張紅新，李洪潮，郭珍旭,,

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所,河南 鄭州 450006；2.國家非金屬礦資源綜合利用工程技術(shù)研究中心,河南 鄭州 450006；3.國土資源部多金屬礦評價與綜合利用重點實驗室,河南 鄭州 450006)

隨著鐵礦石的不斷開采，高品位、低雜質(zhì)含量、易選的鐵礦石資源日益枯竭，因此，對低品位、含雜高、難選冶鐵礦資源的回收利用成為迫切需要解決的重要課題[1]。本試驗針對云南某選廠的鐵尾礦，開展綜合回收試驗研究，該選廠采用單一磁選工藝，一次粗選，一次精選，即可獲得TFe品位大于65%的鐵精礦，為保證鐵精礦質(zhì)量，每年有30萬t左右TFe品位為38%的尾礦被丟棄，造成了資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，因此，對該部分鐵尾礦進(jìn)行回收利用技術(shù)研究意義重大。

礦石鐵物相分析結(jié)果表明，礦石中主要含鐵礦物為赤褐鐵礦和磁鐵礦。通過對赤褐鐵礦和磁鐵礦的嵌布粒度分析發(fā)現(xiàn)，赤褐鐵礦平均嵌布粒度為0.021mm，磁鐵礦平均嵌布粒度為0.014mm。嵌布粒度細(xì)難以單體解離是導(dǎo)致礦石難以回收利用的直接原因。在查閱相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上[2-4]，通過探索試驗，最終確定采用細(xì)磨-磁選-反浮選工藝來回收該鐵尾礦。

1 原礦礦石性質(zhì)

1.1 原礦化學(xué)多項分析

對原礦樣品進(jìn)行化學(xué)多項分析，結(jié)果列于表1。從分析結(jié)果可知，礦石中具有回收利用價值的元素為鐵，TFe品位為38.03%；對鐵富集有害的主要組分為SiO2，含量為25.05%。

1.2 原礦各礦物含量及鐵物相分析

礦石中主要礦物的相對含量分析結(jié)果列于表2，鐵物相分析結(jié)果列于表3。從分析結(jié)果可知，礦石中主要含鐵礦物為赤/褐鐵礦、磁鐵礦，主要脈石礦物為石英、鈉長石、白云石、黑云母、綠泥石等。從鐵物相分析結(jié)果可知該礦石含鐵礦物主要以赤/褐鐵礦為主，約占77.62%，磁性鐵僅占15.67%。

表1 原礦化學(xué)分析結(jié)果/%

表2 礦石中主要礦物的相對含量/%

1.3 原礦結(jié)構(gòu)構(gòu)造

礦石呈灰黑色，粉狀。原始礦石中大部分結(jié)構(gòu)、構(gòu)造都已經(jīng)在破碎過程中破壞。赤褐鐵礦和磁鐵礦是礦石中主要的含鐵礦物，主要呈他形粒狀，多被脈石礦物包裹。赤鐵礦、褐鐵礦、磁鐵礦等礦物主要呈他形晶粒狀分布在礦石中，部分赤鐵礦、磁鐵礦被脈石礦物包裹，構(gòu)成包含結(jié)構(gòu)。

1.4 原礦粒度嵌布特征

1.4.1 赤鐵礦

赤鐵礦是礦石中主要的含鐵礦物，在礦石中含量為42.5%。赤鐵礦主要呈他形粒狀，赤鐵礦原生粒度統(tǒng)計見圖1。

圖1 赤鐵礦原生粒度統(tǒng)計圖

統(tǒng)計結(jié)果顯示：赤鐵礦粒度為0.002～0.166mm，平均0.021mm，主要分布在0.06mm以下，尤其是0.02mm以下顆粒數(shù)最多。赤/褐鐵礦粒度較細(xì)是其難選的主要原因。

1.4.2 磁鐵礦

磁鐵礦是礦石中主要的含鐵礦物之一，其在礦石中的含量為8.3%。磁鐵礦主要呈他形粒狀，多被脈石礦物包裹。磁鐵礦粒度分布見圖2。

圖2 磁鐵礦粒度分布統(tǒng)計圖

從統(tǒng)計結(jié)果可以看出，礦石中磁鐵礦粒度較細(xì)，其粒度為0.002～0.059mm，平均0.014mm，主要分布在0.02mm以下。磁鐵礦粒度很細(xì)是該礦難利用的主要原因。

1.4.3 原礦粒度篩析

原礦粒度篩析結(jié)果列于表4。

原礦粒度篩析結(jié)果顯示： -0.038mm 粒級的TFe品位較高，+0.074mm粒級的TFe品位較低，鐵礦物在細(xì)粒級中得到富集，表明該礦石鐵礦物嵌布粒度較細(xì)；SiO2含量隨著粒度變細(xì)而降低，表明SiO2在粗粒級中得到富集。

表4 原礦粒度篩析結(jié)果

2 初步探索試驗

試驗研究主要目的為提高精礦全鐵品位并降低二氧化硅含量，為此進(jìn)行了多方案流程對比試驗。

2.1 原礦-超細(xì)磨-磁選

超細(xì)磨細(xì)度為-0.02mm含量為80%，采用一次弱磁選(磁場強(qiáng)度95kA/m)、一次強(qiáng)磁選(磁場強(qiáng)度600kA/m)進(jìn)行分選。流程如圖3所示，結(jié)果列于表5。

圖3 單一磁選流程圖

表5 單一磁選試驗結(jié)果

產(chǎn)品品位/%回收率/%TFeSiO2TFeSiO2弱磁精礦66.183.208.030.69強(qiáng)磁精礦51.799.2860.6919.36尾礦23.5239.2831.2879.95合計38.1224.91100.00100.00

分析表5可知，將弱磁精礦與強(qiáng)磁精礦合并后TFe品位為53.14%，SiO2含量8.71%。該工藝弱磁選分選指標(biāo)較好，強(qiáng)磁選分選指標(biāo)較差，SiO2含量較高，主要原因可能是強(qiáng)磁選機(jī)對-0.03mm的試料分選效果較差。試驗結(jié)果表明，礦石即使細(xì)磨，采用單一磁選工藝也難以獲得較好的分選指標(biāo)。

2.2 原礦-磨礦-反浮選試驗

采用單一浮選工藝，將礦石磨礦至-0.038mm含量占90%，浮選藥劑采用GE619，經(jīng)兩次精選，最終獲得TFe品位53.88%、回收率46.26%、SiO2含量4.87%、SiO2回收率6.54%的鐵精礦，精礦中TFe品位明顯提高，SiO2含量降低至5%以下，降硅效果明顯，表明反浮選對于降低精礦中SiO2含量有顯著效果。

2.3 原礦-磨礦-磁選-反浮選工藝

由于該礦嵌布粒度較細(xì)且連生體含量高，必須細(xì)磨才能達(dá)到單體解離，這是能夠?qū)崿F(xiàn)精礦提鐵降硅的前提。結(jié)合之前的探索試驗，考慮采用磨礦-磁選-反浮選工藝。磨礦細(xì)度-0.038mm含量占90%，采用一次弱磁選(磁場強(qiáng)度95kA/m)、一次強(qiáng)磁選(磁場強(qiáng)度600kA/m)，弱磁選精礦與強(qiáng)磁選精礦合并進(jìn)入反浮選，浮選藥劑采用GE619，經(jīng)兩次精選，最終獲得TFe品位58.24%、回收率50.93%、SiO2含量4.72%、回收率6.53%的鐵精礦。

初步探索試驗表明，采用單一磁選工藝或單一反浮選工藝都難以獲得較好的分選指標(biāo)，采用磁選-反浮選聯(lián)合工藝流程可獲得較好的分選指標(biāo)。

3 結(jié)果與討論

采用磁選-反浮選工藝流程，探討影響分選的各個因素，達(dá)到最佳優(yōu)化。試驗原則工藝流程見圖4。

圖4 原則工藝流程

3.1 磨礦細(xì)度試驗

由于該礦石鐵礦物的嵌布粒度較細(xì)，根據(jù)對赤/褐鐵礦、磁鐵礦粒度統(tǒng)計結(jié)果，赤/褐鐵礦、磁鐵礦粒度大部分都在-0.02mm以下，因此，必須細(xì)磨才能使鐵礦物單體解離。從磨礦細(xì)度試驗結(jié)果可知，磨礦粒度越細(xì)，TFe品位越高，SiO2含量越低，當(dāng)磨礦細(xì)度-0.03mm含量大于90%時，分選指標(biāo)變化較小。由此可知，影響分選指標(biāo)的因素不僅僅是磨礦細(xì)度，磨礦細(xì)度越細(xì)，對浮選反而不利。因此，選擇磨礦細(xì)度為-0.03mm含量為90%為宜。

圖5 磨礦細(xì)度試驗

3.2 強(qiáng)磁選磁場強(qiáng)度試驗

弱磁選采用磁場強(qiáng)度為95KA/m的磁場強(qiáng)度，基本可以把磁鐵礦及連生體的磁鐵礦選別干凈。強(qiáng)磁選磁場強(qiáng)度試驗結(jié)果表明：強(qiáng)磁選磁場場強(qiáng)越高，精礦TFe品位越低，鐵精礦回收率越高，但是SiO2含量也提高，綜合考慮各因素，選擇磁場強(qiáng)度為600～670 kA/m為宜。

圖6 強(qiáng)磁選磁場強(qiáng)度試驗

3.3 反浮選調(diào)整劑試驗

調(diào)整劑采用碳酸鈉，考察pH值對選別效果的影響，調(diào)整劑用量試驗結(jié)果表明：隨著pH值增大，精礦TFe和SiO2回收率均增加明顯，當(dāng)碳酸鈉用量為500g/t，pH值=8左右時，精礦產(chǎn)率為80.35%，精礦TFe品位從58.15%大幅下降至53.62%，考慮各因素，選擇不加調(diào)整劑為宜。

圖7 碳酸鈉用量試驗

3.4 反浮選抑制劑淀粉用量試驗

研究表明，淀粉是鐵礦物反浮選中良好的抑制劑，本試驗采用苛性淀粉作抑制劑，考察抑制劑用量對選別指標(biāo)的影響，試驗結(jié)果表明：抑制劑用量在0～300g/t范圍內(nèi)對選別指標(biāo)基本無影響。

圖8 淀粉用量試驗

3.5 反浮選捕收劑用量試驗

捕收劑用量對選別指標(biāo)有重要的影響，本試驗采用GE619作為反浮選捕收劑，試驗結(jié)果表明：隨著捕收劑用量的增加，精礦TFe品位越來越高，而TFe回收率呈不斷下降的趨勢，綜合考慮品位和回收率，選擇粗選捕收劑用量為30g/t為宜。

圖9 反浮選捕收劑用量試驗

3.6 反浮選精選次數(shù)試驗

試驗為了考察反浮選精選段數(shù)對精礦最終品位和回收率的影響，進(jìn)行了反浮選精選段數(shù)試驗，工藝流程及試驗條件見圖10，試驗結(jié)果列于表6。

反浮選精選段數(shù)試驗結(jié)果表明：隨著精選次數(shù)的增加，精礦品位增加，但提高不大，回收率降低，而中礦品位較高。綜合考慮各因素選擇一次粗選、一次精選工藝流程。

圖10 反浮選精選段數(shù)試驗工藝流程

表6 反浮選精選段數(shù)試驗結(jié)果

產(chǎn)品名稱作業(yè)產(chǎn)率/%品位/%作業(yè)回收率/%TFeSiO2TFeSiO2精礦53.4358.774.4762.4321.19中26.6847.667.896.334.67中116.4845.4616.6014.9024.27尾礦23.4135.1224.0116.3449.87合計100.0050.3011.27100.00100.00

3.7 閉路試驗研究

為提高精礦產(chǎn)率和回收率，進(jìn)行浮選中礦直接返回粗選工藝流程閉路循環(huán)試驗研究，根據(jù)試驗現(xiàn)象適當(dāng)降低捕收劑用量，工藝流程及試驗條件見圖11，數(shù)質(zhì)量流程圖見圖12，試驗結(jié)果列于表7。

圖11 閉路試驗工藝流程

表7 閉路試驗結(jié)果

產(chǎn)品名稱作業(yè)產(chǎn)率/%品位/%回收率/%TFeSiO2TFeSiO2精礦35.9158.034.8253.277.48浮選尾礦22.8639.4418.9323.0518.69磁選尾礦41.2322.4841.4623.6873.83原礦100.0039.1223.15100.00100.00

閉路試驗結(jié)果表明：TFe品位39.12%，SiO2含量23.15%的原礦經(jīng)過細(xì)磨-磁選-反浮選中礦順序返回的工藝流程，最終可獲得TFe品位58.03%，TFe回收率53.27%，SiO2含量4.82%的精礦，取得了相對較好的選別指標(biāo)。

4 結(jié)論

1)針對該微細(xì)粒及連生體含量較高的鐵尾礦，必須進(jìn)行細(xì)磨使磁鐵礦、赤褐鐵礦與脈石礦物單體解離才能達(dá)到綜合回收鐵礦礦和降低精礦中SiO2含量的目的。

2)通過多方案流程對比試驗研究，確定了細(xì)磨-磁選-反浮選的聯(lián)合工藝流程，最終可獲得鐵精礦TFe品位58.03%，TFe回收率53.27%，SiO2含量4.82%，取得了相對較好的選別指標(biāo)，使廢棄的鐵尾礦資源得到綜合回收利用。

圖12 閉路試驗數(shù)質(zhì)量流程

[1] 陳雯.貧細(xì)雜難選鐵礦石選礦技術(shù)進(jìn)展[J].金屬礦山，2010(5)：55-59.

[2] 張國旺，周岳遠(yuǎn)，辛業(yè)薇，等.黃禮龍.微細(xì)粒鐵礦選礦關(guān)鍵裝備技術(shù)和展望[J].礦山機(jī)械，2012，40(11):1-7.

[3] S·宋.以疏水絮團(tuán)形式從鐵礦石中磁選細(xì)粒赤鐵礦和褐鐵礦[J].國外金屬礦選礦，2012，28(10):28-32.

[4] 翟勇.低品位微細(xì)粒赤鐵礦高效利用技術(shù)研究[D].長沙：中南大學(xué)，2008.