周永星 孫曉妍 宋寶旭 袁經(jīng)中 馬念宇 王 越 祝 亞 黃恩銘

(1.遼寧科技大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院,遼寧 鞍山 114001;2.個舊市南翔有限責(zé)任公司,云南 個舊 661000)

在鋼鐵行業(yè)中,錳是除鐵以外用量最大的金屬,對推動鋼鐵行業(yè)健康發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。我國錳礦資源豐富,但原礦平均錳品位僅20%左右,一般需要選礦富集才能達(dá)到冶金用錳礦石的要求[1-2]。自然界中錳礦物及含錳礦物種類高達(dá)150余種,工業(yè)中主要利用氧化錳及碳酸錳礦物[3-4]。隨著錳礦資源的持續(xù)開采,我國錳礦資源原礦品位低、脈石礦物易泥化、有用礦物嵌布粒度細(xì)[5]等問題突出,錳礦石資源對外依存度過大,嚴(yán)重制約了我國鋼鐵企業(yè)的生存與發(fā)展[6-8]。因此,提高我國錳礦資源開發(fā)利用技術(shù)對保障我國錳礦資源供給能力具有重大戰(zhàn)略意義。

云南個舊地區(qū)某錳礦床開采品位普遍較低,礦石中錳礦物主要為硬錳礦和軟錳礦等氧化錳礦物,呈微細(xì)粒嵌布;脈石礦物主要為高嶺土、褐鐵礦等易泥化礦物。結(jié)合礦石性質(zhì),參考現(xiàn)場生產(chǎn)實踐[9-12],提出了洗礦—脫泥—磁選工藝并開展了詳細(xì)的選礦試驗,最終實現(xiàn)了該含泥極低品位氧化錳礦的高效綜合利用,相關(guān)成果可為國內(nèi)外同類型錳礦石的開發(fā)利用提供參考。

1 原礦性質(zhì)

1.1 主要化學(xué)成分及錳物相分析

試驗樣品取自云南個舊某錳礦,破碎、磨礦后進(jìn)行原礦化學(xué)成分及錳物相分析,結(jié)果分別見表1及表2。

表1 原礦主要化學(xué)成分分析結(jié)果Table 1 Analysis results of the main chemical composition of the raw ore %

表2 原礦錳物相分析結(jié)果Table 2 Analysis results of the manganese phase of the raw ore %

由表1及表2可知,原礦錳品位為6.40%,遠(yuǎn)低于錳礦床開采工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中錳品位大于10%的要求,屬于極低品位錳礦石;錳主要以氧化錳的形式存在,分布率達(dá)92.66%。

1.2 有用礦物嵌布特征

原礦中錳礦物主要為硬錳礦,少量為軟錳礦,其他金屬氧化物主要為褐鐵礦,脈石礦物主要為石英和含錳高嶺土,是典型的氧化錳礦床[13-17]。采用掃描電鏡對硬錳礦和軟錳礦進(jìn)行鏡下鑒定,結(jié)果見圖1。

圖1 軟錳礦和硬錳礦的嵌布特征Fig.1 Dissimination characteristic of pyrolusite and psilomelane

由圖1可知,軟錳礦呈柱狀嵌晶與硬錳礦連生,晶粒具橫向硅裂紋;硬錳礦呈短纖維狀集合體,與黏土礦物連生。

1.3 原礦粒度組成及錳礦物嵌布粒度

對原礦粒度組成及錳礦物嵌布粒度進(jìn)行了分析測定,結(jié)果分別見表3及表4。

表3 原礦粒度組成Table 3 Particle size composition of the raw ore

由表3及表4可知,原礦中-0.01 mm粒級產(chǎn)率高達(dá)67.66%,且該粒級中錳分布率達(dá)46.11%,屬高含泥錳礦石,選礦難度大;錳礦物主要嵌布粒度范圍較寬,其中嵌布粒度為-0.01 mm的極微細(xì)粒氧化錳礦物產(chǎn)率較高,造成錳礦物回收困難[18-19]。

表4 錳礦物嵌布粒度Table 4 Dissimination particle size of manganese minerals

2 試驗結(jié)果與討論

根據(jù)錳礦石選礦工藝生產(chǎn)實踐及前期探索試驗,結(jié)合礦石性質(zhì)特點,確定磁選為適宜的選礦工藝。為消除原生礦泥的影響,首先對礦石進(jìn)行洗礦—脫泥試驗研究,然后針對沉砂及礦泥分別開展磁選條件試驗。

2.1 洗礦—脫泥試驗

2.1.1 洗礦對試樣粒度組成的影響

本礦石-0.01 mm粒級產(chǎn)率高達(dá)67.66%,需設(shè)置洗礦作業(yè)。洗礦過程中攪拌強(qiáng)度的大小影響次生礦泥的產(chǎn)生量,進(jìn)而影響錳的整體回收率[20-21]。為此,研究了不同攪拌強(qiáng)度下試樣的粒度組成,結(jié)果見表5。

表5 不同攪拌強(qiáng)度下試樣的粒度組成Table 5 Particle size distribution of the samples with different stirring intensity

由表5可知,隨著攪拌強(qiáng)度的增加,需要脫除的極微細(xì)粒級(-0.01 mm)產(chǎn)率和錳分布率均會逐步增加。表明攪拌強(qiáng)度較高的情況下對洗礦產(chǎn)品進(jìn)一步脫泥處理,會有較多的錳礦物以礦泥的形式流失,不利于錳的回收。

2.1.2 脫泥條件確定試驗

鑒于不同攪拌強(qiáng)度下試樣的粒度組成不同,采用洗礦—脫泥(-0.01 mm)—強(qiáng)磁選工藝流程考察各攪拌強(qiáng)度下磁選效果,并與不脫泥的情況進(jìn)行對比,結(jié)果見表6。強(qiáng)磁選采用1次粗選流程結(jié)構(gòu),磁選設(shè)備為電磁夾板式強(qiáng)磁選機(jī)(CRIMM DCJB70-200),磁場強(qiáng)度為1 000 mT,介質(zhì)尺寸為?2 mm。

由表6可知,隨著攪拌強(qiáng)度的增加,2種方案所獲得的精礦錳品位升高,而回收率降低;對比不脫泥條件的磁選指標(biāo),2種方案的精礦錳回收率相差不大,但脫泥—磁選獲得的精礦錳品位更高。因此,確定采用脫泥方案,適宜的洗礦攪拌強(qiáng)度為2 000 r/min。

表6 脫泥條件確定試驗結(jié)果Table 6 Test results of desliming condition determination

2.2 強(qiáng)磁選試驗

在攪拌桶攪拌強(qiáng)度為2 000 r/min、水力旋流器給礦濃度為25%的條件下,進(jìn)行洗礦—脫泥(-0.01 mm)試驗,獲得了產(chǎn)率為30.64%、錳品位11.48%、錳回收率54.12%的沉砂,及產(chǎn)率為69.36%、錳品位4.30%、錳回收率45.88%的礦泥,分別對其開展強(qiáng)粗選回收錳礦物條件試驗。

2.2.1 沉砂產(chǎn)品中錳礦物的回收

2.2.1.1 磁場強(qiáng)度試驗

在介質(zhì)尺寸為?2 mm的條件下,考察磁場強(qiáng)度對沉砂產(chǎn)品磁選指標(biāo)的影響,結(jié)果見圖2。

圖2 磁場強(qiáng)度對沉砂產(chǎn)品磁選指標(biāo)的影響Fig.2 Influence of magnetic field intensity on magnetic separation indexes of settled sand

由圖2可知,隨著磁場強(qiáng)度的增大,精礦錳品位逐漸降低,錳作業(yè)回收率逐漸升高。綜合考慮,確定適宜的磁場強(qiáng)度為600 mT。

2.2.1.2 介質(zhì)尺寸試驗

在磁場強(qiáng)度為600 mT的條件下,考察介質(zhì)尺寸對沉砂磁選指標(biāo)的影響,結(jié)果見圖3。

圖3 介質(zhì)尺寸對沉砂產(chǎn)品磁選指標(biāo)的影響Fig.3 Influence of medium size on magnetic separation indexes of settled sand

由圖3可知,隨著介質(zhì)尺寸的增大,精礦錳品位逐漸降低,錳作業(yè)回收率先升高后降低。綜合考慮,確定適宜的介質(zhì)尺寸為?2 mm。

2.2.2 礦泥產(chǎn)品中錳礦物的回收

2.2.2.1 磁場強(qiáng)度試驗

在介質(zhì)尺寸為?2 mm的條件下,考察磁場強(qiáng)度對礦泥磁選指標(biāo)的影響,結(jié)果見圖4。

圖4 磁場強(qiáng)度對礦泥產(chǎn)品磁選指標(biāo)的影響Fig.4 Influence of magnetic field intensity on magnetic separation indexes of slime

由圖4可知,隨著磁場強(qiáng)度的增大,精礦錳品位逐漸降低,錳作業(yè)回收率逐漸升高。綜合考慮,確定適宜的磁場強(qiáng)度為1 200mT,此時仍可以獲得錳品位大于15%的精礦產(chǎn)品。

2.2.2.2 介質(zhì)尺寸試驗

在磁場強(qiáng)度為1 200 mT的條件下,考察介質(zhì)尺寸對礦泥磁選指標(biāo)的影響,結(jié)果見圖5。

圖5 介質(zhì)尺寸對沉砂產(chǎn)品磁選指標(biāo)的影響Fig.5 Influence of medium size on magnetic separation indexes of slime

由圖5可知,隨著介質(zhì)尺寸的增大,精礦錳品位和錳作業(yè)回收率均降低,且錳作業(yè)回收率下降明顯。綜合考慮,確定適宜的介質(zhì)尺寸為?1 mm。

2.3 全流程試驗

在條件試驗的基礎(chǔ)上,進(jìn)行全流程試驗,具體條件見圖6,試驗結(jié)果見表7。

圖6 全流程試驗Fig.6 The whole process test

表7 全流程試驗結(jié)果Table 7 Test results of the whole process %

由表7可知,全流程試驗最終可獲得累計產(chǎn)率16.08%、平均錳品位23.78%、累計回收率60.21%的錳精礦,實現(xiàn)了該極低品位高含泥氧化錳礦的高效綜合利用。

3 結(jié) 論

(1)原礦錳品位為6.40%,錳主要以硬錳礦、軟錳礦等氧化錳礦物的形式存在,其中以-0.01 mm粒級嵌布的氧化錳礦物占有率接近30%。原礦-0.005 mm產(chǎn)率高達(dá)60%,礦泥主要由高嶺土、褐鐵礦等易泥化礦物組成,是典型的極低品位高含泥氧化錳礦。

(2)當(dāng)攪拌強(qiáng)度為2 000 r/min時,采用實驗室用水力旋流器可以脫除產(chǎn)率約為69%的礦泥,為后續(xù)沉砂獲得高品位的錳精礦創(chuàng)造了有利條件。

(3)針對沉砂中的氧化錳礦物,采用1粗1掃的強(qiáng)磁選流程,分別獲得了錳品位29.13%和7.86%的磁性物,實現(xiàn)了粗粒級錳礦物的高效回收;針對礦泥中的氧化錳礦物,采用1次粗選的強(qiáng)磁選流程,獲得了錳品位18.07%的磁性物,實現(xiàn)了微細(xì)粒級錳礦物的綜合利用;上述磁性物合并后合計回收率為60.21%,可為該類極低品位高含泥氧化錳礦的開發(fā)利用提供借鑒。