貴州銅仁地區(qū)某低品位碳酸錳礦高梯度磁選試驗研究①

李 帥， 唐 云，2， 吳 波， 樸海善， 聶光華，2， 楊 勇，2， 鄧政斌，2

（1.貴州大學礦業(yè)學院，貴州 貴陽 550025； 2.貴州省非金屬礦產(chǎn)資源綜合利用重點試驗室，貴州 貴陽 550025）

隨著錳用途多元化，錳已成為高端裝備制造、新能源電池、新材料等新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵礦產(chǎn)資源，錳的需求愈來愈大[1-2］。 貴州銅仁地區(qū)已探明碳酸錳礦資源儲量高達7.08 億噸[3］，大部分礦石錳品位在10%～20%之間，屬難選礦石[4］。 碳酸錳礦是電解錳行業(yè)的優(yōu)質(zhì)原料，但碳酸錳礦中含有大量脈石礦物，中低品位錳礦石直接電解會產(chǎn)生一定數(shù)量的錳渣，給有限容量的渣庫和環(huán)境造成很大壓力[5-7］。 如果通過選礦拋除一部分脈石礦物，可以為后端錳渣減量化排放奠定良好的基礎(chǔ)[8］。

為了錳資源的可持續(xù)發(fā)展，加強低品位碳酸錳礦的選礦技術(shù)研發(fā)尤為重要。 本文針對貴州銅仁地區(qū)某低品位礦石，研究了原礦脫泥的可行性；采用不同的磨礦方式考察了礦石泥化情況，并在此基礎(chǔ)上通過高梯度磁選機開展了磁選工藝流程試驗研究。

1 礦石性質(zhì)和試驗方法

1.1 礦石性質(zhì)

試樣來源于貴州銅仁地區(qū)某低品位碳酸錳礦，破碎篩分至－2 mm，錐堆、混勻裝袋，供分析和磁選試驗使用。 原礦化學多元素分析結(jié)果見表1，礦物組成見表2。 礦石中主要有用元素為Mn，品位為12.25%，其中Mn／Fe 比為5.06，P／Mn 比為0.013，（CaO＋MgO）／（SiO2＋Al2O3）比為0.14，根據(jù)《礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范鐵、錳、鉻》（DZ／T 0200—2020）中冶金用錳礦石的要求，該礦石屬于低品位中鐵高磷酸性錳礦石。 原礦中錳元素主要賦存于菱錳礦、錳白云石中，鐵主要以黃鐵礦形式存在，石英含量26.40%、鈉長石含量9.60%，影響選礦效果的黏土礦物主要是伊利石（19.30%）。 菱錳礦屬于弱磁性礦物[9］，而脈石礦物中石英、伊利石分別屬于抗磁性礦物[10］和順磁性礦物[11］。 因此，通過強磁選工藝有望實現(xiàn)該低品位碳酸錳礦的富錳降雜拋尾。

表1 原礦化學多元素分析結(jié)果（質(zhì)量分數(shù)）%

表2 原礦礦物組成及含量分析結(jié)果（質(zhì)量分數(shù)）%

1.2 試驗方法

取－2 mm 混合礦樣200 g 進行磨礦、篩析，對比各個磨礦條件下－15 μm 粒級產(chǎn)品含量并測定Mn 品位，計算分布率，用以表征礦石的泥化程度。 礦漿濃度20%時采用SLon-100 高梯度磁選機進行磁選，試驗完畢后，對磁選產(chǎn)品抽濾、低溫烘干、稱量制樣，測定錳品位，計算回收率。 采用Smart Lab 型X 射線衍射儀（XRD）進行定性及半定量分析。 采用國標GB／T 3714—2017《硫酸亞鐵銨滴定法》分析碳酸錳礦中全錳含量。

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 篩析試驗

2.1.1 原礦篩析試驗

通過篩析試驗考察原礦（－2 mm）粒度組成，結(jié)果如表3 所示。 原礦各粒級中Mn 品位和分布率差異明顯，錳主要分布在＋125 μm 粒級（83.00%）中，－38 μm粒級中Mn 品位小于5.00%，而＋38 μm 粒級中Mn 分布率高達94.88%。 表明錳礦石中含錳礦物主要分布在粗粒級中，－38 μm 粒級試樣可以預先脫泥除去，以避免原礦中礦泥對選礦的影響，也可避免菱錳礦的泥化。

表3 －2 mm 原礦篩析試驗結(jié)果

2.1.2 原礦磨礦-篩析試驗

棒磨-篩析與球磨-篩析試驗結(jié)果如表4 所示。 試樣經(jīng)過磨礦后各粒級中錳品位均在9.79%～14.6%之間，隨著磨礦時間增加，各粒級中錳品位趨同，說明菱錳礦性脆，磨礦之后不能通過分級實現(xiàn)錳的富集；而且隨著磨礦時間增加，礦石泥化程度也增加，但是在粗磨條件下，采用球磨磨礦方式能減輕礦石的泥化程度。綜合考慮高梯度磁選機入料粒度和礦石泥化情況，后續(xù)試驗采用球磨方式磨礦。

表4 原礦磨礦-篩析試驗結(jié)果

2.1.3 原礦脫泥-球磨-篩析試驗

－2 mm 原礦篩析結(jié)果表明，－38 μm 粒級產(chǎn)率為12.91%、錳含量小于5%且錳損失率僅為5.12%，因此后續(xù)作業(yè)預先脫泥（－38 μm），以期減輕礦泥對磁選的影響。 稱取脫泥后的礦樣200 g，在磨礦時間5 min、磨礦濃度66.7%條件下進行球磨-篩析試驗，結(jié)果如表5所示。 磨礦產(chǎn)品中的－15 μm 粒級產(chǎn)率僅為9.02%，錳在－15 μm 粒級中的分布率為7.79%，表明通過預先脫泥-磨礦可有效控制次生礦泥的產(chǎn)生，可將磨礦產(chǎn)品中－15 μm 粒級礦泥含量控制在10%以下。 預先脫泥不僅預先分離了部分黏土礦物，還降低了黏土礦物對碳酸錳礦泥化的影響，提高了礦石入選品位，減輕礦石泥化，有利于目的礦物的分離富集。

表5 原礦脫泥-球磨-篩析試驗結(jié)果

2.2 磁選流程對比試驗

采用“原礦脫泥-球磨-磁選”開展試驗，預先脫泥（－38 μm）后的試樣經(jīng)球磨，在磨礦細度－75 μm 粒級占69.62%、礦漿濃度20%、水流脈動沖次150 r／min 條件下，采用不同磁選流程優(yōu)化錳精礦的選礦指標。

2.2.1 一粗一掃磁選

粗選和掃選磁場強度分別為1.0 T 和1.3 T 條件下的磁選試驗流程如圖1 所示，結(jié)果見表6。 通過一粗一掃磁選，最終可獲得錳品位和回收率分別為19.95%和76.29%的綜合錳精礦（粗選精礦＋掃選精礦）。 為了提高綜合回收率，可以通過提高掃選磁場強度或增設(shè)二段掃選作業(yè)回收礦泥和尾礦中的含錳礦物。

圖1 一粗一掃磁選試驗流程

表6 一粗一掃磁選試驗結(jié)果

2.2.2 一粗一精兩掃磁選

一粗一精兩掃磁選試驗流程如圖2 所示，結(jié)果見表7。 其中－38 μm 粒級礦泥和一次掃選尾礦合并進行二次掃選，通過一粗一精兩掃磁選，可獲得品位19.64%、回收率80.76%的綜合錳精礦，證明增加掃選作業(yè)或提高掃選磁場強度能提高錳精礦中錳回收率。

圖2 一粗一精兩掃磁選試驗流程

表7 一粗一精兩掃磁選試驗結(jié)果

2.2.3 一粗-（礦泥）掃選磁選

在一粗一精兩掃磁選流程基礎(chǔ)上，通過增加掃選磁場強度，以期提高掃選錳的回收率，將－38 μm 粒級礦泥和粗選尾礦合并進入掃選，粗選和掃選磁場強度分別為1.0 T、1.5 T，磁選試驗流程和結(jié)果分別如圖3 和表8 所示。 綜合錳精礦中錳品位19.92%、回收率78.58%，由于取消了二次掃選，錳精礦中錳品位在19.64%～19.95%之間，但回收率有所波動，礦泥（－38 μm）進入二次掃選回收率至少提升了2.29 個百分點。

圖3 一粗-（礦泥）掃選磁選試驗流程

表8 一粗礦泥合并一掃磁選試驗結(jié)果

2.3 推薦流程

為了提高錳回收率，將礦泥（－38 μm）和一次掃選尾礦合并進行二次掃選，推薦流程如圖4 所示，一粗兩掃磁場強度分別為1.0 T、1.2 T 和1.6 T，結(jié)果如表9 所示。 在保持錳精礦中錳品位前提下，推薦流程能將錳回收率提高至83.66%。 原礦預先脫泥不僅能有效減少磨礦作業(yè)的泥化，也能降低磨礦能耗及菱錳礦的泥化，有利于磁選作業(yè)中礦漿的分散。 該流程能靈活獲得不同品級的產(chǎn)品，經(jīng)過原礦脫泥后進行一粗一掃磁選能夠獲得產(chǎn)率、錳品位和回收率分別為43.14%、20.83%和73.40%的錳精礦；通過原礦脫泥、一粗一掃、礦泥和一次掃選尾礦合并進行二次掃選，最終獲得產(chǎn)率、錳品位和回收率分別為52.81%、19.39%和83.66%的錳精礦。通過合理配礦可得到質(zhì)量符合GB／T 3714—2017 碳酸錳礦一級品或二級品標準的錳精礦。

圖4 推薦流程

表9 推薦流程試驗結(jié)果

3 結(jié)論

1） 貴州銅仁地區(qū)某低品位碳酸錳礦含錳礦物主要為菱錳礦（20.10%）、錳白云石（6.00%），含鎂礦物主要為白云石（14.30%），含硅礦物為石英（26.40%）、伊利石（19.30%）和鈉長石（9.60%），含鐵礦物主要為黃鐵礦（2.80%）。 黏土礦物含量高，極易影響菱錳礦與雜質(zhì)含鎂礦物、含鐵礦物的分離，同時也限制了碳酸錳精礦品位的提升空間。

2） 粒度組成分析結(jié)果表明，原礦預先脫泥有助于改善選礦指標，同時，含錳礦物主要賦存于＋125 μm粒級中，在粗磨條件下，大部分含錳礦物能夠單體解離，采用強磁選能較好地分離弱磁性菱錳礦和非磁性脈石礦物。

3） 原礦脫泥（－38 μm）后采用球磨機磨礦，磨礦細度－75 μm 粒級占69.62%，采用一粗兩掃（一掃尾礦與－38 μm 粒級礦泥合并進入二次掃選）磁選，磁場強度分別為1.0 T、1.2 T 和1.6 T，最終可獲得產(chǎn)率52.81%、錳品位19.39%、回收率83.66%的錳精礦。