國(guó)外某混合鐵礦石預(yù)選工藝優(yōu)化試驗(yàn)研究

張祖剛 張若川

（1.寶武資源南京梅山礦業(yè)公司；2.西安建筑科技大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院）

鋼鐵是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)重要的基礎(chǔ)材料之一，我國(guó)鋼鐵鐵素資源自給率不足20%。近年來(lái)，我國(guó)鐵礦石資源企業(yè)在國(guó)外開(kāi)發(fā)的鐵礦資源大多為“貧、細(xì)、雜”的需選鐵礦石，在選礦高效回收鐵素資源時(shí)，為提高同國(guó)外礦山鐵精礦的競(jìng)爭(zhēng)力，保障國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)鐵素資源的供應(yīng)能力，優(yōu)化在國(guó)外開(kāi)發(fā)鐵礦的選礦工藝和降低國(guó)外鐵礦山噸礦精礦加工成本顯得尤為重要。磨礦電耗約占選礦廠(chǎng)總能耗的一半以上，磨前預(yù)選技術(shù)是實(shí)現(xiàn)“多碎少磨、能拋早拋”的有效手段，也是實(shí)現(xiàn)低品位鐵礦石選礦廠(chǎng)節(jié)能增效的重要途徑和有效方法［1-3］。本文結(jié)合國(guó)外某鐵礦石的性質(zhì)特點(diǎn)、類(lèi)似礦石選廠(chǎng)工藝流程及目前國(guó)內(nèi)外選礦技術(shù)發(fā)展水平，對(duì)國(guó)外某鐵礦進(jìn)行了預(yù)選工藝試驗(yàn)研究和優(yōu)化，以期獲得滿(mǎn)意的試驗(yàn)指標(biāo)，為該鐵礦的選礦工藝流程設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

1 原礦性質(zhì)與試驗(yàn)設(shè)備

1.1 原礦性質(zhì)

結(jié)合國(guó)外某鐵礦開(kāi)采設(shè)計(jì)的圍巖混入率，用地質(zhì)樣、圍巖樣配制試驗(yàn)樣，作為選礦預(yù)選工藝試驗(yàn)及優(yōu)化研究的試驗(yàn)原礦樣，配樣情況見(jiàn)表1，原礦化學(xué)成分及鐵物相分析結(jié)果見(jiàn)表2、表3。

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由表2、表3 可知，該鐵礦石全鐵品位36.59%、磁性鐵中鐵含量26.85%、FeO 含量11.70%，燒失0.36%，主要有價(jià)元素為鐵，有害雜質(zhì)硫、磷含量較低，屬混合鐵礦石。該鐵礦原礦堿性系數(shù)0.07，為酸性礦石。礦石中的鐵主要以磁鐵礦形式存在，全鐵中磁性鐵分布率為73.38%，赤、褐鐵礦中鐵分布率為14.89%，硅酸鐵分布率為11.40%，硫化鐵及碳酸鐵含量較低，燒損低。其中，磁性鐵和赤、褐鐵礦二者鐵分布率高達(dá)88.27%，是該鐵礦石需回收的主要有用鐵礦物［4-5］。

1.2 選礦試驗(yàn)設(shè)備

結(jié)合該礦石的性質(zhì)特點(diǎn)，試驗(yàn)所用主要設(shè)備為?350 mm×370 mm 干式弱磁選機(jī)、CCTS-0503 型粗粒濕式永磁筒式磁選機(jī)、8025 型高壓輥磨機(jī)、?400 mm×300 mm 型濕式電磁圓筒弱磁選機(jī)、Slon-750 型立環(huán)脈動(dòng)高梯度強(qiáng)磁選機(jī)、?600 mm螺旋溜槽、XCY-73型1 100 mm×500 mm搖床等。主要設(shè)備照片見(jiàn)圖1～圖4。

2 國(guó)外某鐵礦預(yù)選試驗(yàn)研究

2.1 原礦常規(guī)破碎—磁選預(yù)選拋尾試驗(yàn)

將礦石常規(guī)破碎至-20 mm，進(jìn)行干式磁選拋尾磁場(chǎng)強(qiáng)度、圓筒線(xiàn)速度和分隔板距離試驗(yàn)。

2.1.1 不同磁場(chǎng)強(qiáng)度干式磁選預(yù)選拋尾試驗(yàn)

試驗(yàn)設(shè)備為?350 mm×370 mm 干式磁選機(jī)，圓筒線(xiàn)速度均為1.8 m/s，不同磁場(chǎng)強(qiáng)度條件試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

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由表4 可知，在相近產(chǎn)率情況下，隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的升高，精礦全鐵和磁性鐵回收率均有提高；當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度為278.66 kA/m 時(shí)，可獲得產(chǎn)率89.06%、鐵品位38.55%、鐵回收率94.38%的精礦，此時(shí)精礦磁性鐵回收率99.55%；因此，磁場(chǎng)強(qiáng)度選擇278.66 kA/m 進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

2.1.2 不同圓筒線(xiàn)速度干式磁選預(yù)選拋尾試驗(yàn)

在磁場(chǎng)強(qiáng)度278.66 kA/m、分隔板距離280 mm 的條件下，進(jìn)行不同圓筒線(xiàn)速度干式磁選預(yù)選拋尾試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

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由表5 可知，隨著圓筒線(xiàn)速度的增加，拋尾產(chǎn)率和尾礦中磁性鐵損失率增加；當(dāng)圓筒線(xiàn)速度為1.8 m/s 時(shí)，可獲得產(chǎn)率89.06%、鐵品位38.55%的精礦，此時(shí)精礦磁性鐵回收率99.55%；故圓筒線(xiàn)速度選擇1.8 m/s進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

2.1.3 不同隔板距離干式磁選預(yù)選拋尾試驗(yàn)

在磁場(chǎng)強(qiáng)度278.66 kA/m、圓筒線(xiàn)速度1.8 m/s 的條件下，進(jìn)行不同隔板距離干式磁選預(yù)選拋尾試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

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由表6 可知，隨著分隔板距離的減小，拋尾產(chǎn)率和尾礦中磁性鐵損失率增加；當(dāng)分隔板距離為240～280 mm 時(shí)，可獲得產(chǎn)率86.78%～89.06%、鐵品位38.55%～38.91%的精礦，此時(shí)，精礦磁性鐵回收率99.18%～99.55%，指標(biāo)較好。

2.1.4 原礦磁選預(yù)選拋尾生產(chǎn)驗(yàn)證試驗(yàn)

將原礦破碎至-20 mm，在磁場(chǎng)強(qiáng)度278.66 kA/m、圓筒線(xiàn)速度1.8 m/s、分隔板距離260 mm的條件下，進(jìn)行干式磁選預(yù)選拋尾生產(chǎn)驗(yàn)證試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

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由表7 可知，試驗(yàn)重現(xiàn)性很好，經(jīng)干式磁選拋尾可獲得產(chǎn)率88.08%、全鐵品位38.63%的精礦，精礦品位僅提高2.35 個(gè)百分點(diǎn)，此時(shí)精礦磁性鐵回收率99.40%，但全鐵回收率僅為93.80%，磁選預(yù)選拋尾產(chǎn)率為11.92%，尾礦中磁性鐵含量高達(dá)1.34%，尾礦全鐵品位高達(dá)18.88%，原礦常規(guī)破碎至-20 mm 預(yù)選拋尾效果不理想。

2.2 常規(guī)破碎干選精礦高壓輥磨粒度分析

將表7 中精礦高壓輥磨至-1 mm 和-3 mm 后，分別進(jìn)行粒度組成分析，結(jié)果見(jiàn)表8。

由表8 可知，高壓輥磨-3 mm 樣和-1 mm 樣中的-0.076 mm 粒級(jí)含量分別為30.08%和33.18%，二者-0.076 mm 粒級(jí)含量相近；隨著高壓輥磨裝備的日益成熟和超細(xì)碎技術(shù)在各礦山的應(yīng)用情況，建議對(duì)該鐵礦石高壓輥磨超細(xì)碎粒度閉路篩分控制在-3 mm。

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2.3 高壓輥磨產(chǎn)品濕式磁選預(yù)選拋尾試驗(yàn)

對(duì)高壓輥磨產(chǎn)品（-3 mm）進(jìn)行濕式磁選拋尾試驗(yàn)，主要包括弱磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度、中磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度、強(qiáng)磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度等試驗(yàn)。

2.3.1 弱磁選不同磁場(chǎng)強(qiáng)度組合試驗(yàn)

對(duì)高壓輥磨產(chǎn)品-3 mm樣進(jìn)行1粗1精弱磁選不同磁場(chǎng)強(qiáng)度組合試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表9。

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由表9 可知，高壓輥磨產(chǎn)品-3 mm 樣經(jīng)弱磁1 粗（磁場(chǎng)強(qiáng)度159.24 kA/m）1精（磁場(chǎng)強(qiáng)度127.39 kA/m），可獲得產(chǎn)率63.02%、鐵品位50.37%的精礦，精礦品位提高了11.86 個(gè)百分點(diǎn)，此時(shí)磁性鐵回收率為98.04%，但全鐵回收率僅82.42%，說(shuō)明該混合鐵礦石采用弱磁選時(shí)，弱磁性礦物未得到有效回收，大部分進(jìn)入尾礦中造成金屬流失。

2.3.2 弱磁選精礦檢測(cè)結(jié)果分析

對(duì)表9 中-3 mm 樣精選精礦檢測(cè)粒度組成及金屬量分布，結(jié)果見(jiàn)表10。

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由表10 可知，高壓輥磨產(chǎn)品-3 mm 樣1 粗1 精弱磁選的精選精礦-0.15 mm 粒級(jí)產(chǎn)率39.48%、鐵品位高達(dá)64.75%，-0.10 mm 粒級(jí)產(chǎn)率29.42%、鐵品位高達(dá)66.36%，-0.15 mm 粒級(jí)篩分脫水可直接作為鐵精礦。

為探索-0.15 mm 粒級(jí)鐵品位進(jìn)一步提高的可能性，對(duì)表10中-0.15 mm樣進(jìn)行磁選管弱磁選試驗(yàn)，磁場(chǎng)強(qiáng)度為95.54 kA/m，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表11。

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由表11 可知，高壓輥磨-3 mm 樣精選精礦中-0.15 mm 粒級(jí)產(chǎn)品經(jīng)弱磁選可獲得產(chǎn)率96.20%（對(duì)原礦20.63%）、鐵品位66.59%的鐵精礦。

2.3.3 中磁選不同磁場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)

為探索粗選尾礦鐵品位降低的可能性，對(duì)高壓輥磨產(chǎn)品-3 mm 樣粗選尾礦進(jìn)行中磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表12。

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由表12 可知，高壓輥磨產(chǎn)品-3 mm 樣粗選尾礦經(jīng)中磁選（磁場(chǎng)強(qiáng)度278.66 kA/m），可獲得產(chǎn)率9.62%（對(duì)弱磁選給礦3.10%）、鐵品位18.82%的精礦，遠(yuǎn)低于赤、褐鐵礦的理論品位，此時(shí)磁性鐵回收率為22.68%（對(duì)弱磁選給礦0.25%），說(shuō)明中磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度偏低，不足以磁選出比磁化系數(shù)較低的赤、褐鐵礦，只磁選出了低品位的貧磁鐵礦連生體；繼續(xù)增加中磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度，精礦磁性鐵回收率變化不大，說(shuō)明剩余的磁性鐵以微晶形式星點(diǎn)狀嵌布在脈石或弱磁性礦物中。

2.3.4 強(qiáng)磁選不同磁場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)

對(duì)表12 中高壓輥磨產(chǎn)品-3 mm 樣中磁選尾礦進(jìn)行強(qiáng)磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)，采用SLon-750型強(qiáng)磁選機(jī)，棒介質(zhì)尺寸6 mm，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表13。

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由表13 可知，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度為796.18 kA/m 時(shí)，-3 mm 樣中磁選尾礦經(jīng)強(qiáng)磁分選獲得了產(chǎn)率51.72%（對(duì)弱磁選給礦15.15%）、鐵品位30.54%、鐵回收率86.77%（對(duì)弱磁選給礦11.97%）的精礦；說(shuō)明中磁選尾礦中的弱磁性含鐵礦物經(jīng)強(qiáng)磁選得到了有效回收，尾礦品位降低到4.99%，但強(qiáng)磁精礦品位僅為30.54%，比磁化系數(shù)與赤褐鐵礦相近的弱磁性硅酸鹽礦物可能進(jìn)入了強(qiáng)磁精礦。

2.4 強(qiáng)磁選精礦隔渣—重選得精探索試驗(yàn)

研究資料表明，赤褐鐵礦和弱磁性硅酸鹽礦物雖然比磁化系數(shù)相近，但二者的密度有較大差異，對(duì)強(qiáng)磁精礦可嘗試采用重選進(jìn)行分離。對(duì)表13 中-3 mm 樣強(qiáng)磁精礦進(jìn)行隔渣—重選得精探索試驗(yàn)。首先采用篩孔尺寸為0.5 mm 的篩子將其中的+0.5 mm粒級(jí)篩除，-0.5 mm 樣進(jìn)行重選探索試驗(yàn)，試驗(yàn)流程為1 粗1 精，重選所用設(shè)備為XCY-73 型1 100 mm×500 mm 搖床、?600 mm 螺旋溜槽。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表14～表16。

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由表14可知，強(qiáng)磁精礦+0.5 mm 篩上產(chǎn)品產(chǎn)率為7.27%，遠(yuǎn)低于高壓輥磨產(chǎn)品+0.5 mm 產(chǎn)率27.66%，說(shuō)明該混合鐵礦石在+0.5 mm 時(shí)，弱磁性赤褐鐵礦與磁鐵礦大多以集合體形式存在進(jìn)入弱磁選精礦，只有少量與磁鐵礦解離的赤褐鐵礦集合體進(jìn)入弱磁選尾礦。由表15、表16可知，高壓輥磨產(chǎn)品-3 mm 樣強(qiáng)磁精礦經(jīng)隔渣，篩下產(chǎn)品搖床重選可獲得產(chǎn)率32.36%（對(duì)弱磁選給礦4.55%）、鐵品位65.45%的精礦；篩下產(chǎn)品溜槽重選可獲得產(chǎn)率32.10%（對(duì)弱磁選給礦僅4.51%）、鐵品位62.60%的精礦，說(shuō)明-0.5 mm 粒級(jí)時(shí)大部分赤褐鐵礦和弱磁性硅酸鹽礦物已經(jīng)解離，利用二者密度差異采用重選方法可得到合格鐵精礦。

3 混合鐵礦石預(yù)選推薦流程

綜合上述試驗(yàn)結(jié)果，為提高金屬回收率和降低入磨礦量，在常規(guī)破碎段不考慮預(yù)選拋尾，直接高壓輥磨閉路超細(xì)碎至-3 mm 后，采用濕式弱磁選+SLon高梯度強(qiáng)磁選粗顆粒拋尾。該鐵礦石預(yù)選工藝推薦流程見(jiàn)圖5。

4 結(jié) 論

（1）國(guó)外某混合鐵礦石全鐵品位36.59%，磁性鐵中鐵含量26.85%，主要以磁鐵礦形式存在，磁性鐵分布率73.38%；其次為赤褐鐵礦和硅酸鐵，鐵分布率分別為14.89%和11.40%。其中，磁性鐵和赤、褐鐵礦二者鐵分布率高達(dá)88.27%，是該鐵礦石需要回收的主要有用鐵礦物。

（2）該混合鐵礦石高壓輥磨產(chǎn)品-3 mm樣強(qiáng)磁精礦經(jīng)隔渣，篩下產(chǎn)品搖床重選可獲得產(chǎn)率32.36%、鐵品位65.45%的精礦；篩下產(chǎn)品溜槽重選可獲得產(chǎn)率32.10%、鐵品位62.60%的精礦，說(shuō)明-0.5 mm 時(shí)大部分赤褐鐵礦和弱磁性硅酸鹽礦物已經(jīng)解離，利用二者密度差異采用重選可得到合格鐵精礦。

（3）基于盡量簡(jiǎn)化工藝流程及節(jié)能減排的宗旨，該試驗(yàn)推薦原礦常規(guī)破碎—高壓輥磨（-3 mm）—濕式磁選+SLon高梯度強(qiáng)磁選粗顆粒預(yù)選拋尾—篩分脫水—篩上粗顆粒精礦磨礦—篩下礦漿弱磁選+重選直接拿精工藝流程，作為該混合鐵礦石的原則預(yù)選工藝流程。