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微细磁铁矿选矿尾矿中回收赤铁矿的工艺研究 ① 陈志友, 冯其明, 石 晴 (中南大学 资源加工与生物工程学院,湖南 长沙 410083) 摘 要 采用高梯度磁选和离心机重选回收磁铁矿选矿尾矿中的赤铁矿。 结果表明,当磁场强度为 800 kA/ m、磁介质为 Φ2 mm 棒 介质、脉动冲次为 200 r/ min 时,一次磁选精矿品位为 31.2%,精矿回收率为 84.44%;将一次磁选精矿细磨至-0.045 mm 粒级占 90%,采用高梯度磁选⁃离心机重选工艺,当离心机转鼓转速为 400 r/ min、补加水量为 2 000 L/ min 时,最终铁精矿品位为 60.07%,回 收率为 43.89%。 关键词 磁铁矿选矿尾矿; 磁选; 重选; 铁精矿; 磁铁矿; 赤铁矿 中图分类号 TD982文献标识码 Adoi10.3969/ j.issn.0253-6099.2016.05.016 文章编号 0253-6099(2016)05-0060-04 Reclaiming Hematite from Magnetic Separation Tailings of Fine Magnetite Ore CHEN Zhi⁃you, FENG Qi⁃ming, SHI Qing (School of Resources Processing and Bioengineering, Central South University, Changsha 410083, Hunan, China) Abstract High gradient magnetic separation (HGMS) and centrifuge gravity separation (CGS) were introduced to recover hematite from magnetite tailings. The results show that, using rod⁃shaped magnetic media of 2 mm in diameter, a primary magnetic separation concentrate with iron grade and recovery respectively as 31.2% and 84.44% was obtained under a magnetic field strength of 800 kA/ m and a pulsating frequency of 200 r/ min. Then, the rough concentrate was reground to a fineness of -0.045 mm 90% and treated with HGMS⁃CGS with rotational speed for centrifugal drum at 400 r/ min and replenishing water quantity at 2 000 L/ min, resulting in a final iron concentrate with 60.07% Fe grade at 43.89% recovery. Key words tailings from magnetite processing; magnetic separation; gravity separation; iron concentrate; magnetite; hematite 祁东矿石是典型的低品位磁⁃赤铁矿混合型铁 矿[1-3],矿石储量 2.59 亿吨,平均品位(TFe) 28.73%, 矿石嵌布粒度细、性质复杂,是国内具有代表性的难选 铁矿石。 目前,祁东铁矿区投入生产的选矿工艺一是 阶段磨矿⁃絮凝脱泥⁃阴(阳)离子反浮选流程[4],原矿 含铁 30.70%,取得了铁精矿含铁 63.02%、铁回收率 65.83%的生产指标。 絮凝脱泥矿浆 pH 值约为 12,造 成药剂用量大、选矿成本高、尾矿中微细颗粒难以沉 降、回水含泥高影响选矿指标等问题。 二是单一磁铁 矿选矿工艺,磁铁矿选矿尾矿品位(TFe)20% ~22%, 赤铁矿随尾矿一起排放到尾矿库中,造成资源的浪费。 因此,回收尾矿中的赤铁矿,又避免絮凝脱泥工艺的研 究势在必行。 1 原料性质 试验原料的化学成分分析结果见表 1,主要矿物 含量见表 2,粒度分布特征见表 3。 由表 1~3 可知,铁 矿物主要为赤铁矿,脉石矿物主要为石英和长石,其次 是绿泥石和绢云母,绿泥石由于晶格取代还原铁,为弱 表 1 原料化学成分分析结果(质量分数) / % TFeZnCuSrZrRbCrSiTi 20.940.0060.0070.00710.00740.0030.01128.40.17 AlCaMgMnBaNaKPS 4.521.731.80.080.10.231.350.670.72 ①收稿日期 2016-01-27 作者简介 陈志友(1977-),男,新疆昌吉人,博士研究生,主要研究方向为微细粒复杂矿物分离技术及理论。 通讯作者 冯其明(1962-),男,湖北天门人,教授,博士,博士研究生导师,主要研究方向为硫化矿浮选电化学、复杂细粒矿分选新技术等。 第 36 卷第 5 期 2016 年 10 月 矿矿 冶冶 工工 程程 MINING AND METALLURGICAL ENGINEERING Vol.36 №5 October 2016 万方数据 表 2 原料中主要矿物含量(质量分数) / % 磁铁 矿 赤铁 矿 菱铁 矿 硫化 物 石英 长石 阳起石 透闪石 绿泥石 绢云母 方解石 白云石 磷灰 石 其它 0.612.20.461.72 46.875.6220.65.484.741.71 表 3 原料粒度分布特征 粒级/ mmTFe 品位/ %分布率/ %累计分布率/ % -0.105+0.07420.1 24.524.5 -0.074+0.03722.7 22.647.1 -0.037+0.02622.9 15.862.9 -0.026 19.637.1100.0 合计20.9100.0 磁性矿物,通过磁选难以脱除。 尾矿粒度为-0.105 mm, -0.074+0.026 mm 粒级中铁略有富集。 2 试验设备与方法 2.1 试验设备 Slon-100 周期式高梯度强磁机,Slon 间歇式离心 选矿机(Φ400 mm)。 2.2 试验方法 磁选试验称取相同质量的矿样,按设定磨矿浓度 采用 Slon-100 高梯度强磁机磁选,产品分选磁性、非 磁性产物。 离心机重选实验称取相同质量的矿样,按设定磨 矿浓度和矿浆流量采用 Slon 离心机重选,产品分选离 心机精矿和尾矿。 选矿产物经沉降、过滤、干燥后,取 样分析其中 Fe 品位。 3 试验结果及分析 3.1 磁选试验 3.1.1 磁场强度对弱磁尾矿选矿指标的影响 磁介质直径为 2 mm,脉动冲次为 200 r/ min,给矿 浓度约 5%,考查了磁场强度对尾矿选矿指标的影响, 结果见图 1。 *8,kA m-1 50 40 30 20 10 100 90 80 70 60 50 40 480560640720800 Fe8 Fe/;5 图 1 磁场场强对弱磁尾矿选矿指标的影响 由图 1 可知,当磁场强度由 560 kA/ m 提高至 800 kA/ m,磁选精矿产率由 36.8%提高至 56.5%,铁回收 率由 59.31%提高至 84.44%,而精矿品位则由 33.8% 下降至 31.2%,为保证较高的资源回收率,选择磁场强 度为 800 kA/ m。 3.1.2 脉动冲次对弱磁尾矿选矿效果的影响 强磁选的脉动冲次和脉动冲程的作用是充分松散 矿浆颗粒群,防止脉石颗粒在磁性产品中的物理性和机 械性夹杂,从而提高磁性产品的铁品位[5]。 磁场强度为 800 kA/ m,磁介质为Φ2 mm 棒介质,给矿浓度约为5%, 考查脉动冲次对综合尾矿选矿指标的影响,结果见图2。 5,**r min-1 50 45 40 35 30 25 20 100 90 80 70 60 50 40 180190200210220 Fe8 Fe/;5 图 2 脉动冲次对弱磁尾矿选矿指标的影响 由图 2 可知,随着脉动冲次由 180 r/ min 提高至 220 r/ min 时,强磁精矿产率由 57.35%下降至 50.6%, 精矿品位由 30.95%只提高到 31.8%,回收率下降近 8%。 选择脉动冲次为 200 r/ min。 3.1.3 磁选介质直径对弱磁尾矿选矿效果的影响 磁选介质直径的变化影响着磁场的梯度变化率和 磁介质的充填率。 磁介质直径越小,磁场梯度的变化 率越大,充填率也越高,因此磁性颗粒在磁场中所受的 磁力也越大。 磁场强度为 800 kA/ m,脉动冲次为 200 r/ min,给矿浓度约为 5%,考查磁介质直径对综合尾矿 选矿指标的影响,结果见图 3。 *1DD2mm 50 45 40 35 30 25 20 100 90 80 70 60 50 40 1.52.02.53.0 Fe8 Fe/;5 图 3 磁介质直径对弱磁尾矿选矿指标的影响 由图3 可知,随着介质直径由1.5 mm 提高至3.0 mm 时,强磁精矿产率由 58.12%下降至 46.7%,精矿品位只 16第 5 期陈志友等 微细磁铁矿选矿尾矿中回收赤铁矿的工艺研究 万方数据 提高了 1.2 个百分点,而回收率则下降了 14 个百分点。 高梯度磁选机实际生产表明,磁介质过细会提高磁介质 的充填率[6],会大幅缩短磁介质的使用寿命,同时磁介 质的充填率过高,精矿卸矿率会降低,最终使磁介质堵 塞,严重影响选矿指标。 因此,磁介质直径选择 2 mm。 3.2 磁选精矿细磨再选试验 由于磁选精矿赤铁矿与脉石矿物未解离,磁选精 矿品位为 31.5%,需要对磁选精矿细磨从而使铁矿物 与脉石矿物单体解离。 由于矿物颗粒为微细粒级,选 择磁场强度为 800 kA/ m,磁介质为 Φ2 mm 棒介质,给 矿浓度约为 5%,脉动冲次为 200 r/ min,细磨细度对磁 选精矿再选效果的影响见图 4。 -0.045 mm40/4 50 45 40 35 30 25 20 100 90 80 70 60 50 40 7580859095100 Fe8 Fe/;5 图 4 磨矿细度对磁选精矿再选的影响 由图 4 可知,随着磨矿细度增加,再选精矿品位由 42.07%提高至 44.65%,而回收率由 77.94%下降至 73.35%。 当-0.045 mm 粒级含量超过 90%时,回收率 下降幅度增大。 微细赤铁矿受到的磁吸引力难以有效 克服流体阻力等竞争力作用,而影响选矿效果。 高梯 度磁分离法的特点是处理量大、富集能力强,但难以直 接生产高品位的铁精粉[7]。 同时矿样中含有的连生 体和含铁的绿泥石是影响磁选精矿品位的原因,因此 需要采用其他选矿方法以提高铁精矿品位。 3.3 离心机重选实验 SLon 间歇式离心机分离物料基于薄流膜分离原 理[8],即物料分离发生在一个几毫米厚的斜面流动薄 流膜内。 物料进入高速旋转的转筒底部,均匀地分散 到转鼓内壁表面形成旋转薄流膜,在离心力作用下,大 密度颗粒沉降在转鼓内壁表面,小密度颗粒处于流膜 的上层,随旋转流膜流出转筒,实现了矿物间的分离。 离心机主要变化参数为给料体积、给料浓度、转鼓转 速、半锥角和补加水量等,重点研究转鼓转速和补加水 量的影响。 3.3.1 离心机转鼓转速对选矿效果的影响 补加水为 2 000 mL/ min,离心机转鼓转速对选矿 效果的影响见图 5。 由图 5 可知,随着转速提高,精矿 品位由 61.7%下降至 57.6%,回收率由 56.5%升高至 70%。 转鼓转速决定了离心力场强弱和流膜内颗粒受 离心力大小,是颗粒离心沉降的基本作用力。 转速越 高,颗粒所受离心力越大,沉降速度也越大,因此回收 率越高;转鼓转速降低,流膜内颗粒受离心力变小,离 心机主要富集质量好的铁物质,因而精矿品位高。 30D.D;r min-1 65 60 55 50 45 40 35 30 100 90 80 70 60 50 40 350375400425450 Fe8 Fe/;5 图 5 离心机转鼓转速对选矿效果的影响 3.3.2 离心机补加水对选矿效果的影响 离心机补加水可以调整矿浆浓度,更重要的是改 变离心机的水流往复速度的大小。 水流往复速度影响 富集层在转鼓内表面上的厚度分布和薄流膜轴向流 动,对分离效果具有重要影响。 离心机转鼓转速为 400 r/ min,补加水量对选矿效果的影响见图 6。 0;4L min-1 65 60 55 50 45 40 35 30 100 90 80 70 60 50 40 0100020003000 Fe8 Fe/;5 图 6 离心机补加水量对选矿效果的影响 由图 6 可知,随着离心机补加水量增加,精矿品位 由56.6%升高至61.8%,回收率则由 72.1%下降至 59.8%, 当补加水量由 2 000 L/ min 增加至 3 000 L/ min 时,回 收率下降幅度更大。 补加水量增加,降低了矿浆浓度 和黏度,同时增加了水流往复速度,使得小密度的脉石 颗粒和连生体颗粒随流束排出转鼓,但同时粒度较小 的铁矿物也会随之排出转鼓,因此回收率大幅下降。 3.4 试验数质量流程 在条件试验基础上进行了流程试验,其数质量流 程见图7。 由图7 可知,磁铁矿尾矿品位为20.88%,采 26矿 冶 工 程第 36 卷 万方数据 用“强磁粗选⁃粗精矿再磨⁃强磁精选⁃离心机重选”的 工艺流程,最终获得铁精矿产率 15.1%、品位 60.07%、 回收率 43.89%。 100.00;20.88 100.00 - /;5 3 56.50;31.20 84.44 43.5;7.47 15.56 -3 63 图 7 磁铁矿尾矿回收赤铁矿数质量流程 4 结 语 1) 矿样铁矿物主要为赤铁矿,脉石矿物主要为石 英和长石,其次是绿泥石和绢云母,绿泥石是影响磁选 精矿品位提高的因素之一。 2) 高梯度磁选机的主要作用是抛除大量的脉石 矿物,使铁矿物得到富集。 由于绿泥石和连生体的存 在,采用单一磁选不能获得合格的铁精矿。 3) 采用“强磁粗选⁃粗精矿再磨⁃强磁精选⁃离心机 重选”工艺流程,最终获得铁精矿产率 15.1%、品位 60.07%、回收率 43.89%。 参考文献 [1] 罗小亚,邓延林. 湖南省铁矿成矿区带划分方案[J]. 华南地质与 矿产, 2010(2)1-7. 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(上接第 59 页) 由表 5 可以看出,矿石中钛磁铁矿具不均匀细粒 ~微细粒嵌布特征。 单纯从嵌布粒度来看,欲使 90% 以上的钛磁铁矿获得解离,处理区内矿石时以选择 -0.037 mm 粒级约占 95%的磨矿细度。 由于矿石中钛 磁铁矿蚀变程度较高,与交生矿物之间嵌布关系较为 复杂,预计选矿过程中在该细度条件下仍很难获得较 高品位的铁精矿。 4.2 影响选矿指标的主要因素分析 1) 矿石中钛磁铁矿含量较低、分散程度高,加之 部分粒度过于微细,因此需要通过较充分的细磨才有 可能使钛磁铁矿得到有效富集回收。 2) 与绿泥石和榍石等交生的钛磁铁矿因粒度普 遍较为细小,即使采用细磨工艺大部分仍将随钛磁铁 矿进入弱磁选铁精矿中,这可能是导致弱磁选铁精矿 中铁品位偏低、SiO2和 TiO2含量偏高的主要原因之一。 3) 矿石中以类质同像存在于钛磁铁矿中的 TiO2 含量高达 5.60%,以该种形式产出的 TiO2采用机械选 矿方法很难获得有效解离,这可能是造成铁精矿中 TiO2含量偏高的另一原因。 4) 内部含有由固熔体分离作用形成的-0.01 mm 粒级钛铁矿片晶,由于粒度过于细小,磨矿过程中很难 形成单体,因此它们都将不可避免地随同钛磁铁矿一 起进入铁精矿,而导致铁精矿中 TiO2含量偏高。 5) 钛磁铁矿的假象赤铁矿化对弱磁选铁精矿品 位并不产生影响,但不交代完全的假象赤铁矿因磁性 较强,经磨矿后含钛磁铁矿残余的假象赤铁矿大多将 随同钛磁铁矿一起进入弱磁选铁精矿中,而可能造成 弱磁铁精矿实际回收率较理论值偏高。 5 结 语 矿石中钛磁铁矿多呈稀疏~星散浸染状的形式嵌 布于脉石中,部分与钛铁矿毗连镶嵌。 由于矿石中钛 磁铁矿次生变化极为强烈,大部分形态已不甚规则,与 蚀变矿物的交生关系极为复杂,因此需采用细磨工艺 在弱磁选条件下才可能获得较合格的弱磁精矿。 但矿 石中弱磁性铁矿物赤铁矿和褐铁矿因含量极低,分布 较为零星,与以绿泥石为主的含铁硅酸盐矿物的嵌布 关系较为复杂,因此对弱磁尾矿采用强磁选工艺获得 理想强磁精矿的难度非常大。 参考文献 [1] 姚琣慧. 中国铁矿志[M]. 北京冶金工业出版社, 1993. [2] 周乐光. 工艺矿物学[M]. 北京冶金工业出版社, 2002. 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