某鞍山式磁鐵礦工藝優(yōu)化應(yīng)用研究

張國(guó)勝，禹朝群，趙淑芳，王浩明

（1.河鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司，河北 唐山 063000；2.河鋼集團(tuán)礦山設(shè)計(jì)有限公司，河北 灤州 063700）

河北東部某磁鐵礦根據(jù)礦石結(jié)晶粒度特點(diǎn)，設(shè)計(jì)磨選工藝流程采用三段濕式粗磁選，一 段（磁選柱）精選，設(shè)計(jì)選礦產(chǎn)品指標(biāo)為原礦TFe26.67%，精礦TFe66%，回收率81%，選礦比3.06。生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)精礦TFe63%～ 65%之間，較設(shè)計(jì)值品位偏低1%～ 3%，無(wú)法滿足市場(chǎng)需求，影響選廠經(jīng)濟(jì)效益[1-5]。為了解決這一問(wèn)題，自2013 年至今，對(duì)磁鐵礦選礦工藝開(kāi)展了邊生產(chǎn)邊研究的工藝優(yōu)化工作，系列舉措提高了鐵精礦品位，這對(duì)充分利用鐵礦資源有著戰(zhàn)略性意義。

1 礦石性質(zhì)

該鐵礦屬“鞍山式”沉積變質(zhì)鐵礦床。礦石類型主要為磁鐵石英巖，深部為磁鐵礦石，有少量的半假象赤鐵礦，偶爾見(jiàn)到黃鐵礦和褐鐵礦，礦石的鐵物相分析結(jié)果見(jiàn)表1。礦石中以磁鐵礦形式存在的鐵占全鐵的85.234%，以赤褐鐵礦形式存在的鐵占全鐵的3.81%，以硅酸鐵形式存在的鐵占全鐵的7.61%，碳酸鐵2.81%，少量硫化鐵。脈石礦物以石英為主，其次為陽(yáng)起石、透閃石及少量的角閃石和輝石[6]。

表1 礦石的鐵物相分析結(jié)果Table 1 Analysis results of iron phase of the ore

礦物組成中的磁鐵礦多為半自形—自形晶，部分為他形晶，鏡下鑒定見(jiàn)圖1。

圖1 磁鐵礦與其他礦毗連鑲嵌Fig.1 Mosaic of magnetite adjacent to other mines

粒度嵌布較細(xì)，大部分小于0.15 mm，一般在0.04～ 0.15 mm 之間，部分重晶后粒度增大至0.5～1 mm，屬細(xì)粒不均勻嵌布[6]。根據(jù)礦石結(jié)晶特點(diǎn)，采用階段磨礦、階段選別、階段拋尾可降低選礦成本，從整體嵌布粒度細(xì)，也證實(shí)礦物需在較細(xì)的磨礦粒度下才能得到充分解離。

2 原工藝流程分析

原磨選流程見(jiàn)圖2，原流程考察指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 原流程考察指標(biāo)Table 2 Inspection indicators of the original process

圖2 原磨選流程Fig.2 Flow chart of original grinding and separation

原流程在生產(chǎn)過(guò)程中磨礦效率偏低；旋流器出現(xiàn)“反富集”，分級(jí)作業(yè)效率偏低；精礦品位偏低且波動(dòng)較大。針對(duì)流程中出現(xiàn)的問(wèn)題，開(kāi)展了對(duì)磁鐵礦選礦工藝邊生產(chǎn)邊研究的工藝優(yōu)化。

3 實(shí)驗(yàn)研究

3.1 磨礦效率優(yōu)化研究

對(duì)磁鐵礦系列進(jìn)行了全流程考查，根據(jù)考察結(jié)果,對(duì)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行了擴(kuò)能改造，改造后磨機(jī)臺(tái)時(shí)處理量提高了10 t 左右，在此條件下進(jìn)行合理粒級(jí)濕式預(yù)選[7]，對(duì)充分發(fā)揮選廠潛能，是一個(gè)合理有效地途徑。

3.1.1 原礦粒度組成

取入碎礦物料50 kg,經(jīng)烘干、混勻后縮分出五份,每份按不同粒級(jí)進(jìn)行篩分。原礦及每份粒度組成、各粒級(jí)的產(chǎn)率、品位見(jiàn)表3、4。

表3 原礦粒度組成Table 3 Grain size composition of the raw ore

表4 各粒級(jí)篩分分析Table 4 Screening analysis of each particle

3.1.2 合理粒級(jí)濕式預(yù)選

分別對(duì)表4 篩下物料用CCTS 0503 型永磁筒式磁選機(jī)（318.47 kA/m）進(jìn)行濕式粗粒預(yù)選實(shí)驗(yàn)。預(yù)選工藝流程見(jiàn)圖3，預(yù)選實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

圖3 預(yù)選流程Fig.3 pre-concentration flow chart

表5 不同粒級(jí)物料濕式預(yù)選實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 5 Test results of wet pre-concentration of different particles

從表5 可以看出，-3 mm 預(yù)選尾礦中TFe 含量為7.94%較其他值偏高，6 mm，10 mm，12 mm篩下物料預(yù)選所得尾礦綜合產(chǎn)率分別是35.29%、35.44%、35.62%，甩尾產(chǎn)率區(qū)別不明顯，而6 mm、10 mm、12 mm 物料進(jìn)入預(yù)選前需要的處理量見(jiàn)表4，分別是60.51%、68.08%、85.52%。根據(jù)實(shí)施場(chǎng)地面積及預(yù)選設(shè)備考慮，提出合理粒級(jí)-6 mm 進(jìn)行濕式預(yù)選。采用6 mm 粒級(jí)的濕式預(yù)選,可以在入磨前拋除產(chǎn)率為35.29%,品位6.99%的尾礦，且入磨品位提高6.39 個(gè)百分點(diǎn)，磨礦效率得到改善,從而降低選礦各種消耗，為提高選礦經(jīng)濟(jì)效益打下良好基礎(chǔ)。

通過(guò)磨礦分級(jí)作業(yè)指標(biāo)對(duì)濕式改造前后進(jìn)行q 值（新生成-0.074 mm）前后對(duì)比，見(jiàn)表6。

表6 濕式預(yù)選改造前后q 值對(duì)比Table 6 Comparison of Q value before and after wet preconcentration transformation

濕式預(yù)選前，二段磨機(jī)、三段磨機(jī)效率較設(shè)計(jì)值偏低，實(shí)施后，三段磨機(jī)磨礦能力都有提高，二段磨礦效率增加36%，三段磨礦效率提高3 倍。并接近設(shè)計(jì)q 值，磨礦效率得到優(yōu)化。

3.2 二、三段磨礦分級(jí)工藝優(yōu)化研究

合理粒級(jí)濕式預(yù)選后，一磁精礦品位高于預(yù)選前；二磁、三磁精礦品位都低于預(yù)選前考查水平，也低于設(shè)計(jì)品位，見(jiàn)表7。

表7 預(yù)選前后各級(jí)磁選產(chǎn)品品位對(duì)比Table 7 Grade comparison of magnetic separation products at all levels before and after pre-concentration

分析原因，這與礦石性質(zhì)分不開(kāi)，嵌布粒度細(xì)、單體解離不充分有關(guān)，再因預(yù)選后處理量變大，無(wú)法有效去除夾雜的脈石有關(guān)。對(duì)分級(jí)設(shè)備旋流器給礦、沉砂、溢流進(jìn)行篩分分析，結(jié)果見(jiàn)表8。對(duì)分級(jí)設(shè)備效率進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)表9。

表8 旋流器分級(jí)產(chǎn)品粒度分析Table 8 Particle size analysis of hydrocyclone classification products

表9 分級(jí)設(shè)備效率對(duì)比Table 9 Comparison of classification equipment efficiency

旋流器給礦、沉砂和溢流-0.074 mm 細(xì)度分別為94.45%，87.11%和98.54%，由此計(jì)算出旋流器分級(jí)效率為50.10%。旋流器的給礦、沉砂和溢流TFe 品位分別為63.87%，66.69%和56.34%，說(shuō)明二段旋流器存在嚴(yán)重的“反富集”現(xiàn)象[6]，即細(xì)粒級(jí)產(chǎn)物的TFe 品位低于粗粒級(jí)產(chǎn)物TFe 品位。

從表9 中可以看出，螺旋分級(jí)機(jī)和高頻細(xì)篩的分級(jí)效率較上次考查有所提高，但是旋流器的分級(jí)效率比較低。

旋流器的工作原理為離心沉降，流程中有一些較輕的貧連生體或雜質(zhì)進(jìn)入溢流，而較重的單體顆粒進(jìn)入沉砂，是造成旋流器反富集的主要原因。基于以上數(shù)據(jù)，提出二將段閉路磨礦的分級(jí)設(shè)備高頻細(xì)篩放置在二磨后，并將高頻細(xì)篩由單層篩全部更換為疊層振動(dòng)篩，見(jiàn)圖4。

圖4 分級(jí)工藝流程Fig.4 Classification process flow chart

一磁精直接進(jìn)二磨充分磨礦后再經(jīng)細(xì)篩分級(jí)，從而減少旋流器溢流中粗粒級(jí)較輕的連生體進(jìn)入到目標(biāo)流程，提高旋流器分級(jí)效率，保證細(xì)度和品位的要求。

3.4 精選工藝優(yōu)化研究

選用精選設(shè)備磁選柱得到精礦品位63.37%，較三磁精品位61.26%僅提高2 個(gè)百分點(diǎn)，分析原因：1）磁選柱給礦精礦0.045 mm 粒級(jí)品位只有43.38%，礦石嵌布粒度細(xì)有關(guān)。2）各段磁選因處理量變大（增加濕式預(yù)選）導(dǎo)致選別效果變差有關(guān)。由此提出將精選設(shè)備更換為全自動(dòng)淘洗磁選機(jī)，淘洗磁選機(jī)作為國(guó)內(nèi)近年研發(fā)的新型高效精選設(shè)備，具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，科學(xué)的磁場(chǎng)設(shè)置，能夠有效提升鐵精礦的品位，近年來(lái)淘洗磁選機(jī)作為高效精選設(shè)備在提升鐵精礦品位，優(yōu)化縮短選別工藝流程起到了重要作用[8]。

固定沖洗水量為700 L/h，固定磁場(chǎng)、循環(huán)磁場(chǎng)、補(bǔ)償磁場(chǎng)磁場(chǎng)強(qiáng)度分別為64、52、48 kA/m[6-7]，經(jīng)工藝優(yōu)化，現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)指標(biāo)見(jiàn)表10。

表10 工藝優(yōu)化后生產(chǎn)指標(biāo)Table 10 Production index after process optimization

精礦指標(biāo)有優(yōu)化前63.37%增加到66.69%，尾礦TFe5.79%，指標(biāo)穩(wěn)定，且實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目標(biāo)。

5 尾礦再選再利用工藝研究

流程中的各個(gè)尾礦物相分析結(jié)果見(jiàn)表11。

表11 主要產(chǎn)品物相分析Table 11 Phase analysis of main products

從上表可見(jiàn)，各尾礦中損失最多的為磁性較弱的赤褐鐵礦，預(yù)選尾礦中磁性鐵損失較多，達(dá)到22.40%。另外，硅酸鐵和硫酸鐵的含量也比較高。對(duì)預(yù)選尾礦進(jìn)行再選工藝流程見(jiàn)圖5。

圖5 尾礦再選工藝流程Fig.5 Process flow of tailings re-concentration

對(duì)預(yù)選尾礦進(jìn)行了旋流器、細(xì)篩分級(jí)，細(xì)篩篩上+0.5 mm 作為建筑石料直接出售，-0.5 mm 進(jìn)入中強(qiáng)磁機(jī)再選系統(tǒng)，此舉增加了選廠非礦經(jīng)濟(jì)收益，減少細(xì)粒尾礦的產(chǎn)出量，緩解尾礦庫(kù)庫(kù)容壓力[9-11]。

4 結(jié) 語(yǔ)

（1）磨礦效率優(yōu)化，磨前增加濕式預(yù)選，入磨品位提高6.39 個(gè)百分點(diǎn)，為后續(xù)分選提供較高質(zhì)量的入料，提前拋出品位較低的連生體和脈石礦物。三段磨機(jī)磨礦能力都有提高，二段磨礦效率增加36%，三段磨礦效率提高3 倍，并接近設(shè)計(jì)q 值，磨礦效率得到優(yōu)化。

（2）分級(jí)工藝優(yōu)化，二段閉路磨礦的分級(jí)設(shè)備高頻細(xì)篩放置在二磨后，將高頻細(xì)篩由單層篩全部更換為疊層振動(dòng)篩，降低“反富集”現(xiàn)象對(duì)最終精礦品位的影響，先磨后篩工藝減少了較輕的貧連生體或雜質(zhì)進(jìn)入旋流器溢流，提高旋流器效率，保證了目標(biāo)流程對(duì)細(xì)度和品位的要求。

（3）淘洗機(jī)代替磁選柱使精選工藝精礦TFe品位由63.37%增加到66.69%，尾礦TFe5.79%，回收率85.08%，實(shí)現(xiàn)原設(shè)計(jì)指標(biāo)，企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益增加明顯。

（4）對(duì)預(yù)選尾礦進(jìn)行再選再利用，+0.5 mm作為建筑石料銷售，-0.5 mm 進(jìn)入中強(qiáng)磁再選，以中礦進(jìn)入其他選礦流程系列再選，使資源得到最大化利用。