微细粒低品位碳酸锰矿强磁选工艺研究

李茂林，秦 勤，但智钢，崔 瑞，杨 鑫，曾凡霞

（1.武汉科技大学冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室，湖北武汉，430081；2.中国环境科学研究院，北京，100012）

微细粒低品位碳酸锰矿强磁选工艺研究

李茂林1，秦 勤1，但智钢2，崔 瑞1，杨 鑫1，曾凡霞1

（1.武汉科技大学冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室，湖北武汉，430081；2.中国环境科学研究院，北京，100012）

对某地微细粒低品位碳酸锰矿进行强磁选工艺试验，经强磁粗选，可获得品位和回收率分别为22.64%和51.76%的锰精矿，经疏水絮凝处理可将磁选精矿品位和回收率分别提高到23.06%和54.89%；经强化疏水絮凝处理，可获得品位和回收率分别为18.80%和10.69%的扫选精矿。

碳酸锰矿；强磁选；疏水絮凝

随着我国电解锰产能的迅速扩大，碳酸锰矿的消耗也日趋增大，使得碳酸锰矿品位逐渐下降，且由此引起的生产过程资源消耗、排放和污染显著增加。在电解锰生产工艺中，锰矿品位每降低1%，锰矿消耗增加5%，硫酸和氨水消耗增加2%，锰渣排放增加5%。为了有效开发和利用锰矿资源，本文在上世纪80年代对湖南花垣地区碳酸锰矿在系列研究［1－3］的基础上，对湖南花垣地区微细粒低品位碳酸锰矿石进行强磁选试验，研究该类矿物的磁选性质和可行性磁选工艺。

1 试验

1.1 矿样

碳酸锰原矿产自湖南花垣地区，锰品位为10.96%，其中，菱锰矿、水锰矿及大部分黏土矿呈隐晶质结构，两者均匀分布在矿石中，方解石和石英主要分布在0.5 mm左右的细脉中，紧靠脉壁生长的矿物为方解石，其次是石英石，两者形成梳状构造。原矿主要化学成分如表1所示。

表1 原矿主要化学成分（wB／%）Table 1 Chemical compositions of the raw ore

1.2 选矿方法

碳酸锰矿中主要含锰矿物为菱锰矿，属于弱磁性矿物，而绝大多数脉石矿物为非磁性矿物。为了获得品位大于18%的碳酸锰精矿，文章利用两者之间磁性的明显差别，采用磁选工艺对碳酸锰矿进行回收。

（1）强磁粗选

强磁粗选采用XCSQ－50×70湿式强磁选机，将碳酸锰矿料细磨至－38μm（占80%），在30%矿浆浓度（质量分数，下同）下进行强磁粗选。

（2）强磁扫选

为了提高精矿回收率，先在磁场强度为1.59 ×106A／m、矿浆浓度为30%条件下进行强磁粗选，然后在磁场强度为1.79×106A／m下进行强磁扫选。

（3）疏水絮凝强磁扫选

扫选前在矿浆中加入碳酸钠，调整p H至10，并加入2 kg／t水玻璃和2 kg／t六偏磷酸钠进行分散，再加入2 kg／t的油酸钠强搅拌，疏水絮凝后强磁扫选。

（4）强化疏水絮凝强磁扫选

在疏水絮凝强磁扫选工艺基础上进行改进，即在磁场强度为0.24×106A／m强磁搅拌下疏水絮凝，搅拌速率为1 000 r／min。

2 结果与讨论

2.1 强磁粗选效果分析

碳酸锰矿的强磁粗选结果如表2所示。从表2中可看出，随着磁场强度增大，锰精矿品位逐渐降低，回收率逐渐增高，当磁场强度为1.59×106A／m时，一次强磁粗选可获得品位和回收率分别为22.64%和51.76%的锰精矿。

表2 强磁粗选试验结果Table 2 Results of high－intensity magnetic roughing separation

2.2 强磁扫选效果分析

强磁扫选试验结果如表3所示。从表3中可看出，一次扫选仅能获得含锰品位为16.28%、回收率为8.07%的扫选精矿；1次粗选4次扫选方可获得综合品位和累计回收率分别为20.33%和71.52%的磁选混合精矿。粗选尾矿中经过两次扫选后，扫选效果明显降低，若采用更多段扫选来提高精矿回收率不符合生产经济效益。因此该碳酸锰矿依靠常规湿式强磁选方法进行有效分选难度较大，为了获得理想的分选指标，必须考虑采用其他工艺对矿石进行预处理。

表3 强磁扫选试验结果Table 3 Results of high－intensity magnetic scavenging separation

2.3 疏水絮凝强磁扫选效果分析

疏水絮凝强磁扫选结果如表4所示。从表4中可看出，疏水絮凝强磁扫选可以获得品位为17.76%、回收率为8.92%的扫选精矿，经一次强磁粗选和扫选可以获得品位为21.81%、回收率为60.60%的混合磁选碳酸锰精矿。从疏水絮凝强磁扫选结果看，粗选尾矿经过疏水絮凝处理后精矿品位提高了1.48%，回收率提高了0.85%，可见疏水絮凝对于改善矿石分选粒径具有一定的效果。

但由于菱锰矿、方解石、白云石等碳酸盐类矿物表面性质相近，油酸钠对菱锰矿的吸附缺乏较好的选择性，而会吸附在方解石和白云石等脉石矿物表面使其疏水化，并与部分经过疏水化的碳酸锰矿石颗粒在剪切力的作用下发生了疏水絮凝，降低了絮凝体的纯度及比磁化系数，从而使其无法通过强磁选回收。

表4 疏水絮凝强磁扫选试验结果Table 4 Results of high－intensity magnetic scavenging separation by hydrophobic flocculation

2.4 强化疏水絮凝强磁扫选效果分析

絮凝过程中增加有选择性的磁作用力、减小非选择性的机械作用力，可以改善菱锰矿石颗粒的分选粒径［4－5］。强化疏水絮凝强磁扫选结果如表5所示。从表5中可看出，强化疏水絮凝强磁扫选后的精矿品位达到1 8.8%，回收率达到10.69%；经一次强磁粗选和扫选，可以获得品位为21.88%、回收率为62.68%的碳酸锰混合精矿。与常规磁选扫选比较，精矿品位提高了2.52%、回收率提高了2.62%；与常规疏水絮凝磁选扫选比较，精矿品位提高了1.04%、回收率提高了1.77%。

表5 强化疏水絮凝强磁扫选试验结果Table 5 Results of high－intensity magnetic scavenging separation by intensified hydrophobic flocculation

根据疏水絮凝和磁团聚的作用原理，在该絮凝过程中，颗粒间受到双电层静电力、范德华力、疏水作用力和磁作用力的共同作用和制约，并且随着颗粒间距离的减小，各个作用力更加强烈，而其中疏水作用力、范德华力和磁作用力为吸引力，仅双电层作用力为排斥作用力，四种作用力相互作用形成一个颗粒间聚团所需要克服的能垒。为了降低这一能垒，就必须增加颗粒表面的疏水性、外加磁场的磁场强度、降低颗粒表面电位，而后依靠机械剪切力的作用克服聚团能垒，使颗粒间距离减小至吸引作用力大于排斥作用力而顺利聚团。

但这一过程的磁力作用有别与氧化铁矿的磁絮凝过程，因为菱锰矿属于顺磁性矿物，当其脱离磁场后菱锰矿颗粒不会存在磁滞，此时菱锰矿颗粒间不再存在磁力作用，颗粒间保持聚团只依靠疏水作用力和范德华力。因此在外加磁场絮凝过程中，磁作用力与机械剪切力作用相同，只是帮助颗粒克服聚团所需要的能垒，但是由于磁作用力对于比磁化系数差别较大的矿物颗粒具有很强的选择性，在磁作用力足够大、机械剪切力足够小的情况下可以使磁性颗粒间发生具有较好选择性的疏水絮凝，从而保证絮凝体的纯度。

3 结论

（1）磁场强度为1.59×106A／m时，一次粗选可获得品位和回收率分别为22.64%和51.76%的锰精矿。

（2）磁场强度为1.79×106A／m时，一次扫选可获得品位和回收率分别为16.28%和8.07%的扫选精矿；强化疏水絮凝处理可将扫选精矿品位和回收率分别提高到18.80%和10.69%，扫选精矿品位提高了2.52%、回收率提高了2.62%

［1］ 钟彪，汤新命，陶敏.湖南碳酸锰矿石的工艺矿物学特点［J］.矿冶工程，1986，6（2）：40－43.

［2］ 刘承宪，韩有望.湖南花垣锰矿石磁性和强磁选特点［J］.北京钢铁学院学报，1982（4）：2－3.

［3］ 胡永平.花垣锰矿南区贫碳酸锰矿石选矿研究［J］.中国锰业，1989（5）：22－27.

［4］ 卢寿慈.疏水聚团分选的进展［J］.金属矿山，1999（9）：15－18.

［5］ 宋少先，崔吉让，卢寿慈.弱磁性矿物颗粒在外磁场中的疏水絮凝［J］.金属矿山，1997，49（1）：49－54.

High－intensity magnetic separation of fine and low－grade manganese carbonate ore

Li Maolin1，Qin Qin1，Dan Zhigang2，Cui Rui1，Yang Xin1，Zeng Fanxia1
（1.Hubei Key Laboratory for Efficient Utilization and Agglomeration of Metallurgic Mineral Resources，Wuhan University of Science and Technology，Wuhan 430081，China；2.Chinese Research Academy of Environmental Sciences，Beijing 100012，China）

An experimental study on high－intensity magnetic separation has been conducted of the fine and low－grade manganese carbonate ore from a certain region.With high－intensity magnetic roughing separation，manganese concentrate with the grade of 22.64%and the recovery rate of 51.76%were obtained.With hydrophobic flocculation treatment before high－intensity magnetic roughing separation，the grade and the recovery rate can be raised to 23.06%and 54.89%，respectively.Similarly，the separation effect can be remarkably improved after treatment by intensified hydrophobic flocculation before the first high－intensity magnetic scavenging separation，and the grade of scavenging concentrate and the recovery rate of manganese is up to 18.80%，10.69%from 16.28%，8.07%.

manganese carbonate ore；high－intensity magnetic separation；hydrophobic flocculation

TD924

A

1674－3644（2012）04－0247－03

［责任编辑 彭金旺］

2011－10－27

李茂林（1963－），男，武汉科技大学教授.E－mail：limao－lin＠vip.163.com