鏡鐵山V礦體鐵礦石智能與強磁干式聯合預選試驗研究

黃開偉 陳鐵軍 展仁禮 劉 偉

(1.武漢科技大學資源與環境工程學院，湖北 武漢 430081;2.冶金礦產資源高效利用與造塊湖北省重點實驗室，湖北 武漢 430081;3.酒泉鋼鐵集團有限責任公司技術中心，甘肅 嘉峪關 735100)

我國鐵礦石資源儲量豐富，但總體稟賦差，采出后可直接進入冶煉工藝的礦石十分稀少[1-2]。磨前預選拋出原礦中的圍巖，可簡化采礦方法、減少脈石礦物的入磨量、穩定后續作業指標和延長礦山年限，優勢明顯[3]。

酒鋼V礦體鐵礦石屬于典型的低品位弱磁性鐵礦石，主要金屬礦物為褐鐵礦、菱鐵礦、鏡鐵礦，少量磁鐵礦、黃鐵礦、赤鐵礦，脈石礦物主要為重晶石、鐵白云石、堿性長石、方解石、石英等[4-6]。該礦體不僅鐵品位較低，且嵌布粒度較細、嵌布復雜，受選礦技術和經濟條件的制約，一直未能得到較為合理的利用。目前國內對于弱磁性鐵礦石的預選已有較多的研究，常用的方法為強磁預選，使用的設備主要有輥帶式強磁選機、永磁筒式磁選機、大粒度跳汰機等[7-10]。在鏡鐵山選礦現場采用單一強磁預選，入選礦石鐵品位得到較為明顯的提高，但同時尾礦鐵品位偏高，原礦鐵損失較大，因此需考慮引進更為高效的預選技術。

智能光電預選是一種新興技術，主要利用的檢測手段有顏色、X射線熒光、X射線透射、放射線、近紅外光線、電磁感應、激光誘導等[11-13]。智能光電預選設備中X射線智能分選機應用較為廣泛，在非金屬、有色金屬和稀貴金屬領域獲得較好的拋廢效果[14-17]。單一使用X射線智能分選機進行礦石預選，難以保證預選效果，主要與設備對于原料粒度要求較高有關。基于此，對酒鋼鏡鐵山V礦體開展智能預選與強磁干式預選聯合拋廢試驗，以探究難選鐵礦的高效預選工藝。

1 試樣性質

本試驗所用礦樣取自鏡鐵山礦V礦體，將其全部破碎至-45 mm，其中 15～45 mm粒級為本試驗的礦樣，0～15 mm粒級礦樣因粒度較細用其他合適的選礦流程分選。對全粒級試樣進行化學成分及鐵物相分析，結果分別見表1和表2。

表1 試樣化學成分分析結果Table 1 Analysis results of the chemical composition of the samples %

表2 試樣鐵物相分析結果Table 2 Analysis results of the iron phase of the samples %

由表1可知，試樣 TFe品位為 22.89%，其中15～45 mm粒級礦樣TFe品位為23.92%;脈石成分主要為 SiO2，有害雜質 S、P含量分別為 3.58%、0.01%。

由表2可知，試樣中鐵主要以磁鐵礦、碳酸鐵的形式存在，合計分布率為87.91%。

2 試驗方法及設備

2.1 智能預選試驗

2.1.1 試驗設備及原理

本試驗所用XNDT-104型智能分選機由清華大學精密儀器系和北京霍里思特科技公司聯合自主研發，主皮帶寬度1.6 m，主皮帶速度為3 m/s，可選粒度范圍為8～150 mm，處理量為40～150 t/h。

設備工作原理:在X射線透射作用下，利用不同礦物成分和性質的差異，通過電腦識別建立各類礦石、圍巖信息庫;生產時，超高速X射線探測器采集系統對每一塊物料進行透射識別，信號傳輸至電腦，電腦經過后臺快速計算判定屬于礦石還是廢石，下達指令啟動噴吹執行機構動作，精準噴射識別廢石或礦石，實現礦廢分離。

2.1.2 試驗過程

(1)對礦石進行手工分揀。在收集到礦樣后，從V礦體礦樣中隨機抽取4袋(100 kg)，將各類典型圍巖和礦石利用手工分揀開來，對于每一種圍巖和礦石，均進行制樣和化驗，確定其基本性質。

(2)智能分選機對各類礦石和圍巖進行學習記憶。將分揀出的圍巖、礦石樣品置入智能分選機中，利用X射線透射、電腦識別記憶，建立V礦體鐵礦石、圍巖信息庫。

(3)探索性試驗。取少量V礦體鐵礦石，對其進行智能預選拋廢探索性試驗，探索性試驗結束后，將拋廢結果與手工分揀的效果進行比照，若發現結果不一致的樣品，則對其進行重復性試驗，從而得到更為完善的V礦體礦石、圍巖信息庫。

(4)條件試驗。對于V礦體原料，根據其粒度的不同而進行不同拋廢率的智能預選拋廢條件試驗，考察拋廢率由低到高時礦石品位提高幅度、尾礦品位及金屬回收率變化情況，確定V礦體鐵礦石的最佳拋廢比例。

(5)穩定試驗。利用條件試驗所確定出的最佳參數，進行擴大給料量的穩定試驗，考察在較大給料量的連續性試驗過程中設備的穩定性和試驗數據的可靠性。

2.2 強磁干式預選試驗

2.2.1 試驗設備

試驗所用強磁選設備為T-QCG型干式強磁選機，外形尺寸為φ300 mm×900 mm，磁場強度為850 mT，皮帶厚度為2 mm，筒體表面線速度可調，單機處理量為10～20 t/h。該設備具有配置簡單、單位機重處理量高、分選效果好、生產成本低的特點。采用上磁滾筒加下輥輪的配置，物料首先經過中磁的上磁滾筒選別出強磁性礦物，再進入下面的強磁輥選別，能夠充分吸附分選弱磁性礦物。

2.2.2 試驗過程

由于強磁干式預選對于粒度要求較為精細，將給礦篩分為30～45 mm(A1)和15～30 mm(A2)2個粒級進行強磁干式預選試驗，試驗采用1粗1掃，筒體中心與分離隔板間距238 mm、磁感應強度均為850 mT。

3 試驗結果與分析

3.1 智能預選拋廢試驗

3.1.1 條件試驗

對15～45mm粒級試樣(TFe品位23.92%)開展7個不同拋廢率的條件試驗，確定最佳拋廢比例，試驗每次給礦量為150 kg，試驗結果見表3。

表3 智能預選拋廢條件試驗結果Table 3 The results of the intelligent pre-selection discarding condition tests %

由表3可知，隨著拋廢率的提高，精、尾礦TFe品位均呈現上升趨勢，精礦TFe回收率呈下降趨勢。綜合考慮，確定適宜的拋廢率為16.31%，此時智能預選精礦TFe品位為26.53%、TFe回收率92.83%。

3.1.2 穩定試驗

為了考察設備的穩定性和試驗數據的可靠性，對適宜拋廢率附近的2個條件(拋廢率13%和拋廢率20%)進行了穩定試驗。穩定試驗的給礦量分別為932.4 kg、932.6 kg，試驗結果見表4。

由表4可知，當拋廢率為13.20%時，尾礦TFe品位為10.12%、精礦TFe回收率為94.42%，TFe品位提高2.25個百分點;當拋廢率提高至20.39%時，尾礦 TFe品位升高至 12.08%、精礦 TFe回收率為89.70%，TFe品位提高3.03個百分點。穩定試驗結果與條件試驗結果基本一致，說明使用智能分選機進行拋廢數據可靠，具有較高的可行性。

3.2 強磁干式預選試驗

將拋廢率16.31%情況下的智能預選精礦分為30～45 mm(A1)和15～30 mm(A2)粒級分別進行強磁干式預選試驗，所分粒級樣產率、TFe品位和分布率如表5所示。

表5 2種粒級樣產率及TFe品位和分布率Table 5 Yield，TFe grade and distribution rate of two kinds of grain size samples

3.2.1 A1礦樣粗選筒體表面線速度試驗

固定筒體中心與分離隔板間距為238 mm、磁感應強度為850 mT、給礦量為50 kg、給礦粒度 30～45 mm，A1礦樣粗選筒體表面線速度試驗結果見表6。

表6 不同筒體表面線速度下A1礦樣粗選試驗結果Table 6 Test results of roughing separation of A1 ore samples with different surface linear velocity of cylinder

由表6可知，隨著筒體表面線速度增加，拋出的尾礦量增多，精礦TFe品位升高。綜合考慮，確定A1粒級樣粗選適宜的筒體表面線速度為0.70 m/s，此時精礦TFe品位為29.03%、回收率70.91%。

3.2.2 A2礦樣粗選筒體表面線速度試驗

固定筒體中心與分離隔板間距為238 mm、磁感應強度為850 mT、給礦量為40 kg、給礦粒度 15～30 mm，A2礦樣粗選筒體表面線速度試驗結果見表7。

表7 不同筒體表面線速度下A 2礦樣粗選試驗結果Table 7 Test results of roughing separation of A2 ore samples with different surface linear velocity of cylinder

由表7可知，隨著筒體表面線速度增加，拋出的尾礦量增多，精礦TFe品位升高。綜合考慮，確定A2粒級樣粗選適宜的筒體表面線速度為0.85 m/s，此時精礦TFe品位為30.03%、回收率78.09%。

3.2.3 A1和A2粒級樣強磁干式預選試驗

固定筒體中心與分離隔板間距為238 mm，對 A1和A2礦樣分別進行1粗1掃強磁干式預選開路試驗，其中，A1礦樣強磁干式預選粗選和掃選的筒體表面線速度分別選取0.70 m/s和0.60 m/s，A2 礦樣強磁干式預選粗選和掃選的筒體表面線速度分別選取0.85 m/s和0.70 m/s，2次磁感應強度均為850 mT，試驗結果如表8所示。

表8 強磁干式預選試驗結果Table 8 Test results of the high magnetic dry-type pre-separation

由表8可知，對于粒度為30～45 mm的智能預選精礦，強磁預選可拋除作業產率為15.04%、TFe作業回收率為8.29%的尾礦，精礦TFe品位提升了2.04個百分點;對于粒度為15～30 mm的智能預選精礦，強磁預選可拋除作業產率為10.97%、TFe作業回收率為5.79%的尾礦，精礦TFe品位提升了1.54個百分點。結果表明，經過智能預選后的礦樣，再進行強磁預選后，其鐵品位仍有提升，且對于不同粒度的智能預選精礦的選別效果有一定的差異，其中，粒度為30～45 mm的智能預選精礦的強磁預選效果更好。

3.3 聯合拋廢工藝全流程試驗

根據條件試驗結果，采用智能預選—強磁干式預選(1粗1掃)工藝進行聯合拋廢全流程試驗，數質量流程見圖1，結果見表9。

表9 聯合拋廢工藝試驗結果Table 9 Test results of combined discarding process

圖1 聯合拋廢工藝數質量流程Fig.1 The numerical quality flow sheet of combined discarding process

由表9可知，采用智能預選—強磁干式預選(1粗1掃)工藝進行聯合拋廢全流程試驗，可拋除總產率為24.12%、TFe回收率為11.95%的尾礦，精礦TFe品位提升了3.85個百分點，取得了較好的預選指標。

4 結 論

(1)對于TFe品位為23.92%、粒度范圍為15～45mm粒級樣，適宜的拋廢率為16.31%，此時TFe品位為26.53%、回收率92.83%。拋廢率為13.20%和20.39%的穩定試驗結果與條件試驗結果基本一致，表明智能預選試驗數據可靠。

(2)A1粒級樣(30～45 mm)粗選適宜的筒體表面線速度為0.70 m/s，此時精礦TFe品位為29.03%、回收率70.91%;A2粒級樣(15～30 mm)粗選適宜的筒體表面線速度為0.85 m/s，此時精礦TFe品位為30.03%、回收率78.09%。

(3)粒度為30～45 mm的智能預選精礦通過強磁干式預選，可拋除作業產率為15.04%、TFe作業回收率為8.29%的尾礦，精礦TFe品位提升了2.04個百分點;粒度為15～30 mm的智能預選精礦通過強磁干式預選，可拋除作業產率為10.97%、TFe作業回收率為5.79%的尾礦，精礦TFe品位提升了1.54個百分點。粒度為30～45 mm的智能預選精礦的強磁干式預選效果更好。

(4)采用智能預選—強磁干式預選(1粗1掃)工藝進行聯合拋廢處理15～45 mm粒級礦樣，可拋除總產率為24.12%、TFe回收率為11.95%的尾礦，精礦TFe品位提升了3.85個百分點，預選效果較好。