梅山铁矿弱磁精矿品位影响因素分析与提质降杂试验研究

张祖刚

(南京梅山冶金发展有限公司矿业分公司)

梅山铁矿是宝钢集团下属的大型地下铁矿山，现已具备采选500万t/a的生产能力，采选多项经济技术指标在同行业中处于领先水平。梅山铁矿为陆相火山-侵入型铁矿床，赋存于辉石闪长玢岩和安山岩浸入接触带中，矿床矿物组成复杂，含有硫、磷等钢铁冶炼的有害杂质。随着采矿逐年向深部开采，磁性矿含量下降，赤(褐)铁矿、菱铁矿比例上升，多种矿物并存且嵌布粒度不均匀，属复杂难选混合铁矿。梅山采矿为无底柱分段崩落法，选矿工艺流程为提升原矿经二段中破碎、磁重预选抛尾，获得粗精矿经细碎后给入两段闭路连续磨矿、磨矿粒度-0.076 mm 65%左右，再经浮选脱硫、弱磁选—强磁选降磷，将弱磁粗选、弱磁扫选、强磁粗选、强磁扫选4种精矿合并为最终精矿，过滤脱水后为铁精矿产品[1-2]。目前，铁精矿铁品位大于57%，SiO2含量在5%～6%，硫含量低于0.5%、磷含量低于0.15%。为此，针对梅山铁矿弱磁精矿品位低和SiO2含量高的问题进行了试验研究，以期获得满意的试验指标。

1 弱磁精矿性质

弱磁铁精多元素化学分析结果见表1，铁物相分析结果见表2。

表1 弱磁精矿多元素化学分析结果 %

由表1可知，弱磁精矿铁品位偏低仅为62.11%，SiO2含量偏高达到3.49%，CaO含量为1.67%，MgO含量为0.74%，二元碱度为0.57，属于半自熔性矿。

表2 弱磁精矿铁物相分析结果 %

由表2可知，弱磁精矿主要为磁性铁(显微镜观察磁性产品包括磁铁矿和磁赤铁矿γ-Fe2O3)，二者占有率高达95.65%；少量碳酸铁，其占有率为4.35%。

对梅山铁矿弱磁精矿采用自动矿物定量技术测定矿样中各种矿物的含量，测定结果见表3。

由表3可知，弱磁精矿中的主要铁矿物为磁铁矿、磁赤铁矿和菱铁矿，含少量黄铁矿；脉石矿物主要为石英、长石、白云石、方解石、磷灰石、石榴石；弱磁精矿的铁矿物占有率大，其中磁铁矿占33.528%、磁赤铁矿(γ-Fe2O3)占51.607%、菱铁矿占8.184%；主要硅矿物为石英和铁白云石。

表3 弱磁精矿中矿物组成MLA定量检测结果 %

菱铁矿理论化学组成为：FeO含量62.01%(Fe含量48.37%)，CO2含量37.99%。梅山铁矿菱铁矿单矿物分析：Fe含量39.22%，SiO2含量0.56%，P含量0.17%。菱铁矿中有较多Ca、Mg、Mn等元素类质同象替代，并含少量Si、Al等杂质，由于这些杂质进入，菱铁矿含铁量低于理论值，弱磁精矿中含有8.184%的菱铁矿是造成弱磁精矿品位降低的原因之一。

2 磨矿产品粒度的影响

梅山铁矿预选抛尾经细碎后的-12mm粗精矿给入两段闭路连续磨矿系统，生产中为了降低磨矿成本和提高生产效率，采用高浓度磨矿，球磨机利用系数达到4t/(m3·h)以上，磨矿粒度偏粗-0.076mm粒级含量65%左右[3]。

2.1 弱磁精矿中主要矿物嵌布粒度

弱磁精矿中主要矿物的嵌布粒度分布见表4。

由表4可知，弱磁精矿中磁铁矿、磁赤铁矿粒度大小较均匀，主要在0.01～0.16mm，粒度分布率达93.33%，+0.16mm粗粒级分布率达4.78%，有些欠磨；菱铁矿粒度比磁铁矿、磁赤铁矿更微细，-0.01mm粒级分布率高达40.15%，表明菱铁矿有过磨现象。脉石矿物长石、石英、石榴石粒度较粗，其中长石+0.16mm粗粒级分布率达13.83%，石英+0.16mm粗粒级分布率达6.45%，石榴石+0.16mm粗粒级分布率达5.87%；石英、长石、磷灰石等主要以含磁铁矿的各种比例连生体存在，石榴石、绢云母、绿泥石等具弱磁性，泥质矿物粒度微细，主要以夹带方式进入精矿。

2.2 弱磁精矿中铁矿物的单体解离度及与硅矿物的连生关系

弱磁精矿中铁矿物的单体解离度测定结果见表5，铁矿物与其他矿物的连生关系见表6。

表4 弱磁精矿中主要矿物的粒度分布

表5 弱磁精矿中铁矿物的单体解离度测定结果

由表5可知，弱磁精矿中铁矿物(磁铁矿、磁赤铁矿、菱铁矿)的总解离度为90.75%，弱磁精矿中铁矿物-0.08mm粒级有良好的解离。

由表6可知，弱磁精矿中连生体较少仅为9.25%，主要为铁矿物与石英、白云石连生体，分别为2.79%、1.34%；其次为铁矿物与石榴石、磷灰石、黄铁矿的连生体。

表6 弱磁精矿中铁矿物与其它矿物的连生关系

2.3 弱磁精矿粒度分析和各粒级铁、硅含量分布

弱磁精矿粒度分析和各粒级铁、硅含量分布见表7。

表7 弱磁精矿粒度分析和各粒级铁含量分布

由表7可知，弱磁精矿各粒级的铁、硅分布规律为粗粒级(+0.16mm)和微细粒级(-0.01mm)铁含量较低，硅含量较高；中间粒级(0.01～0.16mm)铁含量较高，硅含量较低；表明中间粒级分选效果好，铁品位高。而微细粒级(-0.01mm)黏土类矿物(绢云母、绿泥石)增多，故硅含量升高，铁品位下降较大，-0.01mm粒级铁品位仅为25.76%，粗粒级中与以石英为主的硅酸盐矿物连生体多，二次分级溢流同时存在过磨和欠磨现象，磨矿产品均匀性不够和磨矿分级效率较差是造成弱磁精矿品位偏低的原因之一，对弱磁精矿整体铁品位影响较大。

3 弱磁选别工艺的影响

3.1 弱磁选别工艺流程

磨矿粒度-0.076mm粒级占65%左右的二次溢流经过浮选脱硫后，泵送到矿浆分配箱经过1粗1扫弱磁选别工艺，将弱磁粗选和弱磁扫选两种精矿合并为弱磁精矿。现有的弱磁选别工艺流程见图1。

图1 现弱磁选别工艺流程

3.2 硅在弱磁精矿中的赋存状态

根据矿物定量和各矿物SiO2含量，计算出硅在弱磁精矿各矿物中的平衡分配，见表8。

表8 弱磁精矿中硅在各矿物中的平衡分配 %

由表8可知，磁铁矿、磁赤铁矿和菱铁矿本身含SiO2分别为0.35%、0.56%，3种铁矿物综合含SiO2为 0.37%，即在铁矿物与石英等硅矿物完全解离的情况下，铁精矿含SiO2最低为0.37%。弱磁精矿中赋存于磁铁矿、磁赤铁矿中的硅占该精矿总硅量的9.17%，赋存于菱铁矿中的硅占总硅量的1.41%，以连生体存在的石英、长石中硅占总硅量的71.30%，透辉石、透闪石、石榴石等弱磁性脉石中硅占总硅量的10.36%，云母、绿泥石等黏土类脉石中硅占总硅量的7.42%。显而易见，弱磁精矿中硅主要来自石英、长石等连生体，进一步细磨可降硅。

3.3 弱磁精矿中硅矿物的存在形式和铁矿物的连生关系

弱磁精矿中的主要硅矿物有石英、长石、石榴石和黏土类矿物绢云母、绿泥石。这些硅矿物与铁矿物的连生关系见表9。

表9 弱磁精矿硅矿物单体率及与其他矿物的连生关系 %

由表9可知，弱磁精矿中化学分析表明含SiO2为3.49%，主要硅矿物是石英，少量长石、石榴石等，矿物量占3.813%，其中以单体存在于弱磁精矿的硅矿物(石英、长石、石榴石等单体硅酸盐矿物)占40.84%，与磁铁矿、磁赤铁矿、赤铁矿连生的硅矿物占47.76%，与菱铁矿连生的硅矿物占7.09%，与其他脉石矿物，如方解石等连生的硅矿物占4.31%，由此表明弱磁精矿中由磁铁矿、磁赤铁矿连生带入的硅矿物占主体，其次是单体硅矿物；说明梅山铁矿目前1粗1扫弱磁选别工艺流程存在缺陷，没有弱磁精选作业，选别过程中磁性矿物机械夹杂严重，较多的单体硅酸盐矿物进入弱磁精矿，造成弱磁精矿SiO2含量为3.49%降低了精矿品位。

4 弱磁精矿提质降杂试验研究与工业试验

铁精矿提质降杂是铁矿石选厂面临钢铁企业当前对高品质精矿追求的市场竞争中生存及发展的需要。磁选铁精矿的提质降杂常用的选别工艺有细磨弱磁精选工艺、细筛再磨工艺、粗精矿全自动淘洗工艺、反浮选浮硅工艺、离心选矿机重选工艺及其不同的组合。

4.1 弱磁1粗1精1中磁扫选试验

为了考查弱磁精选选别效果和提高弱磁精矿品位，试验流程采用弱磁1粗1精1中磁扫工艺。磨矿细度约-0.076mm65%，试验设备为φ400mm×300mm湿式筒式磁选机，磁场强度为粗选127.3kA/m、精选111.4kA/m，中磁选318.3kA/m，试验数质量流程见图2。

图2 弱磁1粗1精1中磁扫工艺数质量流程

由图2可见，在弱磁选阶段，通过增加一段精选可有效提高弱磁精矿品位，与只有1次粗选相比，精矿铁品位可提高1.65个百分点，达66.87%，SiO2含量由2.38%降低到1.87%，降低了0.51个百分点，说明增加一段弱磁精选有利于提铁降硅。在扫选阶段，利用磁场强度为318.3kA/m的中磁选机可回收产率为4.18%、铁品位为56.52%的铁矿物，其中SiO2含量为6.91%。弱磁精选精矿和扫选精矿组成混合精矿，1粗1精1中磁扫选试验精矿指标为：在弱磁给矿铁品位为46.78%时，精矿产率为48.03%、铁品位为65.97%、回收率为67.73%、SiO2含量为2.31%，提铁降硅效果明显，可以生产铁品位65%以上的球团铁精矿。结合梅山铁矿的厂房空间和现有的设备布置，弱磁选工艺1粗1扫流程改造为1粗1精1中磁扫选流程易于实现，流程改造成本较低，空间布置合理。

4.2 细磨弱磁1粗1扫1中磁立环高梯度扫选工业试验

为了考查细磨提质降杂脱硅的效果，根据梅山铁矿现有的磁选工艺流程，磁选系统工艺流程不做大的改变，利用现有4台弱磁粗选、4台弱磁扫选和水平磁系立环脉动高梯度磁选开展了细磨球团粉工业试验。磨矿细度控制在-0.076mm粒级含量75%～80%，弱磁粗选磁场强度为159.23kA/m、扫选为183.12kA/m，水平磁系立环脉动高梯度磁选扫选磁场强度为300kA/m。细磨弱磁1粗1扫1中磁立环高梯度扫选工业试验工艺数质量流程见图3。

图3 弱磁1粗1精1中磁扫工艺数质量流程

为提高弱磁粗选、扫选的选别精度和精矿品位，由原来正常生产开3台增开为粗扫选开4台。为减少水平磁系立环脉动高梯度中磁选精矿中脉石机械夹杂，脉动冲程调为最大行程18mm，激磁电流采用低电流。工业试验期间，采用细磨弱磁1粗1扫1中磁立环高梯度扫选工艺试验指标为：在弱磁给矿铁品位为48.56%时，获得了精矿产率为60.79%、铁品位为64.17%、回收率为80.33%、SiO2含量为2.58%的指标，细磨提铁降硅效果明显，梅山铁矿现有工艺流程可以生产铁品位63%以上的球团铁精矿。

5 结 论

(1)梅山铁矿弱磁精矿品位低的影响因素主要有：弱磁精矿中含有8.184%的低品位菱铁矿；磨矿产品均匀性不够和磨矿分级效率较差，同时存在过磨和欠磨现象，粗粒级中与以石英为主的硅酸盐矿物连生体多；梅山铁矿1粗1扫弱磁选别工艺存在缺陷，没有弱磁精选作业，选别过程中磁性矿物机械夹杂严重，较多的单体硅酸盐矿物进入弱磁精矿。

(2)梅山弱磁精矿各粒级的铁、硅分布规律是粗粒级(+0.16mm)和微细粒级(-0.01mm)的铁含量较低，硅含量较高，中间粒级(+0.01-0.16mm)铁含量较高，硅含量较低，表明粗粒级连生体多，中间粒级分选效果好，而微细粒级夹带泥质矿物较多。

(3)梅山弱磁精矿中赋存于磁铁矿(含磁赤铁矿)和菱铁矿中硅分别占9.18%和1.41%，石英、长石中硅占总硅量的71.30%，透辉石、透闪石、石榴石等弱磁性脉石中硅占10.36%，云母、绿泥石等黏土类脉石中硅占总硅量的7.42%。弱磁精矿中含SiO23.49%，主要存在于粗粒级中铁矿物与石英、长石、透辉石等脉石矿物的连生体，其次存在于微细粒级(-0.02mm)矿泥中，细磨和脱泥可进一步降硅。

(4)采用细磨弱磁1粗1扫1中磁立环高梯度扫选工艺进行工业试验，在弱磁给矿铁品位为48.56%时，精矿产率为60.79%、铁品位为64.17%、回收率为80.33%、SiO2含量为2.58%，细磨提铁降硅效果明显，利用梅山铁矿现有工艺流程可以生产铁品位63%以上的球团铁精矿。