我國貧細鐵礦分選技術研究進展

梅　倩　陳亞婷　王美娜　尹　鐸　鄒文杰

(北京科技大學土木與環境工程學院)

?

我國貧細鐵礦分選技術研究進展

梅倩陳亞婷王美娜尹鐸鄒文杰

(北京科技大學土木與環境工程學院)

摘要介紹了我國鐵礦資源現狀，總結了我國貧細鐵礦石分選技術研究進展。著重評述了貧細鐵礦石的反浮選技術、磁選、焙燒磁選以及磁重浮聯合分選技術等方面的現有成果、生產工藝和應用情況。磁重浮聯合分選工藝可實現貧細鐵礦和鐵尾礦的高效分選。

關鍵詞貧細鐵礦赤鐵礦尾礦浮選

隨著我國經濟的高速發展，國內的鋼鐵企業對鐵礦石的需求量迅猛增長，國內的鐵礦石生產遠遠滿足不了需求，并且鐵礦石的進口依賴度逐步上升。我國鐵礦石資源儲量豐富，整體來講富礦少、貧礦多，易選礦少、難選礦多。

近些年，對于貧、細鐵礦，逐漸形成了以弱磁—強磁—陰離子反浮選為核心的較成熟的分選工藝，基本解決了難選鐵礦開發利用的主體工藝難題。為此，本文在國內外相關研究的基礎上，分析論述了國內外貧、細鐵礦的浮選、單一磁選、聯合選礦及其他選礦技術的研究現狀。

1國內鐵礦資源現狀

鋼鐵行業作為我國國民經濟的支柱性產業，對國家經濟的增長起著重要的作用，我國是鋼鐵大國，卻并非鋼鐵強國。我國鐵礦石儲量豐富，但其中97%為貧礦，鐵礦平均品位為33%，低于世界品位11個百分點，鐵品位大于50%的富礦僅占2.7%。赤鐵礦是我國重要的鐵礦資源之一，但由于我國赤鐵礦品位較低，成分復雜且嵌布粒度細，均不利于其選別利用。目前，國內赤鐵礦選礦技術還處在發展階段，鐵精礦品位和回收率均較低，尾礦中仍有較多未被回收的有用成分，且我國尾礦的綜合利用率只有7%[1]。我國鐵礦資源“貧、細、雜”的特點，使得國內鐵礦石的供應遠不能滿足鋼鐵行業的需求，因此，我國每年需要從國外進口大量的鐵礦石原料，成為全球最大的鐵礦石進口國，2014年中國鐵礦石進口量同比增長13.8%，對外依存度高達78.5%，上升了9.7個百分點[2]。根據中國海關最近公布的數據來看，2015年12月中國鐵礦石進口環比增長17%，全年進口量增長2.2%，創下記錄新高。要緩解我國對外鐵礦石嚴重依賴的局面，必須合理開發利用鐵礦資源，提升技術水平。

2貧細鐵礦浮選技術研究進展

近年來，由于浮選工藝分離速度快、易于控制等優點，受到普遍重視，赤鐵礦浮選分為正浮選和反浮選，正浮選捕收劑選擇性不足，導致其分選指標差，因而逐漸被反浮選工藝所取代。有研究針對江口鐵礦分別進行了單一反浮選和正浮選試驗[3]，試驗表明，對于品位為27.86%的原礦，當粗選段捕收劑十二胺用量為60 g/t時，精礦的產率為73.59%，鐵品位為30.24%；十二胺用量為200 g/t時，精礦產率為57.83%，鐵品位僅為31.03%，江口鐵礦可浮性很差，正浮或反浮選的單一浮選工藝均不能實現該礦物的有效分選。

根據捕收劑不同，反浮選又分為陽離子反浮選和陰離子反浮選，陽離子反浮選工藝在磁選精礦的提質降硅上擁有較大優勢。其捕收劑在國內外主要為脂肪胺類，脂肪伯胺是最早期的陽離子捕收劑，后被效果更好的醚胺類代替[4]。目前我國的陽離子捕收劑大多是伯胺類(十二胺等)和武漢理工大學研制的GE系列捕收劑[5]。鞍鋼弓長嶺選礦廠改造前的鐵精礦品位為65.5%，但SiO2含量高達8%～9%，在磁選精礦之后增加反浮選作業，鐵精礦品位提至68.9%，SiO2含量降至4%左右[6]。利用陽離子反浮選技術降硅提鐵受到了選礦廠和煉鐵廠的普遍歡迎，而且該浮選作業消耗的成本較低，經濟效益顯著。

對于陰離子反浮選，捕收劑作用對象為硅酸鹽礦物，硅酸鹽礦物需要先經高價態的金屬陽離子活化，使其表面吸附Ca2+、Mg2+、Fe2+等陽離子，再與陰離子捕收劑相互作用而被捕收，鐵礦多采用CaO作活化劑[7]。長沙礦冶研究院研制的RA-715、RA-915捕收劑，分選效果較好，在鐵礦反浮選中目前應用較廣[8]；馬鞍山礦山研究院有限公司MZ系列捕收劑在鞍山地區廣泛使用，而MH系列藥劑在尖山鐵礦選礦中的應用效果很好[9]。由武漢理工大學研制的MG陰離子捕收劑的主要優點是能在常溫(20～25 ℃)下使用且效果較好，最低可達15℃，但此時需加大藥劑用量[10]。LKY捕收劑在齊大山鐵礦選礦分廠的應用效果好[11]。

可浮性較差的貧細赤鐵礦一般采用陰離子反浮選工藝，中國礦業大學采用旋流-靜態微泡浮選柱對鞍鋼弓長嶺選礦廠赤鐵礦進行陰離子反浮選工業試驗，在混磁精礦鐵品位為46.91%的情況下，經過1粗2掃短流程得到了精礦鐵品位為68.17%，尾礦鐵品位為17.71%，浮選作業回收率為84.10%的良好指標[12-13]。齊大山選礦廠一選車間經過陰離子反浮選工藝改造，在原礦品位基本不變的情況下，鐵精礦品位提高了3.80個百分點[14]。

3貧細鐵礦單一磁選技術發展現狀

磁鐵礦礦石的選別一般優先選擇單一磁選工藝。南芬選礦廠對單一磁選降硅流程和磁選—浮選聯合流程做了比較，兩種工藝均能達到鐵精礦品位>69%，二氧化硅含量<4.5%的指標，但相比之下，顯然單一磁選流程更短且耗費設備少、工藝可靠、無環境污染[15]。呂憲俊[16]等人對某低品位鐵礦石進行了礦物學分析后，采用單一磁選工藝和磁選—反浮選工藝分別進行選別試驗，試驗表明，單一磁選工藝不僅流程簡單，操作容易，而且比磁選—反浮選工藝取得的分選指標理想，鐵精礦品位可達67.07%，作業回收率最高達97.81%，使鐵得到了有效的富集和回收。劉桂卿[17]等人在控制了磨礦細度后，對某低品位磁鐵礦進行了單一磁選試驗研究，試驗證明，采用階段磨礦階段選別流程比1段磨礦1段選別更經濟、環保。

焙燒磁選工藝仍為處理某些難選鐵礦的有效方法。20世紀20年代，鞍山就建立了國內第一座焙燒磁選廠，在20世紀60—70年代得到推廣應用，由于焙燒磁選能耗高、基建投資大、生產費用高，逐漸被聯合工藝所取代。周建軍等人曾采用流化床反應器作為磁化焙燒裝置，以高純N2和CO混合氣體作為還原氣體，經過800 ℃氧化焙燒預處理，對云南某地區的鮞狀赤褐鐵礦進行焙燒磁選試驗，其分選效果較理想，精礦中鐵品位達到60.18%，鐵回收率達85.91%[18]。廣西大學的沈慧庭等人針對某難選鮞狀赤鐵礦進行焙燒磁選工藝研究，采用了無煙煤作還原劑，鐵礦樣在850 ℃的條件下焙燒45 min，經過磁選后獲得了鐵精礦品位為61.60%，回收率為96.65%的良好指標。該工藝流程具有精礦易于燒結、脫水、過濾以及對水質沒有特殊要求等優點，但基建投資和生產費用高[19]。湖南大學羅丕等通過磁化焙燒—磁選工藝對江西某褐鐵尾礦進行再選回收，獲得了鐵精礦品位為64.83%，產率為51.46%，金屬回收率為78.88%的鐵精礦。

4貧細鐵礦聯合選礦技術

多種工藝方法的聯合處理不同貧細鐵礦石成為研究熱點。目前工業上應用的赤鐵礦選礦工藝主要有3種：連續磨礦—弱磁—強磁—陰離子反浮選、階段磨礦—粗細分選—重—磁—陰離子反浮選和階段磨礦—粗細分選—磁—重—陰離子反浮選。

鞍鋼調軍臺選礦廠已經做過連續磨礦—弱磁—強磁—陰離子反浮選工藝工業試驗研究，幾年來，經過對技術和設備的不斷改進。2005年在采用Slon立環脈動高梯度強磁機，并用羧甲基淀粉代替玉米淀粉作為陰離子反浮選抑制劑的條件下，原礦鐵品位為29.5%時，獲得的選礦指標鐵精礦品位為67.61%，尾礦品位為9.21%，金屬回收率為79.65%[20]。該廠工藝流程緊湊，具有較好的工藝結構，取得了比較高的工藝指標，但該工藝也存在一些缺點，陰離子反浮選對溫度要求比較高，淀粉作為抑制劑會導致鐵精礦過濾困難。其工藝流程見圖1。

圖1　鞍鋼調軍臺選礦廠連續磨礦、弱磁一

齊大山選礦廠采用階段磨礦、粗細分級、重選—磁選—陰離子反浮選改造了原階段磨礦、粗細分選、重選—磁選—浮選(酸性正浮選)聯合流程的鐵精礦品位不高、缺乏市場競爭力的缺點[21]。在經濟效益持平的條件下，改造后的齊大山選礦流程對細級別選別的針對性更強，對鐵礦石的適應性更好，實現了經濟上合理、技術上先進的雙重要求。其中，SLon立環脈動高梯度強磁機在磁選階段呈現了更好的選別效果[22]。但是，改造后的流程仍存在許多不足。例如，受到入磨粒級較寬、原生礦泥較多和1段磨礦產品粒度的影響，1段磨礦作業過磨較為嚴重，需要進一步優化1段磨礦作業，水力旋流器的工作狀態波動較大，容易造成流程不穩定等問題，其工藝流程見圖2。

圖2　齊大山選礦廠階段磨礦、重選—

近年來，針對復雜難選鐵礦及其尾礦的分選，國內主要進行以下研究(見表1)。對于貧、細赤鐵礦，逐漸形成了以弱磁—強磁—陰離子反浮選為核心的較成熟選礦工藝，其分選指標良好，鐵精礦品位可達67%～68%。

表1　我國貧、細鐵礦研究現狀

我國的鐵尾礦品位最高的超過20%，再選回收鐵的經濟效益非常可觀[33]。梅山鐵礦在尾礦再選環節使用SLon-1500型高磁場強度磁選機代替MS1500型高梯度強磁選機后，可提高鐵品位到35.51%，鐵回收率也有所升高，達到了51.52%，優化效果好[34]。首鋼對尾礦進行再選回收試驗，使得尾礦鐵品位降低了約1.6個百分點，磁性鐵分布降低了17.73個百分點，金屬回收率也明顯提高[35]。昆鋼上廠鐵選廠工業試驗采用SLon型立環脈動高梯度磁選機，經過1粗1精，將鐵品位22.00%左右的給礦富集到了52.00%以上，產率大于13.00%[36]。研山鐵礦對赤鐵礦浮選尾礦采用1段弱磁—1段強磁—磨礦—2段弱磁—2段強磁—1粗1掃2精閉路循環浮選工藝流程，獲得了鐵品位為63.5%、產率為9.35%、鐵回收率在30%以上的鐵精礦[37]。萊鋼集團萊蕪礦業公司業莊選礦廠的鐵尾礦品位高達20.89%，選定弱磁—強磁—重選再選流程，最后得到的鐵精礦品位在62%左右，回收率為27.91%[38]。東北大學的劉文剛等對齊大山鐵礦選礦廠的鐵尾礦進行再選試驗，試驗采用正—反浮選聯合流程，先以2,4—二羥基苯甲酸為抑制劑、油酸鈉為捕收劑進行正浮選粗選試驗，精礦鐵品位可達31.86%，鐵回收率為78.85%，然后將精礦再磨至-320目含量占95.5%，使部分連生體鐵礦物充分解離，最后經以淀粉為抑制劑、CaO為活化劑、LKY為捕收劑的1粗3精1掃陰離子反浮選提純，最終精選精礦鐵品位為66.17%，鐵回收率為27.64%[39]。對鞍鋼集團赤鐵礦尾礦進行弱磁—強磁選別處理，獲得的粗精礦再磨后，再經弱磁—強磁—反浮選流程選別獲得的精礦鐵品位為65.56%、精礦產率為11.29%、金屬回收率為44.20%、尾礦鐵品位為10.54%，粗選拋尾后再磨再選，提高了后續選別作業的入選品位，但致使回收率降低，金屬損失較大[40]。

5其他貧細鐵礦選礦技術

對于微細粒鐵礦，也可采用選擇性絮凝工藝，湖南祁東的鐵礦石嵌布粒度極細，鐵礦石經過3次絮凝脫泥—1粗1精3掃反浮選處理后，取得了精礦鐵品位為66.29%、鐵回收率為70.10%的指標，絮凝效果顯著[41]。李廣對湖南某鐵礦的弱磁性尾礦進行再回收鐵試驗研究，采用了強磁預先拋尾—選擇性絮凝脫泥—反浮選工藝流程，獲得的鐵精礦品位為62.09%，鐵回收率為41.11%[42]。長沙礦冶研究院在鐵尾礦中添加陰離子聚丙烯酰胺絮凝劑，使尾礦中的-38 μm細粒級鐵礦物濃縮聚團，再用高梯度磁選機進行磁選回收，此方法可得到鐵品位為54.32%，產率為18.81%，金屬回收率為25.38%的鐵精礦[43]。

6結語

我國鐵礦資源儲量豐富，但由于礦石品位低、鐵礦物嵌布粒度細、礦物組成復雜等因素導致其難以分選且鐵尾礦品位較高，給選礦工作者帶來了巨大的挑戰，同時也為我國鐵礦選礦技術的進步創造了機遇。貧細鐵礦石的分選已在反浮選技術、磁選、焙燒磁選以及磁重浮的聯合分選技術等方面取得了較大的進展和應用推廣。磁重浮聯合分選工藝可以實現貧細鐵礦和鐵尾礦的高效分選，其工藝主要有連續磨礦—弱磁—強磁——陰離子反浮選、階段磨礦—粗細分選—重—磁—陰離子反浮選和階段磨礦—粗細分選—磁—重—陰離子反浮選等。我國鐵尾礦整體開發利用程度很低，再選生產實踐僅局限于幾個大型的礦山企業，需要加強再選研究工作。

參考文獻

[1]楊國華，郭建文，王建華.尾礦綜合利用現狀調查及其意義[J].礦業工程，2010，8(1):55-57.

[2]薇薇.中國鐵礦石對外依存度高達78.5%[EB/OL].(2015-01-30)[2015-12-20].http://news.steelcn.cn/a/94/20150130/7670422B3303EB.html.

[3]翟勇.低品位微細粒赤鐵礦高效利用技術研究[D].長沙:中南大學，2008.

[4]阿魯吉歐AC.鐵礦浮選藥劑[J].國外金屬礦選礦，2006(2)：4-7.

[5]葛英勇，余俊，朱鵬程.鐵礦浮選藥劑評述[J].現代礦業，2009(11)：6-10.

[6]余永富.我國鐵礦山發展動向、選礦技術發展現狀及存在的問題[J].2006，26(1)：21-25.

[7]劉靜，張建強，劉炯天.鐵礦浮選藥劑現狀綜述[J].中國礦業，2007(2)：106-109.

[8]林祥輝.鐵礦選礦與藥劑新技術-RA系列藥劑的研制、生產及選礦應用[J].礦冶工程， 2006，26(4):74-77.

[9]梁振緒.提鐵降硅陰離子反浮選工藝在磁鐵礦選礦中的應用[J].礦業工程，2003，1(2)：29-30.

[10]葛英勇，袁武譜.陰離子捕收劑MG常溫反浮選鐵礦的應用研究[J].有色金屬：選礦部分，2008(5):41-43.

[11]李維兵，宋仁峰，劉華艷.我國難選鐵礦石選礦技術進步評述[J].金屬礦山，2008(11)：1-4.

[12]樸永超，劉炯天，曹亦俊，等.赤鐵礦柱式短流程反浮選工業試驗[J].金屬礦山，2011(5)：81-84.

[13]樸永超，曹亦俊，王大鵬，等.FCSMC型浮選柱的工業試驗系統及其適應性改造[J].礦山機械，2011，39(9)：79-83.

[14]張涇生，鄧克，李維兵.磁選—陰離子反浮選工藝應用現狀及展望[J].金屬礦山，2004(5)：25-28.

[15]賈連奎，李洪文，崔長志.南芬選礦廠單一磁選降硅提鐵工藝的研究和實踐[C]∥2004年全國選礦新技術及其發展方向學術研討與技術交流會論文集.北京：中國冶金礦山企業協會，2004.

[16]呂憲俊，孫麗君，杜飛飛.某低品位鐵礦石的礦物學特性與選礦試驗研究[J].金屬礦山，2010(7):75-77.

[17]劉桂卿，趙運歡，邱俊，等.某低品位鐵礦石的選礦工藝研究[J].現代礦業，2010(11): 14-16.

[18]周建軍，朱慶山，王化軍，等. 某鮞狀赤褐鐵礦流化床磁化焙燒—磁選工藝[J].過程工程學報，2009，9(2):307-313.

[19]沈慧庭，周波，黃曉毅，等.難選鮞狀赤鐵礦焙燒—磁選和直接還原工藝的探討[J].礦冶工程，2008，28(5):30-34.

[20]張國慶，李維兵，白曉鳴.調軍臺選礦廠工藝流程研究及實踐[J].金屬礦山，2006(3):37-41.

[21]李維兵.齊大山選礦廠一選車間階段磨礦—重選—強磁選—陰離子反浮選工藝工業試驗[J].金屬礦山，2001(3):24-26.

[22]陳占金，馬慶軍，景建華，等.齊大山選礦廠工藝流程研究及實踐[J].金屬礦山，2006 (5):27-31.

[23]葛新鋒，陳洲，朱顯邦.湖北某低品位磁鐵礦選礦試驗[J].現代礦業，2014(12):196-197.

[24]房青松，于軍香，宋力軍.低品位磁選鐵精礦再選新工藝[J].現代礦業，2012(7):83-85.

[25]喬吉波，溫和平，朱冰龍，等.大紅山鐵礦選廠中礦再選工藝試驗研究[J].礦冶，2014，23(2)：45-48.

[26]陳永彬，黃春源.大冶鐵礦尾礦回收試驗與實踐[J].現代礦業，2012(6):88-90.

[27]楊曉峰，陳景明.回收赤鐵礦尾礦工藝中合適的磨礦粒度及設備研究[J].礦業工程， 2013，11(6):65-67.

[28]朱運凡，楊波，盧琳.云南大紅山鐵尾礦再選新工藝研究[J].礦冶，2012，21(1):35-38.

[29]張慶豐，韓秀麗，鄭衛民.司家營鐵礦浮選尾礦再選試驗[J].金屬礦山，2012(6):152-155，164.

[30]唐漢貴，李燕芬，羅章容，等.石人溝鐵礦尾礦再選試驗研究[J].現代礦業，2012(2):89-91.

[31]李慧, 韓躍新, 靳建平. 齊大山鐵礦選礦分廠浮選尾礦再選試驗研究[J].礦業研究與開發，2012(3):58-61.

[32]李琳，呂憲俊，邱俊.內蒙某極貧鐵礦選礦試驗研究[J].中國礦業，2014，23(5):126-129.

[33]趙瑞敏.我國鐵礦尾礦綜合利用[J].金屬礦山，2009(7):158-163.

[34]于發.梅山降磷尾礦再選實踐與設備優化[J].現代礦業，2014(4):149-151.

[35]蔣文利.首鋼礦山尾礦再選回收生產實踐[J].中國礦業，1999(S4):100-103.

[36]陳本亮，肖榮華.昆鋼上廠鐵礦尾礦回收的生產實踐[J].礦業快報，2006(4)：45-47.

[37]朱成峰，周詠，田艷紅.某赤鐵礦浮選尾礦再選試驗[J].現代礦業，2014(2):171-173.

[38]金末梅，劉全軍.鐵礦尾礦的現狀和綜合利用途徑[J].礦冶，2010，19(2)：31-36.

[39]劉文剛，魏德洲，王曉慧，等.反浮選鐵尾礦正-反浮選再選研究[J].金屬礦山，2011(1)：147-149.

[40]楊曉峰.從赤鐵礦尾礦中回收鐵精礦的途徑研究[J].礦冶工程，2012，32(5):54-56.

[41]嚴小虎，余永富，陳雯，等.微細粒鐵礦選擇性絮凝脫泥-反浮選流程研究與工業實踐[C]∥第八屆(2011)中國鋼鐵年會論文集.北京：中國金屬學會，2011.

[42]李廣.湖南某鐵礦弱磁選尾礦再回收鐵試驗研究[J].礦山機械，2014(5):27-30.

[43]曾尚林，安登氣，曾維龍.從尾礦中回收-38 μm粒級鐵精礦的選礦試驗研究[J].礦冶工程，2008(1):34-36.

(收稿日期2016-01-18)

梅倩(1994—)，女，100083 北京市海淀區學院路30號。