东鞍山铁矿强化细粒铁矿物回收新技术研究

杨 光 周立波 李文博 张 东 袁立宾 韦 智 杨 峰

（1.鞍山钢铁集团有限公司东鞍山烧结厂，辽宁 鞍山 114041；2.东北大学资源与土木工程学院，辽宁 沈阳 110819；3.难采选铁矿资源高效开发利用技术国家地方联合工程研究中心，辽宁 沈阳 110819；4.鞍山钢铁集团有限矿业公司齐大山选矿厂，辽宁 鞍山 114043）

东鞍山铁矿石是我国较难选的典型含碳酸盐贫磁赤混合铁矿石，具有矿石铁品位低、结构构造复杂、有用铁矿物嵌布粒度细以及易泥化矿物含量高的特点［1-2］。东鞍山铁矿石目前所采用的选矿工艺为两段连续磨矿、中矿再磨、重选、磁选及阴离子反浮选联合工艺，其中连续磨矿工艺使得矿浆中微细粒铁矿物含量显著增加，由于微细粒铁矿物具有质量小、比磁化系数低、比表面积大的特点，导致在高梯度强磁选过程中铁矿物所受磁场力较低，无法被磁介质捕获，因此在磁选过程中大量微细粒弱磁性铁矿物流失到尾矿中［3-4］。此外由于入浮产品中矿物颗粒泥化程度加剧，矿浆中-10 μm粒级含量高达30%以上，造成了浮选药剂选择性下降及药剂用量大的问题，严重恶化了反浮选作业选矿指标，使得东鞍山烧结厂综合尾矿铁品位高达17%以上，造成了大量铁矿资源的浪费［5］。

聚团分选工艺是20世纪60年代发展起来的一种新工艺，其中，高分子聚团分选技术是在2种或更多种矿物的体系中，通过药剂基团在目的矿物表面产生选择性吸附，再经过适宜的搅拌调浆预处理利用高分子药剂的桥联作用使目的矿物形成聚团，从而增大目的矿物表观粒径，提高磁介质对磁性矿物的捕获效率，同时减少泥化矿物对浮选过程的影响，降低水流或泡沫夹带，改善浮选指标，从而实现微细粒矿物的有效选别［6-7］。许多研究学者在微细粒铁矿物的聚团分选工艺研究方面开展了大量有意义的工作。例如，早在1975年美国蒂尔登选矿厂以木薯淀粉为絮凝剂，采用选择性絮凝—脱泥—反浮选工艺分选微细粒铁矿并获得了较好的分选指标［8］。在国内，潘庆庆等［9］采用新型絮凝剂PG作为钨矿常温浮选絮凝剂，并采用1粗3精3扫、中矿顺序返回流程常温浮选江西某钨矿，试验结果表明，与不添加PG相比，常温浮选钨精矿WO3品位相当，但WO3作业回收率提高了4.11个百分点。岳双凌等［10］采用选择性絮凝—柱浮选工艺回收钼精选尾矿中的微细粒辉钼矿，采用浮选柱进行1粗3精1扫浮选闭路流程，可获得钼精矿品位为34.40%、钼回收率为73.97%的良好指标。李淮湘［11］利用可溶性淀粉和丙烯酰胺为原料进行接枝共聚反应，制备了淀粉-丙烯酰胺接枝共聚物，所制备的絮凝剂对赤铁矿的选择性絮凝能力强于改性淀粉和磺化聚丙烯酰胺。张汉泉等［12］采用选择性絮凝磁种法回收磁化焙烧后的细粒人工磁铁矿，最终得到了TFe品位60.87%、磷品位0.41%的铁精矿，综合铁回收率提高了9.55个百分点。以上研究结果表明，采用聚团分选工艺强化微细粒矿物的回收是可行的。但是由于目前针对微细粒铁矿聚团分选工艺研究主要围绕反浮选工艺流程开展研究工作，而在选厂主要抛尾作业的磁选工艺流程中的研究和应用相对较少。本文基于聚团分选技术对东鞍山铁矿中微细粒铁矿物进行强化回收，首先通过醚化反应，并控制反应条件，在木薯淀粉药剂分子结构中引入活性基团，合成了新型改性高分子药剂DLA，通过聚团调浆—高梯度强磁选试验探究了药剂用量、强磁分选参数等因素对微细粒铁矿强磁分选效果的影响，并进一步通过混磁精矿反浮选试验考察了选择性聚团预处理对反浮选分选指标的影响，为东鞍山微细粒铁矿物强化回收技术提供了新途径。

1 试验原料及试验方法

1.1 试验样品

试验所用的样品取自东鞍山烧结厂强磁给矿样品。试样XRD图谱如图1所示，试样化学多元素分析、铁物相分析及粒度组成分析结果分别如表1、表2和表3所示。

由图1可知，试样中主要有用铁矿物为赤铁矿、磁铁矿和菱铁矿，脉石矿物主要为石英。

由表1可知，试样主要有价组分TFe含量为27.43%，其中FeO含量为3.05%，石英为主要脉石矿物，含量较高，为55.79%，其它杂质含量较低，有害元素P、S含量较低。

由表2可知：试样中铁主要以赤（褐）铁矿的形式存在，分布率高达90.28%，其次以碳酸铁的形式存在，分布率为5.71%，磁铁矿中铁的分布率为2.89%；以硫化铁及硅酸铁形式存在的铁较少。

由表3可知，试样中铁矿物嵌布粒度较细，-38 μm粒级占68.48%，强磁给矿中铁矿物主要分布于该细粒级颗粒中，其分布率高达81.40%，因此，实现矿样中细粒级铁矿物的有效回收是提高选矿作业铁回收率的关键。

1.2 试验方法

在实验室采用型号为XJT-Ⅱ的多功能浸出搅拌机进行搅拌—聚团试验，采用型号为SSS-Ⅱ-120×90的实验室型水平磁系周期式脉动高梯度强磁选机进行强磁选试验。

东鞍山强磁给矿聚团—强磁分选试验如下：首先将混匀缩分后的试样放入搅拌槽中进行调浆，调浆浓度为30%，以高搅拌转速搅拌5 min，使矿物颗粒充分分散；然后依据试验要求调节搅拌器转速，同时加入NaOH调节矿浆pH值，搅拌3 min后加入高分子药剂，搅拌一定时间后进行强磁选试验；最后根据需要调节磁选机冲程、冲次、补加水量及背景磁感应强度等操作条件，将调浆后的矿浆均匀给入磁选机中进行选别，所得磁选精矿和尾矿烘干制样后进行化验。试验原则流程如图2所示。

1.3 选矿试验指标评价方法

采用聚团分选工艺虽然在一定程度上能强化细粒铁矿物的回收，但是由于药剂的选择性是有限的，考虑到在聚团调浆过程中会使得少量脉石矿物夹杂到铁矿物絮团中，造成磁选精矿质量下降，因此为了合理评价选矿试验效果，引入选矿效率作为选矿试验指标的评价方法。选矿效率计算公式如下：

式中，E为选矿效率；ε为精矿铁回收率；γ为精矿产率；α为原矿品位；βm为单矿物理论全铁品位（βFe2O3：70%）

2 试验结果与讨论

固定矿浆pH值为10.0，聚团时搅拌转速为900 r/min，搅拌时间为5 min，磁选机脉动冲程为11.4 mm，以直径2 mm、介质填充率13%圆棒介质作为磁介质。分别考察了水玻璃、木薯淀粉及改性木薯淀粉DLA等药剂用量以及磁选作业操作参数等因素对聚团—磁选指标的影响。

2.1 水玻璃用量对分选指标的影响

水玻璃的加入有助于微细矿物颗粒的分散以及淀粉在铁矿物表面的选择性吸附，从而提高分选指标。为探究矿浆分散性对细粒级物料聚团分选指标的影响，调节矿浆浓度为30%，水玻璃用量分别为0、500、1 000、1 500、2 000 g/t，在高搅拌强度下搅拌5 min使矿浆充分分散，然后调节搅拌转速至900 r/min，加入改性木薯淀粉DLA，用量为200 g/t，搅拌5 min后进行强磁选，磁选时调节磁选机冲次为170次/min，矿浆流速为1.8 cm/s，磁选背景磁感应强度为0.9 T。试验结果如图3所示。

由图3可知：随着水玻璃用量由0增加至1 000 g/t时，磁选精矿铁品位提高了2.02个百分点，铁回收率提高了2.52个百分点，选矿效率提高了4.38个百分点；继续增加水玻璃用量时，铁品位变化不大，铁回收率和选矿效率逐渐降低。添加水玻璃使得矿物颗粒之间分散，降低了铁矿物和脉石矿物之间的罩盖和机械夹杂，从而使得铁品位提高，同时也有助于药剂在铁矿物表面的选择性吸附，从而在药剂的桥联作用下形成铁矿物絮团，提高磁选作业回收率；但是当药剂用量过高时，使得矿物颗粒间的静电排斥作用增强，不利于形成铁矿物絮团，从而使得铁回收率和选矿效率降低。综上所述，适宜的水玻璃用量为1 000 g/t，此时磁选精矿铁品位为48.71%、铁回收率为72.48%。

2.2 聚团剂用量对分选指标的影响

进一步分别考察了聚团剂木薯淀粉和改性木薯淀粉DLA的用量对分选指标的影响。调节矿浆浓度为30%，加入水玻璃1 000 g/t，在高搅拌强度下搅拌5 min使矿浆充分分散，然后调节搅拌转速至900 r/min，加入木薯淀粉或改性木薯淀粉DLA，药剂用量分别为0、100 g/t、150 g/t、200 g/t、250 g/t和300 g/t，搅拌5 min后进行强磁选，磁选时调节磁选机冲次为170次/min，矿浆流速为1.8 cm/s，磁选背景磁感应强度为0.9 T。试验结果分别如图4和图5所示。

由图4和图5可知：随着聚团剂用量的增加，磁选精矿铁品位逐渐降低，磁选作业铁回收率和选矿效率呈现出先增加后降低的趋势；当木薯淀粉用量为250 g/t时，磁选精矿铁品位为46.46%，铁回收率为70.16%，选矿效率为49.48%，与不添加药剂相比，其磁选精矿铁品位下降了1.81个百分点，铁回收率提高了2.59个百分点，选矿效率提高了1.44个百分点；当改性木薯淀粉DLA用量为250 g/t时，磁选精矿铁品位为47.37%，铁回收率为72.15%，选矿效率为50.46%，与木薯淀粉相比，其分选指标均有所改善。随着聚团剂用量的增加，铁矿物絮团尺寸逐渐增加，铁矿物易被磁介质捕捉，但当聚团剂用量过大时，铁矿物絮团尺寸过大，铁矿物絮团受到的流体黏性力过大，磁介质无法有效捕捉铁矿物，使铁矿物絮团随矿浆流入尾矿中，导致铁回收率下降。通过对淀粉进行化学改性处理，可改善淀粉的选择性和聚团性能，从而改善分选指标。综合考虑，适宜的DLA用量为250 g/t，此时，磁选精矿铁品位为47.37%、铁回收率为72.15%。

2.3 磁选作业操作参数对分选指标的影响

进一步分别考察了高梯度强磁选机的脉动冲次、矿浆流速及背景磁感应强度等因素对分选指标的影响。磁选机的脉动冲次大小将会直接影响矿物颗粒在磁选过程中的运动行为，从而影响磁介质对磁性颗粒的捕获。根据以上研究结果，确定水玻璃用量为1 000 g/t，以改性木薯淀粉DLA为聚团剂，用量为250 g/t，其余试验条件不变，考察了磁选机脉动冲次对分选指标的影响，试验结果如图6所示。

由图6可知，随着磁选机脉动冲次的增加，磁选精矿铁品位逐渐增加，铁回收率逐渐降低，选矿效率逐渐增加后有小幅下降，随着脉动冲次的增加，矿物颗粒受到的流体黏性力增强，降低了脉石矿物的机械夹杂，从而使铁品位提高。综合考虑，适宜的脉动冲次为170次/min，此时精矿铁品位为47.83%、铁回收率为71.26%、选矿效率为49.11%。

磁选矿浆流速决定了矿浆流经磁介质的时间，从而影响矿物颗粒在磁介质表面的停留时间和运动状态，影响分选指标。确定水玻璃用量为1 000 g/t，以改性木薯淀粉DLA为添加剂，用量为250 g/t，磁选机脉动冲次为170次/min，其它试验条件不变，进一步考察了磁选时矿浆流速对分选指标的影响，试验结果如图7所示。

由图7可知，随着磁选矿浆流速的增加，磁选精矿铁品位变化不大，铁回收率先增加后降低，选矿效率先增加后趋于稳定。综合考虑，适宜的磁选矿浆流速为2.1cm/s，此时磁选精矿铁品位为47.66%、铁回收率为71.20%、选矿效率为49.62%。

磁选机背景磁感应强度的大小将直接影响铁矿物颗粒所受磁力大小，进而影响铁矿物的回收，因此进一步探究了磁选机背景磁感应强度对分选指标的影响，确定水玻璃用量为1 000 g/t，以改性木薯淀粉DLA为添加药剂，药剂用量为250 g/t，磁选机脉动冲次为170次/min，磁选矿浆流速为2.1 cm/s，其它试验条件不变，试验结果如图8所示。

由图8可知，随着磁选机背景磁感应强度的增大，磁选精矿铁品位先降低后趋于稳定，铁回收率和选矿效率先增加后趋于稳定，当磁选背景磁感应强度为1.0 T时，分选指标较高，此时精矿铁品位为47.65%、铁回收率为71.54%、选矿效率为49.81%。因此，选择背景磁感应强度为1.0 T。

2.4 矿物颗粒形态及粒度特征分析

采用生物光学视频显微镜和激光粒度测试方法分别对添加药剂预处理前后的磁选给矿、中矿矿物颗粒形态及粒度特征变化进行了对比分析。药剂不同用量搅拌调浆后的强磁给矿样品中矿物颗粒形态如图9所示。

由图9可知，添加药剂后矿浆中有明显的铁矿物颗粒絮团产生，且随着药剂用量的增加，矿物颗粒絮团的数量和表观尺寸显著增大。结合聚团分选试验结果可知，通过添加改性药剂DLA增加絮团尺寸从而提高磁介质对微细粒铁矿物的捕获效率，进而改善分选指标的方法是可行的。

进一步通过激光粒度检测对不同药剂用量下的强磁给矿粒度特征情况进行了考察，以判断在后续分选指标存在差异的同时，添加药剂后是否产生了矿物粒度特征的改变。结果见图10和表4。

注：d（3，2）为表面积平均粒径；d（4，3）为体积平均粒径。

由图10和表4可以看出，与未添加聚团剂调浆的矿样相比，添加DLA药剂调浆后矿物颗粒的激光粒度正累积分布曲线沿横轴向右移动，即颗粒粒径增大，且随着药剂用量的增加偏移量也越大，说明DLA聚团剂在矿物颗粒表面吸附并通过桥连作用促使微细粒矿物聚团，增大了矿物颗粒的表观尺寸。

2.5 东鞍山铁矿选择性聚团—高梯度强磁选—反浮选工艺研究

为了考察添加聚团剂调浆对后续反浮选作业的影响，进一步通过混磁精矿反浮选试验研究了选择性聚团预处理对反浮选指标的影响。通过反浮选条件试验、混磁精矿1粗1精3扫开路试验和闭路试验，最终获得了常规高梯度强磁选—反浮选工艺和选择性聚团—高梯度强磁选—反浮选工艺的全流程试验结果，其数质量流程分别如图11和图12所示。

由图11和图12可知：采用常规高梯度强磁选—反浮选工艺时，最终获得的精矿铁品位为67.56%，铁回收率为59.95%，浮选尾矿铁品位为23.00%；而采用选择性聚团—高梯度强磁选—反浮选闭路试验最终获得的精矿铁品位为67.01%，铁回收率64.32%，浮选尾矿铁品位为24.03%。对比两组闭路试验结果可知，采用选择性聚团—高梯度强磁选—反浮选工艺最终获得的精矿品位变化不大，而混磁精矿铁回收率提高了2.05个百分点，最终浮选精矿铁回收率提高了4.37个百分点。由于所采用的药剂为改性淀粉药剂，其对铁矿物具有较好的聚团性能和抑制性能，因此在磁选作业前添加药剂进行聚团预处理，一方面利用药剂的聚团性能使微细粒铁矿物聚团从而改善磁选指标，另一方面利用药剂对铁矿物的抑制性能，减少微细粒铁矿物的水流和泡沫夹带，改善反浮选作业指标。

3 结 论

（1）东鞍山强磁给矿铁品位为27.43%，试样中主要脉石矿物为石英，主要有用铁矿物为赤铁矿、磁铁矿和菱铁矿，铁主要以赤（褐）铁矿的形式存在，分布率高达90.28%，其次以碳酸铁的形式存在，分布率为5.71%，磁铁矿中铁的分布率为2.89%。试样铁矿物嵌布粒度较细，-38 μm粒级占81.80%，强磁给矿中铁矿物主要分布于该细粒级颗粒中，其分布率高达89.58%。

（2）微细粒铁矿聚团分选试验结果表明：改性木薯淀粉DLA可实现细粒赤铁矿中细粒铁矿的有效团聚，强化细粒铁矿物的回收。在水玻璃用量为1 000 g/t、DLA用量为250 g/t，磁选机冲程为11.4 mm、冲次为170次/min、磁选机排水量120 mL/s、磁选背景磁感应强度为1.0 T的条件下进行聚团—强磁分选作业，可获得铁品位为47.65%、铁回收率为71.54%的磁选精矿产品，与不添加药剂调浆相比，其强磁选作业回收率提高了4.58个百分点，选矿效率提高了2.42个百分点。

（3）矿物颗粒形态及粒度特征分析结果表明：添加药剂后矿浆中有明显的铁矿物颗粒絮团产生，且随着药剂用量的增加，矿物颗粒絮团的数量和表观尺寸显著增大，结合磁选试验结果可知，通过添加改性药剂DLA增加絮团尺寸从而提高磁介质对微细粒铁矿物的捕获效率，进而改善分选指标的方法是可行的。

（4）选择性聚团—高梯度强磁选—反浮选试验研究结果表明：采用选择性聚团—高梯度强磁选—反浮选闭路试验最终获得的精矿铁品位为67.01%，铁回收率64.32%，浮选尾矿铁品位为24.03%。与常规高梯度强磁选—反浮选工艺相比，采用选择性聚团—高梯度强磁选—反浮选工艺最终获得的精矿品位变化不大，而混磁精矿铁回收率提高了2.05个百分点，最终浮选精矿铁回收率提高了4.37个百分点。