石人溝鐵礦石選礦試驗研究

李燕芬 向偉華 李曉東

(河鋼集團礦業(yè)有限公司石人溝鐵礦，河北 唐山 063000)

0 引言

鐵是一種重要的金屬元素，其制品廣泛應用于經(jīng)濟建設和社會發(fā)展的各個領(lǐng)域，含鐵礦物是鐵最為主要的原料來源[1-2]。我國鐵礦資源總量豐富，但是具有“貧、細、雜”的特點[3]，在對鐵礦資源利用之前，為選礦廠提供合理的選別條件和選別流程至關(guān)重要。石人溝鐵礦是20世紀70年代初投產(chǎn)的老礦山，礦石礦物成分比較簡單，該鐵礦屬鞍山式沉積變質(zhì)巖礦床，主要礦物為磁鐵礦，個別地段含少量假象赤鐵礦、褐鐵礦，P、S含量較低，為單一含鐵礦物；脈石礦物主要以石英為主，角閃石、輝石、綠簾石次之，并有少量磁灰石、綠泥石及黑云母[4-5]。本研究選取石人溝高泥低品位鐵礦石為研究對象，為選礦廠提供科學依據(jù)。

1 原礦工藝礦物學研究

1.1 原礦化學多元素分析及物相分析

原礦化學多元素分析見表1，原礦物相分析見表2。

表1 原礦多元素化學成分分析(質(zhì)量分數(shù)) %

表2 原礦鐵物相分析結(jié)果(質(zhì)量分數(shù)) %

由原礦的化學多元素分析、物相分析看出，礦石中TFe含量為20.26%，堿性系數(shù)(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)為0.16<0.5。就鐵礦而言，屬酸性貧鐵礦石。礦樣中有害元素硫、磷含量較低。樣品中鐵的分布較為集中，礦樣中有87.81%的鐵存在于磁鐵礦中，其余部分主要分布在硅酸鐵、赤(褐)鐵礦、菱鐵礦及硫化鐵中。

1.2 原礦XRD分析

對該高泥低品位礦石進行了XRD分析，分析結(jié)果見圖1。

圖1 原礦XRD分析

從圖1中可以看出，該鐵礦石中含鐵礦物主要有磁鐵礦、硅酸鐵，脈石礦物主要有石英與綠泥石，且石英含量較高。

2 選礦試驗研究

在進行選礦試驗前先制備出各單元試驗所需代表性試樣，其加工制備流程如圖2所示。

圖2 礦樣加工制備流程

2.1 干選試驗

由于礦石在開采過程中會混入一定量的夾石和圍巖，為提高磨礦效率，降低磨選成本，達到節(jié)能降耗的目的，在磨礦選別之前應盡可能地將廢石除掉。試驗基于此進行了干式預選拋尾可行性研究。結(jié)合試驗礦樣特點及現(xiàn)場生產(chǎn)實踐，對-10 mm粒級的原礦進行了磁滑輪干式預選，在膠帶表面磁感應強度198.943 kA/m、筒體轉(zhuǎn)速為16 r/min的條件下進行了干選試驗，試驗結(jié)果見表3。

表3 塊礦干選試驗結(jié)果(質(zhì)量分數(shù)) %

表3結(jié)果表明，經(jīng)磁滑輪拋尾后，可以去除產(chǎn)率為34.51%，MFe含量為0.30%的脈石礦物，同時可獲得TFe品位為28.70%，回收率為91.90%的鐵精礦。將干選后的精礦繼續(xù)破碎至-2 mm，對該精礦進行了粒度篩析試驗，試驗結(jié)果見表4。

表4 -2 mm干選精礦粒度篩析結(jié)果

從表4結(jié)果可以看出，隨著粒級的降低，各粒級品位基本呈上升趨勢，由粒級-2.0+1.18 mm至粒級-0.106+0.074 mm，品位由27.12%增加至34.33%，但-0.074 mm粒級品位略有所降低。

2.2 相對可磨度試驗

考慮到石人溝鐵礦生產(chǎn)實際，以更好地指導后續(xù)設備選型，在進行相對可磨度試驗時，選定河北鋼鐵集團礦業(yè)有限公司石人溝鐵礦選礦廠第一段磨礦的給礦為標準石，對標準礦石與試驗礦石(磁滑輪干選精礦)進行磨礦對比試驗，將兩種礦石用同樣的工藝和設備處理，即均碎至-2 mm，用100目標準篩篩除-0.15 mm粒級，各自混勻縮分出待磨礦樣，每份0.5 kg，加水300 mL，用同一球磨機(錐形250×90)進行不同時間的系列磨礦，磨礦濃度62.50%。將每一磨礦產(chǎn)品用200目標準篩檢查細度，其分析結(jié)果如圖3所示。

圖3 可磨度對比曲線圖

由圖3得知，當磨礦細度為-200目占45%時，試驗礦石相對于石人溝原礦礦石的可磨度系數(shù)為：K1=T01/T1 =3.0/2.8=1.07；當磨礦細度為-200目占85%時試驗礦石相對于石人溝原礦礦石的可磨度系數(shù)為：K2=T02/T2=7.5/7.8=0.96；可見，該礦石與所選用的石人溝原礦礦石相比，磨礦難易程度相當。

2.3 磨礦時間條件試驗

取干選精礦礦樣6份，用B160×200型智能棒磨機進行濕式磨礦，磨礦濃度為60%。磨礦時間分別為5、7.5、10、15、20、25 min。將磨礦產(chǎn)物烘干后，各自縮分出50 g，用200目標準篩進行濕篩，篩上部分烘干后再干篩，最后將篩上產(chǎn)物稱重，計算-0.074 mm含量，其結(jié)果如圖4所示。

圖4 磨礦時間與磨礦產(chǎn)品中-0.074 mm含量關(guān)系

試驗結(jié)果表明，當細度-200目占35%～80%時，磨礦細度隨磨礦時間的增長而迅速增長，-200目含量由5min時的35.30%增加至20 min的90.56%，磨礦時間由20 min增長至25 min時，-0.074 mm含量增長緩慢，僅由90.56%增至95.47%。

2.4 磨礦細度條件試驗

從磨礦細度各為-200目占35.30%、45.01%、50.70%、72.54%、90.56%、95.47%的干選精礦磨礦產(chǎn)物中分別縮取樣品，采用XCS-73型Ф50 mm磁選管，在磁場強度79.577 kA/m(1000奧斯特)的條件下進行磁選試驗。試驗流程見圖5，結(jié)果見表5，并繪制了精礦品位和回收率隨磨礦細度變化的曲線圖，見圖6。

圖5 原礦磁選管試驗流程

圖6 精礦品位和回收率隨磨礦細度變化曲線圖

表5 不同磨礦細度下磁選管試驗結(jié)果(質(zhì)量分數(shù)) %

續(xù)表

從表5中可以看出：隨著磨礦細度的增加，鐵精礦的品位呈逐漸增加的趨勢，但精礦回收率呈降低的趨勢。當磨礦細度為-200目占95.47%時，精礦品位可達67.02%，說明礦石中磁鐵礦嵌布粒度較細，比較難選。綜合分析各種因素，第一段磨礦細度范圍-200目30%～50%，本試驗中第一段磨礦細度定為-200目45.01%，既可以拋掉較多的尾礦，又能得到較高品位的粗精礦，而且磨礦時間相對較短。因此，選擇-200目占45.01%作為一段磨礦細度，此時可以拋去作業(yè)產(chǎn)率為56.03%，品位為4.96%，回收率為9.68%的鐵尾礦，同時也可獲得作業(yè)產(chǎn)率為43.97%，品位為58.93%，回收率為90.32%的鐵精礦。

2.5 一段磨礦磁選試驗

取原礦50份，每份0.5，磨礦至細度為-200目占45.00%，采用Φ327×180型鼓筒式磁選機，在磁場強度119.366kA/m的條件下進行磁選，試驗流程如圖7所示，試驗結(jié)果見表6。

圖7 原礦磁選流程

表6 原礦磁選試驗結(jié)果(質(zhì)量分數(shù)) %

從表6結(jié)果可以得知，原礦在-200目占45.00%的條件下，經(jīng)兩次磁選后可獲得產(chǎn)率為44.10%，品位為58.85%，回收率為90.43%的粗精礦。

將上述磁選得到的粗精礦混勻縮分，用B160×200型智能棒磨機進行濕式磨礦，分別磨礦2、4、6、8min。將磨礦產(chǎn)物烘干后，各自縮分出試驗樣品，用200目標準篩濕式篩分，篩上部分烘干后再干篩，至篩分終點后稱重，并計算出-200目百分含量。試驗結(jié)果見表7 ，并繪制磨礦細度曲線見圖8。

圖8 磨礦時間與磨礦產(chǎn)品中-200目含量關(guān)系

表7 磨礦時間與磨礦產(chǎn)品中-200目含量關(guān)系

試驗結(jié)果表明，當磨礦時間由0增加至8分鐘時，磨礦細度增長迅速，磨礦產(chǎn)品中-200目含量由43.25%增加至80.70%，隨后磨礦細度增長緩慢，磨礦時間由8分鐘增加至15分鐘時， 磨礦產(chǎn)品中-200目含量僅由80.70%增加至93.04%。

2.6 第二段磨礦磁選試驗

將粗精礦磨到-200目占70.00%，采用Ф327×180鼓式磁選機，在磁場強度119.366kA/m、分選濃度30%的條件下進行兩次磁選。試驗流程見圖11，試驗結(jié)果見表9。

圖9 粗精礦磁選試驗流程

表9 粗精礦磁選試驗結(jié)果(質(zhì)量分數(shù)) %

從表9中可以看出，粗精礦在磨礦細度為-200目占70.00%的條件下，在磁場強度119.366kA/m、分選濃度30%的條件下進行兩次磁選，可以獲得作業(yè)產(chǎn)率為86.25%，品位為67.23%，作業(yè)回收率為98.52%的最終鐵精礦。

2.7 試驗總流程及技術(shù)指標

選礦試驗研究總流程見圖11，試驗最終產(chǎn)品指標見表10。

圖10 試驗總流程圖

圖11 推薦工藝流程

表10 流程試驗結(jié)果(質(zhì)量分數(shù)) %

從試驗總流程和表10結(jié)果中可以看出，石人溝高泥低品位鐵礦經(jīng)一次脫泥、破碎干選拋尾后，采用階段磨礦、階段磁選后，可以獲得產(chǎn)率為24.49%，品位為67.27%，回收率為81.32%的鐵精礦以及產(chǎn)率為75.51%，品位為5.01%，回收率為18.68%的鐵尾礦。并為未來選礦廠推薦如圖12所示的工藝流程，供選礦廠設計時參考。

3 結(jié)語

(1)經(jīng)原礦X射線光譜分析及多元素分析表明，全鐵品位TFe 為20.26%，MFe為17.79%，含磷P2O5為0.32%。

(2)干式預選試驗結(jié)果表明，塊礦-10 mm在磁場強度為198.943 kA/m、筒體轉(zhuǎn)速為16 r/min條件下，經(jīng)磁滑輪干式預選后廢石產(chǎn)率為34.51%，精礦品位為28.70%，磁性鐵回收率為99.42%。

(3)根據(jù)磨礦細度試驗表明，要想獲得高品位的精礦，必須進行階段磨礦、階段選別的流程實驗。塊礦在第一段磨礦細度為-200目占45.00%，采用Φ327×180型鼓筒式磁選機，在磁場強度119.366kA/m條件下進行兩段磁選后，可獲得產(chǎn)率為27.12%，品位為58.85%，回收率為78.78%的粗精礦；粗精礦再經(jīng)第二段磨礦，當磨礦細度為-200目占75.00%，經(jīng)兩次磁選后可獲得產(chǎn)率為23.39%，品位為67.23%，回收率為77.62%的鐵精礦。