遼寧某鐵精礦深度選別實(shí)驗(yàn)研究

李明宇，黃金夫，姜麗君，武真子，萬家國，王文龍

（撫順罕王傲牛礦業(yè)股份有限公司，遼寧 撫順 113125）

超級(jí)鐵精礦，是指選礦產(chǎn)品中鐵含量接近該種礦物中鐵元素的理論含量，并且有害雜質(zhì)含量極低，主要原料為磁鐵礦或赤鐵礦的精礦產(chǎn)品，有時(shí)是兩種礦物的原礦，是一種選礦深加工產(chǎn)品[1-6]。原礦中鐵礦物的結(jié)晶粒度、脈石礦物種類、鐵礦物和脈石礦物的共生和鑲嵌關(guān)系等礦物學(xué)基因特性，決定原礦是否具有制備超級(jí)鐵精礦的可能性[7]。超級(jí)鐵精礦的主要考核指標(biāo)不僅是鐵含量，還有雜質(zhì)含量：Si和酸不溶物（AIC）含量。酸不溶物為氧化物，無磁性，在燒結(jié)件中形成夾雜物，容易成為裂紋源，損害強(qiáng)度，特別是承受疲勞載荷時(shí)，很可能在此處萌生裂紋[8]。酸不溶物的主要脫除方式為磁選法，但對(duì)于部分富連生體，需要使用浮選法進(jìn)一步脫除。

1 原礦性質(zhì)

原礦多元素分析結(jié)果見表1，鐵物相分析結(jié)果見表2，不同粒級(jí)篩析結(jié)果見表3。

表1 原礦多元素分析結(jié)果/%Table 1 Chemical analysis results

表2 鐵物相分析結(jié)果Table 2 Analysis results of iron phase

表3 篩析結(jié)果Table 3 Sieve analysis results

表1表明，原礦主要雜質(zhì)元素硅的含量為4.82%，其他雜質(zhì)元素鋁、鈣、鎂等含量很低。表2表明，磁性鐵占有率98.91%，其他物相的鐵元素含量很低，且基本不具有磁性，通過繼續(xù)磨礦-磁選，可提升磁性鐵占有率，進(jìn)而提升鐵精礦純度。由表3可知，原礦粒度越細(xì)，解離程度越高，鐵品位越高，-0.038 mm粒級(jí)品位達(dá)到70.32%。+0.1 mm粒級(jí)品位較低，表明大于該粒級(jí)原礦連生體含量多。若精礦進(jìn)行全粒級(jí)深度選別，+0.1mm粒級(jí)將會(huì)增設(shè)備投資、提升磨礦和精選成本。

2 選礦實(shí)驗(yàn)

根據(jù)原礦性質(zhì)分析結(jié)果，決定使用“預(yù)先分級(jí)-磨礦閉路分級(jí)-磁選-浮選”的實(shí)驗(yàn)流程開展鐵精礦深度選別工作。

2.1 預(yù)先分級(jí)實(shí)驗(yàn)

使用旋流器和高頻篩開展預(yù)先分級(jí)對(duì)比實(shí)驗(yàn)。旋流器型號(hào)為FX-50，沉砂口直徑分別為6 mm、8 mm和10 mm，工作壓力為0.1 MPa。高頻篩型號(hào)MVS 0408，篩孔尺寸為0.074 mm。旋流器分級(jí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4，高頻篩篩分實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5。

表4 旋流器分級(jí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 4 Test results of hydrocyclone classification

表5 高頻篩篩分實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 5 Screening test results of high frequency screen

由表5可知，高頻篩篩下品位為69.22%，回收率為56.34%，而不同沉沙嘴的旋流器溢流產(chǎn)品的品位為68.27% ～ 68.63%，回收率為66.86% ～21.46%，高頻篩篩分效果優(yōu)于旋流器。造成此結(jié)果的原因：旋流器依靠離心力分級(jí)，顆粒的尺寸和比重對(duì)分級(jí)結(jié)果影響很大，由于原礦粒級(jí)寬、品位差別大，導(dǎo)致部分不滿足尺寸需求的低品位連生體進(jìn)入溢流中，影響溢流品位。高頻篩嚴(yán)格按照篩孔尺寸分級(jí)，顆粒沿著篩面向下流動(dòng)時(shí)，在篩面的高頻振動(dòng)下，比重大的合格尺寸顆粒會(huì)優(yōu)先成為篩下產(chǎn)品，受篩分效率影響，部分滿足尺寸要求的連生體顆粒夾雜在篩上產(chǎn)品中，這也是高頻篩應(yīng)用于提質(zhì)降雜作業(yè)中的原因之一。

該實(shí)驗(yàn)引入預(yù)先篩分工藝，使原礦中的低品位粗顆粒產(chǎn)品作為篩上中礦排出流程，避免這部分中礦引入后續(xù)磨礦選別流程造成的前期設(shè)備選型規(guī)格大、后期運(yùn)行成本高的問題。相比其他超級(jí)鐵精礦選礦工藝，實(shí)際運(yùn)行成本可降低大約40%，可最大限度增加超級(jí)鐵精礦產(chǎn)品的利潤空間。

2.2 磨礦-弱磁選實(shí)驗(yàn)

使用 “塔磨機(jī)-高效磁選機(jī)-磁選柱”進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。塔磨機(jī)適用于超細(xì)磨，基于塔磨機(jī)的磨礦原理，塔磨機(jī)的磨礦產(chǎn)品粒度組成窄、降低“過磨和欠磨”，相比球磨節(jié)能30% ～ 40%[9-10]。高效磁選機(jī)使用馬鞍山天工科技的小磁極高效磁選機(jī)，該設(shè)備針對(duì)細(xì)顆粒礦物分選，采用多磁極、高場強(qiáng)的磁系設(shè)計(jì)，提高分選品位的同時(shí)，保證選別回收率。磁選柱為“磁-重”復(fù)合力場選別設(shè)備，顆粒在磁選柱內(nèi)充分分散，交變磁場打破“磁團(tuán)聚”，上升水流進(jìn)一步?jīng)_散并攜帶低品位的各種顆粒從溢流排出，對(duì)于高品位的磁性礦提質(zhì)效果極為顯著。實(shí)驗(yàn)流程見圖1，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 磨礦-磁選實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 6 Test result of grinding-magnetic separation

圖1 磨礦-磁選實(shí)驗(yàn)流程Fig.1 Test flow of grinding-magnetic separation

表6表明，隨著磨礦細(xì)度的提升，精礦2的品位隨之提升，但是磨礦細(xì)度超過90%-0.038 mm以后，尾礦2品位和產(chǎn)率大幅提升，精礦2的產(chǎn)率和回收率較大幅度下降。考慮到細(xì)磨能耗高、微細(xì)顆粒磁選尾礦高、回收率低等問題，確定全磁流程的磨礦細(xì)度為90% -0.038 mm。

2.3 浮選實(shí)驗(yàn)

對(duì)磁選精礦2采用浮選方式，進(jìn)一步脫除磁選無法脫除的連生體礦物。經(jīng)過查閱相關(guān)文獻(xiàn)，參考鐵礦浮選廠使用的藥劑，分別選用十二胺、GE609和TTAC進(jìn)行陽離子反浮選捕收劑用量實(shí)驗(yàn)；選用LKY、RA715進(jìn)行陰離子反浮選捕收劑用量實(shí)驗(yàn)。CaO作為陰離子反浮選中的石英活化劑，Ca2+能夠?qū)κ⒈砻娈a(chǎn)生離子活化作用，石英表面得以吸附捕收劑的離子而實(shí)現(xiàn)浮選，淀粉在鐵礦物表面有很強(qiáng)的吸附能力，可在鐵礦物表面形成親水薄膜，是反浮選中的抑制劑[11]。陽離子反浮選實(shí)驗(yàn)流程見圖2，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表7 ～ 9，陰離子反浮選實(shí)驗(yàn)流程見圖3，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見10 ～ 11。

圖3 陰離子反浮選實(shí)驗(yàn)流程Fig .3 Test flow of anion reverse flotation

表7 十二胺用量陽離子反浮選實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 7 Cation reverse flotation test results of dodecylamine dosage

表8 GE609用量陽離子反浮選實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 8 Cation reverse flotation test results of GE609 dosage

表9 TTAC用量陽離子反浮選實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 9 Cation reverse flotation test results of TTAC dosage

表10 LKY用量陰離子反浮選實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table10 Anionic reverse flotation test results of LKY dosage

表11 RA715用量陰離子反浮選實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table11 Anionic reverse flotation test results of RA715 dosage

由上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知：

（1）陽離子反浮選使用十二胺作為捕收劑，在水溫約24℃（和室溫相當(dāng)），十二胺分段添加量(100+50+20) g/t，陽離子反浮選精礦品位為71.81%，回收率40.78%，是陽離子捕收劑種類和用量實(shí)驗(yàn)中的最佳指標(biāo)；

（2）陰離子反浮選捕收劑為LKY，在水溫約34℃，LKY分段添加量600+80+80 g/t，陰離子反浮選精礦品位為71.90%，回收率49.32%，是陰離子捕收劑種類和用量實(shí)驗(yàn)中的最佳指標(biāo)；

（3）LKY陰離子反浮選精礦品位和回收率相比十二胺陽離子反浮選高0.09%和8.54%，但是，LKY藥劑需要在32～35℃的礦漿環(huán)境使用， LKY流動(dòng)性、分散性和捕收效果隨著溫度的降低而降低；十二胺對(duì)礦漿溫度要求相對(duì)較寬；

（4）陰離子反浮選需要添加CaO活化劑和淀粉抑制劑，增加藥劑成本；浮選實(shí)驗(yàn)中，LKY總藥劑消耗量為760 g/t，參照市場脂肪酸類捕收劑的價(jià)格，預(yù)估其單價(jià)為13000元/t，折合浮選過程的原礦藥劑單噸成本為9.99元/t；十二胺總藥劑消耗量為170 g/t，市場單價(jià)約為20000元/t，折合浮選過程的原礦藥劑單噸成本為2.21元/t；分別對(duì)LKY捕收劑和十二胺捕收劑的反浮選精礦進(jìn)行化驗(yàn)，測定Si含量，十二胺捕收劑精礦的Si含量為0.15%，LKY捕收劑的浮選精礦Si含量為0.14%，十分接近。

經(jīng)過對(duì)比分析，陰離子反浮選的精礦品位和回收率較高，但是浮選條件不易控制、捕收劑用量大、藥劑制度復(fù)雜，淀粉作為抑制劑，對(duì)后期過濾產(chǎn)生不利影響[12]。陽離子反浮選藥劑用量少、浮選條件和藥劑制度簡單，浮選精礦指標(biāo)雖低于陰離子捕收劑反浮選產(chǎn)品，但不影響精礦產(chǎn)品售價(jià)，且運(yùn)行成本低。

最終選擇十二胺作為捕收劑，并以十二胺分段添加量100+50+20 g/t為藥劑添加制度進(jìn)行擴(kuò)大連選實(shí)驗(yàn)。

2.4 擴(kuò)大連選實(shí)驗(yàn)

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)原礦使用高頻篩進(jìn)行預(yù)先篩分，篩孔寬度0.074 mm，篩下產(chǎn)品進(jìn)入塔磨機(jī)閉路磨礦分級(jí)，分級(jí)產(chǎn)品細(xì)度為-0.038 mm 90%，磨礦產(chǎn)品經(jīng)過磁選機(jī)和磁選柱磁選后，磁選精礦進(jìn)入連續(xù)浮選機(jī)進(jìn)行一粗兩精開路陽離子反浮選，捕收劑為十二胺，分段添加量為100+50+20 g/t（折合原礦添加量為52.36+26.18+10.47 g/t）。擴(kuò)大連選實(shí)驗(yàn)數(shù)質(zhì)量流程見圖4，超級(jí)鐵精礦多元素分解結(jié)果見表12。

圖4 擴(kuò)大連選試驗(yàn)數(shù)質(zhì)量流程Fig.4 Mass balance diagram of expanding test

表12 超級(jí)鐵精礦多元素分析結(jié)果/%Fig. 12 Chemical analysis results of super-grade iron concentrate

“預(yù)先分級(jí)-磨礦閉路分級(jí)-磁選-浮選”的鐵精礦深度選別流程，可以獲得產(chǎn)率23.76%，鐵 品 位71.65%，SiO2含 量0.15%，酸 不 溶 物0.15%的超級(jí)鐵精礦。同時(shí)，剩余產(chǎn)品品位達(dá)到66.67%，可作為副產(chǎn)精礦銷售。

3 結(jié) 論

（1）原礦中鐵品位67.86%，鐵元素主要賦存在磁性鐵中，磁性鐵占有率98.91%，原礦-200目產(chǎn)率60.05%。原礦中主要雜質(zhì)元素為Si，含量為4.82%，其他雜質(zhì)元素含量很低。

（2）采用“預(yù)先分級(jí)-閉路磨礦分級(jí)-磁選-陽離子反浮選”的鐵精礦深度選別流程，在預(yù)先篩分篩孔寬度0.074 mm，塔磨機(jī)磨礦產(chǎn)品粒度-0.038 mm 90%，浮選藥劑十二胺分段添加量(100+50+20) g/t（折合原礦添加量為(52.36+26.18+10.47) g/t的條件下，獲得產(chǎn)率23.76%，鐵品位71.65%，SiO2含量0.15%，酸不溶物0.15%的超級(jí)鐵精礦。

（3）擴(kuò)大連續(xù)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的副產(chǎn)精礦產(chǎn)率76.24%，品位66.67%，可作為普通鐵精礦銷售。

（4）預(yù)先篩分工藝的引入，避免低品位粗粒級(jí)中礦進(jìn)入磨礦選別流程，降低前期投資和生產(chǎn)成本。

（5）該流程可直接添加到普通鐵精礦生產(chǎn)流程，用于深度選別普通鐵精礦產(chǎn)品。