国内某低品位微细粒铁矿石选矿工艺研究.pdf

第3 4 卷 2 0 1 4 年0 8 月 矿冶工程 M I N I N GA N D 皿们r A L L U R G I C A LE N C ；I N E E R I N G V 0 1 ．3 4 A u g u s t2 0 1 4 国内某低品位微细粒铁矿石选矿工艺研究① 孙炳泉 中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司，安徽马鞍山2 4 3 0 0 0 摘要针对铁品位为2 3 ．5 ％左右、磁性铁品位为1 3 ．8 ％左右的国内某低品位微细粒铁矿石，为优化选择其合理高效的选矿工艺流 程，分别开展了实验室小型选矿试验及连续扩大试验。实验室小型选矿试验结果表明，该矿石在磨矿之前适于采用干式、湿式组合 磁选抛废工艺；采用阶段磨矿、弱磁选、磁选柱选别工艺，即使三段磨矿细度达到一0 ．0 3 0m m 粒级占9 5 ％时，也只能获得铁品位6 1 ％ 左右的铁精矿；采用两段阶段磨矿 一0 ．0 7 6r a l n 粒级占9 0 ％ ．弱磁选、磁选柱- 反浮选一中矿再磨 一0 ．0 3 8m m 粒级占9 0 ％ 再选工艺 可以获得铁品位6 4 ％以上的铁精矿，不仅放粗综合磨矿细度，而且三段磨矿量相对减少约4 0 ％。阶段磨矿、磁选一反浮选- 中矿再磨 再选联合工艺方案之两流程的扩大连续试验结果表明，中矿再磨后单独再选方案的选别指标明显优于中矿再磨磁选后返回前面反 浮选系统集中处理方案。 关键词低品位微细粒铁矿石；高效选矿工艺；弱磁选；磁选柱；反浮选 中图分类号T D 9 2文献标识码A d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．0 2 5 3 6 0 9 9 ．2 0 1 4 ．0 8 ．0 1 3 文章编号0 2 5 3 6 0 9 9 2 0 1 4 0 8 0 0 5 2 0 5 1 矿石性质 1 ．1 矿石成分 矿物组成、矿石主要化学成分及矿石铁物相分析 结果分别见表1 3 。 表1 矿石中的主要矿物及含量 质量分数 ／％ 从表1 可以看出，主要有用铁矿物为磁铁矿，其次 为假象赤铁矿和赤铁矿，褐铁矿分布较少。主要脉石 矿物为石英，其次为黑云母、碳酸盐和辉石。 表2 矿石主要化学成分分析结果 质量分数 ／％ 从表2 可以看出，矿石中有回收价值的元素是铁， 主要杂质成分为S i O 、A I 0 ，，有害元素s 含量不高，P 含量较低，而碱金属 K O N a 0 含量较高。 表3 矿石铁物相分析结果 从表3 可以看出，矿石中有用铁矿物主要为磁铁 矿，其次为赤褐铁矿，但磁性铁占有率较低，并且难以 回收利用的铁矿物硅酸铁及碳酸铁含量较高，因此，可 以预测采用弱磁选工艺选别的理论回收率为5 9 ．1 3 ％。 1 ．2 矿石主要工艺矿物学性质 1 ．2 ．1 矿石主要矿物工艺粒度分布 矿石中有用铁矿物结晶粒度微细，主要分布在 一O ．0 4m m 粒级中，其中磁铁矿 含假象赤铁矿 和赤、 褐铁矿分布率分别为6 3 ．2 9 ％和7 2 ．5 0 ％，而一1 0 扯m 粒 级分布率则要占到2 1 ．1 3 ％和2 9 ．1 6 ％。矿石中脉石矿 物嵌布粒度相对较粗，其中主要脉石石英在 0 ．0 7m m 粒级中的分布率占到5 8 ．4 0 ％，其它几种次要脉石矿物 ①收稿日期2 0 1 4 一0 7 一1 4 基金项目国家科技支撑课题 2 0 1 1 B A B 0 7 8 0 4 作者简介孙炳泉 1 9 6 3 - ，男，山东人，硕士，教授级高级工程师，副总工程师，主要研究方向为金属非金属矿加工技术及固废资源综合利 用技术。 万方数据 2 0 1 4 年0 8 月 孙炳泉国内某低品位微细粒铁矿石选矿工艺研究 辉石、黑云母和碳酸盐在 0 ．0 7m m 粒级中的分布率均 在6 0 ％以上。因此欲使铁矿物与脉石达到较好解离， 矿石必须细磨，并且适合于阶段磨选工艺。 1 ．2 ．2 矿石主要矿物嵌布特征 磁铁矿主要以条带状形式嵌于矿石中，但构成条 带的晶粒形态有所不同，一种是以柱状或脉状形式产 出，在矿石中作层状排列，与脉石矿物互层嵌布。另一 种则为半自形或它形粒状，颗粒彼此呈接触式连晶，粒 间被脉石充填共同组成条带。部分则为微细粒单晶浸 染状嵌于以脉石为主的条带中，这部分磁铁矿粒度在 1 0 斗m 左右，与脉石不易解离。 石英主要以集合体条带形式产出，条带与磁铁矿 条带或黑云母、碳酸盐等脉石矿物条带互层嵌布。在 石英条带中常浸染嵌布微细粒状或细脉状磁铁矿。有 时混有部分阳起石、辉石或粗粒铁矿物与石英共同组 成条带。部分细粒石英呈基质产出，嵌于斑状碳酸盐 矿物粒问。少量还与辉石、绿泥石、斜长石、角闪石等 矿物互嵌。 1 ．2 ．3 矿石主要矿物单体解离度 主要矿物单体解离度见表4 。表4 结果表明，当 矿石细磨至- 0 ．0 3 0m m 粒级占9 5 ％时，铁矿物的单体 解离度还不足8 0 ％。 表4 不同磨矿细度产品解离度分析 磨矿细度 单体解离度／％ 铁矿物脉石 2 试验方案确定 根据该铁矿石铁品位很低及铁矿物嵌布粒度极细 的特点，实验室小型选矿试验在进行了原矿粗粒磁选 预选、磨矿、弱磁选、磁选柱、浮选等条件试验的基础 上，分别进行了原矿预选一三段阶段磨矿- 弱磁选- 磁选 柱流程、原矿预选．两段阶段磨矿．弱磁选- 磁选柱- 反浮 选得精一中矿再磨再选两个流程的试验研究。为了进 一步比较流程结构对分选指标的影响，扩大连选试验 流程进行了两个流程的连续试验。磨选工艺扩大连选 试验流程I 为两段阶段磨矿一弱磁选一磁选柱一反浮选得 精一中矿再磨磁选一磁精返回反浮选流程，扩大连选试 验流程Ⅱ为两段阶段磨矿- 弱磁选一磁选柱一反浮选得 精一中矿单独再磨再磁选、反浮选流程。 3 实验室小型选矿试验 3 ．1 原矿石磁选预选试验 将原矿破碎至5 0 0m m ，首先进行干式磁选抛尾 试验，然后将干选精矿破碎至1 2 0m m 后进行湿式磁 选抛尾试验，磁场强度分别为1 9 9 ．0 5 和3 1 8 ．4 7k A ／m ， 试验结果见表5 。预选试验结果表明，可抛出产率 2 7 ．7 9 ％的尾矿，预选精矿铁品位提高4 个百分点以 上，磁性铁 M F e 回收率接近9 8 ％。 表5 原矿磁选预选抛尾试验结果 3 ．2 预选粗精矿两段阶段磨矿弱磁选试验 分别对预选粗精矿进行不同磨矿细度的弱磁选试 验、磁场强度试验，选择一段磨矿细度为- 0 ．0 7 6m m 粒 级占5 5 ％，一段弱磁选磁场强度为1 4 3 ．2 4k A ／m 。在 此基础上对一段磨选精矿分别进行不同磨矿细度的弱 磁选试验、磁场强度试验。试验结果表明，由于该矿石 铁矿物嵌布粒度极细，单一弱磁选只有细磨才能获得 合格精矿产品，因此一、二段磨矿磁选的主要目的是及 早抛尾，即选择二段磨矿细度为一0 ．0 7 6m m 粒级占 9 0 ％，二段弱磁选磁场强度为1 4 3 ．2 4k A ／m 。一、二段 阶段磨矿、弱磁选试验结果见表6 。 表6 一、二段阶段磨矿、弱磁选试验结果 3 ．3 三段磨矿弱磁选试验 对表6 生产的二段弱磁精矿进行三段不同磨矿细 度试验，试验结果表明，当磨矿细度达到一0 ．0 3 0m m 粒 级占9 5 ％时，经过两段弱磁选 磁场强度分别为1 4 3 ．2 4 和9 5 ．4 9k A ／m ，精矿铁品位仅达5 8 ．5 ％左右。鉴于 超细磨、弱磁选受磁团聚的影响严重，且加工成本大幅 度提高，因此进一步细磨已无经济价值。 万方数据 矿冶工程 第3 4 卷 3 ．4 磁选柱试验 磁选柱是近年来出现的精细磁重选设备，对常规 弱磁选精矿采用磁选柱选别一般可以提高精矿铁品位 2 ～3 个百分点。对二段或三段磨矿弱磁选精矿进行磁 选柱试验，试验给矿分别为二段磨矿细度一0 ．0 7 6m m 粒级占9 0 ％、三段磨矿细度一0 ．0 4 5m m 粒级占9 5 ％、 一0 ．0 3 0m m 粒级占9 5 ％经弱磁选一粗一精 磁场强度 粗选1 4 3 ．2 4k A ／m ，精选1 1 1 ．4 1k A ／m 选别获得的精 矿，分别简称给矿l 、给矿2 、给矿3 ；磁选柱试验条件 为上升水流速度3 5m m ／s 、磁场变换周期2 ．0S 、磁场强 度1 1 ．8 ～1 3 ．4k A ／m 。磁选柱试验结果见表7 。磁选柱 试验结果表明，磁选柱可以使精矿铁品位提高2 个百 分点左右，当磨矿细度- 0 ．0 3 0m m 粒级占9 5 ％时可以 获得6 1 ％的铁精矿产品，但尾矿品位较高。 表7 不同磨矿细度弱磁选精矿磁选柱试验结果 3 ．5 反浮选试验 3 ．5 ．1 合理入浮物料的确定 为了尽可能在二段磨矿后通过反浮选提前获得部 分合格精矿，需要确定合理的磨矿细度及更合适的入 浮物料。拟定3 种物料作为反浮选给矿，给矿1 和给 矿2 分别为在二段磨矿细度- 0 ．0 7 6m m 粒级占9 0 ％、 9 5 ％时经两次弱磁选制备的磁选精矿；给矿3 为在二 段磨矿细度一0 ．0 7 6m m 粒级占9 0 ％时经两次弱磁选一 磁选柱选别而制备的磁选柱精矿。试验采用阴离子反 浮选．粗三精开路流程，试验结果见表8 。由表8 结果 可以得知二段磨矿- 0 ．0 7 6m m 粒级占9 0 ％的细度下 磁选一磁选柱精矿经反浮选可以获得铁品位大于6 5 ％ 浮选精矿，而采用磁选精矿经反浮选，须磨矿至- 0 ．0 7 6 m m 粒级占9 5 ％，才可以获得6 5 ％以上的浮选精矿，说 明磁选一磁选柱精矿反浮选与单一磁选精矿反浮选相 比，可以放粗磨矿细度，并且在人浮前引入磁选柱选别 有利于稳定入浮品位及最终铁精矿品位，更加适应于 矿石性质的波动。所以二段磨矿磨至- 0 ．0 7 6m m 粒级 占9 0 ％，经弱磁选、磁选柱选别后采用反浮选提前获 取部分合格铁精矿是合适的。 表8 不同给矿的反浮选试验结果 3 ．5 ．2 捕收剂种类试验 浮选最关键的药剂就是捕收剂，针对该铁矿石主 要脉石矿物为石英、硅酸盐、碳酸盐类等矿物，此类铁 矿石适宜采用反浮选选别。目前国内铁矿物反浮选所 用的捕收剂通常分为阳离子捕收剂和阴离子捕收剂， 本次试验拟选用M A S 阳离子捕收剂和阴离子捕收剂 3 2 0 ’进行比较。试验给矿为由表6 给矿1 生产的磁选 柱精矿，试验流程为一次粗选，浮选浓度4 0 ％，浮选矿 浆温度3 5 ℃，试验结果见表9 。 表9 捕收剂种类对比试验结果 表9 试验结果表明在浮选精矿产率接近的情况 下，3 2 0 。浮选精矿铁品位明显高于M A S ，故选择3 2 0 4 阴离子捕收剂进行后续反浮选试验。 3 ．5 ．3 反浮选药剂用量试验 浮选试验给矿为由表6 给矿l 生产的磁选柱精 矿。浮选试验流程为一次粗选，浮选矿浆温度3 5 ℃， 浮选浓度4 0 ％。经试验选择各药剂的合理用量为 相 对于浮选给矿 N a O H12 0 0e ／t 、淀粉 D F 6 0 0g ／t 、 C a O4 0 0g ／t 、3 2 0 。8 0 0g ／t 。 3 ．6 中矿再磨再选试验 由于二段磨矿、弱磁选、磁选柱精矿经反浮选获得 部分合格精矿后，磁选柱尾矿与反浮尾矿合并 简称 中矿 的铁品位仍高达3 9 ％左右，需要通过再细磨后 加以回收利用。不同磨矿细度下的弱磁选一磁选柱选 别试验结果证明，当磨至- 0 ．0 3 0m m 粒级占9 0 ％时，精 万方数据 2 0 1 4 年0 8 月 孙炳泉国内某低品位微细粒铁矿石选矿工艺研究 矿品位仅达到5 0 ％左右，因此仍需通过反浮选进一步 提高品位。反浮选试验结果证明，当磨矿细度达到 一0 ．0 3 8m m 粒级占9 0 ％时，浮选精矿铁品位可达到 6 3 ％以上，但尾矿铁品位仍在3 5 ％左右，仍然需要再进 一步细磨回收。 3 ．7 全流程试验 在前述各种条件试验的基础上进行了全流程试 验，试验流程分别见图1 ～2 ，试验结果见表1 0 。从表 1 0 可以看出，图1 流程与图2 流程相比，精矿铁回收 率相近，但图2 流程不仅精矿铁品位提高3 个百分点 左右，而且三段磨矿量从产率3 1 ．1 4 ％降至1 8 ．9 5 ％，相 对减少三段磨矿量约4 0 ％；此外图2 流程还可以放粗 三段磨矿细度，即从一0 ．0 3 0m m 粒级占9 5 ％放粗至 - 0 ．0 3 8m m 粒级占9 0 ％。因此图2 流程充分体现了 节能高效的特点。 4 磨选流程扩大连续试验 根据小型选矿工艺流程优化试验结果，阶段磨矿一 弱磁选．磁选柱一反浮选工艺方案在提质节能方面已经 体现出明显的优势，但为了验证进一步简化工艺流程 的可行性，对两个磨选工艺流程进行了扩大连选试验。 磨选工艺扩大连选试验流程I 为两段阶段磨矿- 弱磁 选、磁选柱- 反浮选得精- 中矿再磨一弱磁选、磁选柱一磁 精返回反浮选流程 见图3 ，扩大连选试验流程Ⅱ为 两段阶段磨矿- 弱磁选、磁选柱．反浮选得精一中矿再磨一 弱磁选、磁选柱一磁精单独反浮选流程 见图4 。扩大 连选试验结果见表1 1 。 破碎至1 2 ．- ．0 m m 磨矿- 0 ．0 7 6 m m 占5 5 ％ 磨矿．0 ．0 7 6 r a m 占9 0 ％O 弱l 磁选 丽丽 ／l } r g 一0 ．0 3 0 m md f 9 5 ％O L _ ． 弱l 磁选 雨聂褊 塑I 丝垒 l [ H 1 ．4 1 k A ／m 脱l 磁 干 碎至蜘如m m 废石 粗粒尾矿 精矿中矿尾矿 图l原矿预选一三段阶段磨矿一弱磁选- 磁选柱工艺流程 破碎至1 2 - - 0 m m 磨矿- 0 ．0 7 6 m m 占5 5 ％ ／t W - o ．0 7 6 m m 占9 0 ％0 1 4 3 2 4 k A ／m I ． 弱磁选l 一粗一精 厅赢嚣意示面i 垦登l 里垄 精选反芎 碎至5 0 加m m 粗粒尾矿 磨矿_ 0 ．0 3 8 m m 占9 0 ％o 磁选萨F143一．24--111．41kA／m 弱磁选卜J 粗一精 匡翌I 塑垄 精选岳霞 精矿 中矿尾矿 图2 原矿预选- 两段阶段磨矿弱磁选- 磁选柱一反浮选- 中矿再 磨再选工艺流程 表l O 小型选矿全流程试验结果 表1 1 试验结果表明，扩大连续试验流程I 与流程 Ⅱ试验结果相比，流程I 二、三段磨磁精矿合并给入同 一套浮选系统选别，虽然可以简化工艺流程，但因其可 选性差异较大，造成闭路返回量太大，致使铁精矿品位 比流程Ⅱ低了1 ．9 个百分点。采用扩大连选流程Ⅱ可 以获得对原矿产率1 6 ．8 6 ％、铁品位6 4 ．4 9 ％、全铁回收 率4 6 ．2 9 ％、磁性铁回收率7 8 ．0 3 ％的铁精矿产品。 万方数据 5 6 矿冶工程第3 4 卷 图3 磨矿、选别扩大连续试验流程I 尾矿 图4 磨矿、选别扩大连续试验流程Ⅱ 表1l磨选流程扩大连续试验结果 产璋y ％品位／％T F e 回收率／％M F e 回收率／％ 流程耋蒙i 趸i f ；磊；_ 茎云摹磊二_ 喜知 5 结语 1 本研究矿石系低品位微细粒铁矿石，铁品位为 2 3 ．5 ％左右，磁性铁品位为1 3 ．8 ％左右；主要有用铁矿 物为磁铁矿，其次为假象赤铁矿和赤铁矿，难以回收利 用的硅酸铁及碳酸铁矿物含量较高；主要脉石矿物为 石英，其次为黑云母、碳酸盐及辉石；矿石中有用铁矿 物嵌布粒度极细，细磨是获得较好选别指标的关键。 2 原矿5 0 0m m 干式磁选及1 2 0m m 干选精 矿湿式磁选试验表明，两次磁选预选可抛出产率2 7 ％ 以上的尾矿，预选精矿铁品位提高4 个百分点以上，磁 性铁 M F e 回收率接近9 8 ％。说明在磨矿之前采用干 式、湿式组合磁选抛废工艺是合适的。 3 实验室小型磨选试验结果表明，采用阶段磨 矿、单一磁选流程，虽然流程相对简单，但即使三段磨 矿细度达到一0 ．0 3 0m m 粒级占9 5 ％时，经弱磁选、磁选 柱选别依然只能获得铁品位6 1 ％左右的铁精矿产品； 阶段磨矿、磁选一反浮选联合工艺流程在放粗磨矿细度 的条件下即可获得较高品位的铁精矿，并且在反浮选 之前引入磁选柱选别更有利于放粗磨矿细度、稳定精 矿质量；采用两段阶段磨矿 二段磨矿细度- 0 ．0 7 6m m 粒级占9 0 ％ 一弱磁选、磁选柱一反浮选一中矿再磨 三段 磨矿细度一0 ．0 3 8m m 粒级占9 0 ％ 再选工艺流程可以 获得铁品位6 4 ％以上的铁精矿产品，并且三段磨矿量 相对减少约4 0 ％。 4 阶段磨矿、磁选- 反浮选联合工艺方案之两流 程的扩大连续试验结果表明，在二段磨矿细度一0 ．0 7 6 m m 粒级占9 3 ％左右、三段磨矿细度- 0 ．0 3 8m m 粒级 占9 4 ％左右时，可以获得铁品位6 4 ％以上、磁性铁回 收率7 8 ％以上的精矿；中矿再磨磁选后返回前面反浮 选系统集中处理，虽然可以简化工艺流程，但对综合浮 选精矿品位影响较大，铁精矿品位降低了1 ．9 个百分 点。因此经综合优化研究，认为原矿磁选预选、两段阶 段磨矿- 弱磁选、磁选柱一反浮选得精一中矿再磨一弱磁 选、磁选柱一磁精单独反浮选流程是该矿石加工利用的 高效低耗选矿工艺。 万方数据