鞍钢弓长岭选厂反浮选原料物相分析及难选原因

姜永良，付泳贺，李 洋，索明名，姜效军

(辽宁科技大学矿业工程学院，辽宁 鞍山 114051)

我国铁矿资源总量位居世界第三，但丰而不富，可直接利用的铁矿资源较少[1]。鞍钢弓长岭选厂处理的矿石为典型的鞍山式贫赤铁矿石，矿石中铁矿物以磁铁矿和赤铁矿为主，部分为假象赤铁矿和半假象赤铁矿[2]，总体品位较低，多以贫矿为主，伴生矿物多，脉石分布均匀而致密，绝大部分由石英组成，矿石类型复杂，浮选温度高达45～50 ℃，选矿困难。赤铁矿浮选大多采用脂肪酸类捕收剂，浮选效果较好[3]。菱铁矿的含量和嵌布粒度会为浮选带来困难[4]。阳离子反浮选有选择性高、耐低温等优点，但其成本较高，起泡量大、难消泡、过滤困难。而阴离子反浮选技术通过加入特殊的酯类表面活性剂使其具有高效的选分效果，姜效军等[5-6]通过加入表面活性剂Tween-1.3来增加脂肪酸钠临界胶束浓度，提升捕收剂的捕收能力，齐大山选厂和弓长岭选厂的赤铁矿都属于鞍山式铁矿，品位接近，磨矿粒度接近，反浮选工艺相同，齐大山选厂赤铁矿易选，浮选温度为20～30 ℃时浮选指标好。而弓长岭选厂赤铁矿20～30 ℃浮选铁矿和脉石难分离，45～50 ℃才能达到指标要求，针对这一问题，本文采用德国ZEISS Sigma500扫描电镜和矿物自动分析系统(AMICS)对弓长岭选厂和齐大山选厂反浮选原料进行对比分析，通过矿物全分析并进行连生和包夹的定量分析找出难选原因，为弓长岭这类难选铁矿解决浮选温度高、耗能大的难题奠定基础。

1 实验部分

1.1 仪器与材料

仪器设备:德国蔡司ZEISS Sigma500扫描电子显微镜和矿物自动分析系统(AMICS)；辽宁仪表研究所有限责任公司生产的LIRI电子显微成像分析系统；德国布鲁克生产的X射线衍射仪(D8 Advancet XRD)；丹东百特仪器有限公司生产的BT-9300S激光粒度分析仪；长沙顺泽矿冶机械制造有限公司生产的XFD-Ⅲ变频调速单槽浮选机。

试样：矿样取自2018年5月2号鞍钢弓长岭选厂，强磁和弱磁混磁精为反浮选原料，全铁品位为46.80%，粒度-0.074 mm占88%，-0.043 mm占68%，Fe元素主要分布于磁铁矿、赤铁矿、绿泥石和菱铁矿中。

1.2 操作

1.2.1 AMICS测试样品制备

1) 分别取混合均匀的弓长岭选厂铁矿样和齐大山选厂铁矿样5 g，用环氧树脂和三乙醇胺110 ℃烘4 h固化。

2) 研磨抛光样品面50 min。

3) 测试前做喷金处理，将样品置于离子溅射仪中，在抛光面镀金膜，控制电流为6～8 mA,抽真空至66.66 Pa，1 min后电镜扫描。

1.2.2 浮选

称200 g矿样，加水至刻度线，打开搅拌和温控开关，设定叶轮转速1 800 r/min，依次间隔3 min加入浓度均为2.5%的NaOH溶液6 mL,淀粉溶液5 mL，CaO溶液5 mL，粗选捕收剂3.2 mL，精选捕收剂0.8 mL，3 min后打开充气和刮板开关，开始浮选，粗选浮选时间3 min，精选时间2 min。

2 结果与讨论

2.1 弓长岭选厂反浮选原料粒度分析

利用BT-9300S激光粒度分析仪测定弓长岭选厂反复选原料的粒度分布，见图1。

由图1可知，弓长岭选厂反浮选原料粒度-0.074 mm约占88%，-0.043 mm约占68%，其中粒度在-0.005 mm占10%，0.1 mm的约占5%，达到赤铁矿常规浮选要求。

图1 弓长岭选厂反浮选原料粒度分析图Fig.1 Particle size analysis of flotation feed

2.2 弓长岭选厂反浮选原料XRD分析和形貌分析

采用X射线衍射仪对弓长岭选厂反浮选原料进行扫面分析，如图2所示。主体有用矿物为Fe3O4,少量为Fe2O3,主要脉石矿物为SiO2,其中Fe占27.89%，O占44.74%，Si占17.82%。采用光学显微镜观察试样的微观形貌，图3为将试样物镜放大10倍的显微图像，图中A是铁矿石，B是脉石矿物SiO2，C是二者连生体。由图3可知，脉石矿物嵌布复杂，粒度分布不均匀，与铁矿的连生体较多，但难以给出定量数据。粒度细到在-0.074 mm占88%，-0.043 mm占68%的情况下仍不能达到完全单体解离。

图2 弓长岭选厂反浮选原料XRD分析Fig.2 XRD analysis of flotation feed

2.3 弓长岭选厂反浮选原料AMICS全分析

AMICS电镜扫瞄得到矿粉全景图，见图4(a)。

图3 弓长岭选厂反浮选原料物镜10倍显微镜形貌Fig.3 Flotation feed objective lens 10 times microscope morphology

图4 反浮选原料AMICS全分析Fig.4 AMICS analysis of flotation feed

如图4(a)所示，弓长岭选厂反浮选原料中矿物主要有15种，金属矿物主要是磁铁矿，其次是赤铁矿和菱铁矿。脉石矿物中以石英为主，其次有角闪石、绿泥石等，各个矿物的质量百分比、面积百分比、颗粒数及矿物相数见表1。图4(b)和图4(c)分别是菱铁矿在弓长岭选厂和齐大山选厂反浮选原料中的嵌布图，弓长岭选厂反浮选原料中菱铁矿主要与磁铁矿、角闪石和石英连生，其次为赤铁矿绿泥石和碳酸盐等。同齐大山选厂反浮选原料对比发现，弓长岭选厂反浮选原料中菱铁矿与角闪石连生现象严重，而菱铁矿本身嵌布粒度又细，严重的镶嵌和包夹不完全单体解离影响精矿品位或金属回收率，若完全单体解离，会产生巨大的表面积和表面能，吸附能力增强，选择性变差，产生机械夹杂和泡沫夹杂影响浮选指标，同时过磨的绿泥石、碳酸盐矿物颗粒导致泥化现象明显，使常温浮选更为困难。

表1 弓长岭选厂反浮选原料组成全分析Table 1 Components and content analysis of Gongchangling beneficiation plant flotation feed

由表1和表2对比发现，弓长岭选厂反浮选原料和齐大山选厂反浮选原料中菱铁矿含量分别为1.34%、0.66%；绿泥石的含量分别为1.52%、0.49%；弓长岭选厂反浮选原料中菱铁矿颗粒数10 111，齐大山选厂反浮选原料中菱铁矿颗粒数181，弓长岭选厂反浮选原料中菱铁矿颗粒数是齐大山选厂55倍；弓长岭选厂反浮选原料中绿泥石连生矿物是齐大山选厂的3倍，颗粒数是13倍，绿泥石颗粒细、泥化现象严重。

表2 齐大山选厂反浮选原料组成全分析Table 2 Components and content analysis of Qidashan beneficiation plant flotation feed

菱铁矿和绿泥石的含量偏高，嵌布粒度细，细粒附着在石英的表面，导致石英表面的静电力减弱，阻碍待浮矿物SiO2表面的CaOH+与油酸阴离子发生缔合吸附，必须升高温度才能分离[7]。

2.4 菱铁矿粒度分析

图5是由自动全分析系统(AMICS)软件对样品中菱铁矿粒度分析数据绘制而成，该软件能对样品矿物中所包含各种矿物的组成、含量、粒度、连生关系、包裹关系、单体解离度、嵌布特征和元素在各矿物中的配占比、样品中所含元素质量百分比等多参数进行系统分析定量测定。

图5显示，弓长岭反浮选原料中菱铁矿-0.0374 mm的含量占76.48%，-0.074 mm含量100%，嵌布粒度细，微粒易于黏着在粗粒表面形成矿泥罩盖，吸附选择性差。微粒与气泡的作用，使气泡对矿粒的捕获率下降，产生气泡的矿泥“装甲”，影响气泡的运载量。这些导致回收率降低、浮选指标明显恶化。

2.5 矿物的嵌布与包裹特征

由表3和表4对比发现，弓长岭选厂反浮选原料中磁铁矿与菱铁矿的连生系数为33.35，齐大山选厂反浮选原料中磁铁矿与菱铁矿的连生系数为15.51，弓长岭选厂铁矿中磁铁矿与菱铁矿连生体较多，而菱铁矿又是弓长岭选厂难选主要原因之一，进一步导致弓长岭选厂铁矿的难选。

图5 弓长岭选厂反浮选原料中菱铁矿粒度Fig.5 Siderite particle size in Gongchangling beneficiation plant flotation feed

表3 弓长岭选厂反浮选原料各矿物连生体定量关系Table 3 Components intergrowth quantify relation of Gongchangling beneficiation plant flotation feed

矿物名称磁铁矿赤铁矿菱铁矿石英角闪石绿泥石自由表面积磁铁矿00.591.112.610.870.2191.80赤铁矿24.7800.805.021.740.4363.04菱铁矿33.350.5801.822.960.5157.97石英5.120.240.1200.770.3790.23角闪石9.150.441.044.1301.0379.39绿泥石7.300.350.586.473.35077.27

表4 齐大山选厂反浮选原料各矿物连生体定量关系Table 4 Components intergrowth quantify relation of Qidashan beneficiation plant flotation feed

表5和表6为主要铁矿物的包裹关系，弓长岭选厂反浮选原料中菱铁矿的单体百分比为4.91%，齐大山选厂反浮选原料中菱铁矿的单体百分比为13.43%，对比进一步说明弓长岭选厂反浮选原料中菱铁矿伴生现象严重。

2.6 弓长岭选厂捕收剂在不同温度浮选效果

弓长岭存储现场捕收剂采用工业油酸，酸值180 mgKOH/g，碘值85 mg/g，凝点16 ℃，氢氧化钠1 260 g/t，淀粉760 g/t，氧化钙620 g/t，捕收剂560 g/t给矿，初选pH=11.4～11.8，在高温和常温条件下浮选，结果见表7。

表5 弓长岭选厂反浮选原料主要铁矿物包裹关系Table 5 Main iron mineral inclusions of Gongchangling beneficiation plant flotation feed

表6 齐大山选厂反浮选原料主要铁矿物包裹关系Table 6 Main iron mineral inclusions of Qidashan beneficiation plant flotation feed

表7 不同温度开路浮选效果Table 7 Flotation results at different temperatures

由表7可知，弓长岭选厂现场捕收剂工业油酸，矿浆温度降低到33 ℃，浮选精矿品位为64.24%，与68%的全铁品位指标要求相差较大，因为现场油酸捕收剂对温度比较敏感，只有加温到接近50 ℃，或加入一种能阻化脂肪酸钠胶束的表面活性剂，才能基本解除细泥的吸附与包裹，打开脂肪酸纳胶束结构，长链舒展，实现正负电荷的缔合而上浮[8]。在相同条件下，同为鞍山式赤铁矿的齐大山选厂的反浮选原料，在品位为41.52%上述条件下，使用油酸一粗一精开路26 ℃浮选精矿品位68.42%，精矿回收率为72.6%。弓长岭选厂的反浮选原料在33 ℃条件下，用齐大山选厂的捕收剂浮选精矿全铁品位为62.35%，不能满足生产要求。电镜扫描分析弓长岭选厂反浮选原料，发现菱铁矿含量为1.34%和绿泥石含量为1.52%，较高，嵌布粒度细，菱铁矿-0.0374 mm的含量占76.48%，-0.074 mm含量100%，为今后根据难选鞍山式赤铁矿的组成结构，研制与之相对应的常温捕收剂提供基础。

3 结 论

1) 弓长岭选厂反浮选原料中菱铁矿含量1.34%、绿泥石的含量1.52%，菱铁矿的嵌布粒度细，泥化现象严重，是矿浆温度高，浮选分离困难的关键原因。

2) 弓长岭选厂反浮选原料中主要矿物磁铁矿与菱铁矿连生定量33.35%，与赤铁矿连生定量24.78%，完全单体解离困难，嵌布粒度细，包夹杂严重，是此类矿物难选的另一原因。