人工磁铁矿和天然磁铁矿磁性及磁选行为研究.pdf

第3 2 卷第2 期 2 0 1 2 年0 4 月 矿冶工程 M I N I N GA N DM E T A L L U R G I C A LF a N G I N E E R I N G V 0 1 ．3 2 №2 A p r i l2 0 1 2 人工磁铁矿和天然磁铁矿磁性及磁选行为研究① 黄晓燕，郭珊杉，李槐华，沈慧庭 广西大学资源与冶金学院，广西南宁5 3 0 0 0 4 摘要采用振动样品磁强计和磁选管对还原焙烧人工磁铁矿和天然磁铁矿的磁性及磁选行为进行了研究，结果表明人工磁铁 矿和大然磁铁矿的磁化强度和质量磁化率随外磁场强度增大具有相似的变化规律，但前者的磁化强度和质量磁化率明显比后者 小，而剩磁和矫顽力比后者大。粒度较粗时，人工磁铁矿和天然磁铁矿的磁性差异较大，而随着颗粒粒度减小，二者的磁性差异缩 小。与相同粒级的天然磁铁矿相比，人工磁铁矿颗粒的磁性较不均匀，分布相对分散。粒级相同的条件下，人工磁铁矿和天然磁铁 矿磁分离质效率相近，但要获得相同的分选效率，前者所需的磁场强度比后者高。通过x 射线衍射分析、颗粒形貌分析和微区能谱 分析探讨了人工磁铁矿与天然磁铁矿磁性及磁选差异的机理。 关键词磁性；人工磁铁矿；天然磁铁矿；磁选；质量磁化率 中图分类号0 4 4 1 文献标识码A文章编号0 2 5 3 6 0 9 9 2 0 1 2 0 2 0 0 3 0 0 4 R e s e a r c ho nM a g n e t i cP r o p e r t i e sa n dM a g n e t i cS e p a r a t i o nB e h a v i o ro f N a t u r a la n dA r t i f i c i a lM a g n e t i t e H U A N GX i a o y a n ，G U OS h a h s h a n ，L IH u a i - h u a ，S H E NH u t - t i n g C o l l e g eo fR e s o u r c e sa n dM e t a l l u r g y ，G u a n g x iU n i v e r s i t y ，N a n n i n g5 3 0 0 0 4 ，G n a n g x i ，C h i n a A b s t r a c t M a g n e t i cp r o p e r t i e sa n dm a g n e t i cs e p a r a t i o nb e h a v i o ro fn a t u r a lm a g n e t i t ea n da r t i f i c i a lm a g n e t i t eo b t a i n e d f r o mr e d u c t i o nr o a s t i n gw e r es t u d i e du s i n gv i b r a t i n gs a m p l em a g n e t o m e t e ra n dD a v i st u b e ．T h er e s u l t ss h o wt h a ts i m i l a r v a r i a t i o np r i n c i p l ec a nb eo b s e r v e da st h em a g n e t i z a t i o na n dm a s ss u s c e p t i b i l i t yo fb o t hm a g n e t i t e si n c r e a s ea l o n gw i t h m a g n e t i ci n t e n s i t y ，b u tt h em a g n e t i z a t i o na n dm a s ss u s c e p t i b i l i t yo ft h ef o r m e ra r em a r k e d l ys m a l l e r ，w h e r e a st h e r e m a n e n e ea n dc o e r c i v ef o r c ea r el a r g e rt h a nt h el a t t e r ．T h ed i f f e r e n c eo fb o t hm a g n e t i t e si nm a g n e t i cp r o p e r t i e si sl a r g e r w h e nt h e i rp a r t i c l es i z ei sc o a r s e r ，b u ti ti sr e d u c e dw i t ht h ed e c r e a s eo fp a r t i c l es i z e ．C o m p a r e dw i t hn a t u r a lm a g n e t i t e u n d e rt h es a m ep a r t i c l es i z ef r a c t i o n ，t h em a g n e t i cp r o p e r t yo fa r t i f i c i a lm a g n e t i t ei sm o r en o n u n i f o r ma n di t sd i s t r i b u t i o n i sr e l a t i v e l yw i d e ．I nt h ec o n d i t i o no fi d e n t i c a ls i z ef r a c t i o n ，t h em a g n e t i cs e p a r a t i o nq u a l i t ye f f i c i e n c yo ft h em i x t u r eo f a r t i f i c i a lm a g n e t i t ea n dq u a r t zi sc l o s et ot h a to fn a t u r a lm a g n e t i t ea n dq u a r t z ，b u th i g h e rm a g n e t i ci n t e n s i t yi sn e e d e di n s e p a r a t i o no ft h ef o r m e ri no r d e rt og e tt h es a m es e p a r a t i o ne f f i c i e n c ya st h el a t t e r ．T h em e c h a n i s m so ft h ed i f f e r e n c e so f a r t i f i c i a la n dn a t u r a lm a g n e t i t ei nm a g n e t i cp r o p e r t i e sa n dm a g n e t i cs e p a r a t i o nw e r ed i s c u s s e dt h r o u g hX R D ，S E Ma n d E D Sa n a l y s i s ． K e yw o r d s m a g n e t i cp r o p e r t y ；a r t i f i c i a lm a g n e t i t e ；n a t u r a lm a g n e t i t e ；m a g n e t i cs e p a r a t i o n ；m a s ss u s c e p t i b i l i t y 近年来，随着我国钢铁工业的迅速发展，铁矿石的 供应正面临日益短缺的局面，如何合理利用各类贫、 细、杂、散的铁矿石越来越受到人们的关注。1 。“。对于 难分选的弱磁性铁矿物，如菱铁矿、褐铁矿、鲕状赤 褐 铁矿，通常采用磁化一焙烧的办法，获得强磁性的 人工磁铁矿，来达到好的分选目的。通过磁化- 焙烧获 得的人工磁铁矿虽然具有与天然磁铁矿相似的磁性特 点，但相对天然磁铁矿却存在矫顽力大、剩磁大、比磁 化系数小、磁性较弱等问题，两者分选性能存在一定的 差异，这些给实际的生产操作带来了很多困难。3 。5 』。 目前，对两者分选性质及分选行为差异的研究报道较 少。本文以还原焙烧人工磁铁矿和天然磁铁矿为研究 对象，研究了两者磁学性质差异及相互关系，并通过磁 选对比试验，分析探讨了导致两种矿物间分选效果差 ①收稿日期2 0 1 1 - 1 1 - 2 3 基金项目广西自然科学基金项目 2 0 1 0 G X N S F A 0 1 3 0 2 I 作者简介黄晓燕 1 9 6 3 一 ，女，湖南人，教授级高级工程师，主要从事矿物加工与资源综合利用研究。 通讯作者沈慧庭 1 9 5 9 一 ，男，福建人，教授，博士研究生导师，主要从事矿物加工与资源综合利用研究。 万方数据 第2 期 黄晓燕等人工磁铁矿和天然磁铁矿磁性及磁选行为研究 异的原因，对提高难选铁矿资源的利用率具有一定的 理论和实际指导意义。 1 试样 人工磁铁矿取自新疆某地褐菱铁矿磁化焙烧矿， 矿样呈块状，全铁品位3 4 ．5 4 ％，焙烧矿先经多次摇床 选别得到粗精矿，然后采用磁选管精选得到精矿，再用 超声波振荡退磁后，用蒸馏水洗涤，8 0 ℃烘干，并在显 微镜镜下挑选得到最终纯矿物。天然磁铁矿取自大孤 山铁矿磁选精矿，呈细粒粉末状，全铁品位6 8 ．4 5 ％。 纯矿物试样的全铁品位、粒级和密度如表l 所示，X 射 线衍射分析结果见图1 。石英为天津大茂化学试剂厂 产品，分析纯。 表1纯矿物试样全铁品位、粒级和密度 l 磁铁矿 1 2 赤铁矿 3 氧化亚铁 4 石英 1 l l I I 蠢H ．．k 。。。．匕0 ～．烈． ． 上．。叫L 一 l 。I B 。J 2 l 。 L - 一 。Ia L ． c I{ 一1 一 t _ _ ～⋯一I 一一．，4 ．。 。．．I r _ 1 ～D 1 一{ J l 一． 。 j ．．一＼，．．．一 1 01 52 02 53 03 54 0 4 55 1 鼯6 06 57 0 2 0 ／ 。 图1人工磁铁矿与天然磁铁矿X 射线衍射分析结果 人T 混合矿分别由试样A 、B 、C 、D 与相应粒级的 石英配制而成，其组成、粒级和全铁含量如表2 所示。 表2 人工混合矿组成与粒级 2 试验方法 纯矿物试样磁性参数 如质量磁化率、磁化强度、 矫顽力、剩磁及磁饱和强度等 使用美国L a k eS h o r e 公 司生产的7 4 0 0 型振动样品磁强计在常温下测量，设备 技术参数为磁矩测量精度5 ．0X 1 0 ～e m u ，最大磁场 强度2 ．8 8T 。 采用X C G S 一7 3 型磁选管进行纯矿物试样磁性分 析。每次给矿量1 0g ，磁选滞留时间5m i n 。 采用X C G S - 7 3 型磁选管进行人工混合矿磁选。 每次给矿量2 0g ，磁选滞留时间5m i n 。磁分离效果采 用质效率和分选效率评价。 采用日本理学D ／M A X2 5 0 01 8 k W 型X 射线衍射 仪进行x 射线分析，采用J S M 一6 4 9 0 L V 扫描电子显微 镜进行颗粒形貌和微区能谱分析。 3 试验结果与讨论 3 ．1 人工磁铁矿与天然磁铁矿磁化特性及参数 各试样的磁化强度和质量磁化率 比磁化系数 随外磁场强度变化如图2 和图3 所示，磁化性质表征 参数测试结果见表3 。 ， 号 要 { 趱 释 鼍 擅 外磁场强度／0 , A ．Ⅱr 图2 试样磁化强度随外磁场强度变化曲线 ， h 号 唇 宝 瓣 篁 栏 删 略 外磁场强度／0 , A m ‘1 圈3 试样质量磁化率随外磁场强度变化曲线 表3 试样磁化性质表征参数测量结果 万方数据 矿冶工程第3 2 卷 由图2 和图3 可见，人工磁铁矿和天然磁铁矿的 磁化强度和质量磁化率随外磁场强度增大具有相似的 变化规律，二者都存在磁饱和现象，质量磁化率在外磁 场强度1 3 ～2 8k A ／m 左右达到最大值；但在磁场中， 前者的磁化强度和质量磁化率明显比后者低。从表3 还可以看出，人工磁铁矿的饱和磁化强度比天然磁铁 矿小得多，而剩磁和矫顽力比天然磁铁矿大。 3 ．2 粒度对人工磁铁矿和天然磁铁矿质量磁化率的 影晌 在外磁场强度8 0k A ／m 条件下，粒度对人工磁铁 矿和天然磁铁矿质量磁化率的影响如图4 所示。结果 显示，随着粒度减小，人工磁铁矿和天然磁铁矿的质量 磁化率都呈下降趋势，但后者的下降速率比前者大；当 粒度较粗时，后者的质萤磁化率明显比前者人，但当粒 度小至1 0 斗m 时，二者的质量磁化率趋于接近。 粒度，岬 图4 粒度对试样质量磁化率的影响 3 ．3 形状对人工磁铁矿和天然磁铁矿质量磁化率的 影响 分别将试样A 和试样c 做成中圆柱 长2m m ，直 径2 ．8n l l n 和长小圆柱 长4m i l l ，直径2m m ，测量它 们的质量磁化率随外磁场强度的变化情况，结果如图 5 所示。由图5 看出，样品形状对天然磁铁矿的质量 磁化率有明显影响，而对人工磁铁矿的质量磁化率略 有影响，但变化不大。 p b D 号 量 苫 一 ≤ 祷 翌 糖 嘟 略 外磁场强度／ I , A n i ， 图5 形状对试样质量磁化率的影响 3 ．4 人工磁铁矿和天然磁铁矿磁性分析 对相同粒级的人工磁铁矿试样A 和天然磁铁矿 试样C 进行磁性分析，结果如图6 所示。由图6 可见， 天然磁铁矿颗粒磁性比较均匀，分布相对集中，磁场范 围分布在9 ．6 ～2 4k A ／m 区间；人工磁铁矿颗粒磁性 较不均匀，分布相对分散，磁场范围分布在1 2 ～3 2 k A ／n l 区间。 1 0 0 9 0 舯 7 0 享6 0 瓣邬 k4 0 3 0 2 0 1 0 O 磁场强度／o a I l t l ’1 图6 试样磁性分析结果 3 ．5 人工混合矿磁选分离 人工混合矿磁选分离结果分别如图7 和图8 所 示。从图7 和图8 可见，随着磁场强度增大，人工磁铁 矿和天然磁铁矿质效率都略有下降，说明自‘少量非磁 性石英颗粒夹杂在精矿中，但二者的质效率相近；粒级 相同的条件下，人工磁铁矿要获得与天然磁铁矿相同 磁场强度， I A I n ‘1 图7 人工混合矿A Q 和C Q 磁选试验结果 磁场强度／0 , a n 1 4 图8 人工混合矿B Q 和D Q 磁选试验结果 享＼褂较螋求 帅帅跚加卯邬加鲫如如B O 5 0 S 0 S O 5 O S O 5 0鲫鲒鲫拈舢弘如撕柚邶帖们 万方数据 第2 期 黄晓燕等人工磁铁矿和天然磁铁矿磁性及磁选行为研究 的分选效率，所需的磁场强度比天然磁铁矿高，这是因 为人工磁铁矿的磁性比天然磁铁矿弱，需要更大的磁 力才能被吸引，这与上述人工磁铁矿和天然磁铁矿磁 性测量结果是一致的。 3 ．6 人工磁铁矿与天然磁铁矿磁性及磁选差异机理 探讨 磁铁矿属强磁性矿物，一般认为其磁性与磁化场 的强度、颗粒的粒度和形状、磁铁矿矿物含量等因素有 关[ 6 ] 。上述试验结果表明，在外磁场强度相同、粒级 相同和形状相近的情况下，人工磁铁矿的磁化强度和 质量磁化率总是比天然磁铁矿小。由表1 和图l 可 知，人工磁铁矿试样的全铁含量比天然磁铁矿低，而且 人工磁铁矿试样中铁矿物并非全部是磁铁矿，而是含 有少量赤铁矿和亚铁相。图9 为矿物颗粒形貌及微区 能谱分析图。由图可见，人工磁铁矿颗粒中c a 、M g 和 M n 杂质含量比天然磁铁矿高，这些差异是导致人工磁 铁矿磁化强度和质量磁化率比天然磁铁矿低的原因 之一。 此磁性变小。粒度较粗的人工磁铁矿由于内部有很多 细孔，实际是一种不连续结构，磁畴是不连续的，磁畴 壁的移动受到了阻碍，因此，粒度减小时，人工磁铁矿 剩磁、矫顽力和质量磁化率略有变化，但变化不大；天 然磁铁矿剩磁和矫顽力明显增大，质量磁化率明显减 小，这就造成了粒度较粗时，人工磁铁矿的剩磁和矫顽 力比天然磁铁矿大很多，质量磁化率比天然磁铁矿小 很多，而随着颗粒粒度减小，二者的剩磁、矫顽力和质 量磁化率的差异缩小。 圈1 0 试样囊粒群B E t a 照片 a 试样A ； b 试样B ； c 试样C ； d 试样D ㈤A “T 妊黑献矿微区能谱茹Z 淼墨m 4 结论 c 磁铁矿和天然磁铁矿微区能谱分析结果 质量分数 ／％ 一。一 圈9 试样颗粒形貌与微区能谱分析 对人工磁铁矿和天然磁铁矿的磁性进一步分析和 比较还发现，当粒度较粗时，人工磁铁矿的剩磁和矫顽 力比天然磁铁矿大很多，质量磁化率比天然磁铁矿小 很多，而随着颗粒粒度减小，二者的剩磁、矫顽力和质 量磁化率的差异缩小。试样颗粒群S E M 照片见图1 0 。 由图9 和图l O 可见，人工磁铁矿颗粒呈多孔状结构， 而天然磁铁矿则呈致密状结构。矿物颗粒在磁场中磁 化时，颗粒的磁性是由磁畴壁的移动和磁畴转动产生 的，磁畴转动所需的能量比磁畴壁移动要大得多，粒度 大的矿粒磁性以磁畴壁移动为主，当粒度减小，每个矿 粒包含的磁畴数减少，磁化时磁畴壁移动相对减少，因 1 人工磁铁矿和天然磁铁矿的磁化强度和质量 磁化率随外磁场强度增大具有相似的变化规律，二者 都存在磁饱和现象，质量磁化率在外磁场强度1 3 2 8 k A ／m 左右达到最大值；但在磁场中，前者的磁化强度 和质量磁化率明显比后者小，而剩磁和矫顽力比后者 大。检测结果表明，人工磁铁矿试样的全铁含量比天 然磁铁矿低。而且，人工磁铁矿试样中铁矿物并非全部 是磁铁矿，而是含有少量赤铁矿和亚铁相；此外，人工 磁铁矿颗粒中c a 、M g 和M n 杂质含量比天然磁铁矿 高，这些差异是导致人工磁铁矿磁化强度和质量磁化 率比天然磁铁矿低的原因之一。 2 相同粒级的人工磁铁矿和天然磁铁矿，前者颗 粒磁性较不均匀，分布相对分散，磁场分布范围在1 2 3 2k K ／m 区间；后者颗粒磁性比较均匀，分布相对集 中，磁场分布范围在9 ．6 2 4k A ／m 区间。 3 电镜形貌分析观察到，人工磁铁矿颗粒呈多孔 状结构，而天然磁铁矿则呈致密状结构。粒度较粗的 人工磁铁矿由于内部有很多细孔，实际是一种不连续 下转第4 l 页 万方数据 第2 期朱建光等巯基乙酸异辛酯与丁黄药混用浮选刁泉银铜矿 4 l 5 结语 1 从工业试验结果看出，巯基乙酸异辛酯与丁黄 药混用浮选刁泉硫化银铜矿，不用再添加起泡剂，适合 在该矿使用。 2 使用巯基乙酸异辛酯和丁黄药作捕收剂，与原 使用药方 M O S 一2 M B R B ， 相比，铜精矿品位提 高了6 ．1 2 ％，银品位提高了3 7 2 ．6g ／t ，铜银回收率分 别提高了5 ．5 8 ％和6 ．9 7 ％，还可降低药剂费用0 ．7 2 元／吨 原矿 ，经济效益显著。 3 采用巯基乙酸异辛酯和丁黄药混合捕收剂不 添加起泡剂的药剂组方，不用改变现有工艺流程设备， 建议该厂使用此药方。 4 从文献上看，用巯基乙酸异辛酯作捕收剂，前 人只作过浮选闪锌矿的试验，未见用来浮选硫化银铜 矿的报导，本文用来浮选银铜矿尚属首次。 5 文献报导用巯基乙酸异辛酯浮选闪锌矿时，其 分子质量应小于或等于2 0 0 ，但巯基乙酸异辛酯分子 质量超过2 0 0 ，与文献报导略有差异，可能是所浮矿物 不同的缘故。 参考文献 [ 1 ] 百建平，李占林，刘新民，等．M O S 一2 和M A 混用浮选刁泉银铜 矿工业试验[ J ] ．湖南有色金属，2 0 0 2 4 7 一1 2 ． [ 2 ] D o u g l a sRS h a wD e d e e y lM e r e a p t a n ．AS u p e r i o rC o l l e c t o rf o rS u l f i d e O r e s [ J ] ．M i n i n gE n g i n e e r i n g ，1 9 8 1 ，3 3 6 6 8 6 6 9 2 ． [ 3 ] D o l o u r m eR a y m o n d ．CA ，1 9 8 4 ，1 0 1 ，1 5 5 5 4 7 m ． [ 4 】W e m c k e ，M a c h a c l ．S y n e r g i s t i cP r o m o t e rC o m b i n a t i o nf o rZ i n eS u l - f i d e US ，4 2 9 3 ，4 0 6 [ P ] ． [ 5 ] P h i l l i p ，EM c G a r r y F ] o t a t i o no fS p h a l c r i t e US ，3 2 3 5 0 0 7 [ P ] ． 上接第3 3 页 结构，磁畴是不连续的，磁畴的移动受到了阻碍，因此， 粒度减小时，人工磁铁矿剩磁、矫顽力和质量磁化率略 有变化，但变化不大；天然磁铁矿剩磁和矫顽力明显增 大，质量磁化率明显减小，这就造成了当粒度较粗时， 人工磁铁矿的剩磁和矫顽力比天然磁铁矿大很多，质 量磁化率比天然磁铁矿小很多，而随着颗粒粒度减小， 二者的剩磁、矫顽力和质量磁化率的差异缩小。 4 人工混合矿磁选分离结果表明，粒级相同的条 件下，人工磁铁矿和天然磁铁矿磁分离质效率相近，但 人工磁铁矿要获得与天然磁铁矿相同的分选效率，所 需的磁场强度比天然磁铁矿高，这是因为人工磁铁矿 的磁性比天然磁铁矿弱，需要更大的磁力才能被吸引， 这与人工磁铁矿和天然磁铁矿磁性测量结果一致。 参考文献， [ 1 ] 张锦瑞，胡力可，梁银英．我国难选铁矿石的研究现状及利用途 径[ J ] ．金属矿山，2 0 0 7 1 1 6 9 ． [ 2 ] 沈慧庭，周波，黄晓毅，等．难选鲕状赤铁矿焙烧- 磁选和直接还 原工艺的探讨[ J ] ．矽冶工程，2 0 0 8 5 3 0 3 4 ． [ 3 ] 任亚峰，余永富．难选红铁矿磁化焙烧技术现状及发展方向[ J ] ． 金属矿山，2 0 0 5 1 1 2 0 2 3 ． [ 4 ] A r o lAI ，A y d o g a nA ．R e c o v e r ye n h a n c e m e n to fm a g m e t i mf i n e si n m a g n e t i cs e p a r a t i o n [ J ] ．C o l l o i d sa n dS u r f a c e sA P h y s i c o c h e m i c a l a n dE l l g i n e e r i n gA s p e c t s ，2 0 0 4 ，2 3 2 2 ／3 1 5 1 1 5 4 ． [ 5 ] 张洪恩．红铁矿选矿[ M ] ．北京冶金工业出版社，1 9 8 3 ． [ 6 ] 王常任．磁电选矿[ M ] ．北京冶金工业出版社，2 0 0 5 ． 上接第3 8 页 铅锌粗精矿分别再磨至一0 ．0 4 5m m 粒级占9 0 ％左 右，铅回路采用一粗、四精、二扫流程，锌回路采用一 粗、四精、二扫，硫一粗、一精工艺流程，小型闭路流程 试验获得了铅品位4 2 ．1 3 ％、回收率6 4 ．2 5 ％的铅精 矿，铅精矿中含锌5 ．4 7 ％；锌精矿锌品位4 0 ．2 7 ％、回 收率6 1 ．0 7 ％，锌精矿中含铅1 ．0 7 ％；硫精矿硫品位为 4 3 ．3 1 ％、回收率为8 5 ．4 8 ％，硫精矿中含铅锌分别为 0 ．1 4 ％和0 ．5 8 ％。 3 经较高品位矿验证后，闭路试验指标较前面而 言也有所提高，表明该流程对该矿具有较好的适应性。 参考文献 [ 1 ] 赵福刚．我国铅锌矿选矿技术现状[ J ] ．有色矿冶，2 0 0 7 6 2 0 2 5 ． [ 2 ]孙伟．高碱石灰介质中电位调控技术原理与应用[ D ] ．中南大 学资源加工与生物工程学院，2 0 0 1 ． [ 3 ]顾帼华，刘如意，王淀佐．高硫铅锌矿石浮选捕收剂一p H - 矿浆电 位体系研究与生产实践[ J ] 有色金属，1 9 9 7 3 2 9 3 5 ． [ 4 ] 魏宗武，陈建华，艾光华，等．硫化铅锌矿无氰浮选工艺流程及技 术进展[ J ] ．矿产保护与利用，2 0 0 7 4 3 9 4 4 ． [ 5 ] 周科华，郑伦高硫难选铅锌矿电位调控浮选工艺的应用实践 [ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 0 5 4 6 1 2 ． 万方数据