姜永良，付泳賀，李 洋，索明名，姜效軍

(遼寧科技大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，遼寧 鞍山 114051)

我國(guó)鐵礦資源總量位居世界第三，但豐而不富，可直接利用的鐵礦資源較少[1]。鞍鋼弓長(zhǎng)嶺選廠處理的礦石為典型的鞍山式貧赤鐵礦石，礦石中鐵礦物以磁鐵礦和赤鐵礦為主，部分為假象赤鐵礦和半假象赤鐵礦[2]，總體品位較低，多以貧礦為主，伴生礦物多，脈石分布均勻而致密，絕大部分由石英組成，礦石類型復(fù)雜，浮選溫度高達(dá)45～50 ℃，選礦困難。赤鐵礦浮選大多采用脂肪酸類捕收劑，浮選效果較好[3]。菱鐵礦的含量和嵌布粒度會(huì)為浮選帶來(lái)困難[4]。陽(yáng)離子反浮選有選擇性高、耐低溫等優(yōu)點(diǎn)，但其成本較高，起泡量大、難消泡、過(guò)濾困難。而陰離子反浮選技術(shù)通過(guò)加入特殊的酯類表面活性劑使其具有高效的選分效果，姜效軍等[5-6]通過(guò)加入表面活性劑Tween-1.3來(lái)增加脂肪酸鈉臨界膠束濃度，提升捕收劑的捕收能力，齊大山選廠和弓長(zhǎng)嶺選廠的赤鐵礦都屬于鞍山式鐵礦，品位接近，磨礦粒度接近，反浮選工藝相同，齊大山選廠赤鐵礦易選，浮選溫度為20～30 ℃時(shí)浮選指標(biāo)好。而弓長(zhǎng)嶺選廠赤鐵礦20～30 ℃浮選鐵礦和脈石難分離，45～50 ℃才能達(dá)到指標(biāo)要求，針對(duì)這一問(wèn)題，本文采用德國(guó)ZEISS Sigma500掃描電鏡和礦物自動(dòng)分析系統(tǒng)(AMICS)對(duì)弓長(zhǎng)嶺選廠和齊大山選廠反浮選原料進(jìn)行對(duì)比分析，通過(guò)礦物全分析并進(jìn)行連生和包夾的定量分析找出難選原因，為弓長(zhǎng)嶺這類難選鐵礦解決浮選溫度高、耗能大的難題奠定基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與材料

儀器設(shè)備:德國(guó)蔡司ZEISS Sigma500掃描電子顯微鏡和礦物自動(dòng)分析系統(tǒng)(AMICS)；遼寧儀表研究所有限責(zé)任公司生產(chǎn)的LIRI電子顯微成像分析系統(tǒng)；德國(guó)布魯克生產(chǎn)的X射線衍射儀(D8 Advancet XRD)；丹東百特儀器有限公司生產(chǎn)的BT-9300S激光粒度分析儀；長(zhǎng)沙順澤礦冶機(jī)械制造有限公司生產(chǎn)的XFD-Ⅲ變頻調(diào)速單槽浮選機(jī)。

試樣：礦樣取自2018年5月2號(hào)鞍鋼弓長(zhǎng)嶺選廠，強(qiáng)磁和弱磁混磁精為反浮選原料，全鐵品位為46.80%，粒度-0.074 mm占88%，-0.043 mm占68%，F(xiàn)e元素主要分布于磁鐵礦、赤鐵礦、綠泥石和菱鐵礦中。

1.2 操作

1.2.1 AMICS測(cè)試樣品制備

1) 分別取混合均勻的弓長(zhǎng)嶺選廠鐵礦樣和齊大山選廠鐵礦樣5 g，用環(huán)氧樹脂和三乙醇胺110 ℃烘4 h固化。

2) 研磨拋光樣品面50 min。

3) 測(cè)試前做噴金處理，將樣品置于離子濺射儀中，在拋光面鍍金膜，控制電流為6～8 mA,抽真空至66.66 Pa，1 min后電鏡掃描。

1.2.2 浮選

稱200 g礦樣，加水至刻度線，打開攪拌和溫控開關(guān)，設(shè)定葉輪轉(zhuǎn)速1 800 r/min，依次間隔3 min加入濃度均為2.5%的NaOH溶液6 mL,淀粉溶液5 mL，CaO溶液5 mL，粗選捕收劑3.2 mL，精選捕收劑0.8 mL，3 min后打開充氣和刮板開關(guān)，開始浮選，粗選浮選時(shí)間3 min，精選時(shí)間2 min。

2 結(jié)果與討論

2.1 弓長(zhǎng)嶺選廠反浮選原料粒度分析

利用BT-9300S激光粒度分析儀測(cè)定弓長(zhǎng)嶺選廠反復(fù)選原料的粒度分布，見圖1。

由圖1可知，弓長(zhǎng)嶺選廠反浮選原料粒度-0.074 mm約占88%，-0.043 mm約占68%，其中粒度在-0.005 mm占10%，0.1 mm的約占5%，達(dá)到赤鐵礦常規(guī)浮選要求。

圖1 弓長(zhǎng)嶺選廠反浮選原料粒度分析圖Fig.1 Particle size analysis of flotation feed

2.2 弓長(zhǎng)嶺選廠反浮選原料XRD分析和形貌分析

采用X射線衍射儀對(duì)弓長(zhǎng)嶺選廠反浮選原料進(jìn)行掃面分析，如圖2所示。主體有用礦物為Fe3O4,少量為Fe2O3,主要脈石礦物為SiO2,其中Fe占27.89%，O占44.74%，Si占17.82%。采用光學(xué)顯微鏡觀察試樣的微觀形貌，圖3為將試樣物鏡放大10倍的顯微圖像，圖中A是鐵礦石，B是脈石礦物SiO2，C是二者連生體。由圖3可知，脈石礦物嵌布復(fù)雜，粒度分布不均勻，與鐵礦的連生體較多，但難以給出定量數(shù)據(jù)。粒度細(xì)到在-0.074 mm占88%，-0.043 mm占68%的情況下仍不能達(dá)到完全單體解離。

圖2 弓長(zhǎng)嶺選廠反浮選原料XRD分析Fig.2 XRD analysis of flotation feed

2.3 弓長(zhǎng)嶺選廠反浮選原料AMICS全分析

AMICS電鏡掃瞄得到礦粉全景圖，見圖4(a)。

圖3 弓長(zhǎng)嶺選廠反浮選原料物鏡10倍顯微鏡形貌Fig.3 Flotation feed objective lens 10 times microscope morphology

圖4 反浮選原料AMICS全分析Fig.4 AMICS analysis of flotation feed

如圖4(a)所示，弓長(zhǎng)嶺選廠反浮選原料中礦物主要有15種，金屬礦物主要是磁鐵礦，其次是赤鐵礦和菱鐵礦。脈石礦物中以石英為主，其次有角閃石、綠泥石等，各個(gè)礦物的質(zhì)量百分比、面積百分比、顆粒數(shù)及礦物相數(shù)見表1。圖4(b)和圖4(c)分別是菱鐵礦在弓長(zhǎng)嶺選廠和齊大山選廠反浮選原料中的嵌布圖，弓長(zhǎng)嶺選廠反浮選原料中菱鐵礦主要與磁鐵礦、角閃石和石英連生，其次為赤鐵礦綠泥石和碳酸鹽等。同齊大山選廠反浮選原料對(duì)比發(fā)現(xiàn)，弓長(zhǎng)嶺選廠反浮選原料中菱鐵礦與角閃石連生現(xiàn)象嚴(yán)重，而菱鐵礦本身嵌布粒度又細(xì)，嚴(yán)重的鑲嵌和包夾不完全單體解離影響精礦品位或金屬回收率，若完全單體解離，會(huì)產(chǎn)生巨大的表面積和表面能，吸附能力增強(qiáng)，選擇性變差，產(chǎn)生機(jī)械夾雜和泡沫夾雜影響浮選指標(biāo)，同時(shí)過(guò)磨的綠泥石、碳酸鹽礦物顆粒導(dǎo)致泥化現(xiàn)象明顯，使常溫浮選更為困難。

表1 弓長(zhǎng)嶺選廠反浮選原料組成全分析Table 1 Components and content analysis of Gongchangling beneficiation plant flotation feed

由表1和表2對(duì)比發(fā)現(xiàn)，弓長(zhǎng)嶺選廠反浮選原料和齊大山選廠反浮選原料中菱鐵礦含量分別為1.34%、0.66%；綠泥石的含量分別為1.52%、0.49%；弓長(zhǎng)嶺選廠反浮選原料中菱鐵礦顆粒數(shù)10 111，齊大山選廠反浮選原料中菱鐵礦顆粒數(shù)181，弓長(zhǎng)嶺選廠反浮選原料中菱鐵礦顆粒數(shù)是齊大山選廠55倍；弓長(zhǎng)嶺選廠反浮選原料中綠泥石連生礦物是齊大山選廠的3倍，顆粒數(shù)是13倍，綠泥石顆粒細(xì)、泥化現(xiàn)象嚴(yán)重。

表2 齊大山選廠反浮選原料組成全分析Table 2 Components and content analysis of Qidashan beneficiation plant flotation feed

菱鐵礦和綠泥石的含量偏高，嵌布粒度細(xì)，細(xì)粒附著在石英的表面，導(dǎo)致石英表面的靜電力減弱，阻礙待浮礦物SiO2表面的CaOH+與油酸陰離子發(fā)生締合吸附，必須升高溫度才能分離[7]。

2.4 菱鐵礦粒度分析

圖5是由自動(dòng)全分析系統(tǒng)(AMICS)軟件對(duì)樣品中菱鐵礦粒度分析數(shù)據(jù)繪制而成，該軟件能對(duì)樣品礦物中所包含各種礦物的組成、含量、粒度、連生關(guān)系、包裹關(guān)系、單體解離度、嵌布特征和元素在各礦物中的配占比、樣品中所含元素質(zhì)量百分比等多參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)分析定量測(cè)定。

圖5顯示，弓長(zhǎng)嶺反浮選原料中菱鐵礦-0.0374 mm的含量占76.48%，-0.074 mm含量100%，嵌布粒度細(xì)，微粒易于黏著在粗粒表面形成礦泥罩蓋，吸附選擇性差。微粒與氣泡的作用，使氣泡對(duì)礦粒的捕獲率下降，產(chǎn)生氣泡的礦泥“裝甲”，影響氣泡的運(yùn)載量。這些導(dǎo)致回收率降低、浮選指標(biāo)明顯惡化。

2.5 礦物的嵌布與包裹特征

由表3和表4對(duì)比發(fā)現(xiàn)，弓長(zhǎng)嶺選廠反浮選原料中磁鐵礦與菱鐵礦的連生系數(shù)為33.35，齊大山選廠反浮選原料中磁鐵礦與菱鐵礦的連生系數(shù)為15.51，弓長(zhǎng)嶺選廠鐵礦中磁鐵礦與菱鐵礦連生體較多，而菱鐵礦又是弓長(zhǎng)嶺選廠難選主要原因之一，進(jìn)一步導(dǎo)致弓長(zhǎng)嶺選廠鐵礦的難選。

圖5 弓長(zhǎng)嶺選廠反浮選原料中菱鐵礦粒度Fig.5 Siderite particle size in Gongchangling beneficiation plant flotation feed

表3 弓長(zhǎng)嶺選廠反浮選原料各礦物連生體定量關(guān)系Table 3 Components intergrowth quantify relation of Gongchangling beneficiation plant flotation feed

礦物名稱磁鐵礦赤鐵礦菱鐵礦石英角閃石綠泥石自由表面積磁鐵礦00.591.112.610.870.2191.80赤鐵礦24.7800.805.021.740.4363.04菱鐵礦33.350.5801.822.960.5157.97石英5.120.240.1200.770.3790.23角閃石9.150.441.044.1301.0379.39綠泥石7.300.350.586.473.35077.27

表4 齊大山選廠反浮選原料各礦物連生體定量關(guān)系Table 4 Components intergrowth quantify relation of Qidashan beneficiation plant flotation feed

表5和表6為主要鐵礦物的包裹關(guān)系，弓長(zhǎng)嶺選廠反浮選原料中菱鐵礦的單體百分比為4.91%，齊大山選廠反浮選原料中菱鐵礦的單體百分比為13.43%，對(duì)比進(jìn)一步說(shuō)明弓長(zhǎng)嶺選廠反浮選原料中菱鐵礦伴生現(xiàn)象嚴(yán)重。

2.6 弓長(zhǎng)嶺選廠捕收劑在不同溫度浮選效果

弓長(zhǎng)嶺存儲(chǔ)現(xiàn)場(chǎng)捕收劑采用工業(yè)油酸，酸值180 mgKOH/g，碘值85 mg/g，凝點(diǎn)16 ℃，氫氧化鈉1 260 g/t，淀粉760 g/t，氧化鈣620 g/t，捕收劑560 g/t給礦，初選pH=11.4～11.8，在高溫和常溫條件下浮選，結(jié)果見表7。

表5 弓長(zhǎng)嶺選廠反浮選原料主要鐵礦物包裹關(guān)系Table 5 Main iron mineral inclusions of Gongchangling beneficiation plant flotation feed

表6 齊大山選廠反浮選原料主要鐵礦物包裹關(guān)系Table 6 Main iron mineral inclusions of Qidashan beneficiation plant flotation feed

表7 不同溫度開路浮選效果Table 7 Flotation results at different temperatures

由表7可知，弓長(zhǎng)嶺選廠現(xiàn)場(chǎng)捕收劑工業(yè)油酸，礦漿溫度降低到33 ℃，浮選精礦品位為64.24%，與68%的全鐵品位指標(biāo)要求相差較大，因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)油酸捕收劑對(duì)溫度比較敏感，只有加溫到接近50 ℃，或加入一種能阻化脂肪酸鈉膠束的表面活性劑，才能基本解除細(xì)泥的吸附與包裹，打開脂肪酸納膠束結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)鏈?zhǔn)嬲梗瑢?shí)現(xiàn)正負(fù)電荷的締合而上浮[8]。在相同條件下，同為鞍山式赤鐵礦的齊大山選廠的反浮選原料，在品位為41.52%上述條件下，使用油酸一粗一精開路26 ℃浮選精礦品位68.42%，精礦回收率為72.6%。弓長(zhǎng)嶺選廠的反浮選原料在33 ℃條件下，用齊大山選廠的捕收劑浮選精礦全鐵品位為62.35%，不能滿足生產(chǎn)要求。電鏡掃描分析弓長(zhǎng)嶺選廠反浮選原料，發(fā)現(xiàn)菱鐵礦含量為1.34%和綠泥石含量為1.52%，較高，嵌布粒度細(xì)，菱鐵礦-0.0374 mm的含量占76.48%，-0.074 mm含量100%，為今后根據(jù)難選鞍山式赤鐵礦的組成結(jié)構(gòu)，研制與之相對(duì)應(yīng)的常溫捕收劑提供基礎(chǔ)。

3 結(jié) 論

1) 弓長(zhǎng)嶺選廠反浮選原料中菱鐵礦含量1.34%、綠泥石的含量1.52%，菱鐵礦的嵌布粒度細(xì)，泥化現(xiàn)象嚴(yán)重，是礦漿溫度高，浮選分離困難的關(guān)鍵原因。

2) 弓長(zhǎng)嶺選廠反浮選原料中主要礦物磁鐵礦與菱鐵礦連生定量33.35%，與赤鐵礦連生定量24.78%，完全單體解離困難，嵌布粒度細(xì)，包夾雜嚴(yán)重，是此類礦物難選的另一原因。