酒鋼選礦廠3種鐵礦石選礦試驗研究

涂 威，張 楠

（1.酒鋼集團選礦廠，甘肅 嘉峪關(guān) 735100；2.酒鋼集團檢驗檢測中心，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

0 引言

目前世界范圍內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的鐵礦物和含鐵礦物大約300種，其中常見的有170多種[1]。在當前工業(yè)技術(shù)水平下，具有開發(fā)利用價值的主要是磁鐵礦、赤鐵礦、磁赤鐵礦、鈦鐵礦、褐鐵礦和菱鐵礦[2]。比磁化系數(shù)介于700×10－6～30×10－6cm3/g的赤鐵礦、鏡鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦等弱磁性鐵礦石通常認為是難選鐵礦石[3]。鐵礦石常用聯(lián)合分選工藝有3種：①重選-磁選-浮選聯(lián)合工藝；②磁選-浮選聯(lián)合工藝；③篩分、粗粒重選-電選、細粒磁選-浮選聯(lián)合工藝[4]。酒鋼選礦廠處理的鐵礦石為樺樹溝礦和黑溝礦[5]，選礦工藝分為2種，一種是-15 mm粉礦強磁選工藝，另一種是+15 mm 塊礦豎爐還原焙燒-弱磁選工藝。一種高鈣質(zhì)鐵白云石型鐵礦石進入選廠后，重要生產(chǎn)指標選比上升明顯，尾礦品位明顯上升，回收困難，為查明原因，需對高鈣質(zhì)鐵白云石型鐵礦石進行可選性試驗。

1 原礦性質(zhì)

取3 種鐵礦石進行對比試驗，酒鋼選礦廠黑溝鐵礦石，編號為1#樣，樺樹溝鐵礦石，編號為2#樣，高鈣質(zhì)鐵白云石型鐵礦石，編號為3#樣。

1.1 化學多元素分析

對3種礦樣進行化學多元素分析，結(jié)果見表1。

表1 原礦化學多元素分析結(jié)果（%）

從表1 可以看出，3#樣鐵品位為31.90%，較1#樣、2#樣鐵品位低約1.5個百分點，3#樣主要脈石礦物SiO2含量20.99%，較1#樣低1.0個百分點，較2#樣低6.15個百分點。3種鐵礦石呈現(xiàn)出CaO和MgO含量越高，燒損Ig 越高，鐵品位越低，硅、鋁含量越低的趨勢。

1.2 高鈣質(zhì)鐵白云石型鐵礦石礦相及電子探針分析

將3#樣破碎至-5 mm，采用膠熔加熱法制成礦相光片，分別進行礦相分析、電子探針分析。

1.2.1 礦相分析

其顯微鏡下反射光照片見圖1、圖2。

圖1 單偏光X200 圖中亮色礦物為鱗片狀鏡鐵礦，深灰色礦物為石英

圖2 單偏光X200 圖中亮色礦物為針狀鏡鐵礦，深灰色礦物為石英

從圖1、圖2 可以看出，高鈣質(zhì)鐵白云石型鐵礦石中的主要鐵礦物為鏡鐵礦、菱鐵礦、褐鐵礦，少見黃鐵礦。脈石礦物為石英、碧玉、鐵白云石、千枚巖、重晶石等。

鏡鐵礦（Fe2O3）：該礦樣中鏡鐵礦呈鱗片狀、細長針狀結(jié)構(gòu)，晶體粒度分布不均勻，鱗片狀鏡鐵礦一般分布在10～35 μm，與石英、碧玉礦物伴生，結(jié)晶粒度相近，多呈斑點狀構(gòu)造，鐵礦物分布密集；針狀結(jié)構(gòu)的鏡鐵礦粒度分布不均勻，針狀鏡鐵礦粒度為寬3 μm×長20 μm，分布在石英、碧玉、千枚巖和碳酸鹽礦物中，鐵礦物分布稀疏，呈包含構(gòu)造，粒度較大的針狀鏡鐵礦在寬5 μm×長35 μm至寬10 μm×長90 μm之間，分布較為密集，與石英、碧玉共生。

菱鐵礦（FeCO3）：呈不規(guī)則片狀、粒狀結(jié)構(gòu)，單晶體粒度在25～75 μm，集合體中包含少量鏡鐵礦、黃鐵礦和石英顆粒，大部分菱鐵礦中無雜質(zhì)。

褐鐵礦（FeO·OH·H2O）：一種針鐵礦、含硅氧化物的含水混合物、膠結(jié)物，是一種次生礦物，礦石表面疏松有孔隙，鏡下觀察常呈土狀、鐘乳狀集合體結(jié)構(gòu)，常包含有細小石英顆粒。

鐵白云石（CaFe[CO3]）：呈致密塊狀、不規(guī)則粒狀集合體，與菱鐵礦伴生，少見包裹石英顆粒。

石英、碧玉：碧玉是一種含隱晶質(zhì)鐵礦物的紅色氧化硅礦物，在鏡鐵礦礦床中常見。礦樣中石英粒度分布不均勻，與鏡鐵礦共生的石英、碧玉粒度在35 μm左右，與絹云母、綠泥石共生的石英粒度在10 μm左右。

千枚巖類礦物：屬于鋁硅酸鹽類礦物，是絹云母、綠泥石、石英的微細晶體形成的集合體，呈蠕蟲狀、鱗片狀、細小粒狀、板狀結(jié)構(gòu)。

根據(jù)顯微鏡下礦相照片，計算出各礦物百分含量，詳見表2。

表2 主要礦物種類及百分含量（%）

由表2可以看出，主要鐵礦物鏡鐵礦含量為26%，菱鐵礦含量為11%，褐鐵礦含量為20%，脈石礦物主要為石英含量為21%，鐵白云石含量為10%，千枚巖含量為7%，重晶石與黃鐵礦含量較少，分別為3%、2%。

1.2.2 電子探針分析

將3#樣制成導電光片，使用電子探針進行成分分析。鏡鐵礦、菱鐵礦、鐵白云石電子探針針譜圖分別見圖3—圖5。

圖3 鏡鐵礦電子探針譜圖

圖4 菱鐵礦電子探針譜圖

圖5 鐵白云石電子探針譜圖

對鏡鐵礦進行6個電子探針分析，結(jié)果見表3。

表3 鏡鐵礦電子探針微區(qū)成分分析結(jié)果（%）

由表3 可以看出，3#樣中的鏡鐵礦Fe 含量在62.08%～65.89%，基本不含其他雜質(zhì)。

對菱鐵礦、脈石礦物鐵白云石分別進行3 個電子探針分析，結(jié)果見表4。

表4 碳酸鹽礦物電子探針微區(qū)成分分析結(jié)果（%）

由表4 可以看出，3#樣中的菱鐵礦有1.44%～9.66%的Fe元素被Mn、Mg元素置換，為此高鈣質(zhì)鐵白云石型鐵礦石中菱鐵礦常為富錳菱鐵礦和富鎂菱鐵礦。菱鐵礦中Fe 含量在31.05%～42.89%，波動范圍較大，影響精礦Fe品位。

由表4 可以看出，3#樣中脈石礦物鐵白云石Fe元素可以被Mn、Mg元素完全類質(zhì)同象代替，此高鈣質(zhì)鐵白云石型鐵礦石中鐵白云石成分復(fù)雜，其中，Ca 含量相對穩(wěn)定為17.72%～19.54%，Mg 元素波動較大在3.67%～8.91%，鐵白云石中Fe 元素波動也較大，在5.70%～15.46%，是尾礦Fe 品位偏高、回收率偏低的主要原因。

2 強磁選試驗

對1#、2#、3#樣，破碎至-3 mm，磨礦至-74 μm占70%、75%、80%。進行不同粒度條件下強磁選試驗。強磁選流程為一粗二掃，粗選流程場強為8 000 Gs，一掃流程場強為10 000 Gs，二掃流程場強為12 000 Gs。試驗結(jié)果見表5。

從表5可以看出，在磨礦細度-74 μm含量占75%的條件下，2#樣樺樹溝鐵礦石，回收率達到87.78%，遠高于1#樣黑溝鐵礦石、3#樣高鈣質(zhì)鐵白云石型鐵礦石，表明2#樣用強磁選方法相對容易回收，1#、3#樣強磁選性質(zhì)相近，回收率分別為76.06%、79.23%。

對3 種礦樣-74 μm 目含量占80%磨礦細度條件下的強磁精礦進行化學多元素分析，結(jié)果見表6。

表6 -74 μm含量占80%磨礦細度條件下強磁精礦化學多元素分析結(jié)果（%）

從表6 可以看出，1#、2#、3#樣強磁精礦鐵含量相近在40.80%～41.72%，主要脈石礦物SiO2含量2#樣最高，達到14.98%，3#樣高鈣質(zhì)鐵白云石型鐵礦石SiO2含量為11.19%。通過精礦多元素分析，2#樣樺樹溝鐵礦石，使用強磁選方法容易回收，但精礦中主要脈石礦物SiO2含量14.98%，遠高于1#、3#樣。酒鋼選礦廠要求強磁精礦SiO2含量（11.50±0.5）%，可以看出3#樣有進一步回收鐵礦石的空間，需進一步提高磁場強度。2#樣則需要降低磁場強度，加大拋尾量，以達到強磁精礦SiO2含量（11.50±0.5）%的質(zhì)量標準。

3 馬弗爐焙燒-磁選管試驗

3種礦樣破碎至-3 mm，對3種礦樣進行馬弗爐焙燒試驗，進行配煤比還原劑用量、焙燒溫度、焙燒時間條件試驗。磁選管試驗條件：場強0.125 T、沖洗水量1 250 mL/min、選別時間3 min。

3.1 還原劑用量試驗

試驗條件：焙燒溫度550 ℃，焙燒時間50 min，進行了配煤比還原劑用量條件試驗，結(jié)果見表7。

表7 不同配煤比馬弗爐還原焙燒磁選管試驗結(jié)果（%）

從表7可以看出，隨著配煤比還原劑用量增大，3 種礦樣回收率越高。配煤比為3%時，3 種礦樣磁選管精礦鐵品位在56.60%～57.40%之間，基本一致，但2#樣樺樹溝礦回收率高達83.03%，1#樣黑溝礦為75.67%，3#樣高鈣質(zhì)鐵白云石型鐵礦石回收率僅為64.34%。表明2#樣使用馬弗爐還原焙燒-弱磁選方法相對1#、3#樣容易回收，1#、3#樣需進一步增加配煤百分比以提高回收率。

3.2 焙燒時間條件試驗

在焙燒溫度550 ℃，將配煤比提至4%，焙燒時間延長至70 min進行試驗，結(jié)果見表8。

表8 配煤比4%、焙燒時間70 min磁選管試驗結(jié)果（%）

從表8可以看出，焙燒時間70 min，配煤比提至4%時，3 種礦樣回收率均有提高，但3#樣高鈣質(zhì)鐵白云石型鐵礦石回收率為69.26%，1#樣黑溝礦回收率為76.18%，相對2#樣樺樹溝礦回收率87.33%，偏低。酒鋼選礦廠豎爐還原焙燒-弱磁選要求回收率大于83%，1#、3#樣仍不能滿足質(zhì)量要求。

3.3 焙燒溫度條件試驗

在焙燒時間60 min，配煤比4%條件下進行焙燒溫度條件試驗，結(jié)果見表9。

表9 不同焙燒溫度磁選管試驗結(jié)果（%）

從表9 可以看出，1#、3#樣隨著焙燒溫度升高，回收率顯著升高，當焙燒溫度達到750 ℃時，3#樣高鈣質(zhì)鐵白云石型鐵礦石回收率為87.08%，1#樣黑溝礦回收率為85.20%，均達到酒鋼選礦廠回收率大于83%的質(zhì)量標準。在750 ℃時2#樣樺樹溝礦回收率有下降趨勢，由650 ℃的87.88%下降至85.68%，下降了2.2 個百分點。表明對于原礦中SiO2含量較高的2#樣樺樹溝鐵礦石，焙燒溫度不能達到750 ℃，否則會出現(xiàn)過還原的現(xiàn)象，導致回收率下降。對于原礦中鈣、鎂含量較高的1#、3#樣，還原焙燒溫度需達到750 ℃，回收率才能顯著提高。

4 結(jié)論

（1）高鈣質(zhì)鐵白云石型鐵礦石品位為31.90%，CaO 含量6.20%、MgO 含量4.30%，鈣鎂含量遠高于酒鋼常見的樺樹溝鐵礦石、黑溝鐵礦石。鏡下觀察以及電子探針發(fā)現(xiàn)該礦石中菱鐵礦有1.44%～9.66%的Fe 元素被Mn、Mg 元素置換，影響精礦Fe 品位。脈石礦物鐵白云石成分復(fù)雜，Ca 含量相對穩(wěn)定為17.72%～19.54%，Mg 元素波動較大在3.67%～8.91%，鐵白云石中Fe 元素波動較大，在5.70%～15.46%，類質(zhì)同象是造成尾礦Fe 品位偏高、回收率偏低的主要原因。

（2）通過強磁選試驗發(fā)現(xiàn)，高鈣質(zhì)鐵白云石型鐵礦石強磁精礦中SiO2含量為11.19%，酒鋼選礦廠要求強磁精礦SiO2含量（11.50±0.5）%，需進一步提高磁場強度以提高回收率。

（3）通過弱磁選焙燒試驗發(fā)現(xiàn)，對于SiO2含量較高的樺樹溝鐵礦石，焙燒溫度不能達到750 ℃，否則出現(xiàn)過還原現(xiàn)象，導致回收率下降。對于鈣、鎂含量較高的高鈣質(zhì)鐵白云石型鐵礦石，還原焙燒溫度需達到750 ℃，回收率才會顯著提高。