辽宁某铁精矿深度选别实验研究

李明宇，黄金夫，姜丽君，武真子，万家国，王文龙

（抚顺罕王傲牛矿业股份有限公司，辽宁 抚顺 113125）

超级铁精矿，是指选矿产品中铁含量接近该种矿物中铁元素的理论含量，并且有害杂质含量极低，主要原料为磁铁矿或赤铁矿的精矿产品，有时是两种矿物的原矿，是一种选矿深加工产品[1-6]。原矿中铁矿物的结晶粒度、脉石矿物种类、铁矿物和脉石矿物的共生和镶嵌关系等矿物学基因特性，决定原矿是否具有制备超级铁精矿的可能性[7]。超级铁精矿的主要考核指标不仅是铁含量，还有杂质含量：Si和酸不溶物（AIC）含量。酸不溶物为氧化物，无磁性，在烧结件中形成夹杂物，容易成为裂纹源，损害强度，特别是承受疲劳载荷时，很可能在此处萌生裂纹[8]。酸不溶物的主要脱除方式为磁选法，但对于部分富连生体，需要使用浮选法进一步脱除。

1 原矿性质

原矿多元素分析结果见表1，铁物相分析结果见表2，不同粒级筛析结果见表3。

表1 原矿多元素分析结果/%Table 1 Chemical analysis results

表2 铁物相分析结果Table 2 Analysis results of iron phase

表3 筛析结果Table 3 Sieve analysis results

表1表明，原矿主要杂质元素硅的含量为4.82%，其他杂质元素铝、钙、镁等含量很低。表2表明，磁性铁占有率98.91%，其他物相的铁元素含量很低，且基本不具有磁性，通过继续磨矿-磁选，可提升磁性铁占有率，进而提升铁精矿纯度。由表3可知，原矿粒度越细，解离程度越高，铁品位越高，-0.038 mm粒级品位达到70.32%。+0.1 mm粒级品位较低，表明大于该粒级原矿连生体含量多。若精矿进行全粒级深度选别，+0.1mm粒级将会增设备投资、提升磨矿和精选成本。

2 选矿实验

根据原矿性质分析结果，决定使用“预先分级-磨矿闭路分级-磁选-浮选”的实验流程开展铁精矿深度选别工作。

2.1 预先分级实验

使用旋流器和高频筛开展预先分级对比实验。旋流器型号为FX-50，沉砂口直径分别为6 mm、8 mm和10 mm，工作压力为0.1 MPa。高频筛型号MVS 0408，筛孔尺寸为0.074 mm。旋流器分级实验结果见表4，高频筛筛分实验结果见表5。

表4 旋流器分级实验结果Table 4 Test results of hydrocyclone classification

表5 高频筛筛分实验结果Table 5 Screening test results of high frequency screen

由表5可知，高频筛筛下品位为69.22%，回收率为56.34%，而不同沉沙嘴的旋流器溢流产品的品位为68.27% ～ 68.63%，回收率为66.86% ～21.46%，高频筛筛分效果优于旋流器。造成此结果的原因：旋流器依靠离心力分级，颗粒的尺寸和比重对分级结果影响很大，由于原矿粒级宽、品位差别大，导致部分不满足尺寸需求的低品位连生体进入溢流中，影响溢流品位。高频筛严格按照筛孔尺寸分级，颗粒沿着筛面向下流动时，在筛面的高频振动下，比重大的合格尺寸颗粒会优先成为筛下产品，受筛分效率影响，部分满足尺寸要求的连生体颗粒夹杂在筛上产品中，这也是高频筛应用于提质降杂作业中的原因之一。

该实验引入预先筛分工艺，使原矿中的低品位粗颗粒产品作为筛上中矿排出流程，避免这部分中矿引入后续磨矿选别流程造成的前期设备选型规格大、后期运行成本高的问题。相比其他超级铁精矿选矿工艺，实际运行成本可降低大约40%，可最大限度增加超级铁精矿产品的利润空间。

2.2 磨矿-弱磁选实验

使用 “塔磨机-高效磁选机-磁选柱”进行实验。塔磨机适用于超细磨，基于塔磨机的磨矿原理，塔磨机的磨矿产品粒度组成窄、降低“过磨和欠磨”，相比球磨节能30% ～ 40%[9-10]。高效磁选机使用马鞍山天工科技的小磁极高效磁选机，该设备针对细颗粒矿物分选，采用多磁极、高场强的磁系设计，提高分选品位的同时，保证选别回收率。磁选柱为“磁-重”复合力场选别设备，颗粒在磁选柱内充分分散，交变磁场打破“磁团聚”，上升水流进一步冲散并携带低品位的各种颗粒从溢流排出，对于高品位的磁性矿提质效果极为显著。实验流程见图1，实验结果见表6。

表6 磨矿-磁选实验结果Table 6 Test result of grinding-magnetic separation

图1 磨矿-磁选实验流程Fig.1 Test flow of grinding-magnetic separation

表6表明，随着磨矿细度的提升，精矿2的品位随之提升，但是磨矿细度超过90%-0.038 mm以后，尾矿2品位和产率大幅提升，精矿2的产率和回收率较大幅度下降。考虑到细磨能耗高、微细颗粒磁选尾矿高、回收率低等问题，确定全磁流程的磨矿细度为90% -0.038 mm。

2.3 浮选实验

对磁选精矿2采用浮选方式，进一步脱除磁选无法脱除的连生体矿物。经过查阅相关文献，参考铁矿浮选厂使用的药剂，分别选用十二胺、GE609和TTAC进行阳离子反浮选捕收剂用量实验；选用LKY、RA715进行阴离子反浮选捕收剂用量实验。CaO作为阴离子反浮选中的石英活化剂，Ca2+能够对石英表面产生离子活化作用，石英表面得以吸附捕收剂的离子而实现浮选，淀粉在铁矿物表面有很强的吸附能力，可在铁矿物表面形成亲水薄膜，是反浮选中的抑制剂[11]。阳离子反浮选实验流程见图2，实验结果见表7 ～ 9，阴离子反浮选实验流程见图3，实验结果见10 ～ 11。

图3 阴离子反浮选实验流程Fig .3 Test flow of anion reverse flotation

表7 十二胺用量阳离子反浮选实验结果Table 7 Cation reverse flotation test results of dodecylamine dosage

表8 GE609用量阳离子反浮选实验结果Table 8 Cation reverse flotation test results of GE609 dosage

表9 TTAC用量阳离子反浮选实验结果Table 9 Cation reverse flotation test results of TTAC dosage

表10 LKY用量阴离子反浮选实验结果Table10 Anionic reverse flotation test results of LKY dosage

表11 RA715用量阴离子反浮选实验结果Table11 Anionic reverse flotation test results of RA715 dosage

由上述实验结果可知：

（1）阳离子反浮选使用十二胺作为捕收剂，在水温约24℃（和室温相当），十二胺分段添加量(100+50+20) g/t，阳离子反浮选精矿品位为71.81%，回收率40.78%，是阳离子捕收剂种类和用量实验中的最佳指标；

（2）阴离子反浮选捕收剂为LKY，在水温约34℃，LKY分段添加量600+80+80 g/t，阴离子反浮选精矿品位为71.90%，回收率49.32%，是阴离子捕收剂种类和用量实验中的最佳指标；

（3）LKY阴离子反浮选精矿品位和回收率相比十二胺阳离子反浮选高0.09%和8.54%，但是，LKY药剂需要在32～35℃的矿浆环境使用， LKY流动性、分散性和捕收效果随着温度的降低而降低；十二胺对矿浆温度要求相对较宽；

（4）阴离子反浮选需要添加CaO活化剂和淀粉抑制剂，增加药剂成本；浮选实验中，LKY总药剂消耗量为760 g/t，参照市场脂肪酸类捕收剂的价格，预估其单价为13000元/t，折合浮选过程的原矿药剂单吨成本为9.99元/t；十二胺总药剂消耗量为170 g/t，市场单价约为20000元/t，折合浮选过程的原矿药剂单吨成本为2.21元/t；分别对LKY捕收剂和十二胺捕收剂的反浮选精矿进行化验，测定Si含量，十二胺捕收剂精矿的Si含量为0.15%，LKY捕收剂的浮选精矿Si含量为0.14%，十分接近。

经过对比分析，阴离子反浮选的精矿品位和回收率较高，但是浮选条件不易控制、捕收剂用量大、药剂制度复杂，淀粉作为抑制剂，对后期过滤产生不利影响[12]。阳离子反浮选药剂用量少、浮选条件和药剂制度简单，浮选精矿指标虽低于阴离子捕收剂反浮选产品，但不影响精矿产品售价，且运行成本低。

最终选择十二胺作为捕收剂，并以十二胺分段添加量100+50+20 g/t为药剂添加制度进行扩大连选实验。

2.4 扩大连选实验

根据上述实验结果，对原矿使用高频筛进行预先筛分，筛孔宽度0.074 mm，筛下产品进入塔磨机闭路磨矿分级，分级产品细度为-0.038 mm 90%，磨矿产品经过磁选机和磁选柱磁选后，磁选精矿进入连续浮选机进行一粗两精开路阳离子反浮选，捕收剂为十二胺，分段添加量为100+50+20 g/t（折合原矿添加量为52.36+26.18+10.47 g/t）。扩大连选实验数质量流程见图4，超级铁精矿多元素分解结果见表12。

图4 扩大连选试验数质量流程Fig.4 Mass balance diagram of expanding test

表12 超级铁精矿多元素分析结果/%Fig. 12 Chemical analysis results of super-grade iron concentrate

“预先分级-磨矿闭路分级-磁选-浮选”的铁精矿深度选别流程，可以获得产率23.76%，铁 品 位71.65%，SiO2含 量0.15%，酸 不 溶 物0.15%的超级铁精矿。同时，剩余产品品位达到66.67%，可作为副产精矿销售。

3 结 论

（1）原矿中铁品位67.86%，铁元素主要赋存在磁性铁中，磁性铁占有率98.91%，原矿-200目产率60.05%。原矿中主要杂质元素为Si，含量为4.82%，其他杂质元素含量很低。

（2）采用“预先分级-闭路磨矿分级-磁选-阳离子反浮选”的铁精矿深度选别流程，在预先筛分筛孔宽度0.074 mm，塔磨机磨矿产品粒度-0.038 mm 90%，浮选药剂十二胺分段添加量(100+50+20) g/t（折合原矿添加量为(52.36+26.18+10.47) g/t的条件下，获得产率23.76%，铁品位71.65%，SiO2含量0.15%，酸不溶物0.15%的超级铁精矿。

（3）扩大连续实验产生的副产精矿产率76.24%，品位66.67%，可作为普通铁精矿销售。

（4）预先筛分工艺的引入，避免低品位粗粒级中矿进入磨矿选别流程，降低前期投资和生产成本。

（5）该流程可直接添加到普通铁精矿生产流程，用于深度选别普通铁精矿产品。