袁家村微細粒難選磁赤混合鐵礦石提鐵降硅試驗研究

李 賢 吳承優 羅良飛

(1.太原鋼鐵(集團)有限公司礦業分公司尖山鐵礦,山西 婁煩 030300;2.長沙礦冶研究院有限責任公司,湖南 長沙 410012)

我國鐵礦山選礦界提出“提精降雜”方針已歷二十余載,極大地推動了鐵礦石選礦技術的進步和鐵精礦品位的提高。 受礦石資源稟賦和生產成本等因素的制約,我國低硅高鐵鐵精礦占比不高,大量普通鐵精礦的存在不利于煉鐵工序高爐利用系數、焦比、產量和效益等指標的提高[1-3]。 為了提高全產業鏈的經濟效益,持續開展提鐵降硅技術研究,提高國產鐵精礦質量具有重要現實意義。

大量的研究與生產實踐表明,細粒難選鐵礦石選礦廠要獲得優質鐵精礦,單一磁選工藝難以獲得高品質的鐵精礦,常需采用磁選—浮選聯合選礦工藝[4-5]。其中,鐵礦物的充分單體解離、細粒磁選設備的研制與應用、高效環保選擇性浮選藥劑的優選至關重要[6-13]。

太鋼袁家村鐵礦選礦廠處理的是復雜難選微細粒嵌布的磁赤混合型鐵礦石,處理能力2 200萬t/a[14]。 選礦廠采用階段磨礦、弱磁選+強磁選、混合磁選精礦濃縮后反浮選工藝流程,最終獲得TFe 品位65%左右、SiO2含量4%～5%的鐵精礦。 為探索進一步提高鐵精礦品位至67%以上,SiO2含量降至3.5%甚至2.0%以下的可能性,以現場混合磁選精礦為對象,采用臥式攪拌磨機細磨—弱磁選+強磁選脫泥—反浮選工藝進行了試驗。

1 試樣性質

1.1 主要化學成分及鐵物相分析

試樣主要化學成分及鐵物相分析結果分別見表1、表2。

表1 試樣主要化學成分分析結果Table 1 Results of the chemical composition analysis for the sample %

表2 試樣鐵物相分析結果Table 2 Results of the iron phase analysis for the sample %

分析表1 及表2 可知,試樣TFe 品位為42.44%,需要選礦排除的脈石組分主要為SiO2,含量高達35.42%,其次是Al2O3、CaO 和MgO;鐵主要以赤(褐)鐵礦的形式存在,占比70.12%,磁鐵礦中鐵占比15.91%,假象赤鐵礦中鐵占比9.66%,三者合計占有率為95. 69%,即后續磁選工藝的鐵理論回收率。

1.2 礦物組成

試樣的礦物組成及含量見表3。

表3 試樣中的主要礦物及含量Table 3 Main minerals and its contents in the sample %

由表3 可知,試樣中的鐵礦物主要為赤(褐)鐵礦、磁鐵礦以及假象赤鐵礦,合計占57. 2%;脈石礦物主要為石英,其次為閃石、綠泥石、白云石和方解石。

1.3 粒度篩析及鐵礦物解離度

試樣的粒度篩析結果見表4,鐵礦物解離度分析結果見表5。

表4 試樣的粒度篩析結果Table 4 Results of the particle size screening analysis for the sample

表5 試樣中鐵礦物的解離度Table 5 Dissociation degree of iron minerals in the sample %

由表4 可知,試樣的-0.075、-0.038、-0.01 mm粒級產率分別為81.25%、52.79%、18.48%。

由表5 可知,試樣的鐵礦物單體解離度為81.5%,大于3/4 的富連生體產率為7.7%,二者合計產率為89. 2%。 進一步的研究表明,試樣中約有70%的脈石礦物與鐵礦物連生在一起,且粒度微細,單體解離較困難。

2 試驗內容與原則流程

對于微細粒嵌布的復雜難選鐵礦石,高效磨礦是提高鐵精礦品質的前提。 研究表明,微細粒物料的細磨,傳統磨礦設備不僅磨礦效率較低,而且磨礦能耗較高,因此,需選擇適宜的細磨設備。 結合近年高效細磨設備的進步與應用情況,在探索試驗基礎上,確定試樣后續細磨采用臥式攪拌磨機,以發揮該設備在微細粒礦物磨礦方面所具有的高效節能、內部分級、窄粒級開路磨礦等特點[15]。

考慮到試樣中脈石礦物含量較高,且多以鐵礦物連生體的形式存在,經過細磨必將產生大量的微細粒單體脈石礦物顆粒及礦泥。 為給后續反浮選除雜創造良好的條件,再磨產品的高效弱磁選+強磁選非常重要。 其中強磁選采用長沙礦冶研究院有限責任公司自主研發的ZH 型組合式強磁選機,利用由低到高的組合式磁場,對不同磁性與粒度的物料進行分段磁選[16]。

混合磁選精礦再采用反浮選工藝流程精選,試驗原則流程如圖1 所示。

圖1 選礦試驗原則流程Fig.1 Principle flowchart of beneficiation test

3 試驗結果與討論

3.1 細磨—磁選試驗

將試樣配成濃度40%的礦漿,用5 L 型臥式攪拌磨機進行磨礦,磨機轉速1 300 r/min、功率3.8 kW、裝球7.5 kg、球徑1.8 ～2.0 mm,給礦泵頻率10 Hz,細磨產品1 次弱磁選磁場強度為159.24 kA/m、1 次強磁選ZH 型組合濕式強磁選機兩盤連選,上盤背景磁感應強度為1.8 T、下盤背景磁感應強度為2.0 T,不同磨礦細度條件下弱磁選+強磁選試驗結果見表6。

表6 不同磨礦細度條件下弱磁選+強磁選試驗結果Table 6 Results of low intensity and high intensity magnetic separation under different grinding fineness %

由表6 可知,隨著磨礦細度的提高,弱磁選精礦和強磁選精礦TFe 品位均逐步提高、回收率均明顯下降,尾礦TFe 品位從11. 27%升高至17. 91%。 綜合考慮磨礦能耗與磁選指標,確定試樣磨礦細度為-0.045 mm 占97%,對應的混合磁選精礦TFe 品位56.42%、回收率為90. 30%,拋尾產率32. 08%、TFe品位12.84%。 磨礦產品磁選不僅降低了后續反浮選作業處理量,減少了浮選藥劑消耗,還有利于降低礦泥對反浮選作業的有害影響。

3.2 反浮選提鐵降硅試驗

前期試驗研究表明,反浮選工藝是實現鐵精礦提鐵降硅的有效手段,其中浮選藥劑制度是影響選別效果的關鍵。 反浮選條件試驗以TFe 品位56. 42%的混合磁選精礦為給礦,采用1 次粗選流程,浮選礦漿濃度33%、溫度30 ℃,試驗研究主要用藥有NaOH、CaO、玉米淀粉和脂肪酸類陰離子捕收劑RA。

3.2.1 NaOH 用量試驗

在淀粉用量800 g/t、CaO 用量150 g/t、RA 用量200 g/t 條件下進行NaOH 用量試驗,結果見圖2。

圖2 NaOH 用量試驗結果Fig.2 Results of the NaOH dosage tests

由圖2 可知,隨著NaOH 用量的增大,反浮選粗精礦TFe 品位下降、回收率上升。 綜合考慮,確定NaOH 用量為400 g/t。

3.2.2 淀粉用量試驗

在NaOH 用量400 g/t、CaO 用量150 g/t、RA 用量200 g/t 條件下進行淀粉用量試驗,結果見圖3。

圖3 淀粉用量試驗結果Fig.3 Results of the starch dosage tests

由圖3 可知,隨著淀粉用量的增大,反浮選粗精礦TFe 品位下降、回收率上升。 綜合考慮,確定淀粉用量為800 g/t。

3.2.3 CaO 用量試驗

在NaOH 用量400 g/t、淀粉用量800 g/t、RA 用量200 g/t 條件下進行CaO 用量試驗,結果見圖4。

圖4 CaO 用量試驗結果Fig.4 Results of the CaO dosage tests

由圖4 可知,隨著CaO 用量的增大,反浮選粗精礦TFe 品位下降、回收率先升后降。 綜合考慮,確定CaO 用量為150 g/t。

3.2.4 RA 用量試驗

在NaOH 用量400 g/t、淀粉用量800 g/t、CaO 用量150 g/t 條件下進行RA 用量試驗,結果見圖5。

圖5 捕收劑RA 用量試驗結果Fig.5 Results of the flotation collector RA dosa ge tests

由圖5 可知,隨著RA 用量的增大,反浮選粗精礦TFe 品位明顯上升、回收率顯著下降。 綜合考慮,確定RA 用量為200 g/t。

3.3 全流程試驗

在條件試驗和開路試驗基礎上,采用臥式攪拌磨機細磨—弱磁選+強磁選—1 粗1 精3 掃閉路反浮選工藝流程進行全流程試驗。 試驗全流程見圖6,結果見表7。

圖6 試驗全流程Fig.6 Whole process for the test

表7 全流程試驗結果Table 7 Results of whole process test %

由表7 可知,試樣采用臥式攪拌磨機細磨(-0.045 mm 占97%)—弱磁選(159.24 kA/m)+強磁選(1.8、2.0 T)—1 粗1 精3 掃、中礦順序返回閉路反浮選工藝進行全流程試驗,可以獲得產率53.87%、TFe品位67.87%、TFe回收率86.15%的高品質鐵精礦,其SiO2含量為1.96%,提鐵降硅效果顯著,實現了精礦TFe 品位高于67%、SiO2含量低于2%的攻關目標。

進一步的研究表明,將細磨細度調整為-0. 045 mm 占94%情況下,適當增加RA 用量可獲得產率54.76%、TFe 品位67.14%、TFe 回收率86.63%的高品質鐵精礦,其SiO2含量為2.09%,可以實現TFe 品位高于67%,SiO2含量低于3.5%的攻關目標。

4 結 論

(1)袁家村復雜難選磁赤混合鐵礦石階段磨礦、弱磁選+強磁選混合磁選精礦中鐵礦物嵌布粒度微細,TFe 品位為42.44%,鐵主要以赤(褐)鐵礦的形式產出,其次以磁鐵礦和假象赤鐵礦的形式產出,三者合計鐵分布率為95.69%;混合磁選精礦中脈石礦物主要為石英,其次為閃石、綠泥石、白云石和方解石。

(2)現場混合磁選精礦采用臥式攪拌磨機細磨—弱磁選+ZH 型組合式強磁選機兩盤連選—陰離子反浮選工藝流程處理,在磨礦細度為-0. 045 mm占97% 時,可獲得TFe 品位67. 87%、SiO2含量1.96%、TFe 回收率86.15%的高品質鐵精礦,提鐵降硅效果顯著。 因此,該工藝適用于現場混合磁選精礦的加工,其磨礦細度和藥劑制度是關鍵工藝參數。

(3)研究結果可作為現場進行提鐵降硅工藝流程優化的依據,工業生產中應重視磁選拋尾效果和保障反浮選流程順暢。