鮞狀赤鐵礦磁化焙燒—磁選—反浮選降磷試驗(yàn)

張漢泉,汪鳳玲,李 浩

(武漢工程大學(xué)環(huán)境與城市建設(shè)學(xué)院,湖北 武漢 430074)

0 引 言

湖北鄂西高磷鐵礦產(chǎn)區(qū)位于湖北省西南部,總面積約為3.3萬km2,儲(chǔ)量約22億t,遠(yuǎn)景資源量可達(dá)30～40億t(我國鐵礦的經(jīng)濟(jì)可采儲(chǔ)量僅為115億t).僅恩施地區(qū)已查明大型高磷赤鐵礦礦床2處,中型礦床9處,累計(jì)探明鐵礦石資源儲(chǔ)量13.85億t,占湖北省鐵礦石總資源儲(chǔ)量29.96億t的42.89%,居湖北省第一位.這類礦石因最早在湖南省寧鄉(xiāng)發(fā)現(xiàn)而得稱為“寧鄉(xiāng)式”鐵礦,礦石鐵品位一般為35%～40%,有部份富礦鐵品位可達(dá)45%～50%.主要的鐵礦物是赤鐵礦,其次是菱鐵礦和少量的磁鐵礦及褐鐵礦.礦石中含磷高,一般在0.4%～0.6%,部份礦石含磷高達(dá)1%以上.礦石中二氧化硅含量較高,一般在10%～15%,貧礦石中可達(dá)15%～30%.礦石中鐵、磷、硫等元素主要以獨(dú)立礦物存在,其中鐵礦物組成較為復(fù)雜,但主要為赤褐鐵礦,次為硅酸鐵;磷的獨(dú)立礦物主要為膠磷礦;脈石礦物主要有鮞綠泥石、石英、方解石等;其他礦物還有白云石、鋯石、電氣石等.礦石中赤鐵礦和膠磷礦的嵌布粒度都較細(xì),而且不均勻,粗粒級(jí)含量低,細(xì)粒級(jí)偏高;磷灰石的嵌布粒度也極為不均勻,特別是細(xì)粒級(jí)含量較多[1-4].本文以鄂西某鮞狀赤鐵礦作為研究對(duì)象,進(jìn)行了磁化焙燒—磁選—反浮選提鐵降磷試驗(yàn)研究.

1 原礦性質(zhì)

1.1 礦石的化學(xué)分析

通過化學(xué)分析可知(見表1),鐵礦石鐵品位為43.76%,磷含量為0.84%,鐵礦物為主要的有用礦物,鐵礦物中含有大量的硅酸鹽類,SiO2為主要的脈石礦物,有害礦物磷的含量過高.

表1 礦石的化學(xué)分析

1.2 礦石中鐵、磷的化學(xué)物相分析

通過鐵的物相分析可知,礦石中鐵主要以赤褐鐵礦的形式存在,其次為硅酸鐵,僅有少量的磁性鐵、菱鐵礦和微量硫化鐵;鐵的賦存狀態(tài)較為簡單,呈赤褐鐵礦產(chǎn)出的鐵占95.11%,加上分布在磁鐵礦和碳酸鐵中的鐵,分布率合計(jì)為96.01%,這即為選礦分選鐵礦物時(shí)鐵的最大理論回收率.

表2 礦石中鐵的物相分析

表3 礦石中磷的化學(xué)物相分析

該礦區(qū)礦石中含磷較高,達(dá)到0.84%,是影響鐵礦石開發(fā)利用的主要有害成分.經(jīng)物相分析,含磷礦物主要為膠磷礦,其分布率達(dá)到97.86%,所以,鐵礦中磷基本上是以獨(dú)立礦物-膠磷礦的形式存在.

礦石中鐵有95.11%是以赤褐礦的形式存在,鮞綠泥石中的鐵占3.93%,賦存在其他礦物中的鐵較少;礦石中的磷主要以膠磷礦的形式產(chǎn)出.

此類礦石的性質(zhì)決定這些鐵礦屬于難選礦石,合理開發(fā)利用該鐵礦的技術(shù)關(guān)鍵是微細(xì)粒赤鐵礦與脈石礦物的分離和回收.對(duì)礦石來說,細(xì)磨是必須的,確定合理的磨礦工藝十分重要,要盡量減少次生礦泥,在浮選作業(yè)中注意礦漿濃度和礦漿中固體物料的分散度,強(qiáng)化對(duì)微細(xì)粒赤鐵礦的分離回收[5-7].

2 磁化焙燒試驗(yàn)結(jié)果

影響磁化焙燒礦質(zhì)量和成本的主要因素是焙燒溫度、還原氣氛和時(shí)間.焙燒溫度過低,還原反應(yīng)速度慢,影響生產(chǎn)能力;溫度過高,發(fā)生過還原,焙燒產(chǎn)品質(zhì)量不佳,因此焙燒溫度要適中[8].磁化焙燒時(shí)間的長短與焙燒溫度、礦石粒度、礦石性質(zhì)和還原煤的成分有關(guān).還原煤用量也是影響磁化焙燒因素之一.還原煤的用量過低,則還原反應(yīng)不充分,使礦物不能充分還原;反之,則造成資源的浪費(fèi)和成本的增加.試驗(yàn)采用物料粒度-2 mm的鮞狀赤鐵礦,在密封狀態(tài)下,通過溫度、磁化焙燒時(shí)間和還原煤的用量單因素焙燒試驗(yàn),確定了最佳焙燒條件(還原煤11%、焙燒溫度750℃、焙燒時(shí)間60 min),焙燒礦磨至-0.045 mm占95.33%,-0.038 mm占80.54%.弱磁選試驗(yàn)使用CYG型Ф200鼓形永磁選機(jī),磁場強(qiáng)度為119.4 kA/m,所得鐵精礦產(chǎn)率75%、TFe 54.10%、回收率93.19%.

焙燒礦中鐵礦物主要是磁鐵礦,次為赤鐵礦;脈石礦物仍以石英為主,次為鮞綠泥石、伊利石和膠磷礦.焙燒礦中磁鐵礦的粒度、分布、與脈石的交生關(guān)系等方面均基本繼承了原礦中赤鐵礦的特征,特別是膠磷礦在焙燒礦中的分布規(guī)律并沒有明顯的改變,仍多呈鮞核、鮞環(huán)與磁鐵礦交生或呈各種形態(tài)嵌布在磁鐵礦鮞粒之間.

礦石經(jīng)還原焙燒后,大部分赤鐵礦已轉(zhuǎn)化為磁鐵礦,但其集合體還保留了原赤鐵礦鮞粒的基本特征,磁鐵礦與石英、鮞綠泥石和膠磷礦等脈石礦物仍然多呈環(huán)帶狀相間排列.

表4 焙燒產(chǎn)品多元素分析結(jié)果

焙燒磁選鐵精礦鐵的品位雖有提高,但SiO2、Al2O3、P的含量仍然很高,無法達(dá)到高爐冶煉的要求,因此必須開發(fā)降低SiO2、Al2O3、P的含量的新技術(shù).

3 反浮選試驗(yàn)

我國是世界上最早推廣采用陰離子反浮選除硅工藝的國家,適合于處理粗精礦,通常采用的流程為一次粗選、一次精選、三次掃選、中礦順次返回再選.在堿性介質(zhì)中采用Ca2+選擇性活化硅質(zhì)礦物和選擇性抑制鐵礦物,使鐵礦物與硅質(zhì)礦物的可浮性差別較大,提高了浮選選擇性,因此既可獲得高質(zhì)量鐵精礦,又可拋除低品位的尾礦,并且對(duì)入浮物料性質(zhì)的變化具有良好的適應(yīng)性,尤其是能夠適應(yīng)于含鐵硅酸鹽類礦物較多的物料的分選[9].由于該工藝對(duì)礦泥不太敏感,因此可以直接分選不脫泥的鐵礦石.長沙礦冶研究院以陰離子捕收劑采用反浮選工藝,對(duì)美國Toshi公司提供的Tilden鐵礦高磷鐵礦石進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室小型試驗(yàn)研究,以CaCl2為石英活化劑、淀粉為鐵礦物抑制劑、以陰離子捕收劑進(jìn)行磷硅混合反浮選,取得了鐵品位65.50%,含磷0.030%,鐵回收率79.67%的閉路試驗(yàn)指標(biāo)[10-11].

通過幾種不同捕收劑的對(duì)比試驗(yàn),對(duì)粗精礦進(jìn)行了反浮選提鐵降磷脫硅探索,結(jié)果見表5.結(jié)果表明,采用NaOH作pH值調(diào)整劑,淀粉作抑制劑,石灰為活化劑,添加少量雜醇類起泡劑G310,新型改性脂肪酸類捕收劑RA-715具有捕收性強(qiáng)、選擇性好、對(duì)磷硅同時(shí)起作用的特點(diǎn).

焙燒磁選粗精礦反浮選采用XFD型掛槽式浮選機(jī),掛槽式浮選機(jī)適宜處理不脫泥的鐵礦石,不預(yù)先脫泥的鐵礦石浮選時(shí),泡沫多而粘,充氣量過大時(shí),易在泡沫內(nèi)夾雜大量的脈石,降低精礦質(zhì)量,同時(shí)刮出的泡沫帶走藥劑和補(bǔ)加水降低了礦漿中藥劑濃度,將影響槽內(nèi)礦石細(xì)粒的浮游,降低精礦質(zhì)量.在浮選過程中,應(yīng)注意充氣量的調(diào)節(jié),若浮選過程中充氣量較小時(shí),同樣影響精礦質(zhì)量,還會(huì)造成脫磷效果不佳.

表5 不同捕收劑浮選對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

從表5看出,RA-715作捕收劑進(jìn)行反浮選,精礦TFe品位均優(yōu)于二胺和TSM-2,而且回收率較高;對(duì)于RA-715和TSM-2脫磷效果,從表中可以看出,反浮選粗選RA-715作捕收劑,精礦磷含量低于使用TSM-2時(shí)0.06個(gè)百分點(diǎn).但是TSM-2作捕收劑,浮選精礦產(chǎn)率,回收率均高于RA-715.因此,對(duì)于粗選作業(yè)而言,二者提鐵降磷效果相差不大,需通過精選比較.

在二者捕收劑浮選最佳試驗(yàn)條件下,進(jìn)行精選試驗(yàn),精選過程添加石灰和捕收劑,用量均為粗選用量的一半,試驗(yàn)結(jié)果見表6.

表6 磁選精礦一粗一精反浮選試驗(yàn)結(jié)果

由表6可知,盡管TSM-2浮選精礦產(chǎn)率,回收率較高,但其提鐵降磷效果不如RA-715捕收劑,精選TFe可達(dá)59.87%,磷含量降至0.28%,鐵的綜合回收率71.08%.綜合比較可得,RA-715作為高磷鮞狀赤鐵礦反浮選捕收劑提鐵降磷效果較好.

4 結(jié) 語

a. 鮞狀赤鐵礦原礦鐵品位較高,有害礦物磷的含量也高,有用礦物與脈石礦物、有害礦物的嵌布關(guān)系復(fù)雜,有用礦物幾乎難以達(dá)到完全的單體解離,該礦屬于極難選的鐵礦石.

b. 在還原煤作用下,控制焙燒溫度750 ℃、焙燒時(shí)間60 min,出爐水冷后,焙燒礦磨礦達(dá)到-0.038 mm 80.54%的細(xì)度,經(jīng)永磁選機(jī)磁選后,可以獲得鐵品位54.10%、回收率93.19%,磷含量0.80%的粗精礦.

c. 采用藥劑制度NaOH 750 g/t,淀粉用量800 g/t,石灰500 g/t,RA-715 750 g/t,G310用量107.73 g/t,浮選溫度30 ℃時(shí),進(jìn)行反浮選粗選探索試驗(yàn),鐵精礦品位可由54.10%提高到58.95%,磷含量由0.80%降低到0.47%鐵綜合回收率80.78%的鐵精礦.鐵精礦再次精選,石灰用量250 g/t,RA-715用量375 g/t,得到最終鐵精礦品位為59.87%,磷品位0.28%,鐵綜合回收率71.08%.

d. 綜上所述,鐵品位43.76%、磷含量0.84%的鮞狀赤鐵礦鐵礦石,經(jīng)磁化焙燒-磨礦-弱磁選-反浮選處理后,可獲得鐵品位59.87%、磷含量0.28%、鐵綜合回收率71.08%的鐵精礦的較好指標(biāo),反浮選脫磷率達(dá)到76.25%,具有較大的應(yīng)用價(jià)值.

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