遼寧某高硅低品位鎂礦浮選提純試驗研究

李曉安,代淑娟,周凌嘉,李 洋

(遼寧科技大學 資源與土木工程學院,遼寧 鞍山 114051)

菱鎂礦是冶金工業中不可缺少的耐火材料。它有兩種礦床類型，一種是存在于白云石中儲量大的層狀、團塊狀礦床，主要分布在中國、朝鮮、加拿大、澳大利亞等有數國家。另一種是存在于蛇紋巖、基性巖中的呈蜂窩狀礦脈內，儲量小，主要分布于希臘。中國是世界上菱鎂礦儲量最大的國家，而中國菱鎂礦的產地主要集中在遼寧省的南部地區-大石橋、海城、岫巖地區。菱鎂礦資源集中、礦床巨大，且礦帶多處于交通便利的遼南地區丘陵帶。遼南大石橋、海城地區勘探出來的儲量就有25億t。

隨著冶金工業的不斷發展，鎂質耐火材料需求量與日俱增，同時材料的質量也趨向高純度發展。隨之而來，為了滿足市場需求和追求產品質量，大部分礦山采用傳統采礦方式采富棄貧，低品位菱鎂礦被廢棄，并占地堆放，造成資源極大的浪費，且形成白色污染，嚴重影響當地的環境，縮短礦山服務年限。

在高溫工業的發展和技術進步的促動下，我國耐火材料工業迅速發展，技術進步成效顯著，產品品種質量水平不斷提高，耐火材料消耗逐年下降。當前，我國耐火材料產量已多年居世界第一。根據我國耐火材料產業政策和市場分析，開發推廣規模化低能耗電容鎂砂、精練爐不燒磚，以及高鈣燒成鎂鈣磚等高檔耐火材料的的新工藝和新設備是新的發展方向。

開發高檔堿性耐火材料是提升我國耐火材料整體水平的必由之路。開展遼寧省高硅低品位菱鎂礦浮選提純試驗研究，符合當地資源有效利用和環境保護的需要，是區域經濟發展的必然要求，也可提高企業自身的經濟效益。

遼寧海城地區某菱鎂礦含硅高達3.19%，MgO含量只91.19%，研究采用反-正浮選流程，在適宜的藥劑制度下，獲得MgO含量97.71%、產率71.82%、含硅為0.28%的試驗指標。

1 試驗原料及試驗方法

1.1 試驗礦樣制備及試驗試驗方法

高硅塊礦采用三段一閉路破碎流程。礦樣通過XPC-150×200顎式破碎機和PEXF-100×125顎式破碎機破碎至粒度≤10mm，混均并縮分出100kg，其余留作備樣?？s分后的試樣(100kg)再經過XPC-200×125對輥破碎機與篩孔尺寸2mm的篩子組成閉路破碎流程。破碎產品粒度為-2mm，裝袋備用，每袋重400g。

1.2 原礦性質

1.2.1 原礦礦物組成及粒度

某菱鎂礦礦床賦存于下遼河群大石橋組上部，含在透閃石、白云石和大理石巖層中，為沉積變質、經后期熱液交代再造富集的大型晶質菱鎂礦礦床。礦體呈巖層狀、似層狀和條帶狀，前兩種礦體形態(礦體層)較穩定，多與滑石巖、千枚巖呈互層產狀，SiO2含量平均為2%左右；后者礦體形態較不規則，厚度與質量變化均較大，SiO2含量在1.5%～5.0%之間，平均為3.5%左右。有用礦物主要為菱鎂礦，含量為96.64%，脈石礦物主要有白云石、滑石、透閃石、石英，含量分別為1.47、0.96、0.68、0.12，并有少量方解石、綠泥石及含鐵礦物。菱鎂礦均為粒狀變晶結構，按粒度大小3.0～0.20 mm，以中、細粒(-10mm)為主，巨晶比較少見。有用礦物結晶粒度粗細不等。脈石礦物白云石、滑石、透閃石的粒度分別為2.0～0.053 mm、3.0～0.06 mm、2.0～0.10 mm。

1.2.2 原礦元素組成及賦存狀態

菱鎂礦根據其結晶狀態的不同，可以分為晶質和非晶質兩種。晶質菱鎂礦呈菱形六面體、柱狀、板狀、粒狀、致密狀、土狀和纖維狀等，其往往含鈣和錳的類質同象物；非晶質菱鎂礦為凝膠結構，常呈泉華狀，沒有光澤，沒有解理，具有貝殼狀斷面。菱鎂礦結構構造多呈粒狀變晶結構、塊狀構造。

礦石中有益組份MgO的賦存狀態以獨立礦物菱鎂礦為主，部分含于(其他含MgO的礦物還有)透閃石、滑石、白云石、斜綠石中，MgO還以類質同象的形式存在于菱錳礦中。礦石中有害組份主要有：SiO2、CaO、Fe2O3和Al2O3，其中SiO2主要存在于滑石中，其次存在于透閃石、石英、綠泥石等礦物中；CaO主要以白云石和方解石獨立礦物的形式存在，呈晶質粒狀存在于菱鎂礦顆粒間。Fe2O3除以獨立礦物菱鐵礦、褐鐵礦和赤鐵礦的形式存在外，還常以類質同象的形式存在于菱鎂礦和白云石中。Al2O3主要以綠泥石的形式存在于各礦物的礦粒間或裂隙中。部分鎂礦石含微量無定形炭，在菱鎂礦晶體中呈云霧狀不均勻分布，菱鎂礦晶體中的炭質使礦石呈灰黑色或黑色。

原礦各組分含量如表1所示。

表1 礦樣各組分含量分析結果

3 試驗結果及分析

由該礦石的物質組成及特點可知，礦石中MgO含量較低，硅、鈣等雜質含量較高，浮選難度較大。本研究的目的是在有效去除雜質、提高精礦品位的前提下，提高精礦產率，進而提高資源利用率。

3.1 反浮選條件試驗

3.1.1 磨礦細度試驗

磨礦細度是影響分選指標的重要因素，適宜的磨礦細度是使目的礦物與脈石礦物實現有效解離的最小細度。試驗流程及條件見圖1(藥劑用量：g/t，以下同。條件考察后，采用考察確定條件)，試驗結果見圖2。

圖1 試驗流程及條件

圖2 磨礦細度試驗結果

從圖2可以看出，隨著磨礦細度的增加，精礦產率呈下降趨勢，而精礦品位先增大后減小。當磨礦細度為-200目70%時，MgO含量最高，為96.73%，此時，精礦產率為57.39%。

磨礦細度在-200目含量大于70%時，精礦品位有所下降，說明礦石已開始泥化，原因是含有硅酸鹽的脈石礦物比菱鎂礦易于泥化。因此，適宜磨礦細度為-200目70%～72%。

3.1.2 鹽酸用量試驗

酸性環境有利于菱鎂礦反浮選脫硅，而鹽酸是常用的調整酸性礦漿的pH值調整劑。六偏磷酸鈉用量150 g/t條件下,考察鹽酸用量對試驗指標的影響，試驗結果見圖3。

圖3 鹽酸用量試驗結果

從圖3可以看出，隨著鹽酸用量的增大，精礦產率下降，同時精礦中MgO含量呈升高趨勢。當鹽酸用量為0時，精礦產率為80.10%，MgO含量為94.56%；當鹽酸用量為1000g/t時，精礦產率下降到73.90%，MgO含量上升為96.32%。這說明減小介質的pH值，會增強捕收劑對脈石礦物的捕收作用。當鹽酸用量為1500g/t時，精礦產率下降到66.43%，MgO含量上升為96.58%；當鹽酸用量為2000g/t時，精礦產率下降到65.56%，MgO含量上升為96.73%；當鹽酸用量大于2000g/t以后，精礦產率繼續下降，但MgO含量不再上升反而略有下降。這表明鹽酸用量應控制在一定范圍內，如果介質的pH值過低，會導致浮選指標發生惡化。綜合數量指標和質量指標及現場生產實際情況，取鹽酸用量為1500g/t。

3.1.3 六偏磷酸鈉用量試驗

六偏磷酸鈉是菱鎂礦分選中常用的調整劑，因其為良好的分散劑而有利于礦物上浮，同時也是脈石礦物的抑制劑。六偏磷酸鈉用量試驗結果見圖4。

圖4 六偏磷酸鈉用量試驗結果

從圖4可以看出，隨著六偏磷酸鈉用量的增加，反浮選泡沫產品數量增加，精礦產率下降，同時精礦中MgO含量升高。說明六偏磷酸鈉確實選擇性增強了捕收劑對脈石礦物的捕收作用。當六偏磷酸鈉用量100g/t時，精礦產率69.61%，MgO含量96.26%。當六偏磷酸鈉用量大于150g/t以后，精礦產率從66.43%降到60.32%，MgO含量也開始下降，六偏磷酸鈉失去了選擇性活化的作用。綜合精礦品位和產率兩方面情況，并考慮到生產成本，確定六偏磷酸鈉的用量為150g/t，此時，精礦產率70.98%，MgO含量為96.67%。

3.1.4 KD-I捕收劑用量試驗

本次反浮選試驗使用的KD-I捕收劑，是作者自主研發的新型捕收劑。同目前菱鎂礦反浮選普遍采用的捕收劑十二胺相比，KD-I具有選擇性好、可在低溫時使用、泡沫均勻穩定且易消泡的特點。KD-I捕收劑用量試驗結果見圖5。

圖5 捕收劑用量試驗結果

從圖5可以看出，隨KD-I捕收劑用量的增加，精礦產率降低，精礦中MgO含量升高。當捕收劑用量大于100g/t后，精礦產率下降速度遠大于MgO含量升高速度。當捕收劑用量為100g/t時，精礦產率74.65%，MgO含量96.87%；當捕收劑用量為125g/t時，精礦產率68.42%，MgO含量96.92%。比較上述數據，精礦產率降低6.23%，而MgO含量從96.87%上升到96.92%，只是略有增加。當捕收劑用量為150g/t時，精礦產率繼續下降，而精礦品位反而略有降低，說明捕收劑有些添加過量，浮選效果開始變差。綜合考慮產品的質量和產率，確定反浮選捕收劑KD-I的用量為100g/t。

3.1.5 增加反浮選精選次數試驗

菱鎂礦反浮選在粗選段泡沫中主要是礦泥和可浮性好的細粒級顆粒，受其影響浮選泡沫發粘、較虛，泡沫量雖然很大但帶礦較少；在掃選段，泡沫均勻帶礦量大，這段作業對提高精礦品位至關重要。在操作上，非常難于平衡產率和品位的關系。主要原因是礦漿中剩余脈石礦物的可浮性不如粗選段，其次礦漿中有上段作業剩余的藥劑。為了強化掃選段的提升品位的目的，進行增加精選次數，即二次精選試驗，對比一粗一精(捕收劑60g/t、40g/t)流程與一粗兩精(捕收劑50g/t、30g/t、20g/t)對浮選指標的影響，試驗結果見表2。

比較表2中一粗一精與一粗二精流程試驗結果，一粗二精，即三段浮選流程的品位優于兩段流程的結果，精礦中MgO含量達到97.15%，而三段浮選流程的產率低于二段流程。本試驗質量符合要求下，盡量提高產率，而二段流程精礦品位達不到要求。因此，若采用單一反浮選流程處理該礦石，三段流程優于二段浮選流程。

3.2 正浮選試驗

采用單一反浮選選流程，經條件優化后，精礦SiO2含量仍高達0.35%，可見，單一反浮選流程無法有效脫除礦石中的雜質。因此，對反浮選后的精礦進行正浮選試驗研究。

正浮選采用KD-2 為捕收劑，用量350g/t，正浮選試驗通常采用的調整劑為碳酸鈉、六偏磷酸鈉、(鹽化)水玻璃，對三種調整劑采用三因素三水平正交試驗，判定其對指標的影響程度，以確定較佳試驗條件。碳酸鈉(A)取800g/t、900g/t、1000g/t；六偏磷酸鈉(B)取50g/t、75g/t、100g/t；(鹽化)水玻璃(C)取1000g/t、1200g/t、1400g/t。正交試驗試驗設計及試驗結果見表3。

表2 一粗一精與一粗二精流程對化試驗結果

表3 試驗設計及試驗結果

效應顯著性由大到小的順序為：水玻璃、六偏磷酸鈉、水玻璃與六偏磷酸鈉的交互項、碳酸鈉。

水玻璃、六偏磷酸鈉、碳酸鈉三因素主效應的比值為：0.40∶0.29∶0.25=1∶0.73∶0.61。水玻璃、六偏磷酸鈉、碳酸鈉步長為100g、7g、123g，起點分別為1400、60、600，進行5組試驗，考察調整劑的適宜用量，試驗條件及結果見表5。

表5 調整劑用量試驗條件及結果

從表5可以看出，第4號試驗為最優點?？紤]操作方便，對試驗藥量做適當調整。調整劑最佳用藥量為：碳酸鈉1800g/t、六偏磷酸鈉80g/t、水玻璃900g/t。對高硅三級菱鎂礦選別，獲得高純精礦中SiO2含量0.28%、MgO含量97.71%、CaO/SiO2>2、產率71.82%的浮選指標。

4 結論

遼寧某菱鎂礦，因品位低、硅含量高，為難選菱鎂礦礦石。試驗采用反-正浮選流程，反浮選中采用一粗二精流程，以鹽酸、六偏磷酸鈉為調整劑，KD-1為捕收劑，獲得了MgO含量97.15%、產率73.86%、含硅為0.35%的反浮選精礦。因硅含量較高，對反浮選精礦采用正浮選流程，以碳酸酸鈉1800、六偏磷酸鈉80g/t、水玻璃900 g/t為調整劑，以KD-2為捕收劑，獲得MgO含量97.71%、產率71.82%、含硅為0.28%的最終精礦。試驗結果，為該高硅礦的加工利用提供了依據和參考。

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