印度尼西亞某褐鐵礦的工藝礦物學特征及提鐵降雜試驗研究

張鳳華，于　洋，黃　偉，3

(1.廣東省工業技術研究院(廣州有色金屬研究院)，廣東 廣州 510650；2.京安資源集團，廣東 深圳 518000；3.中南大學資源加工與生物工程學院，湖南 長沙 410083)

印度尼西亞某褐鐵礦的工藝礦物學特征及提鐵降雜試驗研究

張鳳華1，于洋2，黃偉1，3

(1.廣東省工業技術研究院(廣州有色金屬研究院)，廣東 廣州 510650；2.京安資源集團，廣東 深圳 518000；3.中南大學資源加工與生物工程學院，湖南 長沙 410083)

摘要：對印度尼西亞某褐鐵礦原礦石進行了化學多元素、礦物組成、礦石結構、褐鐵礦化學成分、嵌布狀態和鐵元素的賦存狀態等工藝礦物學特征檢測，進行了磨礦細度、磁場強度、磁介質粒度和磁場型式等磁選條件試驗，并進一步探查了鐵精礦中雜質硅和硫難以降低的礦物學因素。結果表明，該礦樣中主要鐵礦物為褐鐵礦，脈石礦物種類及含量較少，以石英和高嶺土為主。褐鐵礦呈凝膠同心環帶和生物結構，含有較高的硅、鋁和硫等雜質。在原礦鐵品位為51.45%時，經SSS-Ⅱ型磁選機分選，最終可獲得鐵品位54.17%，回收率88.38%的鐵精礦。物理選礦方法難以有效降低褐鐵礦中硅和硫的含量主要在于其基本呈均勻分布狀態。

關鍵詞：褐鐵礦；高梯度磁選；工藝礦物學

褐鐵礦普遍含鐵35%～40%，高者可達55%，是以含水氧化鐵為主要成分的褐色天然多礦物的混合體，主要是隱晶質的針鐵礦，混有纖鐵礦、赤鐵礦、黏土、石英等礦物，并含有吸附水及毛細水，有害雜質S、P通常較高，是普遍認為的復雜難選鐵礦石之一[1-2]。由于褐鐵礦物理性質的局限性，采用物理選礦方法，鐵精礦的鐵品位很難達到60%。目前開采以單一褐鐵礦為主的礦山較少，但是隨著鋼鐵行業的發展，鐵礦資源的貧化、細化、雜化程度加劇，如何高效地利用褐鐵礦資源定將受到關注，褐鐵礦的分選技術亦將日益受到重視[3]。

本文即針對印度尼西亞某地的褐鐵礦，以檢測礦石工藝礦物學特征為依據，進行提高鐵品位和降低雜質含量的選礦試驗，并進一步通過檢測分析結果討論了試驗結果。

1礦石性質

1.1試樣的化學多元素分析

試樣為印度尼西亞某褐鐵礦原礦石，具有典型性和代表性。試樣的化學多元素分析結果見表1。

試樣化學多元素結果表明，該礦石有價金屬主要為鐵，其他金屬含量極低，未達到綜合回收要求。原礦TFe品位為51.45%，該品位的褐鐵礦石可直接出售，其中S品位為0.22%，已達到了高爐富礦的要求，但未達到平爐富礦的要求；SiO2的含量過高，達到7.32%。

1.2試樣的礦物組成

采用目前世界上最先進的工藝礦物學參數自動定量分析測試系統Mineral Liberation Analyser(MLA)和顯微鏡對試樣中的礦物進行定量分析，結果見表2。

表1　　試樣化學多元素分析結果

表2　試樣的礦物組成和含量

礦物組成分析結果表明，礦石中除含有褐鐵礦外，還有極少量鈦鐵礦和硬錳礦；金屬硫化礦物含量較少，僅含有微量磁黃鐵礦；脈石礦物主要為石英、高嶺土和方解石等。

1.3礦石結構

礦樣中褐鐵礦主要呈凝膠同心環帶結構和生物結構，即凝膠狀褐鐵礦呈同心環帶狀分布，由于次生的溶蝕作用，礦石分布大小不一的孔洞(圖1)；有大量的生物化石(可能為有孔蟲)分布在凝膠狀褐鐵礦中(圖2)。

圖1　褐鐵礦呈凝膠同心環帶狀結構

圖2　褐鐵礦交代生物遺體，大量生物遺體分布在凝膠狀褐鐵礦中

1.4褐鐵礦的化學成分

采用能譜檢測和化學分析方法進行了褐鐵礦單礦物的檢測，結果表明褐鐵礦中除含有結構水之外，還含硅、鋁等雜質，并含少量有害雜質硫和磷。單礦物中Fe、P和S的品位分別為54.30%、0.06%和0.21%，燒失量為13.27%。據此可知，褐鐵礦精礦中鐵最高品位只能達到54.30%，磷品位會低于0.15%以下，但硫品位會略高于0.20%。

1.5褐鐵礦的嵌布狀態

本礦石中褐鐵礦大部分呈塊狀，由凝膠狀褐鐵礦集合體組成，其中分布有大量溶蝕孔洞或褐鐵礦凝膠收縮形成的孔洞，有的孔洞中充填黏土或方解石(圖3)；部分褐鐵礦礦塊中包含大量生物化石，這些生物被褐鐵礦充填交代，保留下生物形態特征；少數褐鐵礦呈凝膠狀充填于石英砂屑之間縫隙(圖4)，或見褐鐵礦浸染分布于黏土中，這些褐鐵礦粒度隨縫隙大小而變化，一般嵌布粒度為0.01～0.10mm之間。

1.6鐵元素的賦存狀態

根據原礦礦物定量和單礦物分析結果，作出了鐵在礦石中的分配見圖5。結果可知，賦存于褐鐵礦中的鐵占原礦總量的98.20%，賦存于黏土中鐵占原礦總量的1.66%，賦存于石英等脈石礦物中鐵占原礦總量的0.11%，賦存于鈦鐵礦中鐵占原礦總量的0.03%。褐鐵礦的選礦理論回收率為98.20%。

圖3　塊狀褐鐵礦孔洞中充填黏土

圖4　凝膠狀褐鐵礦膠結微細粒石英砂

圖5　鐵元素的賦存狀態平衡分配圖

2強磁選條件試驗

2.1磨礦細度試驗

磨礦細度是磁選作業技術指標高低的關鍵因素之一。當磨礦細度過粗時，褐鐵礦與脈石礦物間未能充分單體解離，影響鐵精礦的品位和鐵回收率；而磨礦細度太細，會使礦石過粉碎，產生大量的細泥，如此會加大選別回收的難度，也將會影響到回收率的指標[4]。為了確定合理的磨礦細度，使用SSS-Ⅰ型強磁選機，進行了不同磨礦細度下的磁場強度1.0T一次粗選和0.6T一次精選作業。試驗結果見圖6。

圖6　鐵精礦指標與磨礦細度的關系曲線

從磨礦細度試驗結果分析，隨著磨礦細度升高，鐵精礦回收率整體呈下降趨勢，而品位變化趨勢并不明顯。綜合考慮，選擇磨礦細度為-0.075mm占51.80%比較合理。

2.2磁場強度試驗

磁場強度的大小是表示顆粒在磁場中所受磁力的重要工藝參數，從而也直接影響不同磁性的褐鐵礦及其他礦物的分布走向[5]。褐鐵礦的比磁化系數是比較低的，-般為36.41～39.41×10-6m3/kg，屬于弱磁性礦物，當磁極表面磁場強度小于1.0T時，褐鐵礦難以被磁極所吸引。固定磨礦細度為-0.074mm占51.80%，分別進行了流程為一次粗選、一次掃選的磁選試驗，粗選+掃選的背景磁場強度分別為1.0T+1.0T、0.8T+0.8T和0.6T+0.6T。試驗結果見圖7。

從不同磁場強度的分選結果來看，在磁場強度0.6～1.0T范圍內都取得了較好的分選效果，粗選精礦品位為53.50%左右，回收率為91.40%～94.50%，增加掃選后，粗、掃選精礦品位為53.30%～53.50%，回收率為96.00%～97.30%。隨著磁場強度的降低，磁性產品產率和回收率都略有下降，而精礦品位的變化較小。因此確定粗選磁場強度1.0T比較合理。

圖7　磁場強度試驗結果圖

2.3磁介質粒度和磁場型式試驗

當給礦粒度較粗時，通常可使用較粗的介質棒，較粗的介質棒使用壽命更長[6]；在給礦粒度細時，可使用較細的介質棒，分選效果更好，為此進行磁介質粒度試驗。固定磨礦粒度為-0.074mm占51.80%，磁場強度為1.0T，分別使用介質粒度為Φ3mm、Φ2mm和(50%)Φ2mm+(50%)Φ1mm的介質粒度或介質粒度組合進行了介質粒度試驗。同時，還進行了兩磁極位置組合型式磁選試驗，即SSS-Ⅰ型和SSS-Ⅱ型兩種不同型號的磁選機試驗(見表3)。試樣經一次粗選和一次掃選，粗選磁精礦與掃選磁精礦合并為鐵精礦，獲得的指標見圖8。

表3　SSS-Ⅰ型和SSS-Ⅱ型磁選機特點及磁選試驗條件表

圖8　磁介質粒度及磁極排列型式對分選的影響

選用的不同粒度單一磁介質和介質組合試驗結果表明，不同的介質粒度都能取得較好的分選效果，鐵精礦品位為53.09%～53.56%，回收率為95.65%～97.03%。磁介質粒度越粗，鐵精礦含Fe越高，而回收率略低。SSS-Ⅱ型磁選機與SSS-Ⅰ型磁選機的分選指標相差不大，但SSS-Ⅱ型磁選機所獲得的鐵精礦品略高。綜合比較，最終選擇使用SSS-Ⅱ型磁選機，介質粒度為Φ2mm。

2.4磁選精選試驗

固定磨礦細度-0.074mm占51.8%，磁場強度為1.0T，SSS-Ⅱ型磁選機，介質粒度Φ2mm的條件進行了一次粗選和一次掃選作業，然后將粗選和掃選所得的磁性產品合并，再進行了磁場強度0.6T下的精選試驗。數質量流程見圖9。

3鐵精礦產品檢測

3.1鐵精礦的化學多元素分析

對鐵精礦進行了化學多元素分析，結果見表4。對比表1的原礦分析結果，SiO2和Al2O3品位略有下降，但降幅都不大，硫品位仍高于0.20%的合格標準要求。

3.2鐵精礦中主要雜質的賦存狀態

采用掃描電鏡能譜特征X射線面掃描的方式，考查硅、硫、鋁等雜質元素在褐鐵礦精礦中的分布，結果見圖10。由掃描圖象分析表明，褐鐵礦中的膠態環帶是由鋁的含量變化形成，硅在褐鐵礦中呈較弱的環帶，基本均勻分布，同時褐鐵礦中也含有少量石英包裹體，這是精礦中硅和鋁品位難以降低的主要原因。硫在褐鐵礦中也呈不甚明顯的環帶狀，基本均勻分布，表明礦物中自身含硫，因此物理選礦方法難以將其降低至合格的標準要求。

4結語

1)該礦石主要由褐鐵礦組成，含極少量硬錳礦和鈦鐵礦；脈石礦物含量少，主要為石英和高嶺土和方解石等；礦石結構以凝膠同心環帶和生物結構為主；褐鐵礦中除含有結構水之外，還含有較高的硅、鋁、硫等雜質；賦存于褐鐵礦中的鐵占原礦總鐵量的98.20%。

2)原礦磨礦至-0.074mm占51.8%，使用有利于提高精礦品位的SSS-Ⅱ型磁選機，在磁介質粒度Φ2mm，1.0T一次粗選、1.0T一次掃選和0.6T一次精選的條件下，在原礦鐵品位為51.45%時，可獲得鐵品位54.17%，回收率88.38%的鐵精礦，有效地提高了鐵精礦的品位。

圖9　磁選精選試驗數質量流程圖

圖10　褐鐵礦中雜質元素分布

元素TFeSiO2Al2O3CaOMgOSPCuPbZn含量/%54.176.661.980.0450.210.240.0650.00860.00970.008

3)對鐵精礦進行了礦物學影響因素檢測，結果表明褐鐵礦中的膠態環帶是由鋁的含量變化形成；硅和硫均呈較弱的環帶，基本均勻分布，這是硅和硫通過物理選礦方法難以有效降低含量的主因。

參考文獻

[1]謝興中，王毓華.褐鐵礦選礦研究現狀與思考[J].金屬礦山，2010(1)：6-10.

[2]陳江安，曾捷，龔恩民，等.褐鐵礦選礦工藝的現狀及發展[J].江西理工大學學報，2010(5)：5-8，23.

[3]孫炳泉.近年我國復雜難選鐵礦石選礦技術進展[J].金屬礦山，2006(3)：11-13.

[4]黃利，白怡，馮啟明，等.高嶺石型硫鐵礦燒渣破碎粒度與解離度及磁選效果研究[J].非金屬礦，2012(3)：9-11.

[5]崔敬媛，焦紅光，張慧，等.密度組成及磁場強度對煤比磁化率影響的研究[J].煤炭轉化，2008(1)：6-9.

[6]趙禮兵，張玉棟，李富平，等.淺析聚磁介質在磁選機中的應用[J].礦產綜合利用，2012(6)：3-7，16.

[7]湯玉和.SSS-Ⅱ濕式雙頻脈沖雙立環高梯度磁選機的研制[J].金屬礦山，2004(3)：37-39.

[8]趙明，何健全，許麗敏，等.SSS-Ⅱ型立環脈動高梯度磁選機磁介質棒排布方式的研究[J].礦山機械，2009(19)：97-99.

Research into process mineralogy characteristic and beneficiation tests for a limonite ore from Indonesia

ZHANG Feng-hua1，YU Yang2，HUANG Wei1，3

(1.Guangzhou General Research Institute of Industrial Technology(Guangzhou Research Institute of Nonferrous Metals)，Guangzhou 510651，China；2.Aempire Resource Limited，Shengzhen 518000，China；3.School of Resources Processing and Bioengineering，Central South University，Changsha 410083，China)

Abstract:The process mineralogy characteristic such as chemical multi-element，minerals composition，structure，chemical composition and dissemination of limonite，Fe occurrence for a limonite ore from Indonesia were detected.Magnetic parameter tests including grinding fineness，strength of the magnetic field，magnetic medium size and types were also completed.Mineralogical factors that content of silicon and sulfur in iron concentrate is difficult to reduce are probed in the further research.The results showed that limonite is the main iron mineral in the sample，and main gangue minerals are quartz and kaolin.Mainly structures are in concentric rings and biological texture and the grade of impurity substances silicon，aluminum and sulfur is a little relatively high.The SSS-II type magnetic separator were used to separate the limonite ore assaying 51.45% Fe，and the final iron concentrate assaying 54.17% Fe at the recovery of 88.38%.It is difficult to effectively reduce the content of silicon and sulfur in limonite by physical separation method mainly due to its regular distribution.

Key words：limonite；high gradient magnetic separation；process mineralogy

收稿日期：2015-09-22

作者簡介：張鳳華(1961-)，女，吉林長春人，高級工程師，主要研究方向為選礦工藝及自動控制。

中圖分類號：TD955；TD954

文獻標識碼：A

文章編號：1004-4051(2016)06-0109-05