鐵礦石磁脈沖預(yù)處理技術(shù)研究

高 鵬，李國(guó)峰，周惠文，李艷軍，韓躍新，李朝朋

（1.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng)110819；2.鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)設(shè)計(jì)研究院，遼寧 鞍山114002；3沈陽(yáng)隆基電磁科技股份有限公司，遼寧 沈陽(yáng)113122）

隨著中國(guó)鋼鐵工業(yè)的高速發(fā)展，選礦技術(shù)裝備水平也不斷提升，但在能源的有效利用方面，國(guó)內(nèi)和國(guó)外先進(jìn)的選礦企業(yè)還存在著較大的差距。因此，開(kāi)展高效節(jié)能選礦技術(shù)和裝備研究，優(yōu)化和縮短工藝流程，提高鐵礦磨礦效率和分選指標(biāo)具有重要意義［1－3］。

磁脈沖技術(shù)利用礦石中不同礦物的電磁性和機(jī)械性差異，通過(guò)對(duì)礦石施加磁脈沖，在不同礦物的界面上產(chǎn)生周期性拉伸、壓縮、剪切、折彎、扭轉(zhuǎn)等機(jī)械作用力，在礦石內(nèi)部礦物界面上產(chǎn)生擴(kuò)展裂紋和裂縫，進(jìn)而降低礦石的強(qiáng)度和改善礦物解離特性［4－5］。岡恰羅夫?qū)Χ砹_斯米哈伊諾夫斯克采選公司選礦廠的磁選粗精礦進(jìn)行了磁脈沖預(yù)處理試驗(yàn)，結(jié)果表明，三段磨礦的處理量提高5%～17%，鐵精礦品位提高0.3%～0.5%［6］。波利斯科夫認(rèn)為，對(duì)磁鐵礦進(jìn)行磁脈沖處理，可提高磁鐵礦的磨礦效率和礦物解離的選擇性［7］。東北大學(xué)采用磁脈沖技術(shù)對(duì)新疆某金礦進(jìn)行預(yù)處理，使得金的浸出率提高0.6%［8］。因此，磁脈沖技術(shù)能夠降低選礦能耗、提高資源利用率。

本試驗(yàn)以大孤山磁鐵礦石作為原料，進(jìn)行了磁脈沖預(yù)處理研究，以期改善鐵礦石的磨礦效率和選別指標(biāo)。

1 試驗(yàn)原料

1.1 原礦化學(xué)成分和物相組成

本試驗(yàn)所用原礦取自大孤山選礦廠的球磨給礦，混勻、縮分出部分礦樣并破碎至－2mm（d50＝0.41mm）作為試驗(yàn)原料。原礦化學(xué)多元素分析見(jiàn)表1，X射線衍射分析結(jié)果見(jiàn)圖1。

由表1分析結(jié)果可知，礦石中有用元素是鐵，TFe品位為32.61%，其中FeO含量為17.49%；主要雜質(zhì)成分為SiO2，占45.77%；有害元素硫、磷含量較低。圖1表明，礦石中主要有用礦物為磁鐵礦，主要脈石礦物為石英和綠泥石。

1.2 原礦中鐵元素的化學(xué)物相分析

為考查原礦中鐵元素的存在形式，對(duì)原礦進(jìn)行了鐵元素的化學(xué)物相分析，結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 原礦化學(xué)多元素分析／%

圖1 原礦X射線衍射分析圖譜

表2 礦石中鐵元素的化學(xué)物相分析結(jié)果／%

由表2可知，礦石中鐵元素主要以磁鐵礦的形式存在，磁鐵礦中的鐵為26.14%，分布率高達(dá)79.70%。礦石中還有一定量的菱鐵礦、赤（褐）鐵礦和硅酸鐵，鐵元素含量分別為1.99%、2.06%和2.10%。硫化鐵中的鐵含量較低，僅為0.32%。

2 研究方法

分別取500g原礦和磁脈沖預(yù)處理礦樣，采用QBXG－2型球磨機(jī)和 RK／CRSΦ400×300弱磁選機(jī)，在相同的工藝條件下，進(jìn)行磨礦和磁選試驗(yàn)，磁選試驗(yàn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度均為79.62kA／m。考查磁脈沖預(yù)處理對(duì)鐵礦石磨礦效率和選別指標(biāo)的影響。

采用Motic BA300Pol生物顯微鏡對(duì)磨礦產(chǎn)品進(jìn)行單體解離度分析，考查磁脈沖預(yù)處理對(duì)礦物單體解離情況的影響。

采用SSX－550掃描電子顯微鏡（SEM）對(duì)原礦和磁脈沖預(yù)處理礦樣進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)分析，考查磁脈沖預(yù)處理對(duì)礦石微觀結(jié)構(gòu)的影響。

3 結(jié)果與討論

3.1 磁脈沖預(yù)處理對(duì)磨礦效果的影響

取礦樣500g，在預(yù)處理磁場(chǎng)強(qiáng)度分別為23.89kA／m、39.81kA／m、55.73kA／m、79.62kA／m的條件下進(jìn)行磁脈沖預(yù)處理。在磨礦濃度70%的條件下，對(duì)原礦和磁脈沖預(yù)處理樣進(jìn)行磨礦試驗(yàn)，考查磁脈沖預(yù)處理對(duì)礦石磨礦效率的影響。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 磁脈沖預(yù)處理對(duì)礦石磨礦效率的影響

由圖2可以看出，當(dāng)磨礦時(shí)間由2min延長(zhǎng)到6min時(shí)，原礦的磨礦產(chǎn)品中－0.074mm含量由45.71%增加78.22%，預(yù)處理樣的磨礦產(chǎn)品中－0.074mm含量也隨之升高。與原礦相比，磁脈沖預(yù)處理的磁場(chǎng)強(qiáng)度為39.81kA／m時(shí)，預(yù)處理樣的磨礦產(chǎn)品中－0.074mm含量均呈增加的趨勢(shì)。在磨礦時(shí)間由2min延長(zhǎng)到6min的過(guò)程中，預(yù)處理樣的磨礦產(chǎn)品中－0.074mm含量的增加幅度介于0.25%～2.4%之間。因此，確定磁脈沖預(yù)處理適宜的磁場(chǎng)強(qiáng)度為39.81kA／m。

3.2 磁脈沖預(yù)處理對(duì)磁選指標(biāo)的影響

取500g原礦和磁脈沖預(yù)處理樣，采用相同的磨礦和磁選條件進(jìn)行磨礦－磁選試驗(yàn)，考查磁脈沖預(yù)處理對(duì)磁鐵礦選別指標(biāo)的影響，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 磁脈沖預(yù)處理對(duì)磁選指標(biāo)的影響

由圖3可以看出，與原礦相比，磁脈沖預(yù)處理樣的選別指標(biāo)有顯著提高。磨礦時(shí)間由2min延長(zhǎng)到6min的過(guò)程中，磁脈沖預(yù)處理使磁選精礦的TFe品位提高0.41%～2.43%，鐵回收率提高0.55%～1.81%。

為獲得合格品位鐵精礦，保持其他磨礦條件不變，延長(zhǎng)原礦和預(yù)處理樣的磨礦時(shí)間。磨礦時(shí)間為24min時(shí)，原礦和預(yù)處理樣的磨礦產(chǎn)品中－0.038mm含量均達(dá)90%以上。對(duì)磨礦產(chǎn)品進(jìn)行磁選，選別指標(biāo)見(jiàn)表3。

表3 原礦及預(yù)處理樣的磁選指標(biāo)／%

由表3可知，磁脈沖預(yù)處理使磨礦產(chǎn)品中－0.038mm含量由92.51%增加到93.90%；同時(shí)，磁選精礦的TFe品位由64.69%增加到66.42%，鐵回收率由73.12%增加到73.87%。表明磁脈沖預(yù)處理能夠有效提高鐵礦石的磨礦效率，有利于實(shí)現(xiàn)磨礦產(chǎn)品的高效分選。對(duì)鐵礦石的開(kāi)發(fā)利用，起到了節(jié)能作用。

3.3 磁脈沖預(yù)處理對(duì)礦物單體解離度的影響

將原礦和預(yù)處理樣在相同磨礦條件下磨至－0.038mm粒級(jí)達(dá)90%以上，并篩分為＋0.043mm、－0.043mm＋0.038mm、－0.038mm三個(gè)粒級(jí)，分別采用Motic BA300Pol生物顯微鏡進(jìn)行單體解離度分析，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 原礦及預(yù)處理樣單體解離度分析／%

由表4可知，經(jīng)磁脈沖預(yù)處理后，磨礦產(chǎn)品中＋0.043mm、－0.043mm＋0.038mm、－0.038mm三個(gè)粒級(jí)的磁鐵礦單體解離度分別由80.01%、85.96%和88.24%增加到86.45%、86.90%和90.99%。表明磁脈沖預(yù)處理能夠有效提高各粒級(jí)磨礦產(chǎn)品的單體解離度，這也是預(yù)處理樣的選別指標(biāo)較原礦有明顯提高的主要原因。

3.4 磁脈沖預(yù)處理對(duì)礦樣微觀形貌的影響

將原礦和預(yù)處理樣分別與冷杉樹(shù)脂均勻混合，經(jīng)研磨拋光制作成顯微鏡光片，采用SSX－550掃描電子顯微鏡觀察磁脈沖預(yù)處理對(duì)礦樣微觀結(jié)構(gòu)的影響，原礦及預(yù)處理樣的SEM圖像見(jiàn)圖4。

由圖4可知，與原礦相比，預(yù)處理樣的磁鐵礦（灰白色）與脈石礦物間的裂縫數(shù)量有所增加。礦樣和預(yù)處理樣的局部放大圖顯示，磁脈沖預(yù)處理后，磁鐵礦與脈石礦物間的裂縫寬度呈擴(kuò)大趨勢(shì)，有利于提高鐵礦石的磨礦效果。這是因?yàn)椋瑥?qiáng)磁性礦物顆粒在交變磁場(chǎng)中不停地呈現(xiàn)出拉伸、壓縮、剪切等效應(yīng)力，使鐵礦石內(nèi)部沿不同礦物界面生成擴(kuò)展裂紋和裂縫，進(jìn)而降低礦石的物理強(qiáng)度，當(dāng)磁脈沖能量達(dá)到一定值時(shí)，不同礦物之間出現(xiàn)分離［9］。

4 結(jié) 論

1）磁脈沖預(yù)處理有利于提高鐵礦石的磨礦效率。在磁脈沖預(yù)處理磁場(chǎng)強(qiáng)度為39.81kA／m時(shí)，預(yù)處理后磨礦產(chǎn)品中－0.074mm含量增加0.25%～2.4%。

2）相同條件的磨礦－磁選試驗(yàn)表明，磁脈沖預(yù)處理可以使磁選精礦得TFe品位增加0.41%～2.43%，鐵回收率增加0.55%～1.81%，有效提高了鐵礦石的分選指標(biāo)。

3）磁脈沖預(yù)處理使鐵礦石內(nèi)部沿不同礦物界面生成擴(kuò)展裂紋和裂縫，磁鐵礦與脈石礦物之間的裂縫數(shù)量增多、寬度增大，進(jìn)而提高磨礦產(chǎn)品的單體解離度。

圖4 原礦及預(yù)處理樣的SEM圖像

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