東鞍山鐵礦石高效分選新技術研究

楊 光 馬自飛 楊會利 袁立賓 孫永升2

（1.鞍山鋼鐵集團有限公司東鞍山燒結廠，遼寧鞍山114000；2.東北大學資源與土木工程學院，遼寧沈陽110819）

鋼鐵工業是國家基礎和經濟支柱性產業［1］。我國鐵礦資源儲量豐富，但鐵礦石存在的貧、細、雜等特性導致我國鐵礦資源利用率較低［2-4］，因此，高效開發利用復雜難選鐵礦石對于提高我國鐵礦資源利用率、促進我國鋼鐵行業健康發展具有重要意義［5-6］。東鞍山燒結廠所處理的鐵礦石為原礦品位低、礦石結構和礦物組成復雜、嵌布粒度細的赤鐵礦石，是我國最具代表性、開展相關研究工作較多的復雜難選鐵礦石［7-9］。東鞍山燒結廠選礦工藝共經歷3個發展階段，最初為單一浮選工藝，經改造后為弱磁—強磁—正浮選工藝，再次改造后為兩段連續磨礦—中礦再磨—重選—磁選—反浮選工藝流程，即選礦廠現用工藝流程［10-15］。經過2次改造后，采用現用工藝流程可以取得精礦鐵品位64.08%、回收率71.74%的選別指標［9］。

東北大學聯合東鞍山燒結廠對現用工藝進行了流程考察，結果發現，重選作業中粗螺精礦和精螺精礦指標均低于作業指標要求，掃中磁作業處理量過大從而導致尾礦損失率高，綜合作用造成鐵精礦回收率較低。針對以上問題，本文提出采用“磨礦—弱磁—強磁—再磨—反浮選”短流程高效分選新技術開展系統的試驗研究，以期實現東鞍山燒結廠赤貧鐵礦的高效綜合利用。

1 試驗原料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用鐵礦石原礦由鞍鋼集團有限公司東鞍山燒結廠提供，為確定試樣的主要化學組成，對其進行了化學成分分析，結果如表1所示。

由表1可知：試樣TFe品位33.35%，其中FeO占5.84%；P元素含量為0.08%，S元素含量為0.02%，表明試樣中硫、磷等對選礦有害的元素含量不高；SiO2含量達45.78%，初步判斷試樣中主要的脈石礦物為石英；CaO和MgO含量較高。

為探明試樣中鐵礦物的具體物相組成情況，對試樣進行了鐵化學物相分析，結果如表2所示。

由表2可知：試樣中的鐵元素主要分布在赤褐鐵礦物中，其含量為24.05%，分布率達到了71.65%；其次分布在磁性鐵礦物中，其含量為6.94%，分布率為20.69%；碳酸鐵礦物中的鐵含量為2.45%，分布率為7.30%。為了進一步查明原礦中礦物的種類，采用X射線衍射分析對試樣進行礦物組成定性分析，結果如圖1所示。

由圖1可知，試樣中的主要礦物為石英、磁鐵礦、赤鐵礦及綠泥石。為進一步查明試樣中各礦物相對含量，采用光學顯微鏡對礦石光片和薄片進行鏡下觀察，結果如表3所示。試樣礦物組成較簡單，金屬礦物主要為赤鐵礦和磁鐵礦，含量分別為29.29%和16.78%，另有少量黃鐵礦和褐鐵礦。非金屬礦物主要為石英、綠泥石和碳酸鹽礦物，含量分別為34.12%、12.57%和7.08%。

1.2 試驗方法

采用高壓輥磨機將原礦破碎至-2 mm，取適量破碎產品開展磨礦細度條件試驗、磁選場強條件試驗和浮選條件試驗。試驗過程中使用到的設備如表4所示。

2 試驗結果與討論

2.1 磨礦—弱磁—強磁工藝條件試驗

磨礦—弱磁—強磁工藝流程如圖2所示。磨礦—弱磁—強磁工藝流程中的弱磁精礦、強磁精礦1與強磁精礦2混勻后所得為混磁精礦。

2.1.1 磨礦細度條件試驗

磨礦是以解離有用礦物為目的，使有用礦物在磨礦過程中得到充分解離，提高后續選別作業的可選性。磨礦作業決定著目的礦物的單體解離度，直接影響著分選作業的分選效果，因此合理的磨礦細度是分選的關鍵。在磨礦細度為-0.074 mm含量分別為 45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%條件下，針對不同細度樣品進行弱磁選—強磁粗選—強磁掃選試驗，其中弱磁選磁場強度為80 kA/m，強磁粗選磁場強度為320 kA/m，強磁掃選磁場強度為880 kA/m，試驗結果如圖3所示。

由圖3可知：隨著磨礦細度的提高，混磁精礦的品位呈上升趨勢，回收率逐步下降；隨著磨礦細度提高，混磁精礦的鐵品位逐漸提高，但隨著磨礦細度提高，帶有少量鐵礦物顆粒的連生體，受到的磁力作用減小，連生體進入尾礦，導致混磁精礦的鐵回收率有所下降。可以得出結論：磨礦細度對于混磁精礦的指標有非常大的影響。綜合考慮，選定球磨機磨礦細度為-0.074 mm占80%。

2.1.2 強磁粗選條件試驗

磁場強度對赤鐵礦分選具有重要影響，為了考察強磁粗選磁場強度對磁選精礦鐵品位和回收率的影響，在磨礦細度-0.074 mm占80%，弱磁選磁場強度80 kA/m，強磁粗選磁場強度分別為240 kA/m、320 kA/m、400 kA/m、480 kA/m、560 kA/m、640 kA/m、720 kA/m和800 kA/m條件下，進行強磁粗選磁場強度試驗，結果如圖4所示。

由圖4可知：隨著磁場強度的提高，混磁精礦鐵品位總體呈現下降趨勢，鐵回收率提高。綜合考慮混磁精礦鐵品位及鐵回收率，確定合理的強磁粗選磁場強度為480 kA/m。

2.1.3 強磁掃選條件試驗

在磨礦細度為-0.074 mm占80%，弱磁選磁場強度80 kA/m，強磁粗選磁場強度480 kA/m，強磁掃選磁場強度分別為400 kA/m、480 kA/m、560 kA/m、640 kA/m、720 kA/m、800 kA/m條件下，進行強磁掃選磁場強度試驗，結果如圖5所示。

由圖5可知：隨著磁場強度的提高，混磁精礦鐵品位先小幅提高后下降，回收率逐漸提高。隨著磁場強度的提高，鐵礦物顆粒受到的機械力合力變化不大，而作用在單位質量鐵礦物顆粒上的磁力增加，高磁場強度條件下相比低磁場強度的條件精礦中回收的鐵礦物含量提高，尚未充分解離的含鐵礦物連生體顆粒進入磁選精礦的可能性增大，鐵回收率提高。綜合考慮，確定強磁掃選磁場強度為640 kA/m。在此基礎上，完成混磁精礦的制備。

2.2 混磁精礦再磨—反浮選工藝條件試驗

混磁精礦再磨—反浮選工藝流程如圖6所示。

2.2.1 混磁精礦再磨細度條件試驗

為了確定混磁精礦再磨細度對浮選效果的影響，針對不同再磨細度產品進行反浮選試驗，浮選條件為：礦漿pH=11.5，抑制劑淀粉用量1 000 g/t；粗選活化劑CaO用量750 g/t；陰離子捕收劑ksIII粗選用量1 200 g/t、精選用量600 g/t。浮選試驗結果如圖7所示。

由圖7可知，隨著再磨細度的增加，浮選精礦鐵品位呈現先升高后降低的趨勢，當再磨產品中-0.038 mm含量達到90%時，浮選精礦鐵品位達到最高，但隨著磨礦細度的增加，浮選精礦鐵回收率逐漸降低。綜合考慮浮選精礦鐵品位及鐵回收率可得，混磁精礦球磨機最佳再磨細度為-0.038 mm含量90%。在此基礎上，進行混磁精礦反浮選工藝條件試驗。

2.2.2 淀粉用量條件試驗

淀粉的作用主要是抑制鐵礦物上浮，通過氫鍵力和范德華力對鐵礦物產生吸附作用使礦物表面形成親水薄膜，掩蓋已經在礦物表面發生吸附的捕收劑進而達到抑制鐵礦物上浮的目的。在混磁精礦再磨細度為-0.038 mm占90%，NaOH調礦漿pH=11.5，CaO 用量 750 g/t，ksIII粗選用量 1 200 g/t、精選用量600 g/t條件下，選取粗選淀粉用量分別為800 g/t、900 g/t、1 000 g/t、1 100 g/t、1 200 g/t進行淀粉用量試驗研究，結果如圖8所示。

由圖8可知，當淀粉用量由800 g/t增加到1 100 g/t時，淀粉對混磁精礦中鐵礦物的抑制作用逐漸增加，浮選精礦鐵品位先提高后下降，鐵回收率則呈現逐漸上升趨勢。綜合考慮精礦鐵品位及鐵回收率，選擇淀粉用量為1 100 g/t。

2.2.3 CaO用量條件試驗

CaO的作用主要是活化石英。在混磁精礦磨礦細度為-0.038 mm占90%，礦漿pH=11.5，淀粉用量1 100 g/t，ksIII粗選用量1 200 g/t、精選用量600 g/t條件下，選取CaO用量分別為500 g/t、750 g/t、1 000 g/t、1 250 g/t和1 500 g/t進行CaO用量試驗研究，結果如圖9所示。

由圖9可知，隨著CaO用量增加，浮選精礦鐵品位總體呈現下降趨勢，而鐵回收率逐漸升高。綜合考慮精礦鐵回收率和鐵品位，確定CaO用量為750 g/t。

2.2.4 ksIII用量條件試驗

為獲得較高的精礦品位和回收率，在磨礦細度為-0.038 mm占90%，礦漿pH=11.5，淀粉用量1 100 g/t，CaO用量750 g/t條件下，選取ksIII粗選用量分別為 1 100 g/t、1 200 g/t、1 300 g/t、1 400 g/t和 1 500 g/t進行ksIII用量試驗研究，結果如圖10所示。

由圖10可知，隨著ksIII用量增加，鐵精礦TFe品位逐漸增加，脈石礦物石英和連生體獲得有效捕收，鐵精礦中二者的含量均減少。由于ksIII的用量增加，部分未解離充分的鐵礦物隨脈石和連生體進入尾礦，使精礦鐵回收率逐漸降低。綜合考慮精礦鐵品位和鐵回收率指標，確定合理的ksIII粗選用量為1 300 g/t。

2.2.5 浮選閉路試驗

浮選流程中的中礦返回會對浮選指標及浮選藥劑用量產生一定的影響，為確定最佳藥劑制度下的浮選指標，進行了混磁精礦的浮選閉路試驗。閉路試驗中，混磁精礦再磨細度為-0.038 mm占90%，反浮粗選礦漿pH=11.5、淀粉用量1 100 g/t、CaO用量750 g/t、ksIII用量 1 300 g/t；反浮精選礦漿 pH=11.5、ksIII用量為650 g/t。根據試驗結果進行了數質量流程計算，混磁精礦TFe品位為45.17%，經過閉路試驗可得到鐵品位為64.52%、鐵作業回收率為83.70%、總鐵回收率為81.88%的浮選精礦指標。

2.3 全流程擴大連續試驗

根據實驗室小試試驗結果，進行了磨礦—弱磁—強磁粗選—強磁掃選—再磨—反浮選擴大連續試驗，流程調試穩定后，進行48 h流程考察。擴大連續試驗數質量流程如圖11所示。由圖11可知，采用磨礦—強磁預選—攪拌磨機再磨—反浮選工藝處理東鞍山鐵礦石，可以獲得精礦鐵品位66.28%、回收率76.67%的技術指標，綜合尾礦鐵品位為12.74%。與東鞍山燒結廠生產工藝相比，簡化了生產流程，提高了分選指標。

3 結論

（1）東鞍山鐵礦石原礦TFe品位33.35%，有害元素S和P含量較低；鐵主要以赤褐鐵礦和磁鐵礦形式存在；赤鐵礦和磁鐵礦的粒度以細粒嵌布為主，且在細粒級中分布率高，易損失在尾礦中。脈石礦物主要為石英、綠泥石和碳酸鹽礦物。

（2）在磨礦細度-0.074 mm占80%、弱磁選磁場強度80 kA/m、強磁粗選磁場強度480 kA/m、強磁掃選磁場強度640 kA/m的條件下得到混磁精礦，混磁精礦在再磨細度為-0.038 mm占90%，粗選礦漿pH=11.5、淀粉用量 1 100 g/t、CaO用量750 g/t、ksIII用量1 300 g/t、精選ksIII用量為650 g/t的條件下，獲得了精礦鐵品位為64.52%、鐵回收率為81.88%的指標。

（3）東鞍山鐵礦石原礦采用磨礦—強磁預選—攪拌磨機再磨—反浮選技術，可以獲得精礦鐵品位66.28%、回收率76.67%的指標，可有效提高鐵精礦回收率，簡化和縮短工藝流程。