河北某低品位难选铁矿选矿试验研究

代淑娟，孟光栋，胡志刚，韩佳宏，于连涛

（1.辽宁科技大学矿业工程学院，辽宁 鞍山114051；2.中冶北方工程技术有限公司，辽宁 鞍山114051；3.辽宁省地质矿产研究院，辽宁 沈阳110032）

1 概述

河北某铁矿石铁品位仅为15.7%，矿物组成复杂，矿物种类较多。金属矿物主要为磁铁矿，含量为15.53%，其他金属矿物有钛赤铁矿、钛铁矿、黄铁矿和少量的褐铁矿、赤铁矿和黄铜矿，微量矿物为磁黄铁矿等，金属矿物合计含量为18.41%。脉石矿物主要为长石、角闪石和绿泥石，其次为磷灰石、石英、黑云母、普通辉石、石榴石，绢云母和高岭土，脉石中的易泥化矿物有绿泥石、绢云母和高岭土，脉石矿物中含磷矿物为磷灰石，脉石矿物合计含量为81.59%。

矿石中可回收的金属矿物只有磁铁矿，磁铁矿在矿石中的嵌布粒度较粗，但与钛铁矿、钛赤铁矿共生密切，钛铁分离较困难。同时，矿石中的含铁的脉石矿物和易泥化的脉石矿物含量较多，因此，铁精矿质量和铁回收率会受到一定影响。

针对该矿石的特点，此次试验采用阶段磨矿阶段选别的工艺流程，通过粗磨磁选抛尾，粗精矿再磨再选，在一段磨矿细度为－0.074mm 46.91%，二段磨矿细度为－0.074mm 96.17%时，获得了铁精矿品位为65.75%、铁精矿产率为11.92%、铁回收率为50.14%、精矿磁性铁含量为63.37%、尾矿磁性铁含量为0.92%、精矿磁性铁回收率为90.31%的选矿技术指标。

2 矿石性质研究

2.1 原矿化学分析

原矿X射线荧光分析及原矿化学多项分析见表1、表2。

2.2 矿石的物质组成及其特点

2.2.1 矿石结构和构造

2.2.1.1 矿石结构

自形晶、半自形晶结构：矿石中的磁铁矿有少数以规整的立方体和八面体产出，形成自形晶结构，但有的自形晶被赤铁矿和钛铁矿交代，仅部分晶面完好，形成半自形晶结构；他形晶粒状结构：矿石中所有金属矿物多以他形粒状，不规则状产出，形成他形粒有关方面结构；填隙结构：矿石中在钛赤铁矿粒间细窄间隙和空隙中分布有钛铁矿呈不规则状充填穿插其间，形成填隙结构。

2.2.1.2 矿石构造

浸染状构造：矿石中所有金属矿物以他形粒状、不规则状分布在脉石矿物中，形成浸染状构造；网格状构造：矿石中赤铁矿沿磁铁矿解充填穿插，形成网格状构造；胶状构造：矿石中褐铁矿以胶状产出，并交代钛铁矿和钛赤铁矿，形成胶状构造。

2.2.2 矿石的物质组成及嵌布特征

该铁矿石的矿物组成比较复杂，铁品位不高，矿物种类较多。矿石中的金属矿物与脉石矿物的统计结果见表3。

表1 原矿X射线荧光分析

表2 原矿化学多项分析

表3 矿石矿物组成及含量统计结果／%

矿石中的磁铁矿多以他形粒状、不规则状分布在脉石矿物中，嵌布粒度较粗，但不均匀。钛铁矿、钛赤铁矿多以板状、板条状产出，并且二者紧密共生，同时与磁铁矿连生，有少量的钛铁矿与钛赤铁矿分布或包裹在磁铁矿中，钛铁矿、钛赤铁矿在矿石中的嵌布粒度较细。矿石中褐铁矿对钛铁矿和钛赤铁矿有交代作用，使钛铁矿、钛赤铁矿成残余状分布在褐铁矿中。赤铁矿多以棒状针状产出，并多分布在脉石矿物中，少量的以格子状沿磁铁矿解理分布，并包裹在磁铁矿中，形成网格状构造。矿石中硫化矿物与铁矿物嵌布关系不甚密切，仅有少量磁铁矿包裹在黄铁矿中，或者颗粒边缘接触，形成连晶。黄铁矿与黄铜矿嵌布关系比较密切，但分布不普遍。

该铁矿石的矿物组成比较复杂，原矿铁品位较低。矿石中的主要金属矿物为磁铁矿，其他金属矿物含量较少。矿石中脉石矿物种类较多，且部分脉石中含有铁，这部分铁不能回收，因此，精矿铁回收率会受到影响。同时，矿石中易泥化的脉石矿物含量较高，对磁铁矿分选有一定影响。

2.2.3 金属矿物浸染粒度

磁铁矿、钛铁矿和钛赤铁矿的浸染粒度见表4。

表4 金属矿物浸染粒度统计结果

矿石中铁矿物如磁铁矿、钛铁矿、钛赤铁矿浸染粒度，磁铁矿以粗粒嵌布为主，不均匀分布。以上三种铁矿物浸染粒度最粗的为磁铁矿，其次为钛铁矿，最细的为钛赤铁矿。

3 选矿试验

河北某铁矿石中可回收金属矿物主要为磁铁矿，该矿石中的磁铁矿与钛铁矿、钛赤铁矿共生密切，若要获得高质量的铁精矿，需对矿石进行细磨。

磁铁矿选矿应用最为广泛的选矿方法为磁选，在矿石性质复杂，磁选精矿品位不高的情况下，也可采用磁选—浮选联合流程，通过对磁选精矿的浮选以提高最终精矿的品位［1－2］。

3.1 磨矿细度试验

磨矿细度决定矿物的单体解离程度，矿物单体是否解离是影响选别指标高低、减少尾矿金属损失的关键。对于磁选而言，磨矿细度试验也是考查能否在较粗的磨矿细度下，抛掉合格尾矿。试验结果见表5。

表5 磨矿细度试验结果

从表5的结果可以看出，随着磨矿细度的增加，精矿产率和回收率逐渐降低，精矿品位和尾矿中铁品位随之增加，说明磁铁矿的解离度逐渐提高。随着磁铁矿与钛铁矿、钛赤铁矿，以及其他含铁脉石矿物的解离，强磁性矿物磁铁矿富集在精矿中，其他弱磁性含铁矿物则进入尾矿。

试验结果也同时说明，若采用一段（或多段连续）磨矿，要获得含铁65%以上的高品位铁精矿，磨矿细度还需进一步提高，方能使铁矿物充分解离，但回收率仅为40%左右。因此，拟考查阶段磨矿、阶段选别流程，考虑到一段磨矿的能力并综合考虑各项选矿指标，确定一段磨矿细度为－0.074mm目46.91%。

3.2 一段磁选磁场强度试验

磁场强度决定磁性矿粒在磁场中所受磁力的大小，直接影响磁性矿物的分选与回收效果，试验结果见表6。

表6 一段磁选磁场强度试验结果

从表6的一段磁选磁场强度的试验结果可以看出，磁场强度增加，精矿产率和精矿回收率略有增加，精矿品位略有降低。总的来看，磁场强度大于1000Oe后，精矿品位和精矿回收率变化不大，因此，确定一段磁选磁场强度为1000Oe。

3.3 二段磨矿细度试验

在对矿石进行了一段磨矿和磁选后，已抛除了大部分脉石矿物，但粗精矿品位较低，有必要再磨再选，以提高精矿品位。试验结果见表7。

表7 二段磨矿细度试验结果

从表7试验结果可以看出，随着磨矿细度的增加，精矿品位逐步提高，精矿回收率略有降低，但变化不大。粗精矿再磨不仅提高了磁铁矿的单体解离度，更重要的是促进与磁铁矿共生密切的钛铁矿和钛赤铁矿的解离。

细磨磁选虽然可以获得较好的精矿指标，但若要得到含铁65%以上的铁精矿，必须将矿石磨细至－0.074mm含量96.17%（－0.038mm含量76.40%），此时，铁回收率只有50.14%。而若要得到含铁67%以上的铁精矿，则必须将矿石磨细至－0.074mm含量98.50%（－0.038mm含量83.50%），铁的回收率降低至49.55%。铁回收率低的主要原因是矿石中含有较多的弱磁性铁矿物和含铁脉石矿物，这部分铁不能通过磁选回收利用。通过分析选矿产品的磁性铁含量可知，精矿磁性铁含量63.37%，总尾矿磁性铁含量0.92%，精矿磁性铁回收率90.31%，矿石中的磁铁矿得到充分回收。

比较表7与表5，阶段磨选，磨矿细度（－0.074 mm%）82.30、88.92和93.24时，精矿品位分别为62.71%、64.05%、64.21%，回 收 率 分 别 为51.53%、51.16%、51.30%；连续磨选时，磨矿细度（－0.074mm%）81.40、89.13和93.32时，精矿品位分别为61.98%、61.71、64.05%%，回收率分别为40.87%、43.20%、41.22%。可见采用阶段磨矿阶段选别（磁选）流程选别明显优于连续磨矿－磁选流程，不仅品位明显提高，回收率高出7%～10%个百分点。且通过粗磨磁选抛尾、粗精矿再磨再选，达到尽早抛尾，减少磨矿量，降低生产成本的目的。

3.4 二段磁选磁场强度试验

二阶段磁选磁场强度试验结果见表8。

表8 二段磁选磁场强度试验结果

由表8的试验结果可知，磁场强度的变化对精矿质量的影响较小。磁场强度为1000Oe时，精矿回收率相对较低，大于1200Oe后，精矿回收率和尾矿品位基本稳定。精矿细磨后，细粒磁铁矿易受水流冲击而损失，因此，较高的磁场强度有利于保证精矿回收率。

3.5 提高精矿品位试验

通过磁选试验结果可知，若要获得较高的精矿品位，必须对矿石进行细磨。由矿石的物质组成研究可知，含钛矿物（钛铁矿、钛赤铁矿）和易泥化的脉石矿物是影响精矿品位的两个重要因素。含钛矿物粒度细且与磁铁矿共生密切，单体解离困难，但磁铁矿粒度相对较粗，易与脉石矿物解离。为此，通过浮选试验考查能否通过浮选药剂的作用提高铁精矿品位。

对品位较高的磁选精矿进行浮选，目前应用广泛的工艺为反浮选工艺，即通过除去磁选精矿中的少量杂质，达到提高精矿品位的目的。根据浮选药剂的性质，铁矿石反浮选又分为阳离子反浮选和阴离子反浮选。试验进行了磨矿细度试验及阳离子反浮选及阴离子反浮选条件考查试验。

通过对不同工艺和不同药剂的浮选试验证明，利用浮选提高磁选精矿品位效果不明显，在较粗的磨矿粒度下提高精矿品位较为困难。通过浮选试验也可以说明，影响精矿品位的主要因素并非含硅的脉石矿物，而是与磁铁矿共生密切的钛铁矿和钛赤铁矿，此两种矿物含铁低，理论含量只有36.8%。矿石中钛铁矿和钛赤铁矿含量为3.21%，占含铁金属矿物的17.44%，而且难以与磁铁矿解离并大部分进入铁精矿，导致铁精矿品位难以提高。

4 结论

1）河北某铁矿石矿物组成比较复杂，矿物种类较多。金属矿物主要为磁铁矿，其他金属矿物有钛赤铁矿、钛铁矿、黄铁矿和少量的褐铁矿、赤铁矿和黄铜矿等。脉石矿物主要为长石、角闪石和绿泥石，其次为磷灰石、石英、黑云母、普通辉石、石榴石，绢云母和高岭土等。矿石中含硫矿物主要为黄铁矿，含磷矿物为磷灰石。磁铁矿在矿石中嵌布粒度较粗，但与钛铁矿、钛赤铁矿共生密切，钛铁分离较困难，同时，原矿铁品位较低，矿石中易泥化的脉石矿物含量较高，对磁铁矿分选有一定影响，因此，获得高质量的铁精矿难度较大，该矿石为较难选铁矿石。

2）针对该矿石的特点，本次试验采用阶段磨矿、粗磨磁选抛尾、粗精矿再磨再选的工艺流程回收矿石中的铁矿物，不仅选别指标显著好于连续磨矿，且具有尽早抛弃合格尾矿，降低生产成本的优点。试验对利用浮选提高铁精矿品位的工艺和药剂进行了研究探索，浮选试验结果表明，利用浮选提高精矿品位效果不理想。这也证明了影响铁精矿品位的主要因素是嵌布粒度细、与磁铁矿共生密切的钛铁矿和钛赤铁矿，此两种矿物与磁铁矿难以解离而进入铁精矿，使精矿品位难以提高。

3）试验结果表明，利用单一磁选流程处理该铁矿石是适宜的，可以取得较好的精矿指标，精矿产率12.07%，精矿品位65.75%，精矿铁回收率50.14%。精矿回收率低是由于脉石矿物中含铁造成的，脉石矿物中的铁不可回收利用。通过分析选矿产品的磁性铁含量可知，精矿磁性铁含量63.37%，总尾矿磁性铁含量0.92%，精矿磁性铁回收率90.31%。

［1］魏德洲.固体物料分选学［M］.北京：冶金工业出版社，2009.

［2］矿产资源综合利用手册编辑委员会.矿产资源综合利用手册［M］.北京：科学出版社，2000.