李 濤 裴曉東 駱艷華 佘世杰

(1.中鋼天源股份有限公司，安徽 馬鞍山 243000；2.中鋼集團(tuán)南京新材料研究院有限公司，南京 210000)

超級(jí)鐵精礦是一種鐵礦深加工產(chǎn)品，其鐵品位一般大于71%，二氧化硅含量小于2%[1，2]。近些年來(lái)，隨著人們對(duì)超級(jí)鐵精礦認(rèn)識(shí)的不斷深入，其開(kāi)發(fā)利用逐步得到重視。超級(jí)鐵精礦不僅僅是一種優(yōu)良的礦產(chǎn)品，同時(shí)還是一種具有較好發(fā)展?jié)摿Φ男滦凸δ懿牧?，其廣泛用于粉末冶金、磁性材料、環(huán)?；さ雀鱾€(gè)領(lǐng)域[3，4]，對(duì)超級(jí)鐵精礦的研究和利用是選礦發(fā)展的一個(gè)重要方向。

然而，超級(jí)鐵精礦的生產(chǎn)卻面臨諸多挑戰(zhàn)。首先，我國(guó)鐵礦石資源先天稟賦差，能滿足生產(chǎn)超級(jí)鐵精礦的原料稀少，難以找到適合生產(chǎn)超級(jí)鐵精礦的礦源[5]；其次，并非所有超級(jí)鐵精礦都具有巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，普通超級(jí)鐵精礦僅僅能滿足一些中低端產(chǎn)品的需求，而高品質(zhì)超級(jí)鐵精礦生產(chǎn)難度又很大。因此，尋求一種高效合理的高品質(zhì)超級(jí)鐵精礦生產(chǎn)工藝十分必要。本研究以某普通鐵精礦為原料，對(duì)其進(jìn)行了細(xì)致的工藝研究，最終可獲得高品質(zhì)超級(jí)鐵精礦。

1 礦石性質(zhì)

實(shí)驗(yàn)原料為某鐵精礦，對(duì)其性質(zhì)進(jìn)行分析，化學(xué)多元素分析結(jié)果見(jiàn)表1，粒度組成結(jié)果見(jiàn)表2，XRD分析結(jié)果見(jiàn)圖1。

由表1可知，試樣鐵品位為65.04%，其中磁性鐵含量為64.92%，鐵以磁性鐵形式存在為主。結(jié)合圖1，試樣中主要物相為磁鐵礦、石英，該礦屬于典型的石英型磁鐵礦。主要雜質(zhì)元素SiO2、Al2O3含量分別為6.45%、0.53%，另含有少量的CaO、MgO、Mn3O4和微量的S、P。

圖1 XRD分析結(jié)果Fig.1 Analysis results of XRD

表1 化學(xué)多元素分析結(jié)果 Table 1 Analysis results of chemical multi-element /%

由表2可知，試樣粒度較粗，+75 μm粒級(jí)占21.84%，-37 μm粒級(jí)僅占47.66%。此外，可以發(fā)現(xiàn)隨著粒級(jí)減小，鐵品位逐漸升高，說(shuō)明粗粒級(jí)物料單體解離度較低，因此，選礦前必須進(jìn)行磨礦處理。

表2 粒度組成結(jié)果Table 2 Results of particle size composition

2 選礦試驗(yàn)

由原料性質(zhì)可知，粗粒級(jí)中鐵品位較低，說(shuō)明鐵礦與脈石礦物連生，需要磨礦對(duì)其進(jìn)行單體解離；該礦中鐵主要賦存在磁鐵礦中，磨后可進(jìn)行磁選作業(yè)；為得到高品質(zhì)鐵精礦需要進(jìn)行反浮選以進(jìn)一步降低雜質(zhì)。因此，本試驗(yàn)擬選用磨礦—磁選—反浮選的工藝流程，流程見(jiàn)圖2。

圖2 工藝流程Fig.2 Process flowsheet

2.1 磨礦細(xì)度對(duì)選別效果的影響

在磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度為78 kA/m，十二胺用量為200 g/t下反浮選，考察磨礦細(xì)度對(duì)超級(jí)鐵精礦的影響，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 磨礦細(xì)度對(duì)選別效果的影響Fig.3 Effects of grinding fineness on selection results

由圖3可知，隨著-0.037 mm含量的增加，精礦鐵品位先升高后降低，二氧化硅含量先降低后升高。在磨礦細(xì)度為-0.037 mm占95%時(shí)，精礦鐵品質(zhì)最佳，可能原因是磨礦粒度減小有利于單體解離度增加，促進(jìn)分選；繼續(xù)減小礦石粒度，礦物間的可浮性差異減小，不利于分選。

2.2 磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)選別效果的影響

在磨礦細(xì)度為-0.037 mm占95%，十二胺用量為200 g/t下磁選，考察磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)超級(jí)鐵精礦的影響，結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)選別效果的影響Fig.4 Effects of magnetic field intensity on selection results

由圖4可知，在較弱的磁場(chǎng)強(qiáng)度下，精礦鐵品位較高，二氧化硅含量較低，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度為46.8 kA/m時(shí)，精礦品質(zhì)最佳。但由于磁場(chǎng)強(qiáng)度太小，精礦損失較大，因此綜合考慮鐵品位、二氧化硅含量，本試驗(yàn)磁場(chǎng)強(qiáng)度以62.4 kA/m為宜。

2.3 浮選條件對(duì)超級(jí)鐵精礦的影響

以上述磁選所得精礦為原料，進(jìn)行反浮選試驗(yàn)，考察浮選條件對(duì)超級(jí)鐵精礦的影響。

2.3.1 碳酸鈉用量對(duì)超級(jí)鐵精礦的影響

在十二胺用量為200 g/t下，考察了碳酸鈉用量對(duì)超級(jí)鐵精礦的影響，結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 碳酸鈉用量對(duì)超級(jí)鐵精礦的影響Fig.5 Effects of sodium carbonate dosage on super iron concentrate

由圖5可知，增加碳酸鈉用量有利于精礦產(chǎn)率提高，但是鐵品位逐漸降低，二氧化硅含量逐漸升高。在碳酸鈉用量為2 000 g/t時(shí)，精礦鐵品位為72.01%，二氧化硅含量為0.17%，精礦品質(zhì)較佳，且產(chǎn)率有一定保證。因此，確定碳酸鈉用量為2 000 g/t。

2.3.2 淀粉用量對(duì)超級(jí)鐵精礦的影響

在碳酸鈉用量為2 000 g/t、十二胺用量為200 g/t下，考察了淀粉用量對(duì)超級(jí)鐵精礦的影響，結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖6 淀粉用量對(duì)超級(jí)鐵精礦的影響Fig.6 Effects of starch dosage on super iron concentrate

由圖6可知，適當(dāng)?shù)脑黾拥矸塾昧靠梢栽黾泳V產(chǎn)率，但淀粉用量在超過(guò)200 g/t時(shí)，精礦產(chǎn)率繼續(xù)增加而鐵品位降低，這是因?yàn)榈矸蹖?duì)鐵礦石和脈石礦物都具有較強(qiáng)的抑制作用，當(dāng)用量過(guò)多時(shí)，脈石礦物被抑制，致使精礦硅含量提高，品質(zhì)下降[6]。因此，綜合考慮確定淀粉用量為200 g/t。

2.3.3 十二胺用量對(duì)超級(jí)鐵精礦的影響

在碳酸鈉用量為2 000 g/t、淀粉用量為200 g/t下，考察了十二胺用量對(duì)超級(jí)鐵精礦的影響，結(jié)果見(jiàn)圖7。

圖7 十二胺用量對(duì)超級(jí)鐵精礦的影響Fig.7 Effects of dodecylamine dosage on super iron concentrate

由圖7可知，隨著十二胺用量增加，精礦產(chǎn)率逐漸下降，鐵品位先增加后減小，二氧化硅含量先減小后增加，在十二胺用量為180 g/t時(shí)，精礦品質(zhì)最佳。隨后繼續(xù)加大十二胺用量，鐵品位出現(xiàn)下降，可能是十二胺對(duì)低含量的二氧化硅浮選作用較弱，此時(shí)過(guò)量的十二胺作用在鐵礦石上，致使精礦中硅含量相對(duì)增加，其品質(zhì)下降。考慮精礦產(chǎn)率及品質(zhì)，確定十二胺用量為120 g/t。

2.4 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

2.4.1 磨礦優(yōu)化

上述超級(jí)鐵精礦產(chǎn)率偏低且二氧化硅含量偏高，經(jīng)過(guò)多重條件試驗(yàn)仍未能很好解決，因此猜想磨礦方式是否對(duì)其具有較大影響。為此，分別進(jìn)行了球磨和立磨對(duì)比試驗(yàn)，磨礦細(xì)度不變，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 磨礦優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果 Table 3 Results of grinding optimization tests /%

由表3可知，采用立磨所得精礦產(chǎn)率和鐵品位均有提高，二氧化硅含量進(jìn)一步降低。研究認(rèn)為，在相同的磨礦細(xì)度下，立磨所得產(chǎn)品粒度分布呈橄欖型，過(guò)磨顆粒少，在磁、浮選過(guò)程中損失較小。當(dāng)過(guò)磨量大時(shí)，脈石與磁鐵礦可浮性差異變小，二氧化硅含量較高。

2.4.2 淀粉優(yōu)化

淀粉是一種高分子有機(jī)化合物，主要是通過(guò)化學(xué)吸附、靜電吸附、氫鍵及分子間作用力吸附于礦物表面，致使礦物表面親水從而被抑制。淀粉的配制對(duì)反浮選具有較大影響，本試驗(yàn)考察了淀粉的配制對(duì)超級(jí)鐵精礦的影響，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 淀粉優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果 Table 4 Results of starch optimization tests /%

由表4可知，三種配制方法所得淀粉溶液對(duì)鐵礦反浮選具有一定影響。其中，普通淀粉溶液對(duì)鐵礦石抑制作用較弱，致使精礦產(chǎn)率低；苛化淀粉次之；高溫苛化淀粉溶液對(duì)鐵礦石具有強(qiáng)烈的抑制作用，但不影響精礦品質(zhì)。因此，將淀粉配制成高溫淀粉溶液有利于選別作業(yè)。

2.4.3 十二胺優(yōu)化

十二胺在水中的溶解度很小，特別是在低溫下，十二胺幾乎不溶解，這對(duì)選礦十分不利。通過(guò)鹽酸酸化，改善十二胺性質(zhì)，可有效提高其水溶性，其水解反應(yīng)式為[7]：

RNH2+HCl?RNH3Cl

(1)

(2)

分別采用十二胺和酸化十二胺進(jìn)行反浮選試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 十二胺優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Results of twelve amine optimization test /%

由表5可知，采用酸化十二胺進(jìn)行反浮選，所得精礦鐵品位較高，二氧化硅含量較低，精礦品質(zhì)較佳。這是由于十二胺經(jīng)過(guò)酸化后，可在水中電離出更多胺陽(yáng)離子，而胺陽(yáng)離子通過(guò)靜電吸附在礦物表面，有利于礦物分離。

2.5 全流程試驗(yàn)

根據(jù)上述試驗(yàn)研究，確定了高品質(zhì)超級(jí)鐵精礦選礦工藝流程，其全流程實(shí)驗(yàn)見(jiàn)圖8，結(jié)果見(jiàn)表6、表7。

圖8 全流程試驗(yàn)Fig.8 Whole flowsheet test

表7 超級(jí)鐵精礦化學(xué)成分分析結(jié)果Table 7 Chemical composition analysis of super iron concentrate /%

由表6、表7可知，在選定的條件下進(jìn)行選礦試驗(yàn)，可獲得產(chǎn)率為49.50%，鐵品位為72.24%，二氧化硅含量為0.08%，其它雜質(zhì)微量的高品質(zhì)超級(jí)鐵精礦。

3 結(jié)論

1)某鐵精礦鐵品位為65.04%，磁性鐵含量為64.92%，鐵主要賦存在磁性鐵中，粒度分析表明鐵主要集中在細(xì)粒級(jí)中，XRD分析表明主要物相為磁鐵礦、二氧化硅，可通過(guò)磨礦—磁選—反浮選工藝對(duì)鐵精礦進(jìn)一步提純。

2)對(duì)某鐵精礦采用立磨機(jī)磨礦，在磨礦細(xì)度為-0.037 mm占95%，磁場(chǎng)強(qiáng)度為62.4 kA/m下磁選，然后再對(duì)磁選精礦在碳酸鈉用量為2 000 g/t、高溫苛化淀粉為200 g/t、酸化十二胺為120 g/t下進(jìn)行一粗一精反浮選，可獲得鐵品位為72.24%，二氧化硅含量為0.08%，其它雜質(zhì)微量的高品質(zhì)超級(jí)鐵精礦，并且所得精礦產(chǎn)率較高，達(dá)49.50%，在創(chuàng)造高附加值產(chǎn)品的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了資源的較大利用。