進(jìn)和改造，生產(chǎn)指標(biāo)取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，但仍然存在部分有待提高的地方。目前，從選別指標(biāo)看，采用強(qiáng)磁選工藝處理0 ～15 mm粉礦，存在鐵精礦品位低（45.50%）、金屬回收率低（65.70%）、尾礦品位高（24.50%）的問(wèn)題［1］；采用磁化焙燒法將順磁性赤鐵礦還原為鐵磁性磁鐵礦，從而通過(guò)濕式低強(qiáng)度磁選實(shí)現(xiàn)回收，磁化焙燒所需溫度700～900 ℃，直接還原所需溫度大于1 000 ℃，采用磁化焙燒存在環(huán)保壓力大、成本高等問(wèn)題。 鐵精礦質(zhì)量不高一直影響著高爐的冶煉系數(shù)和焦化，回收率低導(dǎo)致資源未能得到充分利用，成為制約酒鋼發(fā)展的重要因素［2-4］。

導(dǎo)致酒鋼粉礦選別指標(biāo)不理想的主要原因有：鏡鐵礦中存在嵌布粒度細(xì)微的鐵礦物，要實(shí)現(xiàn)這部分鐵礦物與脈石礦物解離就必須細(xì)磨，酒鋼現(xiàn)有強(qiáng)磁選工藝為一段球磨-磁選，易出現(xiàn)磨礦不足或過(guò)磨現(xiàn)象，即粒度分布“兩端多，中間少”，這就導(dǎo)致磁選精礦粒度較粗，鐵礦物與脈石礦物未能有效解離，精礦鐵品位較低；而過(guò)磨部分鐵礦物入選粒度低于強(qiáng)磁選機(jī)回收粒度下限［5］，大量微細(xì)粒級(jí)（－45 μm）鐵礦物進(jìn)入尾礦，該部分尾礦沒(méi)有較好的回收方式，導(dǎo)致大量金屬流失。本文針對(duì)酒鋼粉礦現(xiàn)有流程存在的問(wèn)題，通過(guò)預(yù)選拋尾、優(yōu)化磨選流程以及尾礦選擇性絮凝磁種磁化磁選對(duì)酒鋼鏡鐵礦進(jìn)行強(qiáng)化回收磁選試驗(yàn)，并分析了尾礦選擇性絮凝磁種磁化的機(jī)理，可為實(shí)現(xiàn)酒鋼粉礦無(wú)焙燒、高質(zhì)量選別提供參考。

1 原礦性質(zhì)

酒鋼鏡鐵礦屬于鐵含量較低、硅含量較高的低品位貧礦，主要鐵礦物為赤鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦及少量磁鐵礦，主要脈石礦物為石英、白云石、重晶石等，且鐵主要以赤褐鐵礦形式存在，其次為碳酸鐵，屬于典型的弱磁性氧化鐵礦。 酒鋼鏡鐵礦化學(xué)成分分析結(jié)果見(jiàn)表1，原礦鐵物相分析結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 原礦化學(xué)多元素分析結(jié)果（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） %

表2 原礦鐵物相分析結(jié)果

2 試驗(yàn)方法及試驗(yàn)試劑

0～15 mm 粉礦經(jīng)高壓輥磨后礦樣整體粗細(xì)均勻。高壓輥磨樣經(jīng)篩分，0 ～3 mm 粉礦用于預(yù)選拋尾試驗(yàn)，預(yù)選粗精礦球磨至－74 μm 粒級(jí)占81%后進(jìn)行一粗一掃中強(qiáng)磁預(yù)提精試驗(yàn)，預(yù)提精精礦用不同磨礦設(shè)備磨至－45 μm 粒級(jí)占90%后進(jìn)行一粗兩掃磁選，試驗(yàn)流程如圖1～2 所示。

圖1 0～15 mm 粉礦預(yù)選拋尾流程

試驗(yàn)所用六偏磷酸鈉（國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于95.0%）、油酸鈉（天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所）、Fe3O4磁種（天津市大茂化學(xué)試劑廠，TFe 含量62%～70%）均為分析純?cè)噭豢列缘矸蹫閷?shí)驗(yàn)室自制：在500 mL 去離子水中加入2.5 g 玉米淀粉和0.25 g NaOH，控制攪拌轉(zhuǎn)速250 r／min，用水浴鍋加熱至95 ℃，邊加熱邊攪拌1 h，從水浴鍋中取出繼續(xù)攪拌冷卻至室溫，備用。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 0～15 mm 粉礦預(yù)選拋尾試驗(yàn)

按圖1 所示流程，將制備好的0 ～3 mm 粉礦在磁場(chǎng)強(qiáng)度800 kA／m 和1 040 kA／m 條件下進(jìn)行一粗一掃磁選拋尾，可獲得TFe 品位39.79%、回收率90.56%的綜合精礦，拋尾TFe 品位10.42%。 預(yù)選拋尾在提高入磨品位的同時(shí)，拋除了部分低品位尾礦，減少了后續(xù)磨礦的入磨量，磨礦能耗降低。

3.2 0～3 mm 拋尾精礦中強(qiáng)磁選預(yù)提精試驗(yàn)

按圖2 所示流程，將圖1 所得拋尾精礦細(xì)磨至－74 μm粒級(jí)占81%后，在640 kA／m 和960 kA／m 條件下進(jìn)行一粗一掃中強(qiáng)磁選預(yù)提精，獲得了TFe 品位45.62%、回收率85.61%的粗精礦。 粗精礦仍存在品位過(guò)低的問(wèn)題，這是因?yàn)榫其撶R鐵礦礦石中脈石礦物碧玉及千枚巖中有“云霧狀”嵌布的少量鐵礦物，該部分脈石比磁化系數(shù)較高，磁選過(guò)程中進(jìn)入精礦，降低了精礦鐵品位。 后續(xù)對(duì)該粗精礦進(jìn)行再磨再磁選處理。

圖2 0～3 mm 拋尾精礦再磨再選流程

3.3 粗精礦再磨再磁選試驗(yàn)

原礦中褐鐵礦含量較高，易發(fā)生過(guò)磨現(xiàn)象，按圖2所示流程，使用HLXMQ-240×90 錐形球磨機(jī)和JM-260型塔磨機(jī)進(jìn)行二段磨礦，將粗精礦分別磨至－45 μm 粒級(jí)占90%后，在480 kA／m 和640 kA／m 條件下進(jìn)行一粗一掃磁選試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表3。 結(jié)果表明，塔磨-磁選和球磨-磁選最終精礦鐵品位分別為50.59%和50.48%，精礦回收率分別為66.76%和61.44%，說(shuō)明塔磨效果更好。

表3 粗精礦再磨再磁選試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)球磨和塔磨產(chǎn)品進(jìn)行了粒度分析，結(jié)果見(jiàn)表4。結(jié)果表明，塔磨處理后－38 μm 微細(xì)粒級(jí)占比較球磨降低了8.16 個(gè)百分點(diǎn)，可以減輕過(guò)磨、提升后續(xù)磁選回收率。

表4 磨礦產(chǎn)品粒度分布情況

粗精礦經(jīng)二段磨礦、一粗一掃磁選后尾礦TFe 品位仍高達(dá)34.93%，后續(xù)增加一段掃選，使用HDM-1030 型高效脫雜（滾筒式）磁選機(jī)對(duì)該尾礦進(jìn)行二段掃選，在磁場(chǎng)強(qiáng)度480 kA／m 條件下，可獲得TFe 品位47.76%、回收率47.96%的精礦，尾礦品位降至26.68%。

對(duì)二段磨選作業(yè)所得尾礦進(jìn)行了粒度分析及金屬分布情況統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見(jiàn)表5。 由表5 可知，一段磨選尾礦（圖2 中尾礦2）－45 μm 粒級(jí)含量82.66%，金屬分布率高達(dá)91.77%，二段磨選尾礦（圖2 中尾礦3）－38 μm 粒級(jí)含量80.50%，金屬分布率高達(dá)93.97%，粒度越細(xì)，鐵品位越高，鐵主要損失在細(xì)粒級(jí)中。 有必要對(duì)該部分尾礦進(jìn)行進(jìn)一步回收。

表5 磨選流程尾礦中金屬分布情況

3.4 尾礦選擇性絮凝磁種磁化磁選

一段磨選尾礦（尾礦2）和二段磨選尾礦（尾礦3）TFe 品位分別為22.60%和26.68%，對(duì)該部分微細(xì)粒級(jí)尾礦分別進(jìn)行選擇性絮凝磁種磁化磁選條件試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 磨選流程尾礦不同磁選方式試驗(yàn)結(jié)果

尾礦2 選擇性絮凝磁種磁化磁選的適宜條件為：礦漿濃度15%、六偏磷酸鈉用量100 mg／L、油酸鈉用量80 mg／L、苛性淀粉用量300 mg／L、Fe3O4磁種用量3%，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝笤诖艌?chǎng)強(qiáng)度320 kA／m 條件下磁選，最終可得到TFe 品位38.89%、回收率68.73%的精礦；尾礦2 直接磁選可獲得TFe 品位40.96%、回收率4.89%的精礦。 選擇性絮凝磁種磁化磁選比直接磁選精礦品位降低了2.07 個(gè)百分點(diǎn)，回收率提高了63.84個(gè)百分點(diǎn)。

尾礦3 選擇性絮凝磁種磁化磁選的適宜條件為：礦漿濃度15%、六偏磷酸鈉用量100 mg／L、油酸鈉用量80 mg／L、苛性淀粉用量200 mg／L、Fe3O4磁種用量2.5%，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝笤诖艌?chǎng)強(qiáng)度320 kA／m 條件下磁選，最終可得到TFe 品位44.27%、回收率59.63%的精礦；尾礦3 直接磁選可獲得TFe 品位46.32%、回收率16.81%的精礦。 選擇性絮凝磁種磁化磁選比直接磁選精礦品位降低了2.05 個(gè)百分點(diǎn)，回收率提高了42.82個(gè)百分點(diǎn)。

3.5 0～3 mm 粉礦磨選全流程試驗(yàn)

0～3 mm 粉礦磨選全流程試驗(yàn)數(shù)質(zhì)量流程見(jiàn)圖3。0～3 mm 粉礦經(jīng)中強(qiáng)磁選預(yù)提精、尾礦選擇性絮凝磁種磁化磁選，最終可獲得TFe 品位48.29%、回收率91.54%的精礦，尾礦TFe 品位13.70%。

圖3 0～3 mm 粉礦磨選全流程數(shù)質(zhì)量流程

4 選擇性絮凝磁種磁化機(jī)理分析

4.1 掃描電子顯微鏡分析

為了更清晰地說(shuō)明和解釋苛性淀粉對(duì)微細(xì)粒弱磁性氧化礦的磁選影響，將直接磁選和選擇性絮凝磁種磁化磁選精礦進(jìn)行掃描電鏡分析，結(jié)果見(jiàn)圖4。 從圖4可以看出，直接磁選精礦顆粒表面較為光滑，各顆粒分散，未有絮團(tuán)形成；加入苛性淀粉后，磁選精礦中的鐵礦物形成的絮體具有較大的表觀尺寸，淀粉高分子的架橋作用使得微細(xì)粒弱磁性礦物與磁種聚集形成較大絮團(tuán)，磁種的吸附增強(qiáng)了絮團(tuán)磁性，絮團(tuán)較大的表觀體積使其在磁場(chǎng)中更易于被捕集［6-7］，從而提高了微細(xì)粒鐵礦物的回收率。

圖4 磁選精礦掃描電鏡圖像

4.2 紅外光譜分析

絮凝劑在有價(jià)礦物表面的選擇性吸附是實(shí)現(xiàn)聚合物絮凝分離的關(guān)鍵。 為更好地了解苛性淀粉在礦物表面的作用機(jī)理，對(duì)原礦和磁種磁化磁選精礦進(jìn)行了紅外光譜檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 原礦及磁種磁化磁選精礦紅外光譜圖

從圖5 可觀察到，苛性淀粉在3 344.40 cm－1處為氫鍵拉伸振動(dòng)吸收峰，1 639.45 cm－1處對(duì)應(yīng)羰基C O伸縮振動(dòng)吸收峰；原礦1 082.01 cm－1處為Fe—O 鍵彎曲振動(dòng)吸收峰，531.59 cm－1處為Fe—O 鍵拉伸振動(dòng)吸收峰［8］；磁選精礦在3 421.07 cm－1處新增了苛性淀粉O—H 伸縮振動(dòng)吸收峰，且峰發(fā)生偏移，可能是由于氫鍵作用，1 082.01 cm－1和531.59 cm－1處吸收峰分別移到1 081.34 cm－1與538.20 cm－1處，表明礦物表面苛性淀粉的氫鍵減弱了Fe—O 鍵的振動(dòng)［9］，F(xiàn)e—O 鍵參與吸附作用，且以化學(xué)吸附為主［10］。

5 結(jié) 論

1） 酒鋼鏡鐵礦主要鐵礦物為赤鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦及少量磁鐵礦，鐵主要分布于赤褐鐵礦中；預(yù)選拋尾能拋除鐵品位10.42%的尾礦，減少后續(xù)磨選流程的處理量，磨選原礦鐵品位由31.43%提高至39.79%；二段磨礦引入塔磨能有效降低過(guò)磨現(xiàn)象，磁選精礦回收率提高了5.32 個(gè)百分點(diǎn)。

2） 0～15 mm 原礦經(jīng)預(yù)選拋尾、兩段磨選、尾礦選擇性絮凝磁種磁化磁選后，最終獲得了TFe 品位48.29%、回收率82.90%（作業(yè)回收率91.54%）的鐵精礦，尾礦TFe 品位13.70%。

3） 掃描電鏡和傅里葉紅外光譜檢測(cè)結(jié)果表明，苛性淀粉能選擇性吸附在赤褐鐵礦表面，在磁種與弱磁性礦物間形成架橋，絮團(tuán)體積增大的同時(shí)磁性也逐漸增強(qiáng)，使微細(xì)粒礦物在較弱的磁場(chǎng)中也能被回收。