李 賢 吳承優(yōu) 羅良飛

(1.太原鋼鐵(集團(tuán))有限公司礦業(yè)分公司尖山鐵礦,山西 婁煩 030300;2.長(zhǎng)沙礦冶研究院有限責(zé)任公司,湖南 長(zhǎng)沙 410012)

我國(guó)鐵礦山選礦界提出“提精降雜”方針已歷二十余載,極大地推動(dòng)了鐵礦石選礦技術(shù)的進(jìn)步和鐵精礦品位的提高。 受礦石資源稟賦和生產(chǎn)成本等因素的制約,我國(guó)低硅高鐵鐵精礦占比不高,大量普通鐵精礦的存在不利于煉鐵工序高爐利用系數(shù)、焦比、產(chǎn)量和效益等指標(biāo)的提高[1-3]。 為了提高全產(chǎn)業(yè)鏈的經(jīng)濟(jì)效益,持續(xù)開展提鐵降硅技術(shù)研究,提高國(guó)產(chǎn)鐵精礦質(zhì)量具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

大量的研究與生產(chǎn)實(shí)踐表明,細(xì)粒難選鐵礦石選礦廠要獲得優(yōu)質(zhì)鐵精礦,單一磁選工藝難以獲得高品質(zhì)的鐵精礦,常需采用磁選—浮選聯(lián)合選礦工藝[4-5]。其中,鐵礦物的充分單體解離、細(xì)粒磁選設(shè)備的研制與應(yīng)用、高效環(huán)保選擇性浮選藥劑的優(yōu)選至關(guān)重要[6-13]。

太鋼袁家村鐵礦選礦廠處理的是復(fù)雜難選微細(xì)粒嵌布的磁赤混合型鐵礦石,處理能力2 200萬(wàn)t/a[14]。 選礦廠采用階段磨礦、弱磁選+強(qiáng)磁選、混合磁選精礦濃縮后反浮選工藝流程,最終獲得TFe 品位65%左右、SiO2含量4%～5%的鐵精礦。 為探索進(jìn)一步提高鐵精礦品位至67%以上,SiO2含量降至3.5%甚至2.0%以下的可能性,以現(xiàn)場(chǎng)混合磁選精礦為對(duì)象,采用臥式攪拌磨機(jī)細(xì)磨—弱磁選+強(qiáng)磁選脫泥—反浮選工藝進(jìn)行了試驗(yàn)。

1 試樣性質(zhì)

1.1 主要化學(xué)成分及鐵物相分析

試樣主要化學(xué)成分及鐵物相分析結(jié)果分別見表1、表2。

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

表2 試樣鐵物相分析結(jié)果Table 2 Results of the iron phase analysis for the sample %

分析表1 及表2 可知,試樣TFe 品位為42.44%,需要選礦排除的脈石組分主要為SiO2,含量高達(dá)35.42%,其次是Al2O3、CaO 和MgO;鐵主要以赤(褐)鐵礦的形式存在,占比70.12%,磁鐵礦中鐵占比15.91%,假象赤鐵礦中鐵占比9.66%,三者合計(jì)占有率為95. 69%,即后續(xù)磁選工藝的鐵理論回收率。

1.2 礦物組成

試樣的礦物組成及含量見表3。

表3 試樣中的主要礦物及含量Table 3 Main minerals and its contents in the sample %

由表3 可知,試樣中的鐵礦物主要為赤(褐)鐵礦、磁鐵礦以及假象赤鐵礦,合計(jì)占57. 2%;脈石礦物主要為石英,其次為閃石、綠泥石、白云石和方解石。

1.3 粒度篩析及鐵礦物解離度

試樣的粒度篩析結(jié)果見表4,鐵礦物解離度分析結(jié)果見表5。

表4 試樣的粒度篩析結(jié)果Table 4 Results of the particle size screening analysis for the sample

表5 試樣中鐵礦物的解離度Table 5 Dissociation degree of iron minerals in the sample %

由表4 可知,試樣的-0.075、-0.038、-0.01 mm粒級(jí)產(chǎn)率分別為81.25%、52.79%、18.48%。

由表5 可知,試樣的鐵礦物單體解離度為81.5%,大于3/4 的富連生體產(chǎn)率為7.7%,二者合計(jì)產(chǎn)率為89. 2%。 進(jìn)一步的研究表明,試樣中約有70%的脈石礦物與鐵礦物連生在一起,且粒度微細(xì),單體解離較困難。

2 試驗(yàn)內(nèi)容與原則流程

對(duì)于微細(xì)粒嵌布的復(fù)雜難選鐵礦石,高效磨礦是提高鐵精礦品質(zhì)的前提。 研究表明,微細(xì)粒物料的細(xì)磨,傳統(tǒng)磨礦設(shè)備不僅磨礦效率較低,而且磨礦能耗較高,因此,需選擇適宜的細(xì)磨設(shè)備。 結(jié)合近年高效細(xì)磨設(shè)備的進(jìn)步與應(yīng)用情況,在探索試驗(yàn)基礎(chǔ)上,確定試樣后續(xù)細(xì)磨采用臥式攪拌磨機(jī),以發(fā)揮該設(shè)備在微細(xì)粒礦物磨礦方面所具有的高效節(jié)能、內(nèi)部分級(jí)、窄粒級(jí)開路磨礦等特點(diǎn)[15]。

考慮到試樣中脈石礦物含量較高,且多以鐵礦物連生體的形式存在,經(jīng)過細(xì)磨必將產(chǎn)生大量的微細(xì)粒單體脈石礦物顆粒及礦泥。 為給后續(xù)反浮選除雜創(chuàng)造良好的條件,再磨產(chǎn)品的高效弱磁選+強(qiáng)磁選非常重要。 其中強(qiáng)磁選采用長(zhǎng)沙礦冶研究院有限責(zé)任公司自主研發(fā)的ZH 型組合式強(qiáng)磁選機(jī),利用由低到高的組合式磁場(chǎng),對(duì)不同磁性與粒度的物料進(jìn)行分段磁選[16]。

混合磁選精礦再采用反浮選工藝流程精選,試驗(yàn)原則流程如圖1 所示。

圖1 選礦試驗(yàn)原則流程Fig.1 Principle flowchart of beneficiation test

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 細(xì)磨—磁選試驗(yàn)

將試樣配成濃度40%的礦漿,用5 L 型臥式攪拌磨機(jī)進(jìn)行磨礦,磨機(jī)轉(zhuǎn)速1 300 r/min、功率3.8 kW、裝球7.5 kg、球徑1.8 ～2.0 mm,給礦泵頻率10 Hz,細(xì)磨產(chǎn)品1 次弱磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度為159.24 kA/m、1 次強(qiáng)磁選ZH 型組合濕式強(qiáng)磁選機(jī)兩盤連選,上盤背景磁感應(yīng)強(qiáng)度為1.8 T、下盤背景磁感應(yīng)強(qiáng)度為2.0 T,不同磨礦細(xì)度條件下弱磁選+強(qiáng)磁選試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 不同磨礦細(xì)度條件下弱磁選+強(qiáng)磁選試驗(yàn)結(jié)果Table 6 Results of low intensity and high intensity magnetic separation under different grinding fineness %

由表6 可知,隨著磨礦細(xì)度的提高,弱磁選精礦和強(qiáng)磁選精礦TFe 品位均逐步提高、回收率均明顯下降,尾礦TFe 品位從11. 27%升高至17. 91%。 綜合考慮磨礦能耗與磁選指標(biāo),確定試樣磨礦細(xì)度為-0.045 mm 占97%,對(duì)應(yīng)的混合磁選精礦TFe 品位56.42%、回收率為90. 30%,拋尾產(chǎn)率32. 08%、TFe品位12.84%。 磨礦產(chǎn)品磁選不僅降低了后續(xù)反浮選作業(yè)處理量,減少了浮選藥劑消耗,還有利于降低礦泥對(duì)反浮選作業(yè)的有害影響。

3.2 反浮選提鐵降硅試驗(yàn)

前期試驗(yàn)研究表明,反浮選工藝是實(shí)現(xiàn)鐵精礦提鐵降硅的有效手段,其中浮選藥劑制度是影響選別效果的關(guān)鍵。 反浮選條件試驗(yàn)以TFe 品位56. 42%的混合磁選精礦為給礦,采用1 次粗選流程,浮選礦漿濃度33%、溫度30 ℃,試驗(yàn)研究主要用藥有NaOH、CaO、玉米淀粉和脂肪酸類陰離子捕收劑RA。

3.2.1 NaOH 用量試驗(yàn)

在淀粉用量800 g/t、CaO 用量150 g/t、RA 用量200 g/t 條件下進(jìn)行NaOH 用量試驗(yàn),結(jié)果見圖2。

圖2 NaOH 用量試驗(yàn)結(jié)果Fig.2 Results of the NaOH dosage tests

由圖2 可知,隨著NaOH 用量的增大,反浮選粗精礦TFe 品位下降、回收率上升。 綜合考慮,確定NaOH 用量為400 g/t。

3.2.2 淀粉用量試驗(yàn)

在NaOH 用量400 g/t、CaO 用量150 g/t、RA 用量200 g/t 條件下進(jìn)行淀粉用量試驗(yàn),結(jié)果見圖3。

圖3 淀粉用量試驗(yàn)結(jié)果Fig.3 Results of the starch dosage tests

由圖3 可知,隨著淀粉用量的增大,反浮選粗精礦TFe 品位下降、回收率上升。 綜合考慮,確定淀粉用量為800 g/t。

3.2.3 CaO 用量試驗(yàn)

在NaOH 用量400 g/t、淀粉用量800 g/t、RA 用量200 g/t 條件下進(jìn)行CaO 用量試驗(yàn),結(jié)果見圖4。

圖4 CaO 用量試驗(yàn)結(jié)果Fig.4 Results of the CaO dosage tests

由圖4 可知,隨著CaO 用量的增大,反浮選粗精礦TFe 品位下降、回收率先升后降。 綜合考慮,確定CaO 用量為150 g/t。

3.2.4 RA 用量試驗(yàn)

在NaOH 用量400 g/t、淀粉用量800 g/t、CaO 用量150 g/t 條件下進(jìn)行RA 用量試驗(yàn),結(jié)果見圖5。

圖5 捕收劑RA 用量試驗(yàn)結(jié)果Fig.5 Results of the flotation collector RA dosa ge tests

由圖5 可知,隨著RA 用量的增大,反浮選粗精礦TFe 品位明顯上升、回收率顯著下降。 綜合考慮,確定RA 用量為200 g/t。

3.3 全流程試驗(yàn)

在條件試驗(yàn)和開路試驗(yàn)基礎(chǔ)上,采用臥式攪拌磨機(jī)細(xì)磨—弱磁選+強(qiáng)磁選—1 粗1 精3 掃閉路反浮選工藝流程進(jìn)行全流程試驗(yàn)。 試驗(yàn)全流程見圖6,結(jié)果見表7。

圖6 試驗(yàn)全流程Fig.6 Whole process for the test

表7 全流程試驗(yàn)結(jié)果Table 7 Results of whole process test %

由表7 可知,試樣采用臥式攪拌磨機(jī)細(xì)磨(-0.045 mm 占97%)—弱磁選(159.24 kA/m)+強(qiáng)磁選(1.8、2.0 T)—1 粗1 精3 掃、中礦順序返回閉路反浮選工藝進(jìn)行全流程試驗(yàn),可以獲得產(chǎn)率53.87%、TFe品位67.87%、TFe回收率86.15%的高品質(zhì)鐵精礦,其SiO2含量為1.96%,提鐵降硅效果顯著,實(shí)現(xiàn)了精礦TFe 品位高于67%、SiO2含量低于2%的攻關(guān)目標(biāo)。

進(jìn)一步的研究表明,將細(xì)磨細(xì)度調(diào)整為-0. 045 mm 占94%情況下,適當(dāng)增加RA 用量可獲得產(chǎn)率54.76%、TFe 品位67.14%、TFe 回收率86.63%的高品質(zhì)鐵精礦,其SiO2含量為2.09%,可以實(shí)現(xiàn)TFe 品位高于67%,SiO2含量低于3.5%的攻關(guān)目標(biāo)。

4 結(jié) 論

(1)袁家村復(fù)雜難選磁赤混合鐵礦石階段磨礦、弱磁選+強(qiáng)磁選混合磁選精礦中鐵礦物嵌布粒度微細(xì),TFe 品位為42.44%,鐵主要以赤(褐)鐵礦的形式產(chǎn)出,其次以磁鐵礦和假象赤鐵礦的形式產(chǎn)出,三者合計(jì)鐵分布率為95.69%;混合磁選精礦中脈石礦物主要為石英,其次為閃石、綠泥石、白云石和方解石。

(2)現(xiàn)場(chǎng)混合磁選精礦采用臥式攪拌磨機(jī)細(xì)磨—弱磁選+ZH 型組合式強(qiáng)磁選機(jī)兩盤連選—陰離子反浮選工藝流程處理,在磨礦細(xì)度為-0. 045 mm占97% 時(shí),可獲得TFe 品位67. 87%、SiO2含量1.96%、TFe 回收率86.15%的高品質(zhì)鐵精礦,提鐵降硅效果顯著。 因此,該工藝適用于現(xiàn)場(chǎng)混合磁選精礦的加工,其磨礦細(xì)度和藥劑制度是關(guān)鍵工藝參數(shù)。

(3)研究結(jié)果可作為現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行提鐵降硅工藝流程優(yōu)化的依據(jù),工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)重視磁選拋尾效果和保障反浮選流程順暢。