預拋—分級回收工藝預選秘魯某金銅鐵多金屬礦深部礦石

譚欣， 劉書杰， 肖巧斌

1. 礦冶科技集團有限公司,北京 100160；2. 礦物加工科學與技術國家重點實驗室，北京 102628

預選拋尾在處理原礦貧化率較高、破碎過程中目標礦物與圍巖或脈石礦物能夠部分單體解離的礦石時，一般可拋除占原礦量30%～60%的廢石，提高入選品位，大幅降低磨選作業的能耗[1]。采用預選拋尾技術，可使過去經濟上認為“無開采價值”的低貧礦石資源得到有效利用，延長礦山服務年限[2]。目前，低品位鐵礦石的選礦預選富集主要通過磁選預選拋尾來實現。郭月琴等[3]根據陜西某全鐵品位為19.70%、磁性鐵品位為15.10%的鐵礦石的特性，采用磁滑輪預先拋尾—階段磨礦階段磁選工藝進行預先拋尾選礦試驗研究，結果表明，原礦破碎至-12 mm后，先經磁滑輪選別，可以拋棄產率為22.67%的廢石，其中的磁性鐵損失率僅為4.42%，拋尾使入選鐵品位提高3.4%，預拋精礦(磁性產品)再經三段磨礦三段磁選精選，得到產率23.41%、全鐵品位62.95%、全鐵回收率72.09%、磁性鐵回收率94.26%的鐵精礦。梅山鐵礦[4]為磁鐵礦—假象赤鐵礦—菱鐵礦復合礦石，采出原礦通過干磁—重選預選，拋除混入廢石，粗精礦經磨礦后反浮選脫硫，在主產鐵精礦的同時，回收硫精礦。某鐵礦為以磁鐵礦為主的閃石型鐵礦石，由于礦區嚴重缺水，尹江生等[5]采用原礦細碎至-5 mm后干式磁選拋尾，粗精礦再磨(65% -74 μm)后干式磁選拋尾，干拋精礦再進行一次干式磁精選，磁精選中礦返回再磨的工藝，工業生產獲得全鐵品位66.08%、全鐵回收率81.96%的鐵精礦。趙瑞敏等[6]對遼寧某鐵品位為20.54%的磁鐵礦石進行干式磁選預選試驗，獲得了鐵品位31.38%的磁選精礦，尾礦鐵品位為6.74%，預選拋尾率達44.0%。黑山鐵礦的有用礦物以釩鈦磁鐵礦和鈦鐵礦為主。含釩鈦磁鐵礦嵌布粒度較粗，最大的有幾厘米，大部分在0.3 mm以上，但多數都夾雜著一些鈦鐵礦和尖晶石。釩主要以類質同象形式賦存于磁鐵礦的晶格內。脈石礦物以斜長石和綠泥石為主。夏宏鴻[7]采用“高壓輥磨—預選”工藝進行磁選預選拋尾試驗，結果表明，將-30 mm的礦石采用高壓輥磨破碎至-5 mm后，進行濕式磁選預選拋尾，獲得全鐵品位43.29%、磁性鐵品位33.82%、全鐵回收率85.16%、磁性鐵回收率99.46%的鐵精礦，預選拋尾率達43.50%。秘魯某金銅鐵多金屬礦鐵礦石儲量36億t，礦石平均含鐵40%，含硫2%，含銅0.1%和含金 0.07 g/t，為矽卡巖型(大冶式)鐵礦床[8]。選廠設計年處理規模為4 000萬t礦石入磨量。由于生產期前五年主要開采該礦2號礦體的淺部礦，其主金屬鐵品位較低，平均品位為18.88%,銅、金等伴生有價元素的品位也較低，因此，研究設計采用原礦-25 mm原礦干拋—干拋精礦高壓輥磨細碎—高壓輥磨細碎產品濕拋—預拋尾礦分級回收的“預拋—分級回收工藝”進行選礦預選富集，對含Cu 0.080%、Au 0.04 g/t、S 1.28%、Fe 19.83%的淺部低品位礦石，最終獲得了Cu品位為0.10%、Fe品位30.13%、Cu回收率73.13%、Fe回收率89.83% 的預選富集精礦，拋尾產率達到40.19%[9]。但生產期八年后將主要開采處理鐵品位較高的深部礦石，因此，為合理利用該鐵礦石資源，并為該礦石確定合理的預選工藝提供參考，以及盡可能利用處理淺部礦所建的預選工藝設施，有必要開展該預選工藝對深部礦石的適應性及預選富集效果的試驗研究。

本文主要針對該礦2號礦體的深部礦石，采用淺部礦的預選工藝，即原礦-25 mm干式磁選拋尾—磁選精礦高壓輥磨細碎—高壓輥磨細碎產品磁選拋尾—預拋尾礦分級回收的“預拋—分級回收工藝”開展選礦預選富集試驗研究，對影響該礦石選礦預選富集的重要參數進行優化，試驗結果為該礦石選擇合理的預選工藝提供參考。

1 試樣性質及試驗方法

1.1 試樣性質

試驗原料為秘魯某金銅鐵多金屬礦2號礦體的深部礦石。該礦石以鐵為主，伴生有少量銅、金和硫等有價元素。礦石中鐵礦物絕大部分為磁鐵礦，也是礦石中含量最多的礦物，偶見赤鐵礦和褐鐵礦等。硫化礦物含量少，以黃鐵礦為主，其次為磁黃鐵礦，另有少量黃銅礦、微量方鉛礦、閃鋅礦、輝銅礦、毒砂和斑銅礦等。脈石礦物主要為蛇紋石、白云石、綠泥石、鈉長石、方解石、透輝石、金云母，少量陽起石、菱鎂礦、綠簾石，微量正長石、磷灰石、石英、石墨、榍石和金紅石等。由鐵、銅、硫的化學物相分析可知，礦石中鐵主要以磁鐵礦為主，占90.41%；銅主要以原生硫化銅形式存在，其次是次生硫化銅，二者合計占99.19%；礦石中99.65%的硫以硫化物形式存在，其中磁性硫化物中硫占40.06%。試樣的主要化學成分分析結果見表1，鐵的化學物相分析結果見表2。

表1 試樣的主要化學成分分析結果 /%Table 1 Analysis results of run-of-mine ore

表2 礦石中鐵的化學物相分析結果 /%Table 2 Analysis results of iron phase of run-of-mine ore

試樣中磁鐵礦常呈不規則狀、粒狀嵌布于脈石礦物中；有時可見磁鐵礦與黃鐵礦共生關系緊密，有時可見細粒磁鐵礦被黃鐵礦包裹；少量磁鐵礦呈脈狀穿插于黃鐵礦和磁黃鐵礦中；偶見磁鐵礦與黃銅礦共生。磁鐵礦的嵌布粒度分布不均，總體較粗，多分布在0.2 mm以上。黃銅礦是礦石中最主要的銅礦物。黃銅礦常呈粒狀和不規則狀，主要以粒狀、不規則狀嵌布于脈石礦物中；部分與磁鐵礦連生；有時可見黃銅礦與黃鐵礦、磁黃鐵礦緊密連生。黃鐵礦是礦石中含量最多的硫化物，常呈半自形-他形結構嵌布在脈石中。部分黃鐵礦與磁鐵礦的共生關系緊密，粗粒黃鐵礦內部常見有微細粒磁鐵礦呈不規則狀、網格狀等結構分布，這種結構的黃鐵礦很難與磁鐵礦通過物理磨礦分離，一方面，在磁選過程中會進入到磁選精礦中，影響鐵礦精礦品位；另一方面，若通過浮選獲得硫精礦，這部分黃鐵礦會將微細粒磁鐵礦帶入，不僅造成鐵的損失，還會影響硫精礦硫品位。部分黃鐵礦被磁鐵礦包裹，少量中粗粒黃鐵礦包裹磁鐵礦和磁黃鐵礦。黃鐵礦嵌布粒度以中粗粒為主，粒度分布在74～400 μm之間。

1.2 試驗方案

深部礦的工藝礦物學研究表明，礦石中有價元素以Fe為主，鐵礦物主要為磁鐵礦，磁鐵礦的嵌布粒度總體較粗，多分布在0.2 mm以上。磁鐵礦主要呈不規則狀、粒狀嵌布于脈石礦物中；部分細粒磁鐵礦被黃鐵礦包裹；少量磁鐵礦呈脈狀穿插于黃鐵礦和磁黃鐵礦中。部分黃銅礦與磁鐵礦連生；有時可見黃銅礦與黃鐵礦、磁黃鐵礦緊密連生。部分黃鐵礦與磁鐵礦的共生關系緊密，粗粒黃鐵礦內部常見有微細粒磁鐵礦呈不規則狀、網格狀等結構分布。部分黃鐵礦被磁鐵礦包裹，少量中粗粒黃鐵礦包裹磁鐵礦和磁黃鐵礦。因此，可以考慮采用磁選預選拋尾的方式來提升深部礦的鐵品位。為合理利用該深部礦鐵礦石資源，以及盡可能利用前期處理淺部礦所建的預選工藝設施，并為深部礦石確定合理的預選工藝提供參考，因此，有必要開展淺部礦的預選工藝對深部礦石的適應性及預選富集效果的試驗研究，即采用原礦-25 mm干拋—干拋精礦高壓輥磨細碎—高壓輥磨細碎產品磁選拋尾—預拋尾礦分級回收的“預拋—分級回收工藝”來提高后續磨選作業的入選鐵品位，降低入磨礦量和磨選成本。

1.3 試驗方法

原礦經PE-150 mm×250 mm型顎式破碎機破碎(排礦口寬度設置為25 mm)，得到-25 mm破碎產品。對-25 mm破碎產品采用Ф500×500 mm CT0505-2型永磁筒式干選機進行干式磁選預選拋尾(簡稱干拋，下同)試驗，磁場強度分別為239 kA/m、318 kA/m、398 kA/m和477 kA/m。將-25 mm干拋精礦采用CLM25-10型高壓輥磨機與篩孔尺寸為5 mm的標準篩形成閉路進行破碎，得到-5 mm細碎產品。對-5 mm高壓輥磨機細碎產品采用CT0505-2型永磁筒式干選機進行干拋試驗，磁場強度分別為239 kA/m、318 kA/m、398 kA/m和477 kA/m；或采用RK/CRS400×300 mm濕式電磁選機進行濕式磁選預選拋尾(簡稱濕拋，下同)試驗，磁場強度分別為239 kA/m、358 kA/m和438 kA/m。

2 試驗結果與討論

2.1 -25 mm原礦干拋試驗

經過顎式破碎機破碎后的-25 mm原礦粒度組成見圖1。

圖1 預選富集給礦粒度分布曲線Fig. 1 Distribution curve of feeding ore size of pre-concentration

由圖1可知，原礦經顎式破碎機破碎至-25 mm后，產品d50=10.1 mm，d80=15.1 mm。

利用CT0505-2型永磁筒式干選機對-25 mm深部礦石顎式破碎機產品進行干拋預選富集。

2.1.1 皮帶轉速對干拋預選效果的影響

在磁場強度為318 kA/m時，對-25 mm深部礦破碎產品進行了不同皮帶轉速下的干拋試驗研究，皮帶轉速對干拋預選指標的影響見表3。由表3可知，隨著皮帶轉速的增加，干拋精礦品位逐漸增加，回收率逐漸降低，尾礦的品位和產率均逐漸增加。綜合考慮，-25 mm破碎產品干拋試驗的皮帶轉速以1.0 m/s為宜，此時，干拋精礦鐵品位為47.95%，銅品位為0.12%，鐵作業回收率為98.22%，銅作業回收率為80.03%，拋尾作業產率為17.29%。

表3 不同皮帶轉速下的干拋試驗結果Table 3 Results of dry magnetic preconcentration under different belt speed

2.1.2 磁場強度對干拋預選效果的影響

在皮帶轉速為1.0 m/s的條件下，對-25 mm深部礦破碎產品進行了不同磁場強度下的干拋試驗研究，磁場強度對干拋預選指標的影響見圖2。由圖2可知，隨著磁場強度的增加，干拋精礦品位逐漸降低，回收率逐漸增加，尾礦的品位和產率均逐漸降低。綜合考慮，-25 mm破碎產品干拋試驗的磁場強度以398 kA/m為宜，此時，磁選精礦鐵品位為47.07%，銅品位為0.12%，鐵作業回收率為98.41%，銅作業回收率為82.52%，拋尾作業產率為15.52%。

圖2 磁場強度對干拋預選指標的影響Fig. 2 Effect of magnetic strength on the index of dry magnetic preconcentration

2.2 -5 mm高壓輥磨機細碎產品預選拋尾試驗

采用CLM25-10型高壓輥磨機(簡稱HPGR，下同)將-25 mm干拋磁選精礦細碎至-5 mm，并對-5 mm HPGR細碎產品分別進行干拋和濕拋試驗。

2.2.1 HPGR細碎對給料粒度分布的影響

HPGR給料及-5 mm HPGR細碎產品的粒度分析結果如圖3所示。

由圖3可以看出，HPGR給料中-5.0 mm含量為22.98%，-0.5 mm含量為9.08%，-0.074 mm含量為2.26%；輥磨至-5 mm產品中-0.5 mm含量為22.68%，-0.074 mm含量為14.43%，-5 mm產品中-0.074 mm含量比給料中的提高了12.17個百分點。

圖3 HPGR細碎產品粒度分析結果Fig. 3 Size distribution analysis results of fine crushed products of HPGR

2.2.2 HPGR細碎產品磁選預選拋尾試驗

(1)干拋試驗

-5 mm高壓輥磨機細碎產品采用CT0505-2型永磁筒式干選機進行干拋試驗，在皮帶轉速為1.0 m/s時，磁場強度對干拋尾礦產率、鐵品位和鐵回收率的影響如圖4所示。由圖4可以看出，隨著磁場強度的增大，干拋精礦產率和鐵回收率均逐漸增大，但鐵品位逐漸降低。綜合考慮，確定磁場強度為318 kA/m，此時干拋精礦鐵品位為50.14%、銅品位為0.12%，鐵作業回收率為98.99%、銅作業回收率為90.16%；干拋尾礦作業產率為8.03%。

圖4 磁場強度對-5 mm HPGR產品干拋預選指標的影響Fig. 4 Effect of magnetic strength on the index of dry magnetic preconcentration for -5 mm HPGR product

(2)濕拋試驗

-5 mm高壓輥磨機細碎產品采用RK/CRS400×300 mm濕式電磁選機進行濕拋試驗，磁場強度對-5 mm HPGR細碎產品濕拋預選指標的影響如表4所示。

表4 磁場強度對-5 mm HPGR產品濕拋預選指標的影響Table 4 Effect of magnetic strength on the index of wet magnetic preconcentrate for -5 mm HPGR product

由表4可以看出，隨著磁場強度的增大，濕拋精礦產率和鐵回收率均逐漸提高，但鐵品位逐漸降低。綜合考慮，確定磁場強度為438 kA/m，此時濕拋精礦鐵品位為55.54%、銅品位為0.10%，鐵作業回收率為97.38%、銅作業回收率為70.89%；濕拋尾礦作業產率為17.77%。

-5 mm HPGR細碎產品在各自最佳磁選條件下預選拋尾的結果對比如表5所示。

表5 -5 mm HPGR產品磁選預選拋尾結果對比Table 5 Comparison of index of magnetic preconcentration mode of -5 mm HPGR product

由表5可以看出，-5 mm HPGR細碎產品通過干式磁選，能預先拋出作業產率為8.03%的尾礦，干拋精礦鐵品位50.14%、鐵作業回收率為98.99%；-5 mm HPGR細碎產品通過濕式磁選，能預先拋出作業產率為17.77%的尾礦，濕拋精礦鐵品位55.54%、鐵作業回收率為97.38%。干拋預選時不僅會產生大量粉塵，入磨鐵品位也低于濕拋，同時拋尾量也低于濕拋，因此，從磁選預選拋尾產率、磁選精礦鐵回收指標和預選環境來說，-5 mm HPGR細碎產品濕拋效果好于干拋。

2.3 預拋尾礦中銅和鐵的分布特征

干拋尾礦和濕拋尾礦的篩析結果(見表6和表7)表明，隨著干拋尾礦和濕拋尾礦粒度的減小，銅品位均呈逐漸增加趨勢。因此，生產上可考慮將預拋尾礦進行分級，將-5 mm粒級干拋尾礦和-1 mm粒級濕拋尾礦回收并入后續磨浮作業，相對于原礦，損失于預拋尾礦中約28.99%的銅和2.10%的鐵被回收到后續磨浮作業，不僅可以提高后續磨浮作業的入選銅品位，而且總的預選拋尾率仍可達18.84%。

表6 -25 mm深部礦干拋尾礦篩析結果Table 6 Screening results of tailings of dry magnetic preconcentration of -25 mm deep ROM

表7 -5 mm HPGR細碎產品濕拋尾礦篩析結果Table 7 Screening results of tailings of wet magnetic preconcentration of -5 mm HPGR product

2.4 選礦預選富集工藝全流程試驗

采用原礦-25 mm干拋—干拋精礦高壓輥磨細碎—高壓輥磨細碎產品濕拋—預拋尾礦分級回收的“預拋—分級回收工藝”處理深部礦石(圖5)，最終獲得銅品位0.13%、鐵品位48.76%、銅回收率87.49%、鐵回收率97.93%的預選精礦，預選總拋尾率為18.84%，如表8所示。

圖5 選礦預選富集工藝全流程Fig. 5 Full flowsheet of magnetic preconcentration process of shallow ore

表8 選礦預富集工藝全流程試驗結果Table 8 Results of full flowsheet of magnetic preconcentration process

3 結論

(1)秘魯某金銅鐵多金屬礦深部礦石為伴生有少量銅、金等有價元素的原生鐵礦石。礦石中鐵礦物絕大部分為磁鐵礦，磁鐵礦中鐵的占有率為90.41%。采用原礦-25 mm干拋—干拋精礦高壓輥磨細碎—高壓輥磨細碎產品濕拋的選礦預選富集工藝處理該礦石，獲得磁選預選精礦鐵品位55.75%、鐵回收率 95.83%、預選拋尾率30.53%的較好指標。

(2)根據預拋尾礦的篩析結果，對于損失于預拋尾礦中的銅、鐵等有價元素，生產上可考慮將預拋尾礦進行分級，分別回收干拋尾礦中-5 mm粒級和濕拋尾礦中-1 mm粒級，與磁選預選精礦合并進入后續磨浮作業，最終可獲得銅品位0.13%、鐵品位48.76%、銅回收率87.49%、鐵回收率97.93%的總預選精礦，總拋尾率為18.84%。

(3)本研究實施的預拋—分級預選工藝對深部礦石具有較好的適應性和預選富集效果，項目成果為該深部礦石的合理預選工藝選擇提供了參考，為有效提高選廠后續磨浮作業的礦石入選品位，降低入磨礦量和磨選成本，綜合回收礦石中鐵、銅等伴生有價金屬創造了良好的前提條件。