鞍千预选混磁精矿搅拌磨细磨—磁选—反浮选工艺研究

范喜杰，韦文杰，徐冬林，李慧，张淑敏，刘杰，李艳军

1.鞍钢集团 鞍千矿业责任有限公司，辽宁 鞍山114043；2.东北大学 资源与土木工程学院，辽宁 沈阳 110819

引言

铁矿石作为生产钢铁的主要原材料，对我国基础设施建设、国防安全具有重要支撑作用[1-3]。我国铁矿资源分布广、储量大、品位低的特点，决定了我国矿产资源开发利用的难度和提高开发利用水平的重要性[4-6]。鞍千铁矿石是我国重要的铁矿资源，但随着近年来开采深度的逐渐加大，矿石性质已经发生较大变化，目前选厂的工艺流程并不能很好地适应现在新开采的矿石性质，现有工艺值得关注以下几点：(1)重选精矿品位低，波动大，为了保证综合精矿品位满足生产指标要求，浮选作业提质降杂困难；(2)选别工艺包含重选、磁选、浮选三种主要工艺，流程长而复杂，不易控制；(3)入选矿石中磁性矿含量增加，应进一步强化磁选分选效率。磨矿作业作为选前准备的重要一环，不仅直接影响着后续选别指标，还很大程度上左右选别成本。与传统球磨机相比，陶瓷球搅拌磨具有效率高、能耗低、产品粒度窄、产品污染少等特点，且在同类选厂已有应用[7]，因此有必要引入新的磨矿设备陶瓷球搅拌磨，进行短流程优化试验，这对鞍千矿业及齐大山地区铁矿选矿工艺指标改善具有重要意义[8-9]。近年来，随着新技术与理念的不断应用，推动了工艺矿物学的快速发展。尤其在低品位、共伴生、复杂难选冶等矿产资源的开发利用中，工艺矿物学的作用更为明显[10-13]。本次以鞍千选矿厂半自磨—湿式预选的混磁精矿为研究目标，运用化学分析、光学显微镜观察、X射线衍射等手段进行全面的工艺矿物学特性分析，在此基础上进行搅拌磨—短流程优化试验，旨在为提升选别指标及改进现场工艺流程奠定基础。

1 矿样的工艺矿物学特性

1.1 矿样的化学组成

本研究所采用的矿样为鞍千矿业公司的半自磨—湿式预选的混磁铁精矿。为确定样品主要化学组成，对矿样进行化学成分分析，结果见表1。

表1 预选混磁精矿化学成分分析 /%

由表1可知，预选混磁精矿TFe品位42.91%，矿石中硫和磷等有害元素含量不高。

1.2 矿样的铁物相组成

矿样中铁物相分析结果如表2所示。

表2 铁物相分析 /%

由表2可知，预选混磁精矿中的铁主要分布在磁性铁及赤(褐)铁矿中，其含量分别为21.77%、20.51%，分布率分别为50.73%、47.80%。碳酸铁、硅酸铁和硫化铁中的铁含量较少。因此，磁铁矿和赤褐铁矿是主要的回收目标。

1.3 矿样的矿物组成

借助光学显微镜对矿样的矿物组成进行探究，如图1所示。

图1 矿样中主要矿物及其含量

由图1可知，该矿样中金属矿物主要为磁铁矿及赤铁矿，含量分别为33.30%、29.58%，其次为少量的褐铁矿和黄铁矿，含量分别为0.15%和0.02%，其余为非金属矿物，含量为36.95%，非金属矿物主要为石英。

1.4 主要矿物解离情况及连生体特征

矿样中铁矿物主要为赤铁矿和磁铁矿，是主要回收矿物，其单体解离度和连生情况的考察结果对下一步的提纯除杂工作具有指导意义。矿样解离情况见图2。

图2 矿样中赤铁矿、磁铁矿解离情况

由图2(a)可见，单体赤铁矿含量为57.47%，赤铁矿的连生体主要为赤铁矿与脉石矿物形成的连生体，含量为28.51%，其次为赤铁矿与磁铁矿形成的连生体，赤铁矿与磁铁矿、脉石矿物形成的连生体，含量分别为6.73%和6.46%，还有少量赤铁矿与褐铁矿形成的连生体，含量为0.83%。由图2(b)可知，单体磁铁矿含量为38.15%，连生体较多，依次为磁铁矿与赤铁矿形成的连生体，磁铁矿与赤铁矿、脉石矿物形成的连生体，及磁铁矿与脉石矿物形成的连生体，含量分别为27.93%、20.30%和13.62%。

样品中赤铁矿、磁铁矿与脉石矿物形成的连生体含量较多，这部分连生体对铁矿物回收影响最大。因此，对赤铁矿与脉石矿物的结合类型，及磁铁矿与脉石矿物的结合类型分别进行统计，结果见图3。

图3 赤铁矿、磁铁矿与脉石矿物结合类型

由图3(a)可知，赤铁矿与脉石矿物的连生体中，毗连型连生体最多，含量为70.29%；其次为反包裹型连生体，含量为22.72%；包裹型连生体相对含量最少，含量为6.99%。由图3(b)可知，磁铁矿与脉石矿物的连生体主要为毗连型和反包裹型连生体，含量分别为48.37%和43.14%，包裹型连生体含量为8.49%。

赤铁矿和磁铁矿与脉石矿物形成的连生体中，反包裹型连生体相对含量均较高，这部分铁矿物中包含的脉石矿物往往颗粒细小，难以从铁矿物中解离出来，是影响铁精矿品位的主要因素之一。

图4为试样中主要铁矿物的产出特性。铁矿物与脉石矿物多呈毗邻型连生(见图4(a)、(b))；铁矿物包裹微细粒脉石矿物呈反包裹型(见图4(c))；赤铁矿以细粒或微细粒镶嵌于脉石矿物中呈包裹型(见图4(d))。包裹连生体中铁矿物往往颗粒细小，需细磨才能将其与脉石矿物解离。

图4 主要铁矿物产出特征

1.5 主要矿物浸染粒度

矿石中赤铁矿和磁铁矿为主要回收矿物，粒度测定结果见图5(a)和5(b)。

由图5(a)可知，赤铁矿中+75 μm粒级中含量为34.54%，在-38 μm粒级含量为25.32%，可见赤铁矿粒度不均匀，在各粒级中分布较平均，总体以中细粒为主。

由图5(b)所示数据可知，磁铁矿粒度分布特征与赤铁矿相似，磁铁矿+75 μm粒级含量为28.83%，-38 μm粒级含量为29.30%，可见磁铁矿粒度不均匀，在各粒级中分布较平均，较赤铁矿略细一些。

图5 赤铁矿和磁铁矿粒度统计结果

通过对预先混磁精矿的工艺矿物学研究，该矿样主要有以下几个特点：

(1)混磁精矿的金属矿物主要为赤铁矿和磁铁矿，其他金属矿物为少量黄铁矿，磁铁矿和赤铁矿为主要回收矿物。

(2)赤铁矿和磁铁矿的单体解离度均较低，赤铁矿与脉石矿物的连生体含量较高；磁铁矿与赤铁矿、脉石矿物结合形成的连生体，及磁铁矿与脉石矿物结合形成的连生体含量均较高。

(3)铁矿物与脉石矿物的连生体中，赤铁矿与脉石矿物的结合类型多为毗邻型，其余依次为反包裹型和包裹型连生体，而磁铁矿与脉石矿物的结合类型主要为毗邻型和反包裹型，包裹型连生体次之。赤铁矿和磁铁矿反包裹型连生体含量较高，反包裹型连生体中因脉石矿物粒度细小，难以从铁矿物中解离出来，将影响铁精矿品位。

(4)赤铁矿和磁铁矿的粒度分布不均匀，粒度均以中细粒为主，在细粒级中分布率均较高。

2 试验研究

2.1 试验方案的确定

鉴于矿石中主要目的矿物是磁铁矿和赤铁矿，由于磁铁矿和赤铁矿的单体解离度均较低，且与脉石矿物结合形成的连生体较多，在细粒级中分布较多，因此选别前需细磨，达到有用矿物和脉石矿物的单体解离。与传统球磨机相比，陶瓷球搅拌磨具有效率高、能耗低、产品粒度范围窄、产品污染少等特点，且在同类选矿厂已有应用，故本试验采用陶瓷球搅拌磨对混磁精矿进行细磨，通过弱磁精矿指标确定最佳磨矿细度。磁选段采用弱磁选直接选出合格的铁精矿，弱磁尾矿进行强磁选，强磁选的精矿通过反浮选进行提铁除杂。因此确定的试验流程是预先混磁精矿搅拌磨机细磨—弱磁选—强磁选—反浮选流程。

2.2 试验方法与设备

磨矿作业采用实验室自制设备立式陶瓷球搅拌磨机，型号SLJM-1.5L。弱磁选采用武汉洛克粉磨设备制造有限公司生产的弱磁选机，型号RK/CRS-Ф400×300，强磁选采用沈阳隆基电磁科技有限公司生产的立式感应湿式强磁选机，型号LGS-100。

3 选矿试验结果

3.1 磨矿—磁选

本节考察了使用搅拌磨对磨矿效果的影响。在弱磁选磁场强度为0.1 T、强磁选磁场强度为0.7 T的条件下，考察磨矿细度-38 μm含量分别为50%、60%、70%、80%、90%和95%对弱磁精矿指标的影响。试验流程见图6，试验结果见图7。

由图7可知，随着磨矿细度的提高，铁矿物与脉石解离程度提高，弱磁精矿的铁品位提高，但带有少量铁矿物颗粒的连生体，受到的磁力作用减小，连生体进入尾矿，导致弱磁精矿铁回收率有所下降。试验结果表明，磨矿细度对弱磁精矿指标有非常大的影响。综合考虑选别指标，为了得到合格的弱磁精矿，选定磨矿细度为-38 μm含量占80%，此时可获得TFe品位68.11%、回收率53.16%的弱磁精矿产品。

图6 磨矿—磁选试验流程

图7 磨矿细度对弱磁选铁精矿指标的影响

然后在磨矿细度为-38 μm含量占80%时，考察强磁场磁感应强度分别为0.3、0.4、0.5、0.6、0.7和0.8 T对强磁精矿指标的影响，试验结果见图8。

图8 磁场强度对强磁选铁精矿指标的影响

由图8可知，随着磁场磁感应强度的提高，强磁精矿铁品位总体呈现下降趋势，铁回收率逐渐提高；同时，强磁精矿作为浮选给矿，精矿品位对浮选影响较大。综合考虑，确定最佳的强磁选磁场强度场强为0.7 T。

因此，在磨矿—磁选条件试验中，确定弱磁选磁场磁感应强度为0.1 T、磨矿细度为-38 μm 含量占80%，强磁背景磁场强度为0.7 T。在此条件下，进行了验证试验并得到反浮选的给料(强磁精矿)。试验所获得的弱磁精矿TFe品位为68.08%、铁回收率52.24%，强磁精矿TFe品位50.84%、铁作业回收率42.35%，强磁选尾矿TFe品位7.96%。

3.2 强磁精矿反浮选

为了进一步提高强磁精矿产品品位，获得合格铁精矿，针对TFe品位50.84%的强磁精矿产品进行反浮选提铁除杂试验研究。试验选用铁矿抑制剂为淀粉，捕收剂为新研发的复配捕收剂，代号为TF-3，能选择性吸附于石英等硅酸盐脉石矿物表面，提高硅酸盐脉石矿物的疏水性能，其选择性能和捕收性能优异。

在矿浆pH为11.5、CaO用量1 000 g/t、粗选捕收剂用量1 000 g/t和精选捕收剂用量500 g/t条件下，分别进行了800、900、1 000、1 100和1 200 g/t的淀粉用量试验研究。试验流程见图9，试验结果见图10。

图9 强磁精矿反浮选流程

图10 抑制剂用量对反浮选铁精矿指标的影响

由图10可知，当淀粉用量由800 g/t增加到1 200 g/t时，淀粉对预选混磁精矿中铁矿物的抑制作用逐渐增强，浮选精矿铁品位呈现先提高后下降趋势，当淀粉用量达到900 g/t时，精矿铁品位最高，为67.72%；精矿铁回收率同样呈现先逐渐升高后逐渐降低趋势。综合考虑精矿铁品位及铁回收率，选择淀粉用量为1 000 g/t，此时精矿铁品位为67.46%、铁回收率为74.64%。在抑制剂淀粉用量为1 000 g/t、矿浆pH为11.5和CaO 1 000 g/t的条件下，选取不同的捕收剂用量800、900、1 000、1 100和1 200 g/t进行捕收剂TF-3用量试验研究。试验流程见图9，试验结果见图11。

图11 捕收剂用量对反浮选铁精矿指标的影响

由图11可知，随着浮选捕收剂用量增加，脉石矿物石英和连生体获得有效捕收，铁精矿中脉石矿物的含量减少，铁精矿TFe品位逐渐增加。由于捕收剂的用量增加，部分未解离充分的铁矿物随脉石和连生体进入尾矿，使精矿铁回收率逐渐降低。综合考虑精矿铁品位和铁回收率指标，确定合理的粗选捕收剂用量为1 000 g/t。

根据浮选条件试验，确定了强磁精矿最佳的浮选药剂制度，其中浮选药剂制度为：矿浆pH为11.5，淀粉用量1 000 g/t，CaO用量1 000 g/t，粗选捕收剂TF-3用量1 000 g/t，精选捕收剂用量500 g/t。在该药剂制度下，进行一次粗选一次精选三次扫选的反浮选闭路试验，中矿顺序返回，浮选试验结果见表3。

表3 强磁精矿反浮选闭路试验结果 /%

然后由图6得到的弱磁精矿和图9得到的反浮选精矿合并为综合精矿，强磁尾矿和反浮选尾矿合并为综合尾矿，结果见表4。

表4 选矿综合指标 /%

由表4可知，综合精矿铁品位TFe品位67.68%、回收率91.88%，综合尾矿TFe品位为8.83%。

3.3 产品性质分析

浮选精矿、浮选尾矿、强磁选尾矿化学成分分析结果分别见表5、表6和表7，强磁选尾矿铁物相分析结果见表8，浮选产品XRD分析结果如图12所示。

表5 浮选精矿化学成分分析结果 /%

表5结果表明，浮选精矿铁品位67.15%，硫和磷等有害元素含量不高。

表6 浮选尾矿化学成分分析结果 /%

表6结果表明，浮选尾矿铁品位11.38%，其中FeO占1.92%，SiO2含量为67.05%。

表7 强磁选尾矿化学成分分析结果 /%

表7结果表明，强磁尾矿TFe品位8.07%，其中FeO占3.20%，SiO2含量达81.57%。

表8 强磁选尾矿铁物相分析结果 /%

表8分析结果可知，强磁尾矿中的铁元素主要分布在赤褐铁矿物中，其含量为6.85%，分布率达到了84.26%，硅酸铁矿物中的铁次之，含量为0.86%，分布率为10.58%。

图12 浮选产品XRD分析结果

由图12(a)所示，浮选精矿主要由赤铁矿组成。由图12(b)所示，浮选尾矿主要由石英及赤铁矿组成，说明部分未解离充分的铁矿物随脉石和连生体进入尾矿，导致尾矿中铁损失较高。

4 结论

(1)鞍千预先混磁精矿中铁含量为42.91%、FeO含量为8.95%。金属矿物主要为磁铁矿和赤铁矿，为主要回收矿物，其次为少量的褐铁矿和黄铁矿，非金属矿物主要为石英。赤铁矿和磁铁矿的单体解离度均较低，赤铁矿和磁铁矿与脉石矿物连生体含量较多，主要为毗连型和反包裹型连生体，包裹连生体中铁矿物颗粒细小，赤铁矿和磁铁矿的粒度分布不均匀，粒度均以中细粒为主。

(2)依据工艺矿物学研究的结果，样品需细磨才能将铁矿物与脉石矿物解离，确定了预先混磁精矿搅拌磨机磨矿—弱磁选—强磁选—反浮选流程；磨矿—磁选试验结果表明，在磨矿细度-38 μm占80%、弱磁选磁场磁感应强度0.1 T、强磁选磁场磁感应强度0.7 T的条件下，获得弱磁精矿TFe品位为68.08%、铁回收率52.24%，强磁精矿TFe品位50.84%、铁回收率42.35%和强磁选尾矿TFe品位7.96%的选别指标。

(3)TFe品位50.84%的强磁精矿产品在矿浆pH值为11.5、淀粉用量1 000 g/t、CaO用量1 000 g/t、粗选捕收剂TF-3用量1 000 g/t、精选捕收剂用量500 g/t 条件下进行反浮选提铁除杂试验，闭路试验一次粗选一次精选三次扫选可获得TFe品位67.15%、回收率93.59%的浮选精矿，尾矿TFe品位11.19%；弱磁精矿和反浮选精矿合并为综合精矿，强磁尾矿和反浮选尾矿合并为综合尾矿，最终得到TFe品位67.68%、回收率91.88%的综合精矿，综合尾矿TFe品位为8.83%。