智 慧 施建軍 杜艷清 余 瑩 董振海 劉劍軍

(1.鞍鋼集團(tuán)北京研究院有限公司,北京 102200;2.鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司,遼寧 鞍山 114001;3.鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)弓長(zhǎng)嶺有限公司選礦分公司,遼寧 遼陽 111000)

含菱鐵礦的鐵礦石在磨礦過程中,菱鐵礦極易泥 化[1-4],產(chǎn)生大量粒度小于15 μm 的微細(xì)粒礦泥。 微細(xì)粒礦泥質(zhì)量輕、比表面積大,在礦物表面的罩蓋極大地降低了藥劑的選擇性[5],對(duì)礦物浮選產(chǎn)生嚴(yán)重的交互影響[6-7]。 研究表明,浮選過程中微細(xì)粒菱鐵礦在赤鐵礦和石英顆粒表面的吸附罩蓋是二者無法浮選分離的根本原因[8-9]。 菱鐵礦的存在常常導(dǎo)致鐵礦石選廠選礦指標(biāo)不理想,嚴(yán)重影響資源的高效回收和企業(yè)效益[10]。

蔡立政等[11]利用超聲處理技術(shù)改善菱鐵礦對(duì)赤鐵礦浮選體系的影響,結(jié)果表明,適宜的超聲處理可以減弱微細(xì)粒菱鐵礦對(duì)其他礦物的罩蓋,有利于礦物的分離。 姚金等[12]研究了分散劑對(duì)正浮選菱鐵礦的影響,結(jié)果表明,分散劑檸檬酸的添加有利于促進(jìn)礦漿分散,提高浮選指標(biāo)。 張兆元等[13]研究了東鞍山鐵礦石中菱鐵礦對(duì)反浮選指標(biāo)的影響,結(jié)果表明,淀粉對(duì)微細(xì)粒菱鐵礦抑制作用較弱,微細(xì)粒菱鐵礦在石英和赤鐵礦表面的罩蓋是東鞍山鐵礦石反浮選困難的主要原因。 李麗匣等[14]研究了菱鐵礦對(duì)假象赤鐵礦與石英混合礦浮選行為的影響,結(jié)果表明,少量菱鐵礦的加入會(huì)嚴(yán)重影響浮選指標(biāo),消除微細(xì)粒菱鐵礦對(duì)浮選的影響是實(shí)現(xiàn)含菱鐵礦鐵礦石有效浮選的重要手段。 張明[15]研究表明,當(dāng)?shù)V石中菱鐵礦含量超過2.7%時(shí),會(huì)導(dǎo)致浮選精礦鐵品位和鐵回收率明顯下降,嚴(yán)重影響浮選分離效果。

以上研究均表明,菱鐵礦對(duì)赤鐵礦的浮選具有不利影響,但利用配礦來實(shí)現(xiàn)此類礦石的高效利用研究較少。 本研究針對(duì)鞍山眼前山高菱鐵礦鐵礦石的選別難題,通過與齊大山鐵礦石進(jìn)行配礦入選試驗(yàn),分析配礦比例對(duì)選別指標(biāo)的影響,為獲得合格鐵精礦提供指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)原料與方法

1.1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)礦樣取自鞍山眼前山鐵礦和齊大山鐵礦。首先,將2 種礦石破碎至2 mm 以下,然后分別取代表性礦樣進(jìn)行化學(xué)成分分析和鐵化學(xué)物相分析,結(jié)果分別見表1 和表2;礦樣的XRD 分析結(jié)果如圖1所示。

圖1 礦樣的XRD 圖譜Fig.1 XRD patterns of ore samples

表1 礦樣化學(xué)成分分析結(jié)果Table 1 Results of chemical composition analysis of ore samples %

表2 礦樣鐵化學(xué)物相分析結(jié)果Table 2 Results of iron chemical phase analysis of ore samples %

上述結(jié)果表明,齊大山礦樣中主要礦物為赤鐵礦、磁鐵礦和石英,鐵礦物以磁鐵礦為主,鐵分布率高達(dá)79.33%;眼前山礦樣中主要礦物為磁鐵礦、赤鐵礦、菱鐵礦和石英,且菱鐵礦含量較高,鐵分布率接近20%。

1.2 配礦設(shè)計(jì)

將2 種礦石按質(zhì)量進(jìn)行配礦,獲得不同菱鐵礦含量的混合礦。 其中,眼前山鐵礦石質(zhì)量占比(以下簡(jiǎn)稱眼礦比例)分別為30%、40%、45%、50%、60%、70%,配礦后混合礦TFe 品位和菱鐵礦含量如表3所示。

表3 不同配礦比例下混合礦TFe 品位和菱鐵礦含量Table 3 TFe grade and siderite content of mixing ore under different ore blending ratios %

1.3 磨礦—磁選試驗(yàn)

對(duì)-2 mm 的各樣品進(jìn)行磨礦—磁選條件試驗(yàn)。采用實(shí)驗(yàn)室XMQ-240×90型錐形球磨機(jī)(武漢探礦機(jī)械廠)進(jìn)行磨礦試驗(yàn),磨礦介質(zhì)為鋼球,?20 mm、?25 mm 和?30 mm 質(zhì)量配比43 ∶40 ∶17,介質(zhì)充填率為22.4%,磨礦濃度為70%。 在弱磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度為95.54 kA/m、強(qiáng)磁選背景磁感應(yīng)強(qiáng)度為800 mT 的條件下,進(jìn)行磨礦細(xì)度條件試驗(yàn),將弱磁精礦和強(qiáng)磁精礦混合獲得混磁精礦。

1.4 浮選試驗(yàn)

混磁精礦浮選條件試驗(yàn)使用實(shí)驗(yàn)室XFDⅡ-0.5L型浮選機(jī)(長(zhǎng)沙順澤礦冶機(jī)械制造有限公司)。 試驗(yàn)步驟如下:將200 g 礦樣倒入500 mL 的浮選槽中,在攪拌速度1 995 r/min 的條件下,依次加入pH 調(diào)整劑(NaOH 調(diào)節(jié)pH 值為11.5)、抑制劑(2.5%質(zhì)量濃度的玉米淀粉)、活化劑(2.5%質(zhì)量濃度的CaO 溶液)和捕收劑(新型常溫捕收劑AG-2),進(jìn)行1 粗1 精反浮選試驗(yàn),粗選和精選中捕收劑按質(zhì)量比4 ∶1 加入。粗選尾礦和精選尾礦合并為浮選尾礦,精選精礦為浮選精礦。

試驗(yàn)工藝流程如圖2 所示。

圖2 試驗(yàn)工藝流程Fig.2 Test process flow

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 磨礦—磁選試驗(yàn)

對(duì)眼前山鐵礦石和齊大山鐵礦石分別開展磨礦—磁選試驗(yàn),磨礦細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果如圖3 所示。

圖3 磨礦細(xì)度對(duì)混磁精礦指標(biāo)的影響Fig.3 Influence of grinding fineness on the index of mixed magnetic concentrate

從圖3(a)可以看出,隨著磨礦粒度變細(xì),眼前山混磁精礦TFe 品位呈升高趨勢(shì),TFe 回收率則逐漸降低。 當(dāng)磨礦細(xì)度為-74 μm 占90%時(shí),混磁精礦TFe品位44.43%,TFe 回收率88.95%;繼續(xù)提高磨礦細(xì)度,混磁精礦品位升高緩慢,而回收率快速下降。 綜合考慮,確定眼前山鐵礦石的適宜磨礦細(xì)度為-74 μm 占90%。

從圖3(b)可以看出,隨著磨礦粒度變細(xì),齊大山混磁精礦TFe 品位呈升高趨勢(shì),TFe 回收率則逐漸降低。 當(dāng)磨礦細(xì)度為-74 μm 占90%時(shí),混磁精礦TFe品位49.29%,TFe 回收率86.64%;繼續(xù)提高磨礦細(xì)度,混磁精礦品位升高緩慢,而回收率快速下降。 綜合考慮,確定齊大山鐵礦石的適宜磨礦細(xì)度為-74 μm 占90%。

參照各礦物樣單獨(dú)磨礦細(xì)度試驗(yàn),將不同配比的混合礦在-74 μm 占90%下進(jìn)行預(yù)富集,獲得的混磁精礦TFe 品位和菱鐵礦含量如表4 所示。

表4 不同配礦比例下預(yù)富集精礦的TFe 品位和菱鐵礦含量Table 4 TFe grade and siderite content of preconcentrated concentrate with different ore blending ratios %

從表4 可以看出,眼礦比例越高,混磁精礦TFe品位越低。經(jīng)過磁選預(yù)富集后,菱鐵礦含量略有降低。

2.2 浮選試驗(yàn)

各配礦情況下的預(yù)富集混磁精礦在pH=11.5、淀粉用量800 g/t、CaO 用量450 g/t 的條件下,分別進(jìn)行浮選試驗(yàn),研究AG-2 用量對(duì)浮選指標(biāo)的影響,結(jié)果如圖4 所示。

圖4 AG-2 用量對(duì)浮選指標(biāo)的影響Fig.4 Effect of AG-2 dosage on flotation indexes

由圖4(a)可知,針對(duì)TFe 品位47.83%、菱鐵礦含量3.83%的混磁精礦,當(dāng)捕收劑AG-2 用量由450 g/t 增加至650 g/t 時(shí),精礦TFe 品位由63.68%提高至67. 65%, 精礦 TFe 回收率從69. 78% 降至64.15%;尾礦TFe 品位從30.37%提高至31.38%,尾礦TFe 回收率從30.22%提高至35.85%。 AG-2 用量為550 g/t 時(shí),可以獲得TFe 品位65.63%、TFe 回收率為66.85%的較好指標(biāo)。

由圖4(b)可知,入浮礦樣TFe 品位47.35%,菱鐵礦含量提高至4.95%時(shí),AG-2 用量550 g/t 時(shí)可獲得TFe 品位65%以上的浮選精礦,但其TFe 回收率降低至64.73%。

由圖4(c)可知,入浮礦樣TFe 品位47.10%,菱鐵礦含量提高至5. 41%時(shí),AG-2 用量需要增加至600 g/t 才能獲得TFe 品位大于65%的浮選精礦,而此時(shí)TFe 回收率僅為59.80%。

由圖4(d)可知,入浮礦樣TFe 品位46.86%,菱鐵礦含量提高至6. 05%時(shí),AG-2 用量需要增加至650 g/t 才能獲得TFe 品位大于65%的浮選精礦,而此時(shí)TFe 回收率大幅下降至47.41%。

由圖4(e)可知,入浮礦樣TFe 品位46.37%,菱鐵礦含量提高至7. 21%時(shí),AG-2 用量增加至650 g/t,浮選精礦TFe 品位僅為61. 86%,TFe 回收率僅為40.03%。 表明礦樣中菱鐵礦含量增加至7. 21%時(shí),浮選環(huán)境已被嚴(yán)重惡化,通過增加AG-2 用量無法保證精礦品位。

由圖4(f)可知,入浮礦樣TFe 品位45.89%、菱鐵礦含量提高至8.35%時(shí),浮選精礦TFe 品位僅為56.26%,尾礦TFe 品位高達(dá)42.25%,精礦TFe 回收率僅31.87%。 表明浮選環(huán)境進(jìn)一步惡化,甚至出現(xiàn)了精尾不分的現(xiàn)象。

反浮選試驗(yàn)表明,菱鐵礦含量對(duì)浮選指標(biāo)有著重要的影響。 隨著菱鐵礦含量的增加,精礦TFe 品位和回收率均下降。 當(dāng)?shù)V石中菱鐵礦含量低于5. 41%時(shí),對(duì)浮選過程的影響不大,通過適當(dāng)增加AG-2 用量可以獲得較為理想的浮選指標(biāo)。 當(dāng)菱鐵礦含量在5.41%～6.05%時(shí),浮選環(huán)境已被嚴(yán)重惡化,浮選回收率大幅度降低,但通過增加AG-2 用量也能獲得合格品位的鐵精礦。 當(dāng)菱鐵礦含量高于6. 05%時(shí),通過增加AG-2 用量已無法獲得合格品位鐵精礦,出現(xiàn)精尾不分的現(xiàn)象。

2.3 激光粒度測(cè)量結(jié)果

菱鐵礦屬于中等可浮性礦物,既難被抑制,又不易被浮。 在磨礦過程中極易泥化,產(chǎn)生大量難選微細(xì)粒礦泥(粒度小于10 μm)。 這些細(xì)泥極易罩蓋在目標(biāo)鐵礦物和脈石礦物表面,使二者可浮性差異變小,影響鐵礦物和脈石礦物的選擇性分離。 為了進(jìn)一步說明菱鐵礦影響浮選指標(biāo)的作用機(jī)理,采用Partica LA-950(HORIBA,日本)激光粒度儀測(cè)量了表4 各產(chǎn)品中菱鎂礦的粒級(jí)分布率及累計(jì)分布率,結(jié)果如圖5、圖6 所示。

圖5 不同混磁精礦的菱鐵礦粒度分布曲線Fig.5 Particle size distribution curves of particle with different siderite contents

圖6 不同混磁精礦的菱鐵礦累計(jì)粒度分布曲線Fig.6 Cumulative size distribution of particles with different siderite contents

從圖5 可以看出,隨著菱鐵礦含量的增加,混磁精礦微細(xì)粒級(jí)(-38 μm)和粗粒級(jí)(+74 μm)的分布率均逐漸增大,細(xì)粒級(jí)(38 ～74 μm)分布率逐漸減少。 微細(xì)粒估計(jì)以罩蓋方式存在,粗粒則以連生體的形式存在。

從圖6 可以看出,菱鐵礦含量增加微細(xì)粒級(jí)含量顯著增加,大大增大了菱鐵礦礦泥對(duì)目標(biāo)鐵礦物與脈石礦物表面的罩蓋,使得大顆粒間疏水性差異變小,影響礦物間的選擇性分離。

2.4 微細(xì)粒礦物對(duì)浮選的影響模型

激光粒度測(cè)量結(jié)果表明,磨至相同粒度下,隨著菱鐵礦含量的增加,微細(xì)粒含量顯著增加,甚至產(chǎn)生-10 μm 的礦泥。 微細(xì)粒礦物的增加,使得浮選環(huán)境惡化,浮選效果逐漸變差。 微細(xì)粒礦物對(duì)浮選的影響模型如圖7 所示。

圖7 微細(xì)粒礦物對(duì)浮選的影響模型Fig.7 Model of the influence of fine-grained minerals on flotation

從圖7 可以看出,在機(jī)械攪拌作用下,微細(xì)粒菱鐵礦容易吸附在大顆粒礦物表面。 吸附在石英表面的微細(xì)粒菱鐵礦,可以吸附淀粉,增加其表面親水性,同時(shí)又阻礙捕收劑在其表面的吸附,疏水性變差,導(dǎo)致這部分礦物很難被氣泡攜帶,使得精礦品位降低。吸附在鐵礦物表面的微細(xì)粒菱鐵礦,阻礙了淀粉在其表面的吸附,使得疏水性較強(qiáng),容易與氣泡吸附而進(jìn)入尾礦,導(dǎo)致尾礦品位偏高,精礦全鐵回收率降低。

3 結(jié) 論

(1)眼前山和齊大山混合礦石在磨礦細(xì)度為-74 μm 占90%的條件下,當(dāng)混磁精礦菱鐵礦含量低于5.41%時(shí),對(duì)浮選過程的影響不大;當(dāng)菱鐵礦含量在5.41%～6.05%時(shí),浮選環(huán)境已被菱鐵礦嚴(yán)重惡化;當(dāng)菱鐵礦含量高于6.05%時(shí),出現(xiàn)精尾不分的現(xiàn)象,難以通過浮選工藝進(jìn)行選別。

(2)混磁精礦微細(xì)粒級(jí)(-38 μm)和粗粒級(jí)(+74 μm)粒級(jí)產(chǎn)率隨菱鐵礦含量的增加而逐漸增大;而中間細(xì)粒級(jí)(38 ～74 μm)產(chǎn)率逐漸減少。 這與菱鐵礦在磨礦過程中易泥化有關(guān)。

(3)微細(xì)粒菱鐵礦物容易吸附在大顆粒礦物表面,影響浮選藥劑在表面吸附,使得脈石礦物與鐵礦物的疏水性差異變小,進(jìn)而影響浮選效果。