梅山混合铁矿石磁选梯级回收工艺优化与实践.pdf

梅山混合铁矿石磁选梯级回收工艺优化与实践 ① 张祖刚1， 曾霄祥2 （1.南京梅山冶金发展有限公司矿业分公司，江苏 南京 210041； 2.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司，安徽 马鞍山 243000） 摘 要 针对梅山铁矿原磁选回收工艺流程存在的问题，研究了水平磁场和垂直磁场脉动高梯度强磁机对磁性矿物的吸附作用 力，分析了 2 种磁场脉动高梯度强磁机的优缺点和适用范围，结合梅山混合矿矿石性质差异，优化了磁选高效梯级回收工艺。 新工 艺实施后，弱磁-强磁回收系统尾矿品位下降了 1.28 个百分点，精矿产率上升了 1.47 个百分点，金属回收率提高了 1.68 个百分点， 减少了选矿湿尾排放量，降低了尾矿输送成本，缓解了尾矿库堆积压力。 关键词 磁选； 混合铁矿石； 磁场强度； 脉动高梯度磁选； 梯级回收； 弱磁选； 强磁选 中图分类号 TD924文献标识码 Adoi10.3969／ j.issn.0253-6099.2018.05.018 文章编号 0253-6099（2018）05-0068-04 Optimization and Practice of Stepwise Recovery Technique by Magnetic Separation for the Mixed Iron Ore from Meishan Mine ZHANG Zu-gang1， ZENG Xiao-xiang2 （1.Mining Branch of Nanjing Meishan Metallurgical Development Co Ltd， Nanjing 210041， Jiangsu， China； 2.Sinosteel Ma′anshan Institute of Mining Research Co Ltd， Ma′anshan 243000， Anhui， China） Abstract In view of the existing problems in magnetic separation process of Meishan Iron Mine， the adsorption force of pulsating high gradient magnetic separators （ HGMS） with horizontal magnetic field and vertical magnetic field， respectively， on magnetic minerals was investigated. The advantages and disadvantages of these two kinds of HGMSs and their application scopes were analyzed. In consideration of difference in the properties of Meishan mixed ore， the stepwise recovery technique by magnetic separation process was optimized. With this new technique， iron grade in the tailings from low and high intensity magnetic recovery system was decreased by 1.28 percentage point， the concentrate yield was increased by 1.47 percentage point， and metal recovery increased by 1.68 percentage point. As the discharge of wet tailings was decreased， the transportation cost of tailings can be reduced， which thus can relieve the pressure on storage capacity of tailings dam. Key words magnetic separation； mixed iron ore； magnetic field strength； pulsating high gradient magnetic separation； stepwise recovery； low intensity magnetic separation； high intensity magnetic separation 梅山铁矿为陆相火山-侵入型铁矿床，赋存于辉石 闪长玢岩和安山岩浸入接触带中，矿床矿物组成复杂， 含有硫、磷等钢铁冶炼的有害杂质。 随着逐年向深部 开采，磁性矿含量下降，赤（褐）铁矿、菱铁矿比例上 升，多种矿物并存且嵌布粒度不均，微细粒级弱磁性矿 物流失严重，湿尾量大导致尾矿堆存压力大。 针对梅 山混合铁矿矿石性质差异，对不同比磁化系数的铁矿 物进行高效梯级回收，提高金属回收率，是企业增加经 济效益的关键［1］。 1 梅山混合铁矿矿石性质 梅山铁矿弱磁给矿为磨矿二次溢流经浮选脱硫后 的槽底产品，粒度分析-0.074 mm 粒级含量在 65％左 右。 弱磁给矿中铁矿物主要为磁铁矿、假象半假象赤 铁矿、赤铁矿和菱铁矿，含有少量的黄铁矿、褐铁矿和 硅酸铁。 脉石矿物主要有石榴石、磷灰石、白云石、石 英等。 弱磁给矿化学多元素分析结果见表 1，铁物相 分析结果见表 2，不同矿物比磁化率见表 3。 表 1 弱磁给矿化学多元素分析结果（质量分数） ／ ％ TFeSiO2Al2O3MgOCaOSP 46.9112.281.912.346.260.4630.229 由表 1 可知，弱磁给矿铁品位不高，杂质主要有 ①收稿日期 2018-04-10 作者简介 张祖刚（1970-），男，四川绵阳人，高级工程师，硕士，主要从事矿物加工生产技术管理和资源综合利用研究工作。 第 38 卷第 5 期 2018 年 10 月 矿矿 冶冶 工工 程程 MINING AND METALLURGICAL ENGINEERING Vol.38 №5 October 2018 万方数据 SiO2、CaO 和 MgO，S、P 品位较高。 给矿中杂质主要是 SiO2，含量达到 12.28％，另外炼铁有害杂质 P 含量为 0.229％，超过铁精矿产品要求，P 和 Si 是需要去除的 杂质元素。 表 2 弱磁给矿铁物相分析结果 矿物名称铁含量／ ％分布率／ ％ 磁铁矿中铁28.0959.88 赤铁矿中铁10.8223.07 菱铁矿中铁7.2515.46 硅酸铁中铁0.440.94 黄铁矿中铁0.310.66 合计46.91100.00 由表 2 可知，弱磁给矿中铁集中在磁铁矿、赤铁矿 和菱铁矿中，占比 98.41％，其中磁铁矿选别回收容易， 菱铁矿中因含有铁白云石，品位 40％左右，赤铁矿和 菱铁矿由于磁性很弱且比磁化系数相近，二者紧密共 生，实现赤铁矿和菱铁矿分离回收有一定难度。 表 3 不同矿物比磁化率／ （10 -7 m3kg -1 ） 磁铁矿假象赤铁矿赤铁矿菱铁矿黄铁矿 11 5606012.712.30.942 石榴石磷灰石长石白云石石英 7.90.50.6280.251.12 由表 3 可知，强磁性矿物、弱磁性矿物比磁化率差 别较大，不同弱磁性矿物间比磁化率差别很小，特别是 弱磁性矿物与脉石矿物石榴石的比磁化率相近，给高 精度分离回收造成较大难度［2］。 2 原磁选回收工艺流程及存在的问题 2.1 原磁选回收工艺流程 梅山混合铁矿石原磁选回收工艺流程为弱磁选 别-中矿浓缩-圆筒隔渣-垂直磁场脉动高梯度强磁粗 选、扫选。 其中弱磁选主要选别强磁性矿物；中矿浓缩 主要是对弱磁选尾矿进行浓缩，为强磁选提供浓度合适 的强磁给矿；隔渣主要是去除强磁选给矿中的粗颗粒矿 石和杂物，防止堵塞强磁选机介质盒；强磁选主要是选 别弱磁性矿物。 最终弱磁精矿和强磁精矿混合得到品 位为 57％的质量合格的铁精矿。 弱磁选采用一粗一扫， 共配置 8 个系列 16 台 CTSΦ1 050 mm 2 400 mm 筒 式磁选机；强磁选采用一粗一扫，共配置 8 个系列 8 台 圆筒隔渣筛，强磁粗选和强磁扫选各 8 台 Φ1 500 mm 立环脉动高梯度垂直磁场强磁选机。 原磁选回收工艺 流程见图 1。 浮硫后弱磁给矿 CTSΦ10502400 筒式磁选机粗选 圆筒筛 隔渣 SLon-1500 立环强磁粗选 SLon-1500 立环强磁扫选 综合精矿 强磁精矿 弱磁精矿 磁选尾矿 CTSΦ10502400 筒式磁选机扫选 Φ50 m 大井浓缩 图 1 原梅山铁矿磁选回收工艺流程 2.2 原磁选回收工艺流程存在的问题 2.2.1 弱磁选 Φ1 050 mm 2 400 mm 弱磁选机采用槽体底部闸 阀调节液面的结构形式，在尾矿排放过程中矿浆产生 向下的流体力，部分强磁性矿物尚未吸附即被带入尾 矿中，造成尾矿中磁铁矿含量高；现场工人调整尾矿阀 不方便，导致磁选机液位不稳定，降低了选别精度。 该 弱磁选机台时处理量小，需安装设备台套多，生产操作 中矿浆分配不均匀，槽体经常漫矿，产品指标波动大， 导致弱磁精矿中脉石夹杂，精矿品位不高。 梅山磨矿 产品粒度较粗，-0.074 mm 粒级含量 65％左右，该弱磁 选机筒径偏小、分选带短，磁场梯度和磁场深度不足， 对粒度较粗的强磁性矿物连生体回收效果不好［3］。 2.2.2 强磁隔渣 强磁给矿隔渣采用 8 台 Φ1 420 1 500 圆筒筛与 8 个选别系列一对一对应隔渣。 该圆筒筛操作简便但 处理量小，而强磁选机选别最大粒度为 2 mm，现场圆 筒筛筛网尺寸为 2 mm，造成强磁选机给矿中存在部分 较大颗粒，粗颗粒物质卡在磁介质缝隙内很难卸落，容 易堵塞介质盒，影响介质盒有效选别空间。 现场试验 表明，圆筒筛筛网尺寸减小后，圆筒筛处理量减小，筛 内物料较大，造成圆筒筛压死。 2.2.3 强磁选 由于 Φ1 500 mm 立环脉动高梯度垂直磁场强磁 选机背景场强高，强磁粗选给矿中的强磁性矿物连生 体在强磁场作用下，磁化后卸矿很困难，容易使介质盒 发生堵塞，影响强磁粗选选别效果。 3 两种磁场脉动高梯度强磁选机对比研究 目前，国际上选别回收弱磁性矿物的主要分选设 96第 5 期张祖刚等 梅山混合铁矿石磁选梯级回收工艺优化与实践 万方数据 备为高梯度脉动强磁选机，按磁场方向不同，高梯度强 磁选机分为水平磁系高梯度强磁选机和垂直磁系高梯 度强磁选机，其中垂直磁系高梯度强磁选机设备应用 比较成熟。 3.1 垂直磁场对磁性矿物的吸附作用力 高梯度磁选是利用圆柱形磁介质（丝状、齿板磁 介质）在磁场中产生磁力线聚焦的现象而形成高梯度 磁场。 在垂直磁场中，圆柱形磁介质的上下表面附近 因磁力线聚焦而成为磁力线密集区，其磁场强度和磁 场梯度最高，弱磁性矿物在棒介质上下表面受到磁场 引力；在棒介质左右表面附近为磁力线稀疏区，磁场梯 度为负值且磁场强度较低，弱磁性矿物在左右区域受 到磁场斥力。 垂直磁场磁系磁路结构设计合理，具有 漏磁系数小、背景场强高、电耗低的优点，采用垂直磁 场的脉动高梯度磁选机在电磁性能方面优于水平磁场 的磁选机。 在垂直磁场中，磁介质捕收弱磁性矿物的 表面区域是矿浆流体竞争力最小的地方，有利于捕收 微细粒的弱磁性矿物，对弱磁性矿物具有回收优势，非 常适于弱磁性矿物的扫选。 垂直磁场磁介质吸附及卸 矿示意见图 2。 矿浆运动方向 磁性颗粒连生体脉石颗粒 磁力线方向 冲洗水运动方向 吸附时卸矿时 图 2 垂直磁场磁介质吸附及卸矿示意 3.2 水平磁场对磁性矿物的吸附作用力 在水平磁场中，磁力线聚焦的密集区在棒介质左 右两侧，方向与垂直磁场相差 90。 弱磁性矿物在磁 场作用下吸附在棒介质两侧，卸矿水气产生的流体力 方向与介质表面颗粒群聚集的侧面相切。 由于水平磁 系磁路较长，激磁线圈外围被铁轭包裹的比例较小，因 此水平磁场具有漏磁系数较大、场强较低、电耗较高的 缺点，不易于产生高的背景场强。 水平磁场磁介质捕 收弱磁性矿物的表面区域是矿浆流体竞争力最大的地 方，易于受到矿浆的冲刷，脉石夹杂少，聚集的颗粒群 更容易卸落，金属回收率低但有利于提高精矿品位，相 对比较适于夹杂有强磁性矿物的粗选。 水平磁场磁介 质吸附及卸矿示意见图 3。 矿浆往复运动方向 磁性颗粒连生体 吸附时卸矿时 脉石颗粒 磁力线方向 图 3 水平磁场磁介质吸附及卸矿示意 3.3 两种磁场高梯度强磁选机对比试验 研究对象为垂直磁场 SLon-1500 脉动高梯度强磁 选机和水平磁场的 MS-1750 脉动高梯度强磁选机，在 现场给矿条件相同的情况，分别选定强磁选机激磁电 流为 400 A 和 700 A 进行试验，对梅山铁矿的细颗粒 弱磁性矿物进行平行工业试验，结果见表 4。 表 4 水平磁场和垂直磁场脉动高梯度强磁选对比试验结果 电流 ／ A 磁 系 样品 名称 产率 ／ ％ 品位／ ％ TFeSP 回收率 ／ ％ 400 粗选精矿22.1549.720.6760.2740.50 水平粗选尾矿77.8527.190.8950.9359.50 强磁给矿100.0032.180.7880.67100.00 粗选精矿31.2147.960.7680.2958.26 垂直粗选尾矿68.7925.690.8431.0241.74 强磁给矿100.0032.640.7740.69100.00 700 粗选精矿38.0743.980.7370.39165.22 水平粗选尾矿61.9325.671.061.1634.78 强磁给矿100.0032.640.8970.693100.00 粗选精矿49.9241.490.7760.47588.66 垂直粗选尾矿50.0823.361.071.31211.34 强磁给矿100.0032.410.8270.723100.00 由表 4 可知，当激磁电流设置为 400 A 时，水平磁 系强磁选机选别虽然回收率偏低，但可以获得较高的 精矿品位，比垂直磁系强磁选机高 1.76 个百分点，适 合中低场强情况下的选别，即适用于强磁粗选。 当激 磁电流设置为 700 A 时，水平磁场强磁选机尾矿品位 仍高达 25.67％，金属回收率明显低于垂直磁场强磁选 机。 当激磁电流设置高于 700 A 时，水平磁场强磁选 机线圈温度升高，背景场强无法稳定，垂直磁系高梯度 强磁选机在高激磁电流情况下的选别优势更为明显， 特别适用于强磁扫选。 因此，结合梅山混合铁矿矿石 性质，粗选采用水平磁系高梯度强磁选机、扫选采用垂 直磁系高梯度强磁选机的组合选别工艺，有利于梯级 高效回收梅山铁矿弱磁性矿物，对提高金属回收率有 着重要意义。 07矿 冶 工 程第 38 卷 万方数据 4 梅山混合铁矿石回收系统工业化改造 梅山铁矿石为混合矿，在满足客户要求铁精矿品 位大于 57％的前提下，为提高不同比磁化率铁矿物的 金属回收率，选矿工艺设计原则为弱磁选需提高选别 精度，尽可能多地回收比磁化率高的磁铁矿和假象赤 铁矿，并获得较高的弱磁精矿品位，为强磁选提高弱磁 性矿物回收率创造条件；强磁粗选回收比磁化率较高 的弱磁性矿物与强磁性矿物连生体，强磁扫选回收比 磁化率较低的赤铁矿、菱铁矿等弱磁性矿物，实现对不 同铁矿物的梯级高效回收。 4.1 现场磁选回收工艺改造方案 4.1.1 弱磁选系统改造 针对原弱磁选存在的弱磁精矿品位低、弱磁性矿 物回收率不高、弱磁尾矿中磁铁矿含量偏高等问题，选 用目前规格最大的顺流型 CTS1545 永磁筒式磁选机。 该机筒体直径 1 500 mm，长度 4 500 mm，干矿处理量 达 130～250 t／ h，矿浆量通过量达 380 m3／ h 以上，分选 带长且具有较高的磁场梯度和磁场深度。 保持弱磁一 粗一扫工艺流程，使用 4 个系列 8 台大型 CTS1545 磁 选机代替 8 个系列 16 台 CTS1024 永磁筒式磁选机。 4.1.2 隔渣、强磁工序改造 由于现场圆筒筛隔渣效果已经无法满足生产需 求，且一对一系列隔渣导致生产组织调控不便，因此隔 渣系统采用 7 台 FMVSk2020 复合振动筛进行集中隔 渣，筛下合格矿浆通过渣浆泵输送至强磁给矿分矿箱， 由分矿箱再将矿浆分配到不同选别系列。 强磁粗选作 业选择 8 台水平磁系 SSS-II-1750 立环脉动高梯度磁 选机，扫选作业采用 4 台垂直磁系 Slon-2500 立环脉动 高梯度强磁选机，2 台粗选强磁选机配对 1 台扫选强 磁选机。 4.2 改造实施效果 梅山铁矿磁选高效梯级回收系统研究和改造投产 运行后，选别指标明显改善，系统金属回收率逐年提 高。 强磁作业改造前后生产指标对比见表 5，梅山混 合铁矿弱磁-强磁回收系统改造前后生产指标对比见 表 6。 由表 5 可知，强磁作业改造后，系统各项指标改 善明显，强磁尾矿品位下降了 1.93 个百分点，强磁综 合精矿品位提高了 1.93 个百分点，精矿产率提高了 3.74 个百分点，金属回收率提高了 6.43 个百分点。 由 表 6 可知，随着梅山铁矿磁选高效梯级回收系统投入 运行后，弱磁-强磁回收系统尾矿品位下降了1.28 个百 分点，精矿产率上升了 1.47 个百分点，金属回收率提 高了1.68 个百分点。 另外，金属回收率的提高可减少 降磷系统尾矿排放量，降低尾矿输送成本，缓解尾矿库 堆积压力，节约尾矿堆积成本。 表 5 强磁作业改造前后生产指标对比 时间名称 产率 ／ ％ 品位／ ％回收率／ ％ TFeSPTFeSP 改 造 前 强磁粗选精矿18.3148.64 0.419 0.23227.9811.669.27 强磁扫选精矿28.7836.86 0.489 0.24333.3421.3915.27 强磁综合精矿47.0841.4461.32 尾矿52.9223.26 0.757 0.61338.6860.8870.82 强磁给矿100.0031.82 0.658 0.458 100.00 100.00 100.00 改 造 后 强磁粗选精矿22.1349.71 0.432 0.28933.8113.2414.12 强磁扫选精矿28.6938.48 0.584 0.32133.9423.2120.33 强磁综合精矿50.8243.3767.75 尾矿49.1821.33 0.82 0.59132.2555.8664.17 强磁给矿100.0032.53 0.722 0.453 100.00 100.00 100.00 表 6 弱磁-强磁回收系统改造前后生产指标对比 时间 产品 名称 产率 ／ ％ 品位／ ％ FeSP 金属回收率 ／ ％ 铁精矿72.5157.320.3400.23887.58 改造前强磁尾矿27.4921.450.8000.38412.42 弱磁给矿100.0047.460.4640.290100.00 铁精矿74.1257.270.2610.23889.05 改造后强磁尾矿25.8820.170.5060.40810.95 弱磁给矿100.0047.670.3240.282100.00 5 结 论 1） 在水平磁场中，磁系具有漏磁系数较大、场强 较低、电耗较高等缺点，不易于产生高的背景场强。 水 平磁场磁介质捕收弱磁性矿物的表面区域是矿浆流体 竞争力最大的地方，易于受到矿浆冲刷，聚集的颗粒群 易卸落，金属回收率偏低但有利于提高精矿品位，比较 适于夹杂有强磁性矿物的强磁粗选。 2） 在垂直磁场中，磁系结构具有漏磁系数小、背 景场强高、电耗低等优点，磁介质捕收弱磁性矿物的表 面区域是矿浆流体竞争力最小的地方，有利于捕收微 细粒的弱磁性矿物，对弱磁性矿物具有回收优势，非常 适于弱磁性矿物的强磁扫选。 3） 梅山铁矿磁选高效梯级回收工艺投入运行后， 弱磁-强磁回收系统尾矿品位下降了 1.28 个百分点， 精矿产率上升了 1.47 个百分点，金属回收率提高了 1.68 个百分点，可减少选矿湿尾排放量，降低尾矿输送 成本，缓解尾矿库堆积压力。 参考文献 ［1］ 牛福生，张晋霞，刘淑贤，等. 铁矿石选矿技术［M］. 北京冶金工 业出版社，2012. ［2］ 印万忠，丁亚卓. 铁矿选矿新技术与新设备［M］. 北京冶金工业 出版社，2008. ［3］ 张祖刚，刘安平，衣德强. 梅山铁矿弱磁工艺现状分析及改造实 践［J］. 现代矿业， 2016（11）93-94. 引用本文 张祖刚，曾霄祥. 梅山混合铁矿石磁选梯级回收工艺优化与 实践［J］. 矿冶工程， 2018，38（5）68-71. 17第 5 期张祖刚等 梅山混合铁矿石磁选梯级回收工艺优化与实践 万方数据