微細粒低品位碳酸錳礦強磁選工藝研究

李茂林，秦 勤，但智鋼，崔 瑞，楊 鑫，曾凡霞

（1.武漢科技大學冶金礦產資源高效利用與造塊湖北省重點實驗室，湖北武漢，430081；2.中國環境科學研究院，北京，100012）

微細粒低品位碳酸錳礦強磁選工藝研究

李茂林1，秦 勤1，但智鋼2，崔 瑞1，楊 鑫1，曾凡霞1

（1.武漢科技大學冶金礦產資源高效利用與造塊湖北省重點實驗室，湖北武漢，430081；2.中國環境科學研究院，北京，100012）

對某地微細粒低品位碳酸錳礦進行強磁選工藝試驗，經強磁粗選，可獲得品位和回收率分別為22.64%和51.76%的錳精礦，經疏水絮凝處理可將磁選精礦品位和回收率分別提高到23.06%和54.89%；經強化疏水絮凝處理，可獲得品位和回收率分別為18.80%和10.69%的掃選精礦。

碳酸錳礦；強磁選；疏水絮凝

隨著我國電解錳產能的迅速擴大，碳酸錳礦的消耗也日趨增大，使得碳酸錳礦品位逐漸下降，且由此引起的生產過程資源消耗、排放和污染顯著增加。在電解錳生產工藝中，錳礦品位每降低1%，錳礦消耗增加5%，硫酸和氨水消耗增加2%，錳渣排放增加5%。為了有效開發和利用錳礦資源，本文在上世紀80年代對湖南花垣地區碳酸錳礦在系列研究［1－3］的基礎上，對湖南花垣地區微細粒低品位碳酸錳礦石進行強磁選試驗，研究該類礦物的磁選性質和可行性磁選工藝。

1 試驗

1.1 礦樣

碳酸錳原礦產自湖南花垣地區，錳品位為10.96%，其中，菱錳礦、水錳礦及大部分黏土礦呈隱晶質結構，兩者均勻分布在礦石中，方解石和石英主要分布在0.5 mm左右的細脈中，緊靠脈壁生長的礦物為方解石，其次是石英石，兩者形成梳狀構造。原礦主要化學成分如表1所示。

表1 原礦主要化學成分（wB／%）Table 1 Chemical compositions of the raw ore

1.2 選礦方法

碳酸錳礦中主要含錳礦物為菱錳礦，屬于弱磁性礦物，而絕大多數脈石礦物為非磁性礦物。為了獲得品位大于18%的碳酸錳精礦，文章利用兩者之間磁性的明顯差別，采用磁選工藝對碳酸錳礦進行回收。

（1）強磁粗選

強磁粗選采用XCSQ－50×70濕式強磁選機，將碳酸錳礦料細磨至－38μm（占80%），在30%礦漿濃度（質量分數，下同）下進行強磁粗選。

（2）強磁掃選

為了提高精礦回收率，先在磁場強度為1.59 ×106A／m、礦漿濃度為30%條件下進行強磁粗選，然后在磁場強度為1.79×106A／m下進行強磁掃選。

（3）疏水絮凝強磁掃選

掃選前在礦漿中加入碳酸鈉，調整p H至10，并加入2 kg／t水玻璃和2 kg／t六偏磷酸鈉進行分散，再加入2 kg／t的油酸鈉強攪拌，疏水絮凝后強磁掃選。

（4）強化疏水絮凝強磁掃選

在疏水絮凝強磁掃選工藝基礎上進行改進，即在磁場強度為0.24×106A／m強磁攪拌下疏水絮凝，攪拌速率為1 000 r／min。

2 結果與討論

2.1 強磁粗選效果分析

碳酸錳礦的強磁粗選結果如表2所示。從表2中可看出，隨著磁場強度增大，錳精礦品位逐漸降低，回收率逐漸增高，當磁場強度為1.59×106A／m時，一次強磁粗選可獲得品位和回收率分別為22.64%和51.76%的錳精礦。

表2 強磁粗選試驗結果Table 2 Results of high－intensity magnetic roughing separation

2.2 強磁掃選效果分析

強磁掃選試驗結果如表3所示。從表3中可看出，一次掃選僅能獲得含錳品位為16.28%、回收率為8.07%的掃選精礦；1次粗選4次掃選方可獲得綜合品位和累計回收率分別為20.33%和71.52%的磁選混合精礦。粗選尾礦中經過兩次掃選后，掃選效果明顯降低，若采用更多段掃選來提高精礦回收率不符合生產經濟效益。因此該碳酸錳礦依靠常規濕式強磁選方法進行有效分選難度較大，為了獲得理想的分選指標，必須考慮采用其他工藝對礦石進行預處理。

表3 強磁掃選試驗結果Table 3 Results of high－intensity magnetic scavenging separation

2.3 疏水絮凝強磁掃選效果分析

疏水絮凝強磁掃選結果如表4所示。從表4中可看出，疏水絮凝強磁掃選可以獲得品位為17.76%、回收率為8.92%的掃選精礦，經一次強磁粗選和掃選可以獲得品位為21.81%、回收率為60.60%的混合磁選碳酸錳精礦。從疏水絮凝強磁掃選結果看，粗選尾礦經過疏水絮凝處理后精礦品位提高了1.48%，回收率提高了0.85%，可見疏水絮凝對于改善礦石分選粒徑具有一定的效果。

但由于菱錳礦、方解石、白云石等碳酸鹽類礦物表面性質相近，油酸鈉對菱錳礦的吸附缺乏較好的選擇性，而會吸附在方解石和白云石等脈石礦物表面使其疏水化，并與部分經過疏水化的碳酸錳礦石顆粒在剪切力的作用下發生了疏水絮凝，降低了絮凝體的純度及比磁化系數，從而使其無法通過強磁選回收。

表4 疏水絮凝強磁掃選試驗結果Table 4 Results of high－intensity magnetic scavenging separation by hydrophobic flocculation

2.4 強化疏水絮凝強磁掃選效果分析

絮凝過程中增加有選擇性的磁作用力、減小非選擇性的機械作用力，可以改善菱錳礦石顆粒的分選粒徑［4－5］。強化疏水絮凝強磁掃選結果如表5所示。從表5中可看出，強化疏水絮凝強磁掃選后的精礦品位達到1 8.8%，回收率達到10.69%；經一次強磁粗選和掃選，可以獲得品位為21.88%、回收率為62.68%的碳酸錳混合精礦。與常規磁選掃選比較，精礦品位提高了2.52%、回收率提高了2.62%；與常規疏水絮凝磁選掃選比較，精礦品位提高了1.04%、回收率提高了1.77%。

表5 強化疏水絮凝強磁掃選試驗結果Table 5 Results of high－intensity magnetic scavenging separation by intensified hydrophobic flocculation

根據疏水絮凝和磁團聚的作用原理，在該絮凝過程中，顆粒間受到雙電層靜電力、范德華力、疏水作用力和磁作用力的共同作用和制約，并且隨著顆粒間距離的減小，各個作用力更加強烈，而其中疏水作用力、范德華力和磁作用力為吸引力，僅雙電層作用力為排斥作用力，四種作用力相互作用形成一個顆粒間聚團所需要克服的能壘。為了降低這一能壘，就必須增加顆粒表面的疏水性、外加磁場的磁場強度、降低顆粒表面電位，而后依靠機械剪切力的作用克服聚團能壘，使顆粒間距離減小至吸引作用力大于排斥作用力而順利聚團。

但這一過程的磁力作用有別與氧化鐵礦的磁絮凝過程，因為菱錳礦屬于順磁性礦物，當其脫離磁場后菱錳礦顆粒不會存在磁滯，此時菱錳礦顆粒間不再存在磁力作用，顆粒間保持聚團只依靠疏水作用力和范德華力。因此在外加磁場絮凝過程中，磁作用力與機械剪切力作用相同，只是幫助顆粒克服聚團所需要的能壘，但是由于磁作用力對于比磁化系數差別較大的礦物顆粒具有很強的選擇性，在磁作用力足夠大、機械剪切力足夠小的情況下可以使磁性顆粒間發生具有較好選擇性的疏水絮凝，從而保證絮凝體的純度。

3 結論

（1）磁場強度為1.59×106A／m時，一次粗選可獲得品位和回收率分別為22.64%和51.76%的錳精礦。

（2）磁場強度為1.79×106A／m時，一次掃選可獲得品位和回收率分別為16.28%和8.07%的掃選精礦；強化疏水絮凝處理可將掃選精礦品位和回收率分別提高到18.80%和10.69%，掃選精礦品位提高了2.52%、回收率提高了2.62%

［1］ 鐘彪，湯新命，陶敏.湖南碳酸錳礦石的工藝礦物學特點［J］.礦冶工程，1986，6（2）：40－43.

［2］ 劉承憲，韓有望.湖南花垣錳礦石磁性和強磁選特點［J］.北京鋼鐵學院學報，1982（4）：2－3.

［3］ 胡永平.花垣錳礦南區貧碳酸錳礦石選礦研究［J］.中國錳業，1989（5）：22－27.

［4］ 盧壽慈.疏水聚團分選的進展［J］.金屬礦山，1999（9）：15－18.

［5］ 宋少先，崔吉讓，盧壽慈.弱磁性礦物顆粒在外磁場中的疏水絮凝［J］.金屬礦山，1997，49（1）：49－54.

High－intensity magnetic separation of fine and low－grade manganese carbonate ore

Li Maolin1，Qin Qin1，Dan Zhigang2，Cui Rui1，Yang Xin1，Zeng Fanxia1
（1.Hubei Key Laboratory for Efficient Utilization and Agglomeration of Metallurgic Mineral Resources，Wuhan University of Science and Technology，Wuhan 430081，China；2.Chinese Research Academy of Environmental Sciences，Beijing 100012，China）

An experimental study on high－intensity magnetic separation has been conducted of the fine and low－grade manganese carbonate ore from a certain region.With high－intensity magnetic roughing separation，manganese concentrate with the grade of 22.64%and the recovery rate of 51.76%were obtained.With hydrophobic flocculation treatment before high－intensity magnetic roughing separation，the grade and the recovery rate can be raised to 23.06%and 54.89%，respectively.Similarly，the separation effect can be remarkably improved after treatment by intensified hydrophobic flocculation before the first high－intensity magnetic scavenging separation，and the grade of scavenging concentrate and the recovery rate of manganese is up to 18.80%，10.69%from 16.28%，8.07%.

manganese carbonate ore；high－intensity magnetic separation；hydrophobic flocculation

TD924

A

1674－3644（2012）04－0247－03

［責任編輯 彭金旺］

2011－10－27

李茂林（1963－），男，武漢科技大學教授.E－mail：limao－lin＠vip.163.com