鞍千預選混磁精礦攪拌磨細磨—磁選—反浮選工藝研究

范喜杰，韋文杰，徐冬林，李慧，張淑敏，劉杰，李艷軍

1.鞍鋼集團 鞍千礦業責任有限公司，遼寧 鞍山114043；2.東北大學 資源與土木工程學院，遼寧 沈陽 110819

引言

鐵礦石作為生產鋼鐵的主要原材料，對我國基礎設施建設、國防安全具有重要支撐作用[1-3]。我國鐵礦資源分布廣、儲量大、品位低的特點，決定了我國礦產資源開發利用的難度和提高開發利用水平的重要性[4-6]。鞍千鐵礦石是我國重要的鐵礦資源，但隨著近年來開采深度的逐漸加大，礦石性質已經發生較大變化，目前選廠的工藝流程并不能很好地適應現在新開采的礦石性質，現有工藝值得關注以下幾點：(1)重選精礦品位低，波動大，為了保證綜合精礦品位滿足生產指標要求，浮選作業提質降雜困難；(2)選別工藝包含重選、磁選、浮選三種主要工藝，流程長而復雜，不易控制；(3)入選礦石中磁性礦含量增加，應進一步強化磁選分選效率。磨礦作業作為選前準備的重要一環，不僅直接影響著后續選別指標，還很大程度上左右選別成本。與傳統球磨機相比，陶瓷球攪拌磨具有效率高、能耗低、產品粒度窄、產品污染少等特點，且在同類選廠已有應用[7]，因此有必要引入新的磨礦設備陶瓷球攪拌磨，進行短流程優化試驗，這對鞍千礦業及齊大山地區鐵礦選礦工藝指標改善具有重要意義[8-9]。近年來，隨著新技術與理念的不斷應用，推動了工藝礦物學的快速發展。尤其在低品位、共伴生、復雜難選冶等礦產資源的開發利用中，工藝礦物學的作用更為明顯[10-13]。本次以鞍千選礦廠半自磨—濕式預選的混磁精礦為研究目標，運用化學分析、光學顯微鏡觀察、X射線衍射等手段進行全面的工藝礦物學特性分析，在此基礎上進行攪拌磨—短流程優化試驗，旨在為提升選別指標及改進現場工藝流程奠定基礎。

1 礦樣的工藝礦物學特性

1.1 礦樣的化學組成

本研究所采用的礦樣為鞍千礦業公司的半自磨—濕式預選的混磁鐵精礦。為確定樣品主要化學組成，對礦樣進行化學成分分析，結果見表1。

表1 預選混磁精礦化學成分分析 /%

由表1可知，預選混磁精礦TFe品位42.91%，礦石中硫和磷等有害元素含量不高。

1.2 礦樣的鐵物相組成

礦樣中鐵物相分析結果如表2所示。

表2 鐵物相分析 /%

由表2可知，預選混磁精礦中的鐵主要分布在磁性鐵及赤(褐)鐵礦中，其含量分別為21.77%、20.51%，分布率分別為50.73%、47.80%。碳酸鐵、硅酸鐵和硫化鐵中的鐵含量較少。因此，磁鐵礦和赤褐鐵礦是主要的回收目標。

1.3 礦樣的礦物組成

借助光學顯微鏡對礦樣的礦物組成進行探究，如圖1所示。

圖1 礦樣中主要礦物及其含量

由圖1可知，該礦樣中金屬礦物主要為磁鐵礦及赤鐵礦，含量分別為33.30%、29.58%，其次為少量的褐鐵礦和黃鐵礦，含量分別為0.15%和0.02%，其余為非金屬礦物，含量為36.95%，非金屬礦物主要為石英。

1.4 主要礦物解離情況及連生體特征

礦樣中鐵礦物主要為赤鐵礦和磁鐵礦，是主要回收礦物，其單體解離度和連生情況的考察結果對下一步的提純除雜工作具有指導意義。礦樣解離情況見圖2。

圖2 礦樣中赤鐵礦、磁鐵礦解離情況

由圖2(a)可見，單體赤鐵礦含量為57.47%，赤鐵礦的連生體主要為赤鐵礦與脈石礦物形成的連生體，含量為28.51%，其次為赤鐵礦與磁鐵礦形成的連生體，赤鐵礦與磁鐵礦、脈石礦物形成的連生體，含量分別為6.73%和6.46%，還有少量赤鐵礦與褐鐵礦形成的連生體，含量為0.83%。由圖2(b)可知，單體磁鐵礦含量為38.15%，連生體較多，依次為磁鐵礦與赤鐵礦形成的連生體，磁鐵礦與赤鐵礦、脈石礦物形成的連生體，及磁鐵礦與脈石礦物形成的連生體，含量分別為27.93%、20.30%和13.62%。

樣品中赤鐵礦、磁鐵礦與脈石礦物形成的連生體含量較多，這部分連生體對鐵礦物回收影響最大。因此，對赤鐵礦與脈石礦物的結合類型，及磁鐵礦與脈石礦物的結合類型分別進行統計，結果見圖3。

圖3 赤鐵礦、磁鐵礦與脈石礦物結合類型

由圖3(a)可知，赤鐵礦與脈石礦物的連生體中，毗連型連生體最多，含量為70.29%；其次為反包裹型連生體，含量為22.72%；包裹型連生體相對含量最少，含量為6.99%。由圖3(b)可知，磁鐵礦與脈石礦物的連生體主要為毗連型和反包裹型連生體，含量分別為48.37%和43.14%，包裹型連生體含量為8.49%。

赤鐵礦和磁鐵礦與脈石礦物形成的連生體中，反包裹型連生體相對含量均較高，這部分鐵礦物中包含的脈石礦物往往顆粒細小，難以從鐵礦物中解離出來，是影響鐵精礦品位的主要因素之一。

圖4為試樣中主要鐵礦物的產出特性。鐵礦物與脈石礦物多呈毗鄰型連生(見圖4(a)、(b))；鐵礦物包裹微細粒脈石礦物呈反包裹型(見圖4(c))；赤鐵礦以細粒或微細粒鑲嵌于脈石礦物中呈包裹型(見圖4(d))。包裹連生體中鐵礦物往往顆粒細小，需細磨才能將其與脈石礦物解離。

圖4 主要鐵礦物產出特征

1.5 主要礦物浸染粒度

礦石中赤鐵礦和磁鐵礦為主要回收礦物，粒度測定結果見圖5(a)和5(b)。

由圖5(a)可知，赤鐵礦中+75 μm粒級中含量為34.54%，在-38 μm粒級含量為25.32%，可見赤鐵礦粒度不均勻，在各粒級中分布較平均，總體以中細粒為主。

由圖5(b)所示數據可知，磁鐵礦粒度分布特征與赤鐵礦相似，磁鐵礦+75 μm粒級含量為28.83%，-38 μm粒級含量為29.30%，可見磁鐵礦粒度不均勻，在各粒級中分布較平均，較赤鐵礦略細一些。

圖5 赤鐵礦和磁鐵礦粒度統計結果

通過對預先混磁精礦的工藝礦物學研究，該礦樣主要有以下幾個特點：

(1)混磁精礦的金屬礦物主要為赤鐵礦和磁鐵礦，其他金屬礦物為少量黃鐵礦，磁鐵礦和赤鐵礦為主要回收礦物。

(2)赤鐵礦和磁鐵礦的單體解離度均較低，赤鐵礦與脈石礦物的連生體含量較高；磁鐵礦與赤鐵礦、脈石礦物結合形成的連生體，及磁鐵礦與脈石礦物結合形成的連生體含量均較高。

(3)鐵礦物與脈石礦物的連生體中，赤鐵礦與脈石礦物的結合類型多為毗鄰型，其余依次為反包裹型和包裹型連生體，而磁鐵礦與脈石礦物的結合類型主要為毗鄰型和反包裹型，包裹型連生體次之。赤鐵礦和磁鐵礦反包裹型連生體含量較高，反包裹型連生體中因脈石礦物粒度細小，難以從鐵礦物中解離出來，將影響鐵精礦品位。

(4)赤鐵礦和磁鐵礦的粒度分布不均勻，粒度均以中細粒為主，在細粒級中分布率均較高。

2 試驗研究

2.1 試驗方案的確定

鑒于礦石中主要目的礦物是磁鐵礦和赤鐵礦，由于磁鐵礦和赤鐵礦的單體解離度均較低，且與脈石礦物結合形成的連生體較多，在細粒級中分布較多，因此選別前需細磨，達到有用礦物和脈石礦物的單體解離。與傳統球磨機相比，陶瓷球攪拌磨具有效率高、能耗低、產品粒度范圍窄、產品污染少等特點，且在同類選礦廠已有應用，故本試驗采用陶瓷球攪拌磨對混磁精礦進行細磨，通過弱磁精礦指標確定最佳磨礦細度。磁選段采用弱磁選直接選出合格的鐵精礦，弱磁尾礦進行強磁選，強磁選的精礦通過反浮選進行提鐵除雜。因此確定的試驗流程是預先混磁精礦攪拌磨機細磨—弱磁選—強磁選—反浮選流程。

2.2 試驗方法與設備

磨礦作業采用實驗室自制設備立式陶瓷球攪拌磨機，型號SLJM-1.5L。弱磁選采用武漢洛克粉磨設備制造有限公司生產的弱磁選機，型號RK/CRS-Ф400×300，強磁選采用沈陽隆基電磁科技有限公司生產的立式感應濕式強磁選機，型號LGS-100。

3 選礦試驗結果

3.1 磨礦—磁選

本節考察了使用攪拌磨對磨礦效果的影響。在弱磁選磁場強度為0.1 T、強磁選磁場強度為0.7 T的條件下，考察磨礦細度-38 μm含量分別為50%、60%、70%、80%、90%和95%對弱磁精礦指標的影響。試驗流程見圖6，試驗結果見圖7。

由圖7可知，隨著磨礦細度的提高，鐵礦物與脈石解離程度提高，弱磁精礦的鐵品位提高，但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，導致弱磁精礦鐵回收率有所下降。試驗結果表明，磨礦細度對弱磁精礦指標有非常大的影響。綜合考慮選別指標，為了得到合格的弱磁精礦，選定磨礦細度為-38 μm含量占80%，此時可獲得TFe品位68.11%、回收率53.16%的弱磁精礦產品。

圖6 磨礦—磁選試驗流程

圖7 磨礦細度對弱磁選鐵精礦指標的影響

然后在磨礦細度為-38 μm含量占80%時，考察強磁場磁感應強度分別為0.3、0.4、0.5、0.6、0.7和0.8 T對強磁精礦指標的影響，試驗結果見圖8。

圖8 磁場強度對強磁選鐵精礦指標的影響

由圖8可知，隨著磁場磁感應強度的提高，強磁精礦鐵品位總體呈現下降趨勢，鐵回收率逐漸提高；同時，強磁精礦作為浮選給礦，精礦品位對浮選影響較大。綜合考慮，確定最佳的強磁選磁場強度場強為0.7 T。

因此，在磨礦—磁選條件試驗中，確定弱磁選磁場磁感應強度為0.1 T、磨礦細度為-38 μm 含量占80%，強磁背景磁場強度為0.7 T。在此條件下，進行了驗證試驗并得到反浮選的給料(強磁精礦)。試驗所獲得的弱磁精礦TFe品位為68.08%、鐵回收率52.24%，強磁精礦TFe品位50.84%、鐵作業回收率42.35%，強磁選尾礦TFe品位7.96%。

3.2 強磁精礦反浮選

為了進一步提高強磁精礦產品品位，獲得合格鐵精礦，針對TFe品位50.84%的強磁精礦產品進行反浮選提鐵除雜試驗研究。試驗選用鐵礦抑制劑為淀粉，捕收劑為新研發的復配捕收劑，代號為TF-3，能選擇性吸附于石英等硅酸鹽脈石礦物表面，提高硅酸鹽脈石礦物的疏水性能，其選擇性能和捕收性能優異。

在礦漿pH為11.5、CaO用量1 000 g/t、粗選捕收劑用量1 000 g/t和精選捕收劑用量500 g/t條件下，分別進行了800、900、1 000、1 100和1 200 g/t的淀粉用量試驗研究。試驗流程見圖9，試驗結果見圖10。

圖9 強磁精礦反浮選流程

圖10 抑制劑用量對反浮選鐵精礦指標的影響

由圖10可知，當淀粉用量由800 g/t增加到1 200 g/t時，淀粉對預選混磁精礦中鐵礦物的抑制作用逐漸增強，浮選精礦鐵品位呈現先提高后下降趨勢，當淀粉用量達到900 g/t時，精礦鐵品位最高，為67.72%；精礦鐵回收率同樣呈現先逐漸升高后逐漸降低趨勢。綜合考慮精礦鐵品位及鐵回收率，選擇淀粉用量為1 000 g/t，此時精礦鐵品位為67.46%、鐵回收率為74.64%。在抑制劑淀粉用量為1 000 g/t、礦漿pH為11.5和CaO 1 000 g/t的條件下，選取不同的捕收劑用量800、900、1 000、1 100和1 200 g/t進行捕收劑TF-3用量試驗研究。試驗流程見圖9，試驗結果見圖11。

圖11 捕收劑用量對反浮選鐵精礦指標的影響

由圖11可知，隨著浮選捕收劑用量增加，脈石礦物石英和連生體獲得有效捕收，鐵精礦中脈石礦物的含量減少，鐵精礦TFe品位逐漸增加。由于捕收劑的用量增加，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，確定合理的粗選捕收劑用量為1 000 g/t。

根據浮選條件試驗，確定了強磁精礦最佳的浮選藥劑制度，其中浮選藥劑制度為：礦漿pH為11.5，淀粉用量1 000 g/t，CaO用量1 000 g/t，粗選捕收劑TF-3用量1 000 g/t，精選捕收劑用量500 g/t。在該藥劑制度下，進行一次粗選一次精選三次掃選的反浮選閉路試驗，中礦順序返回，浮選試驗結果見表3。

表3 強磁精礦反浮選閉路試驗結果 /%

然后由圖6得到的弱磁精礦和圖9得到的反浮選精礦合并為綜合精礦，強磁尾礦和反浮選尾礦合并為綜合尾礦，結果見表4。

表4 選礦綜合指標 /%

由表4可知，綜合精礦鐵品位TFe品位67.68%、回收率91.88%，綜合尾礦TFe品位為8.83%。

3.3 產品性質分析

浮選精礦、浮選尾礦、強磁選尾礦化學成分分析結果分別見表5、表6和表7，強磁選尾礦鐵物相分析結果見表8，浮選產品XRD分析結果如圖12所示。

表5 浮選精礦化學成分分析結果 /%

表5結果表明，浮選精礦鐵品位67.15%，硫和磷等有害元素含量不高。

表6 浮選尾礦化學成分分析結果 /%

表6結果表明，浮選尾礦鐵品位11.38%，其中FeO占1.92%，SiO2含量為67.05%。

表7 強磁選尾礦化學成分分析結果 /%

表7結果表明，強磁尾礦TFe品位8.07%，其中FeO占3.20%，SiO2含量達81.57%。

表8 強磁選尾礦鐵物相分析結果 /%

表8分析結果可知，強磁尾礦中的鐵元素主要分布在赤褐鐵礦物中，其含量為6.85%，分布率達到了84.26%，硅酸鐵礦物中的鐵次之，含量為0.86%，分布率為10.58%。

圖12 浮選產品XRD分析結果

由圖12(a)所示，浮選精礦主要由赤鐵礦組成。由圖12(b)所示，浮選尾礦主要由石英及赤鐵礦組成，說明部分未解離充分的鐵礦物隨脈石和連生體進入尾礦，導致尾礦中鐵損失較高。

4 結論

(1)鞍千預先混磁精礦中鐵含量為42.91%、FeO含量為8.95%。金屬礦物主要為磁鐵礦和赤鐵礦，為主要回收礦物，其次為少量的褐鐵礦和黃鐵礦，非金屬礦物主要為石英。赤鐵礦和磁鐵礦的單體解離度均較低，赤鐵礦和磁鐵礦與脈石礦物連生體含量較多，主要為毗連型和反包裹型連生體，包裹連生體中鐵礦物顆粒細小，赤鐵礦和磁鐵礦的粒度分布不均勻，粒度均以中細粒為主。

(2)依據工藝礦物學研究的結果，樣品需細磨才能將鐵礦物與脈石礦物解離，確定了預先混磁精礦攪拌磨機磨礦—弱磁選—強磁選—反浮選流程；磨礦—磁選試驗結果表明，在磨礦細度-38 μm占80%、弱磁選磁場磁感應強度0.1 T、強磁選磁場磁感應強度0.7 T的條件下，獲得弱磁精礦TFe品位為68.08%、鐵回收率52.24%，強磁精礦TFe品位50.84%、鐵回收率42.35%和強磁選尾礦TFe品位7.96%的選別指標。

(3)TFe品位50.84%的強磁精礦產品在礦漿pH值為11.5、淀粉用量1 000 g/t、CaO用量1 000 g/t、粗選捕收劑TF-3用量1 000 g/t、精選捕收劑用量500 g/t 條件下進行反浮選提鐵除雜試驗，閉路試驗一次粗選一次精選三次掃選可獲得TFe品位67.15%、回收率93.59%的浮選精礦，尾礦TFe品位11.19%；弱磁精礦和反浮選精礦合并為綜合精礦，強磁尾礦和反浮選尾礦合并為綜合尾礦，最終得到TFe品位67.68%、回收率91.88%的綜合精礦，綜合尾礦TFe品位為8.83%。