利用某铁精矿制备高品质超级铁精矿

李 涛 裴晓东 骆艳华 佘世杰

(1.中钢天源股份有限公司，安徽 马鞍山 243000；2.中钢集团南京新材料研究院有限公司，南京 210000)

超级铁精矿是一种铁矿深加工产品，其铁品位一般大于71%，二氧化硅含量小于2%[1，2]。近些年来，随着人们对超级铁精矿认识的不断深入，其开发利用逐步得到重视。超级铁精矿不仅仅是一种优良的矿产品，同时还是一种具有较好发展潜力的新型功能材料，其广泛用于粉末冶金、磁性材料、环保化工等各个领域[3，4]，对超级铁精矿的研究和利用是选矿发展的一个重要方向。

然而，超级铁精矿的生产却面临诸多挑战。首先，我国铁矿石资源先天禀赋差，能满足生产超级铁精矿的原料稀少，难以找到适合生产超级铁精矿的矿源[5]；其次，并非所有超级铁精矿都具有巨大的经济价值，普通超级铁精矿仅仅能满足一些中低端产品的需求，而高品质超级铁精矿生产难度又很大。因此，寻求一种高效合理的高品质超级铁精矿生产工艺十分必要。本研究以某普通铁精矿为原料，对其进行了细致的工艺研究，最终可获得高品质超级铁精矿。

1 矿石性质

实验原料为某铁精矿，对其性质进行分析，化学多元素分析结果见表1，粒度组成结果见表2，XRD分析结果见图1。

由表1可知，试样铁品位为65.04%，其中磁性铁含量为64.92%，铁以磁性铁形式存在为主。结合图1，试样中主要物相为磁铁矿、石英，该矿属于典型的石英型磁铁矿。主要杂质元素SiO2、Al2O3含量分别为6.45%、0.53%，另含有少量的CaO、MgO、Mn3O4和微量的S、P。

图1 XRD分析结果Fig.1 Analysis results of XRD

表1 化学多元素分析结果 Table 1 Analysis results of chemical multi-element /%

由表2可知，试样粒度较粗，+75 μm粒级占21.84%，-37 μm粒级仅占47.66%。此外，可以发现随着粒级减小，铁品位逐渐升高，说明粗粒级物料单体解离度较低，因此，选矿前必须进行磨矿处理。

表2 粒度组成结果Table 2 Results of particle size composition

2 选矿试验

由原料性质可知，粗粒级中铁品位较低，说明铁矿与脉石矿物连生，需要磨矿对其进行单体解离；该矿中铁主要赋存在磁铁矿中，磨后可进行磁选作业；为得到高品质铁精矿需要进行反浮选以进一步降低杂质。因此，本试验拟选用磨矿—磁选—反浮选的工艺流程，流程见图2。

图2 工艺流程Fig.2 Process flowsheet

2.1 磨矿细度对选别效果的影响

在磁选磁场强度为78 kA/m，十二胺用量为200 g/t下反浮选，考察磨矿细度对超级铁精矿的影响，结果见图3。

图3 磨矿细度对选别效果的影响Fig.3 Effects of grinding fineness on selection results

由图3可知，随着-0.037 mm含量的增加，精矿铁品位先升高后降低，二氧化硅含量先降低后升高。在磨矿细度为-0.037 mm占95%时，精矿铁品质最佳，可能原因是磨矿粒度减小有利于单体解离度增加，促进分选；继续减小矿石粒度，矿物间的可浮性差异减小，不利于分选。

2.2 磁场强度对选别效果的影响

在磨矿细度为-0.037 mm占95%，十二胺用量为200 g/t下磁选，考察磁选磁场强度对超级铁精矿的影响，结果见图4。

图4 磁场强度对选别效果的影响Fig.4 Effects of magnetic field intensity on selection results

由图4可知，在较弱的磁场强度下，精矿铁品位较高，二氧化硅含量较低，当磁场强度为46.8 kA/m时，精矿品质最佳。但由于磁场强度太小，精矿损失较大，因此综合考虑铁品位、二氧化硅含量，本试验磁场强度以62.4 kA/m为宜。

2.3 浮选条件对超级铁精矿的影响

以上述磁选所得精矿为原料，进行反浮选试验，考察浮选条件对超级铁精矿的影响。

2.3.1 碳酸钠用量对超级铁精矿的影响

在十二胺用量为200 g/t下，考察了碳酸钠用量对超级铁精矿的影响，结果见图5。

图5 碳酸钠用量对超级铁精矿的影响Fig.5 Effects of sodium carbonate dosage on super iron concentrate

由图5可知，增加碳酸钠用量有利于精矿产率提高，但是铁品位逐渐降低，二氧化硅含量逐渐升高。在碳酸钠用量为2 000 g/t时，精矿铁品位为72.01%，二氧化硅含量为0.17%，精矿品质较佳，且产率有一定保证。因此，确定碳酸钠用量为2 000 g/t。

2.3.2 淀粉用量对超级铁精矿的影响

在碳酸钠用量为2 000 g/t、十二胺用量为200 g/t下，考察了淀粉用量对超级铁精矿的影响，结果见图6。

图6 淀粉用量对超级铁精矿的影响Fig.6 Effects of starch dosage on super iron concentrate

由图6可知，适当的增加淀粉用量可以增加精矿产率，但淀粉用量在超过200 g/t时，精矿产率继续增加而铁品位降低，这是因为淀粉对铁矿石和脉石矿物都具有较强的抑制作用，当用量过多时，脉石矿物被抑制，致使精矿硅含量提高，品质下降[6]。因此，综合考虑确定淀粉用量为200 g/t。

2.3.3 十二胺用量对超级铁精矿的影响

在碳酸钠用量为2 000 g/t、淀粉用量为200 g/t下，考察了十二胺用量对超级铁精矿的影响，结果见图7。

图7 十二胺用量对超级铁精矿的影响Fig.7 Effects of dodecylamine dosage on super iron concentrate

由图7可知，随着十二胺用量增加，精矿产率逐渐下降，铁品位先增加后减小，二氧化硅含量先减小后增加，在十二胺用量为180 g/t时，精矿品质最佳。随后继续加大十二胺用量，铁品位出现下降，可能是十二胺对低含量的二氧化硅浮选作用较弱，此时过量的十二胺作用在铁矿石上，致使精矿中硅含量相对增加，其品质下降。考虑精矿产率及品质，确定十二胺用量为120 g/t。

2.4 优化实验

2.4.1 磨矿优化

上述超级铁精矿产率偏低且二氧化硅含量偏高，经过多重条件试验仍未能很好解决，因此猜想磨矿方式是否对其具有较大影响。为此，分别进行了球磨和立磨对比试验，磨矿细度不变，结果见表3。

表3 磨矿优化试验结果 Table 3 Results of grinding optimization tests /%

由表3可知，采用立磨所得精矿产率和铁品位均有提高，二氧化硅含量进一步降低。研究认为，在相同的磨矿细度下，立磨所得产品粒度分布呈橄榄型，过磨颗粒少，在磁、浮选过程中损失较小。当过磨量大时，脉石与磁铁矿可浮性差异变小，二氧化硅含量较高。

2.4.2 淀粉优化

淀粉是一种高分子有机化合物，主要是通过化学吸附、静电吸附、氢键及分子间作用力吸附于矿物表面，致使矿物表面亲水从而被抑制。淀粉的配制对反浮选具有较大影响，本试验考察了淀粉的配制对超级铁精矿的影响，结果见表4。

表4 淀粉优化试验结果 Table 4 Results of starch optimization tests /%

由表4可知，三种配制方法所得淀粉溶液对铁矿反浮选具有一定影响。其中，普通淀粉溶液对铁矿石抑制作用较弱，致使精矿产率低；苛化淀粉次之；高温苛化淀粉溶液对铁矿石具有强烈的抑制作用，但不影响精矿品质。因此，将淀粉配制成高温淀粉溶液有利于选别作业。

2.4.3 十二胺优化

十二胺在水中的溶解度很小，特别是在低温下，十二胺几乎不溶解，这对选矿十分不利。通过盐酸酸化，改善十二胺性质，可有效提高其水溶性，其水解反应式为[7]：

RNH2+HCl↔RNH3Cl

(1)

(2)

分别采用十二胺和酸化十二胺进行反浮选试验，结果见表5。

表5 十二胺优化试验结果Table 5 Results of twelve amine optimization test /%

由表5可知，采用酸化十二胺进行反浮选，所得精矿铁品位较高，二氧化硅含量较低，精矿品质较佳。这是由于十二胺经过酸化后，可在水中电离出更多胺阳离子，而胺阳离子通过静电吸附在矿物表面，有利于矿物分离。

2.5 全流程试验

根据上述试验研究，确定了高品质超级铁精矿选矿工艺流程，其全流程实验见图8，结果见表6、表7。

图8 全流程试验Fig.8 Whole flowsheet test

表7 超级铁精矿化学成分分析结果Table 7 Chemical composition analysis of super iron concentrate /%

由表6、表7可知，在选定的条件下进行选矿试验，可获得产率为49.50%，铁品位为72.24%，二氧化硅含量为0.08%，其它杂质微量的高品质超级铁精矿。

3 结论

1)某铁精矿铁品位为65.04%，磁性铁含量为64.92%，铁主要赋存在磁性铁中，粒度分析表明铁主要集中在细粒级中，XRD分析表明主要物相为磁铁矿、二氧化硅，可通过磨矿—磁选—反浮选工艺对铁精矿进一步提纯。

2)对某铁精矿采用立磨机磨矿，在磨矿细度为-0.037 mm占95%，磁场强度为62.4 kA/m下磁选，然后再对磁选精矿在碳酸钠用量为2 000 g/t、高温苛化淀粉为200 g/t、酸化十二胺为120 g/t下进行一粗一精反浮选，可获得铁品位为72.24%，二氧化硅含量为0.08%，其它杂质微量的高品质超级铁精矿，并且所得精矿产率较高，达49.50%，在创造高附加值产品的基础上实现了资源的较大利用。