混合磁选精矿物相分析

苏兴国，马自飞，杨 光，马艺闻，袁立宾，金 磊

（1.鞍山钢铁集团有限公司 东鞍山烧结厂，辽宁 鞍山 114001；2.辽宁科技大学 矿业工程学院，辽宁 鞍山 114051）

某烧结厂矿石原料含有较多碳酸盐矿物，且以菱铁矿为主，采用“分步浮选”工艺来达到较好的生产指标［1-3］。但随着矿石的逐年开采，矿物组成也在不断发生着变化。近年来，某烧结厂“分步浮选”时，发现浮选药剂用量远大于常规反浮选工艺中药剂用量。为了探明其原因进而实现反浮选过程药剂制度的优化，需要进行深入的矿物学分析，进一步明确混合磁选精矿矿石性质。已有研究从浮选机理和药剂等方面进行了分析［4-6］，但未能完全解决药剂用量过大的问题。自动矿物分析仪（Mineral liberation analyser，MLA）是近年迅速发展起来的工艺矿物学研究手段，在铅锌矿、胶磷矿、稀土矿物等研究中广泛应用［7-9］。本文采用MLA自动矿物分析仪全面表征混合磁选精矿的矿石性质，为分析后续浮选药剂制度优化提供更完整的数据支撑。

1 原料及分析方法

样品取自某烧结厂分选流程中的混合磁选精矿。矿样经脱水处理后，经过筛分、混匀、缩分，制得测试样品。

首先进行检测样品预处理，取100 g均质样品，筛分后用5 g环氧树脂和固化剂充分混匀固化，采用欧谱检测仪器有限公司OU6310型号金相试样磨抛机进行抛光，再使用北京博远微纳公司ETD-2000C型离子溅射蒸发仪进行喷碳处理。

样品在放大254.74倍的条件下用X射线模式（BSE、XBSE）进行测试。矿物分析的工作距离为10.82 mm，测量精度为每个像素0.56μm，探针电流为10 nA，总电子束加速电压为20 kV。以环氧树脂为背景（BSE灰度值<35），以金属为上限（BSE灰度值>255），设置背散射电子（BSE）图像灰度级校准。测试得到的数据由MLA特定软件进行分析处理。

2 结果与讨论

2.1 物相分析

通过MLA自动矿物分析仪结合扫描电镜、能谱分析仪对该混合磁选精矿进行物相分析，测试结果详见表1。混合磁选精矿的主要有用矿物是磁/赤铁矿，质量分数为33.06%。主要脉石矿物是石英，质量分数为29.00%，其次为绿泥石、斜方辉石、铁钠透闪石、伊利石、钠长石、白云石，含有少量的角闪石、方解石、钡冰长石、直闪石、黑云母、正长石、铁质辉石、斜绿泥石、铌叶石、钙镁闪石、菱铁矿、磷灰石、黄铁矿，并含有极少量的海绿石、铁白云石、三斜铁辉石、阿姆斯特朗岩、高岭土等。混合磁选精矿矿物组成非常复杂，都会对后续浮选药剂用量产生影响。

表1 混合磁选精矿的矿物定量结果Tab.1 Mineral quantitative results of mixed magnetic concentrate

2.2 Fe元素在矿物中的分布

混合磁选精矿中Fe元素的化学物相分析结果见表2。Fe元素主要分布在磁/赤铁矿中，质量分数为83.05%；其次分布在绿泥石、铁钠透闪石和斜方辉石中，质量分数分别为6.02%、3.43%和2.78%；少量分布在黑云母、铁质辉石、菱铁矿、铌叶石、黄铁矿、直闪石、伊利石、斜绿泥石中；痕量分布在辉铁岩、尖晶石、海绿石、铁白云石、脆砷铁矿、绿帘石、钙铁榴石、钛铁矿、磷钨矿、绿鳞石、次透辉石等。对浮选过程影响较大的菱铁矿含量很低，只有0.56%。

表2 混合磁选精矿中Fe元素的化学物相分析结果Tab.2 Chemical analysis of Fe in mixed magnetic concentrate

含铁矿物种类繁多，且众多含铁矿物均为脉石矿物，在分步浮选工艺和阴离子反浮选工艺中均不能对含铁脉石矿物进行高效分选，众多含铁脉石矿物会显著降低精矿的品位。

2.3 化学元素分析

混合磁选精矿经能谱分析检测出来的元素主要有Fe、O、Si、Mg、Ca、Al等，S、P等其他元素含量很少。化学元素分析结果如表3所示。

表3 混合磁选精矿中多元素分析结果Tab.3 Multi element analysis of mixed magnetic concentrate

2.4 粒度分布

混合磁选精矿的粒度以及其中磁/赤铁矿和石英粒度分布检测结果详见表4、表5和图1。矿、磁/赤铁矿和石英的粒度粗细顺序为：混合磁选精矿<磁/赤铁矿<石英，且混合磁选精矿中的其他脉石矿物的粒度较细，易于泥化，容易吸附罩盖在磁/赤铁矿表面，增加浮选分离难度，也使药剂用量增加［10］。

图1 混合磁选精矿、磁/赤铁矿和石英的粒度分布曲线Fig.1 Particle size distribution curves of mixed magnetic concentrate，magnetite/hematite，and quartz

表4 混合磁选精矿及磁/赤铁矿与石英粒度分布Tab.4 Particle size distributions of mixed magnetic concentrate，magnetite/hematite，and quartz

表5 混合磁选精矿及磁/赤铁矿与石英的P值表Tab.5 P values of mixed magnetic concentrate，magnetite/hematite，and quartz

2.5 单体解离度分析

混合磁选精矿中的磁/赤铁矿和石英与其他含量较多矿物的连生关系见表6，磁/赤铁矿、石英单体解离度检测结果见表7。

表6 混合磁选精矿中磁/赤铁矿和石英与其他矿物的连生关系Tab.6 Association of magnetite/hematite and quartz with other minerals in mixed magnetic concentrate

表7 不同连生比例下磁/赤铁矿和石英的分配百分含量，%Tab.7 Distribution percentages of magnetite/hematite and quartz at different successive ratios，%

混合磁选精矿、磁/赤铁矿和石英的粒度主要是小于0.074 mm的物料，80%的物料粒度分别小于32.07μm、35.80μm和39.90μm。混合磁选精

磁/赤铁矿100%单体解离的颗粒仅占22.94%，石英100%单体解离的颗粒占41.48%。磁/赤铁矿和石英与众多的矿物都有连生关系。与磁/赤铁矿连生含量较多的矿物是石英、铌叶石、角闪石、绿泥石、铁钠透闪石和斜方辉石等。与石英连生含量较多的矿物是磁/赤铁矿、角闪石、绿泥石、铁钠透闪石和斜方辉石等。石英与磁/赤铁矿连生含量最高，当连生颗粒进入铁精矿会降低铁精矿品位，进入尾矿会提高尾矿品位降低铁精矿回收率；磁/赤铁矿与其他矿物连生会带来同样的结果，当连生颗粒进入铁精矿会降低铁精矿品位，进入尾矿会提高尾矿品位降低铁精矿回收率；石英与其他矿物连生会降低对石英分选的选择性，在浮选分离过程中，石英连生体浮选进入精矿会造成浮选精矿品位偏低，石英连生体（连生体为含铁矿物）进入尾矿会造成浮选回收率偏低。

2.6 Fe理论品位与回收率关系

混合磁选精矿中Fe元素的理论最高回收率与精矿品位之间的关系如图2所示。随着精矿品位的升高，理论最高回收率呈现逐渐降低的趋势。当要求达到的精矿品位为65%的情况下，理论最高回收率为85.34%。

图2 混合磁选精矿中Fe元素的品位与理论最高回收率关系曲线Fig.2 Relation between grade and theoretical maximum recovery of Fe in mixed magnetic concentrate

3 结论

（1）采用MLA矿物自动分析仪对某烧结厂混合磁选精矿进行工艺矿物学研究，混合精矿的矿物组成非常复杂，磁/赤铁矿质量分数为33.06%，脉石矿物以石英为主，占比29%，其次为绿泥石，占比5.89%，对浮选过程影响较大的菱铁矿含量很低，只有0.56%。（2）粒度粗细顺序为：混合磁选精矿<磁/赤铁矿<石英。混合磁选精矿中脉石矿物粒度较细，易于泥化，增加了浮选分离的难度。（3）磁/赤铁矿100%单体解离的颗粒占22.94%，石英100%单体解离的颗粒占41.48%，较低的磁/赤铁矿和石英单体解离度，会显著降低浮选分离效果，增加药剂消耗。（4）随着精矿品位的升高，理论最高回收率呈现逐渐降低的趋势。当要求达到的精矿品位为65%的情况下，理论最高回收率为85.34%。