FCSMC浮选柱在南芬选矿厂赤铁矿分选工艺中的应用

付国龙 范兆玲 李庚辉 李淑燕

(本钢南芬选矿厂)

FCSMC浮选柱在南芬选矿厂赤铁矿分选工艺中的应用

付国龙 范兆玲 李庚辉 李淑燕

(本钢南芬选矿厂)

随着南芬选矿厂开采量的增加以及矿石的贫化，采出赤铁矿量增加幅度较大，造成生产指标持续下降，严重制约了选矿厂的生产。为充分利用露天采场中的赤铁矿资源，南芬选矿厂采用浮选柱作为浮选设备进行工艺改进。实践表明，工艺及设备运行平稳，反浮精矿铁品位达到65%～66%，浮选尾矿铁品位在16%以下。浮选柱替代浮选机反浮选，具有工艺短、流程简单、质量稳定的特点，且浮选柱药剂消耗及电耗都低于浮选机。FCSMC浮选柱在南芬选矿厂的应用成功，开创了国内赤铁矿反浮选工艺采用浮选柱技术的先例，具有十分重要的意义。

FCSMC浮选柱 反浮选 赤铁矿

南芬选矿厂是本钢集团主要的原料基地之一，所处理的矿石来自南芬露天矿，原工艺为单一的弱磁选流程处理露天采场中的磁铁矿。而露天采场中附存部分赤铁矿资源，近年来，随着开采量的增加以及矿石的贫化，采场中的赤铁矿量增加幅度较大，造成生产指标持续下降，严重制约了选矿厂的生产。为充分利用露天采场中的赤铁矿资源，2009年选矿厂建成年处理原矿100万t的赤铁矿生产工艺，采用弱磁、强磁—阴离子反浮选工艺专门处理采场中的赤铁矿。设计施工时受到工艺场地条件制约，在反浮选工艺设备选择方面，没有选择占地面积较大的浮选槽，而是采用中国矿业大学研制的高效浮选柱，通过近几年的生产实践及改进，实现了反浮选作业的短流程分选，并取得了较好的效果，积累了宝贵的生产实践经验。

1 选矿厂工艺介绍

南芬选矿厂自投产后，由于采出矿石性质不断变化，选别工艺进行了几次较大地完善，目前采用半自磨—两段球磨—细筛分级—筛上再磨再选—弱磁—两段强磁—阴离子反浮选工艺，现生产运行平稳，当原矿品位约30%时，赤铁矿精矿品位为65%左右，尾矿品位控制在16%以下，工艺流程见图1。该工艺采用磁铁矿、赤铁矿分别分选，高频细筛提质，弱磁得磁铁精矿，强磁—阴离子反浮选工艺处理赤铁矿及筛上量，得到反浮选精矿，两者合并为最终赤铁矿精矿，因此与鞍钢等选矿厂成熟的赤铁矿选矿工艺完全不同，具有如下特点。

图1 南芬选矿厂工艺流程

(1)选别工艺采用磁铁矿、赤铁矿分别分选，对矿石磁性的变化适应性强，适合处理磁性偏大的赤铁矿或赤铁矿、磁铁矿混合矿，这与南芬露天矿性质相匹配。

(2)阴离子反浮选工艺中采用的设备为中国矿业大学研制的FCSMC高效浮选柱，为国内首次应用于赤铁矿反浮选实践，反浮选流程设计为1粗2扫工艺，粗选直接得精矿，与采用常规浮选槽的1粗1精3扫流程相比，属于短流程，在不影响生产指标情况下，节省了厂房面积及投资费用。

(3)在选别工艺中设置高频细筛提质，一是稳定了由于矿石性质变化造成的入浮量波动；二是提高了反浮选入浮品位，根据生产实践细筛作业筛上产品铁品位在50%以上，使反浮选入浮品位稳定在46.00%～50.00%，有利于反浮选生产指标的稳定。

2 FCSMC浮选柱的结构及分选原理

FCSMC系列旋流-静态微泡浮选柱由中国矿业大学研制，是微细颗粒的高效分选设备。该系列浮选柱采用了重选与浮选相结合的微细物料分选理论，解决了传统浮选柱分选效率低的缺陷。该浮选柱包括柱体分选、旋流分离和管流矿化3部分，整个分离过程在柱体内完成，浮选柱结构原理见图2。

图2 浮选柱结构原理

FCSMC浮选柱集柱浮选与柱分流于一体，构建了旋流粗选、管流矿化、旋流扫选的循环中矿分选链，利用旋流分选和管流矿化提高分选效率，使柱高与传统浮选柱相比大幅度降低。对于矿物浮选，柱分离段和旋流分离段的联合分选具有十分重要的意义，柱分离段的优势在于提高了选择性，保证较高的产品质量；而旋流分离段的优势在于提高产率，保证较高的回收率。

整个设备为柱体，柱浮选位于柱体上部，其采用逆流碰撞矿化的浮选原理，在低紊流的静态分选环境中实现微细物料的分选，在整个柱分选方法中起到粗选与精选的双重作用。旋流分离段采用柱-锥相连的水介质旋流器结构，并与柱体分选段呈上下结构的直通连接，倒锥形套锥把经过旋流力场充分作用的底部矿浆机械地分流成两部分：中间密度物料进入内倒锥，成为循环中矿；高密度的物料则由内外倒锥之间排出成为最终精矿。旋流浮选不仅提供了一种高效矿化方式，而且大大降低了浮选粒度下限，提高了浮选速度，并以其强回收能力在柱分选过程中起到扫选柱浮选中矿作用。管流矿化利用了射流原理，通过引入气体以及粉碎成泡，在管流中形成循环中矿的气液固三相体系并实现了高度紊流矿化。管流矿化沿切向与旋流分选相连，形成中矿的循环分选。气泡发生器与浮选管段直接相连成一体，单独布置在柱体体外；其出流沿切线方向与旋流分离段柱体相连，相当于旋流器的切线给料管，气泡发生器上设导气管。

3 FCSMC浮选柱在南芬选矿厂的应用

南芬选矿厂赤铁矿浮选原设计为常规阴离子反浮选流程，反浮选设备采用浮选机，由于选矿厂场地条件不能满足设计要求，因此委托中国矿业大学在长沙矿冶研究院确定的主体工艺的基础上，探索采用FCSMC系列旋流微泡浮选柱替代的可行性，力求实现赤铁矿反浮选的短流程分选。

中国矿业大学针对南芬赤铁矿反浮选试验采用φ75 mm×2 000 mm旋流-静态微泡浮选柱作为分选试验设备，采用1粗2扫柱浮选流程，在入浮铁品位44.56%时得到铁品位66.22%的精矿、作业回收率为77.80%。与浮选机相比，精矿铁品位提高了近1个百分点、作业回收率提高了2个百分点，实现了精矿铁品位和回收率的双提高。

根据中国矿业大学柱浮选试验结果，与常规浮选机相比，柱浮选不但指标得以提高，而且简化了流程，表明FCSMC高效浮选柱具有更强的回收能力和选择性，考虑到流程的灵活性以及进一步提高金属回收率，现场采用1粗2扫柱浮选工艺短流程，南芬选矿厂也因此成为国内首家应用柱浮选的赤铁矿选厂，并获得了2013年国家科技进步二等奖。所用浮选柱型号及参数见表1。

表1 浮选柱型号及参数

南芬选矿厂赤铁矿工艺运行后，反浮选系统运行一直不稳定，经常跑槽，同时生产指标较差，赤铁矿精矿平均品位仅为60%～63%，不但没有达到65%的设计要求，同时精矿质量波动较大，经常在60%以下。通过联合中国矿业大学进行分析，其原因为：一是原浮选柱一直应用在常温正浮选，没考虑赤铁矿反浮选矿浆的加温问题；二是赤铁矿反浮选泡沫较有色金属粘，泡沫的流动性差；三是中矿的循环压力没有达到设计值。为此，选矿厂与中国矿业大学联合进行了流程改造。

(1)在Ⅰ扫、Ⅱ扫系统设计热交换器，利用蒸汽对矿浆进行加热，从而达到反浮选工艺要求的温度，即30 ℃以上。

(2)改进原浮选柱的集泡槽，由周边形式改为浮选柱中心汇集泡沫，并通过中心集矿管路给到下一工序，同时适当降低Ⅰ扫、Ⅱ扫浮选柱的泡沫堰高度，使泡沫更易流出，对吸浆器进行局部改进，增加了吸浆量。

(3)对粗选浮选柱中矿循环系统的渣浆泵更换大功率电机，由160kW增加到220kW，从而保证粗选循环压力达到0.25MPa以上。

南芬选矿厂通过对FCSMC旋流微泡浮选柱在生产实际中存在的问题进行改进后，运行一直稳定，反浮精矿铁品位达到65%～66%，浮选尾矿铁品位在16%以下。中国矿业大学在浮选柱在南芬选矿厂成功应用的基础上，针对铁矿物浮选特点，对浮选柱进行了完善：一是完善自动化系统，应用变频技术控制底流泵，用于替代电磁阀门，以及PLC集成控制替代PID表；二是研究出精选型、正反浮选型浮选柱，用于不同矿石性质物料分选；三是改进了泡沫集矿系统，便于泡沫流动。

4 结 论

南芬选矿厂赤铁矿浮选工艺采用浮选柱作为浮选设备，经设备改进后的生产实践表明，工艺及设备运行平稳，达到设计要求的选矿指标，浮选柱替代浮选机反浮选，与传统浮选机1粗1精3扫工艺流程相比，具有工艺短、流程简单、质量稳定的特点，浮选柱药剂消耗及电耗都低于浮选机，有利于降低生产成本。FCSMC浮选柱在南芬选矿厂的成功应用，开创了国内赤铁矿反浮选工艺采用浮选柱技术的先例，具有十分重要的意义。

[1] 刘炯天.旋流-静态微泡柱分选方法及应用[J].选煤技术，2000(28):42-44.

[2] 中国矿业大学.鞍钢集团弓长岭赤铁矿柱式短流程分选试验研究[R].徐州：中国矿业大学，2007:14-16.

[3] 张海军，刘炯天，韦锦华，等.FCSDC浮选柱提铁降硅工业试验研究[J].矿冶工程，2008(28):31-34.

[4] 中国矿业大学.本钢南芬露天矿弱磁尾矿微泡浮选柱反浮选试验报告[R].徐州：中国矿业大学，2007.

[5] 中国矿业大学.赤铁矿柱式短流程分选技术研究经济效益分析报告[R].徐州：中国矿业大学，2012.

2015-03-12)

付国龙(1966—)，男，硕士，厂长，高级工程师，117014 辽宁省本溪市。