超贫磁铁矿湿式粗粒预选工艺研究

王得志

（河北钢铁集团矿山设计有限公司，河北 唐山063701）

随着我国钢铁工业迅猛发展，国内铁矿石市场供不应求，过去没有作为铁矿资源的含铁岩石被开采利用。这部分含铁岩石TFe含量一般在10%～15%，达不到现行铁矿地质勘查规范边界品位要求。但有用矿物以磁铁矿为主，在当前技术经济条件下可以进行开发利用，被称为超贫磁铁矿。

决定超贫磁铁矿能否作为矿石资源开发利用的决定因素是能否盈利，而盈利与否主要取决于市场价格和生产成本。因此，开发超贫磁铁矿利用的先进适用技术，降低生产成本，是关系超贫磁铁矿资源能否持续开发利用的关键问题。

1 河北钢铁集团超贫磁铁矿开发现状

河北省超贫磁铁矿资源丰富，预测资源量为70亿～100亿t。其中，承德50亿t，张家口10亿t，秦皇岛市2亿t，太行山地区约10亿～30亿t［1］。河北钢铁集团矿业有限公司掌控超贫钒钛磁铁矿资源储量达3.73亿t，其中承德M24异常区约3亿t，柏泉铁矿4300万t，宏大矿业3000万t以上，平均地质品位TFe 12%左右。

目前，宏大矿业入选原矿品位TFe 11%、MFe 4%左右，精矿品位TFe 62.5%左右，选矿比高达25以上。柏泉铁矿入选原矿品位TFe 11.5%、MFe 6.5%左右，精矿品位TFe 63%左右，选矿比12以上。在当前市场条件下，虽然尚有一定的利润，但利润率和抵御市场变化的能力很低，2009年两座矿山曾因市场原因亏损停产。特别是随着地表超贫磁铁矿的不断开采，风化矿减少，矿石的开采、破碎、磨矿难度越来越大，必将造成生产成本大幅上升。为此，公司与马鞍山矿山研究院、河北联合大学等合作，就柏泉铁矿超贫钒钛磁铁矿开展了粉矿磨前预选工艺研究，以实现超贫磁铁矿资源的可持续开发利用。

2 矿石性质

2.1 工艺矿物学特性

2.1.1 矿物组成

金属矿物主要有磁铁矿6%～12%，钛铁矿2%～3%，其次有少量赤铁矿。脉石矿物有斜长石、辉石，含量80%～85%，其次有角闪石、黑云母、磷灰石及榍石等。

2.1.2 结构构造

磁铁矿呈半自形－它形粒状结构，浸染状构造，以晶隙铁的形式嵌布于脉石矿物间隙或其中，为中、粗不等粒嵌布。

2.1.3 嵌布特征

磁铁矿粒度较粗，多与脉石矿物呈规则毗连镶嵌，部分包裹型镶嵌。磷灰石粒度较粗，多与磁铁矿及辉石、角闪石包裹型镶嵌。

1）磁铁矿：为主要含铁矿物和矿石矿物。多呈半自形晶，部分他形晶，嵌布粒度粗细不等，粗粒含量较多，粒度一般为0.04～1.1mm。

2）磷灰石：主要呈粒状和柱状，粒度粗细不等，以粗粒为主。粒状者多呈规则六边形，粒度一般为0.08～0.24mm；柱状者呈自形－半自形晶，粒度一般为0.04×0.16～0.2×1.6mm。粗粒磷灰石多包裹于磁铁矿中，部分包裹于已蚀变的辉石、角闪石中，少量与磁铁矿、辉石等规则毗连镶嵌。

2.2 矿石物相分析及多元素分析

原矿物相分析及化学多元素分析，结果见表1、表2。

表1 原矿铁物相分析结果／%

表2 原矿多元素分析结果／%

由表1、表2可知，矿石铁品位极低，仅为12.17%；矿石中铁元素主要赋存于磁性铁矿物中，磁性铁含量为7.18%，金属分布率为59.54%，弱磁性和非磁性铁矿物中金属占金属总量的2／5以上，这对金属回收率会产生较大影响；TiO2含量2.31%，低于5%的综合利用指标，但应注意选铁后的尾矿中TiO2的富集情况；V2O5含量0.053%，低于0.2%的综合利用指标，P2O5含量2.93%，达到了2%的综合利用指标，应考虑综合回收；硫元素含量偏高，应考虑硫的走向。

3 磨前粗粒湿式预选研究

根据矿石工艺矿物学和矿物组成特性，该矿石为极贫磁铁矿。对于品位15%以下的超贫磁铁矿石而言，由于品位极低，矿体与围岩呈渐变关系，界线不清楚，矿石与围岩之间的品位差别很小，干式磁选预选效果很差。柏泉铁矿磨前干式磁选预选实践表明，在入选粒度15～0mm、磁辊场强397.9kA／m时，抛尾产率为10%左右，品位提高0.8～1个百分点，而尾矿中磁性铁含量达1.2%以上。另外，研究和生产实践证明，由于受干式磁选设备分选原理的限制，即使将入选的极贫磁铁矿石在较细的粒度下采用干式磁选抛尾，也不能彻底解决入选品位过低、尾矿量大、选别成本高、经济效益低的难题，并且尾矿中磁性铁损失较大［2］。

以往的粗粒预选试验结果及国内一些矿山实践表明，粗粒湿式预选效果要优于干式磁选预选。因此，采用粗粒湿式磁选机对柏泉铁矿原矿进行磨前预选研究。

3.1 入选粒度试验

将粒度15～0mm的入磨前干式预选精矿破碎至10～0mm、5～0mm和3～0mm三个不同粒级，利用试验室CCTSΦ500×300粗粒湿式磁选机，进行条件试验。

在磁选机磁场强度为238.7kA／m、上升水量为800mL／s条件下，进行不同入选粒度试验，试验结果见表3。

表3 柏泉铁矿原矿不同入选粒度粗粒湿式磁选试验结果

由表3可见，随着入选粒度的变细，在相同的试验条件下，抛尾产率逐渐增大，入选粒度为15～0mm时，可抛除产率为21.04%的粗粒尾矿；而当入选粒度减小为3～0mm时，抛尾产率达52.72%。而从各不同粒度的磁选尾矿磁性铁含量来看，入选粒度越细尾矿磁性铁含量越低，说明粒度越细脉石的单体解离度越高。入选粒度降低有利于在预选阶段多抛尾，但目前柏泉铁矿生产上应用的常规破碎系统的产品粒度，最小仅能达到10～0mm左右。若需破碎至5～0mm甚至3～0mm，常规破碎机难以达到，需要采用高压辊磨机等超细破碎设备。因此，之后的粗粒湿式磁选入选粒度选择10～0mm。

3.2 磁场强度试验

入选粒度10～0mm，上升水量为800mL／s，选用238.7kA／m 和397.9kA／m进行不同磁场强度的粗粒湿式磁选试验，试验结果见表4。

表4 柏泉铁矿10～0mm原矿磁场强度试验结果

由表4可见，磁场强度提高到397.9kA／m时，抛尾产率减小1.96个百分点，但尾矿磁性铁含量也降低了0.16个百分点，磁性铁回收率有所提高，说明选用较高的磁场强度有利于对强磁性矿物的回收。因此，粗粒湿式磁选磁场强度选择397.9kA／m。

3.3 上升水量试验

入选粒度10～0mm，磁场强度397.9kA／m，进行不同上升水量试验，结果见表5。

表5 柏泉铁矿10～0mm原矿不同上升水量试验结果

表5试验结果表明，随上升水量增加，精矿产率逐渐减小，抛尾量逐渐增加，而尾矿的磁性铁含量也随之提高。综合考虑耗水量和磁性铁回收率，确定上升水量800mL／s。

3.4 粗粒湿式预选综合条件试验

在入选粒度10～0mm，磁场强度397.9kA／m，上升水量800mL／s条件下，试验结果见表6，粗粒湿式预选尾矿铁物相分析结果见表7。

表6 柏泉铁矿原矿粗粒湿式预选综合条件试验结果

表7 粗粒湿式预选尾矿铁物相分析结果／%

由表6、表7可见，柏泉铁矿原矿经干式磁滑轮预选抛尾后，再经湿式预选，可抛出产率25.24%、磁性铁含量为0.60%的合格尾矿，湿式预选精矿磁性铁回收率为98.19%。粗粒湿式预选尾矿中，含铁矿物主要为赤褐铁矿和硅酸铁，赤褐铁矿中铁分布率66.40%，其它铁矿物含量均较少。

柏泉铁矿在矿石入磨前，对原矿进行粗粒干式预选和湿式预选，可预先抛出35%～40%的合格尾矿，大大减少后续磨矿作业能耗，大幅降低单位精矿选矿成本。

4 磨前粗粒湿式预选－阶段磨矿－单一弱磁选流程试验

流程试验条件：原矿粒度10～0mm，粗粒预选磁场强度397.9kA／m，上升水量800mL／s；一段磨矿粒度－200目30%、一段磁选磁场强度159.2kA／m；二段磨矿粒度－200目75%、二段磁选磁场强度143.2kA／m。

流程试验技术指标为：原矿品位13.22%，精矿品位 64.74%，精矿产率 11.63%，尾矿品位6.44%，金属回收率56.96%，数质量流程见图1。

对流程试验得到的终精矿进行多元素分析、终尾矿进行铁物相分析，结果见表8、表9。

表8 终精矿多元素分析结果／%

终精矿多元素分析结果表明：终精矿质量较好，SiO2含量较低，为3.21%，有害元素S、P的含量均较低；结合表2原矿多元素分析结果，TiO2、V2O5在精矿中得到了富集，特别是V2O5达到了综合利用指标，在冶炼过程中应考虑综合回收利用；S、P在选矿过程中向尾矿中富集，选矿中要特别考虑磷的综合回收。

终尾矿铁物相分析结果表明，终尾矿中铁矿物以赤褐铁矿为主，分布率接近80%，磁性铁含量仅为0.47%。最终精矿磁性铁回收率相对于干式预选后的原矿为95.92%，说明磁性铁得到了有效回收。

表9 终尾矿铁物相分析结果／%

图1 磨前粗粒湿式预选－阶段磨矿－单一弱磁选数质量流程

5 结语

1）柏泉铁矿矿石为极贫钒钛磁铁矿，原矿经干式磁滑轮预选抛尾后，再经湿式预选，可抛出产率25.24%、磁性铁含量低于0.60%的合格尾矿，湿式预选精矿磁性铁回收率达到了98.19%。

2）采用磨前粗粒湿式预选－阶段磨矿－单一弱磁选流程，可达到精矿品位64.74%，精矿产率11.63%，尾矿品位6.44%，全铁回收率56.96%，磁性铁回收率95.92%的选矿技术指标。终精矿质量较好，SiO2含量仅为3.21%，有害元素S、P的含量均较低；TiO2、V2O5在精矿中得到了富集，特别是V2O5达到了综合利用指标，在精矿冶炼过程中应考虑综合回收利用；S、P在选矿过程中向尾矿中富集，选矿中要特别考虑磷的综合回收。

3）超贫磁铁矿矿体与围岩呈渐变关系，矿石与围岩之间的品位差别很小。试验研究表明，若采用高压辊磨机等超细破碎设备，将原矿破碎至5～0mm，甚至3～0mm时，湿式预选效果更好，磨前抛尾率可达50%以上。

4）超贫磁铁矿含铁量低，选矿比大，生产成本高，只有在市场高价位条件下才具有开采利用价值。对超贫磁铁矿矿石粉矿进行磨前预选抛尾处理以及综合回收利用伴生有价矿物，是实现降低生产成本和提高经济效益的的最重要手段，是抵御市场风险，持久开发利用超贫磁铁矿资源的最有效途径。

［1］李中念，张振芳，严国栋.河北省超贫磁铁矿资源与开发利用分析［J］.河北冶金，2006（3）：1－4.

［2］杨任新.低品位磁铁矿合理选别工艺流程研究［J］.金属矿山，2008（增刊）：251－255.