宣龙式鲕状赤铁矿的工艺矿物学及分选技术.pdf

第3 4 卷 2 0 1 4 年0 8 月 矿冶工程 M I N I N GA N DM 哪A I J 瓜G I C A LE N G D 哐E R 矾G V 0 1 ．3 4 A u g u s t2 0 1 4 宣龙式鲕状赤铁矿的工艺矿物学及分选技术① 牛福生，张晋霞，聂轶苗，刘淑贤 河北联合大学矿业工程学院，河北唐山0 6 3 0 0 9 摘要宣龙式鲕状赤铁矿的分选利用一直是世界性的技术难题。庞家堡低品位鲕状赤铁矿工艺矿物学研究表明，铁矿物主要为 赤铁矿，脉石矿物主要为石英、绿帘石、绿泥石等，鲡状赤铁矿与脉石矿物呈层间同心环状分布。集合体内含铁矿物和脉石矿物相 互夹杂，造成矿物单体解离和相互分开困难。宣龙式鲕状赤铁矿分选工艺技术主要为强磁抛尾- 浮选提铁降硅技术、强磁抛尾- 重选 精选提铁技术、磁化焙烧．弱磁技术，目前尚没有成熟的工业应用范例。强化超细磨和选择性解离技术、发展微细颗粒分选工艺技 术、设备和药剂和创新选冶联合流程，确定合理选矿界限是宣龙式鲕状赤铁矿选矿未来的发展趋势。 关键词宣龙式鲕状赤铁矿；工艺矿物学；分选 中图分类号T D 9 2文献标识码A d e ／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 0 7 文章编号0 2 5 3 6 0 9 9 2 0 1 4 0 8 0 0 2 8 一0 5 宣龙式赤铁矿因其多分布于河北宣化、龙关地区 而得名，此类铁矿的中心地带集中在庞家堡，因此又称 为庞家堡铁矿，累计查明资源储量4 亿多吨，保有资源 储量1 ．8 亿多吨，矿床成因类型主要是海相化学和生 物化学沉积。2 j 。受矿床成因影响，宣龙式赤铁矿具 有鲕状、肾状和豆状的特点，共伴生矿物复杂，其分选 利用一直是世界性的技术难题∞J 。资料表明，1 9 7 1 年 由当时的宣钢第一炼铁厂建设的日处理1 5 0 吨斜坡炉 磁化焙烧一弱磁分选工厂是目前为止宣龙式赤铁矿仅 有的工业应用案例MJ ，随着钢铁工业的快速发展和铁 矿资源需求的急剧扩大，特别是钢铁企业本土资源战 略的实施，宣龙式鲡状赤铁矿的分选利用再次成为研 究的焦点问题。本文针对宣化钢铁公司庞家堡的低品 位 T F e 4 0 ％ 的鲕状赤铁矿，研究了其工艺矿物特 征，分析了现有鲕状赤铁矿选矿技术现状和水平，并提 出了此宣龙式鲕状赤铁矿的分选技术的发展方向。 1 工艺矿物学特征研究 1 ．1 矿样性质研究 代表性矿样取自庞家堡矿区的鲕状赤铁矿，主要 化学成分见表1 ，铁物相分析见表2 ，X 射线衍射分析 结果见图1 。从表1 中可以看出，该鲕状赤铁矿矿样 T F e 为3 8 ．6 6 ％，S i O 为2 7 ．0 6 ％，有害元素S 、P 略为偏 高，后续分选过程中应注意其富集变化规律。从表2 中可以看出，矿石中铁主要以赤褐铁形式存在，其次以 菱铁矿形式存在。从图1 中可以看出，该鲡状赤铁矿 矿样主要以赤铁矿物为主，其次为菱铁矿，脉石矿物主 要为石英。 表1 鲕状赤铁矿化学成分分析结果 质量分数1 ／％ 铁赋存相铁含量／％铁分布率／％ 2 p ／ o 图1 鲕状赤铁矿矿样X R D 分析结果 ①收稿日期2 0 1 4 - 0 6 - 1 6 基金项目河北省高校百名优秀创新人才计划 2 0 1 3 ～2 0 1 6 ；河北省自然基金项目 E 2 0 1 3 2 0 9 3 0 9 作者简介牛福生 1 9 7 4 - ，男，河北邯郸人，教授，主要从事复杂难选矿选矿理论与技术研究。 万方数据 2 0 1 4 年0 8 月 牛福生等宣龙式鲡状赤铁矿的工艺矿物学及分选技术 1 ．2 工艺矿物学特征 在化学成分及x 射线衍射分析结果的基础上，为 进一步研究样品中矿物形貌特征、元素含量和微区矿 物特征，采用J S M - 5 3 1 0 扫描电镜及能谱仪对原矿进 行分析，结果如图2 所示。 ．’冉●●l d E } k e X ’ 图2 鲕状赤铁矿E D S 成分分析结果 从图2 可以看出，标记点的微区域直径约为2 ．5 l a , m ，其主要元素为S i 、F e 、A I 、M g 、K 、C a 、C 1 、C u 等，说 明该矿样矿物组成复杂，粒度嵌布细。 为了进一步确定该矿石的矿物组成以及与其它矿 物的嵌布关系，取具代表性的光薄片，使用德国蔡司偏 反光显微镜进行观察，结果如图3 6 所示。由镜下观 察结果可知，赤铁矿主要是由细粒集合体组成，其中夹 杂有细粒脉石矿物，他形细粒赤铁矿集合体与脉石层 间分布形成大小不等同心环状。宣龙式赤铁矿矿石以 鲡状构造为主，其次为肾状和浸染状构造；结构以他形 粒状结构为主，其次为浸染状、海绵陨铁、乳滴状和破 裂结构。 图3 赤铁矿脉石层间环状分布 图4 细粒赤铁矿浸染在脉石中 图5 他形粒状赤铁矿分布在脉石中 图6 赤铁矿中夹杂细粒黄铁矿 矿物组成方面，可回收利用的矿物主要是赤铁矿， 菱铁矿、黄铁矿、褐铁矿和磁铁矿含量较少；主要的脉 石矿物为石英，同时含有少量的绿帘石、角闪石、绿泥 石、粘土矿物、电气石、阳起石、黝帘石等。赤铁矿嵌布 粒度较细，且粒度分布曲线为不均匀曲线，最细可达到 5 斗m 。前者主要表现为鲕状赤铁矿与石英、绿帘石、 碳酸盐等脉石矿物层间分布，部分赤铁矿位于鲕状核 心，被石英、绿帘石、碳酸盐等脉石矿物包裹。后者表 现为赤铁矿与石英等脉石毗连镶嵌，由他形细粒集合 体形成的鲡状赤铁矿中夹杂有细小黄铁矿和脉石颗 粒。石英的结构主要以他形粒状为主，嵌布粒度通常 5 - 9 0 0 m 之间。绿帘石主要呈他形粒状集合体，嵌 万方数据 3 0 矿冶工程 第3 4 卷 布粒度1 5 1 0 0I ．L m ，多与赤铁矿、角闪石、绿泥石毗 连，部分位于核心，部分与赤铁矿层间分布，部分被角 闪石包裹。 矿物学研究表明，含铁矿物和石英、绿帘石等脉石 矿物结晶粒度不均匀，平均磨矿细度为2 2 ．6 斗m ，最细 可以达到5 仙m ，同时嵌布类型复杂，鲕状赤铁矿与脉 石矿物呈层间同心环状分布，环层之间为渐变过度，集 合体内含铁矿物和脉石矿物相互夹杂，造成矿物单体 解离和相互分开困难。 2 宣龙式鲕状赤铁矿分选技术研究 随着易采选铁矿石资源的日趋枯竭和进口矿石压 力的不断增大，围绕难选铁矿石分选技术的研究取得 了长足的进步，如年处理1 0 0 万吨祁东微细赤铁矿 平均磨矿细度2 0 斗m 建成投产，日处理7 5 0 吨长阳 新首钢矿业有限公司高磷鲕状赤铁矿的稳定运行和正 在准备建设的年处理2 0 0 万吨重钢巫山桃花高磷鲕状 赤铁矿都标志着此类复杂难选赤铁矿工业分选技术日 趋成熟。宣龙式鲕状赤铁矿作为北方地区典型的难选 铁矿石目前尚没有成熟的工业开发利用，分选工艺技 术基本上处于实验室研究阶段，主要为强磁抛尾一浮选 提铁降硅技术、强磁抛尾．重选精选提铁技术、磁化焙 烧．弱磁技术“ 。9J 。 2 ．1 强磁抛尾- 浮选提铁技术 由于赤铁矿的比磁化系数 2 2 1 ．7 4 1 0 6e m 3 ／g 远 大于石英 7 ．3 6 1 0 6c m 3 ／g 、绿泥石 1 9 ．9 6 x 1 0 6e m 3 ／g 等脉石矿物磁化系数，在高磁感应强度 0 ．8 1 ．5T 分 选条件下，可以实现强磁抛尾的效果。牛福生等驯针 对宣钢龙烟鲕状赤铁矿采用立环脉动高梯度强磁选 机，在原矿T F e4 7 ．6 ％，磨矿细度一0 ．0 7 4m m 粒级占 9 5 ％，强磁分选磁感应强度0 ．8 5T 条件下，实现抛尾 3 3 ．9 6 ％、铁精矿品位5 3 ．1 6 ％的分选指标。对抛尾后的 强磁精矿进行浮选提铁降硅试验研究，采用一次粗选 和一次扫选试验，粗选时氢氧化钠、氧化钙、淀粉以及 码药剂用量分别为14 0 0g ／t 、8 0 0g ／t 、9 0 0 g ／t 、6 0 0 g ／t 。扫选时仅加入3 0 0g ／tT S 作为捕收剂，便可获得 T F e 品位为6 2 ．3 4 ％、回收率为5 3 ．0 7 ％的铁精矿。 2 ．2 强磁富集- 重选再选提铁技术 在较高磁感应强度条件下，经过强磁富集后的物 料中含有较多的磁性连生颗粒和由于磁粘连包裹的脉 石矿物而造成强磁精矿回收率高，但精矿品位偏低，对 强磁精矿进行重选再选提铁则可较好利用矿物密度差 异而获得精矿品位的进一步提高。白丽梅等u 以宣 钢庞家堡的鲡状赤铁矿为研究对象，针对嵌布粒度极 细、矿物组成复杂等问题，采用阶段磨矿- 强磁抛尾- 重 选提铁工艺流程进行了试验研究。在原矿T F e 品位为 4 7 ．6 6 ％，磨矿细度为一0 ．0 7 4m m 粒级占9 5 ％的条件 下，经磁重分选后最终可以获得T F e 品位6 1 ．0 1 ％，回 收率为4 7 ．8 5 ％的铁精矿。廖国平等2 1 对湖南某地的 鲕状赤铁矿进行了分选试验研究，在磨矿细度为 一0 ．0 7 4m m 粒级占9 7 ％、高梯度磁选机磁感应强度为 1 ．0T 、卧式离心选矿机转鼓转速为4 0 0r ／m i n 等最佳 分选工艺条件下，采用强磁抛尾一卧式离心选矿工艺， 最终获得的铁精矿产率为2 8 ．4 0 ％， I T e 品位5 6 ．2 0 ％， 回收率3 4 ．5 8 ％。 2 ．3 磁化焙烧弱磁技术 磁化焙烧就是将弱磁性含铁矿物在一定的还原气 氛下经过高温焙烧后转化为强磁性矿物的过程，与传 统的矿物分选技术相比，磁化焙烧一弱磁选技术在处理 弱磁性铁矿物分选方面显示出较强的优势。如对于宣 龙式鲡状赤铁矿采用磁化焙烧技术最早开始于1 9 7 1 年建设的日处理1 5 0t 斜坡炉磁化焙烧．弱磁分选工 厂，在原矿品位3 8 ％左右的情况下，使精矿品位达到 5 9 ％～6 0 ％，金属回收率7 5 ％～8 0 ％Mo 。牛福生等∞1 在 对张家口难选鲕状赤铁矿矿石性质分析的基础上进行 了磁化焙烧一弱磁选试验研究。在焙烧温度8 5 0o C 、焙 烧时间1 ．5h 、- 2m m 原矿还原剂质量比为1 1 、磨矿 细度为- 0 ．0 7 4m m 粒级占8 0 ％，磁感应强度为0 ．1T 的条件下进行了试验，最终可获得铁精矿品位为 6 2 ．0 5 ％，回收率为8 7 ．1 2 ％的分选指标。 另外，2 0 0 4 年建设的年处理9 0 万吨菱铁矿的大 西沟选矿厂在菱铁矿原矿品位2 5 ．3 1 ％的条件下，可获 得焙烧矿品位3 0 ．0 8 ％、最终铁精矿品位6 1 ．4 8 ％、尾矿 品位8 ．2 5 ％、金属回收率8 3 ．8 3 ％的优异技术指标。 2 0 0 5 年建设的年处理2 0 0 万吨菱、褐铁矿的新疆切列 克其选矿厂对品位4 1 ．7 2 ％的原矿采用回转窑磁化焙 烧- 弱磁选工艺流程，获得铁精矿回收率超过8 6 ％、品 位6 3 ．2 5 ％的良好分选指标。 3 宣龙式鲕状赤铁矿选矿的发展趋势 借鉴国内外鲕状赤铁矿选矿概况，宣龙式鲕状赤 铁矿应注重以下几方面的发展趋势，进一步加强相关 选矿技术研究，为突破此类难选铁矿资源规模工业应 用瓶颈提供支撑。 3 ．1 强化超细磨和选择性解离技术 鲕状赤铁矿除了结构复杂外，矿物粒度嵌布微细 万方数据 2 0 1 4 年0 8 月 牛福生等宣龙式鲡状赤铁矿的工艺矿物学及分选技术 铁矿物单体解离度超过8 5 ％时，其单体颗粒直径细 至一2 0 斗m ，甚至5 1 0 斗m 是一个重要特征，因此强化 鲕状赤铁矿超细磨矿是实现有效分选的前提3 。15 | 。 当需要的磨矿粒度为2 0 4 0 斗m 时，采用塔磨机、搅拌 磨机相对传统的磨矿设备所消耗的能量最低。如日本 开发的立式塔式磨机、澳洲蒙苔艾萨矿山公司开发的 艾萨磨机为代表的卧式搅拌磨机都是高效细磨技术的 成功应用，在生产小于1 0 斗m 的磨矿产品时，同常规 球磨机相比可降低约5 0 ％～7 0 ％的能量[ 1 6 。1 7 ] 。通过研 究矿石内部的矿物特征，引人选择性解离技术可以有 效降低破碎磨矿产品的功耗，防止铁矿物颗粒过粉碎， 恶化选别指标。例如利用以层压破碎理论为基础的高 压辊磨技术对矿石进行破碎，在破碎产品内部产生的 微裂纹比传统破碎方式所产生的微裂纹多5 倍，极大 地改善了矿物的选择性解离状态。 3 ．2 发展微细颗粒分选工艺技术、设备和药剂 通过对不同微细粒在不同流场中的沉降及受力状 况分析可知，当粒度在3 0 斗m 以下时，由于粒度的减 小，比表面积急剧增大，比表面能也急剧增大，使矿物 表面特性的影响更加明显，传统的磁力、重力及浮力将 不再起主导作用，此时矿粒将受到各种表面力，如双电 层静力作用、分子作用力等的影响，因此如何有效地分 选微细颗粒已经成为选矿领域重点研究的问题【l S - 2 0 ] 。 张海军等旧u 采用逆流微泡浮选柱对微细粒磁铁矿精 矿进行了阳离子反浮选试验研究，经一次粗选两次扫 选的开路流程试验，将T F e 品位由6 3 ．6 0 ％提高至 7 0 ．9 5 ％。郭建斌心2o 对东鞍山微细粒赤铁矿进行了载 体浮选试验，结果表明在最优条件下可以实现一1 0 斗m 赤铁矿的回收率为9 0 ．7 6 ％，品位为6 4 ．2 1 ％。牛福 生等旧。对宣龙式鲕状赤铁矿采用分散．选择性絮凝一强 磁选工艺流程进行选别，可最大程度实现3 ～9 斗m 的 脉石矿物分散，一3 0 仙m 微细粒铁矿物选择性絮凝，在 一次粗选一次扫选、磁感应强度1 ．5T 的分选工艺条 件下，最后取得了铁精矿品位5 5 ．5 1 ％、回收率7 6 ．0 2 ％ 的技术指标。 3 ．3 创新选冶联合流程。确定合理选矿界限 研究表明，高品位铁精矿对降低冶炼成本、节能降 耗具有重要意义，但并非起着不可替代作用，因此对于 难选铁矿的分选可以从选冶联合的角度考虑，创新选 冶联合流程，确定合理选矿界限。由于某难选赤铁矿 的嵌布粒度细、常规选矿难以对其有效地分选，针对这 一情况，北京科技大学倪文心列采用煤基直接还原一弱 磁选工艺对此赤铁矿进行了选别。在温度为12 0 0 ℃、时间为1 2 0m i n 的还原条件下，磨矿细度为- 0 ．0 7 4 m m 粒级占9 0 ％的原矿经弱磁选分离后，可以获得品 位为9 1 ．9 4 ％、回收率为9 5 ．8 5 ％的铁精矿。河北联合 大学刘淑贤等Ⅲ1 对加拿大某贫细鲭状赤铁采用深度 还原一弱磁选分选工艺进行了试验研究，在温度为 12 0 0o C 、时间为1 2 0m i n 、矿煤质量比为2 1 的还原 条件下对原矿进行深度还原，经过还原后的矿石再经 一段磨矿两段磁选后，可获得r i t e 品位9 2 ．1 8 ％、回收 率9 0 ．4 5 ％的金属粒铁。 4 结语 1 宣龙式鲕状赤铁矿是我国北方一个最具代表 性的外生铁矿，矿物学研究表明，含铁矿物和石英、绿 帘石等脉石矿物结晶粒度不均匀，最细可以达到 5 斗m ，同时嵌布类型复杂，鲕状赤铁矿与脉石矿物呈 层间同心环状分布，环层之间为渐变过度，集合体内含 铁矿物和脉石矿物相互夹杂，造成矿物单体解离和相 互分开困难。 2 宣龙式鲕状赤铁矿分选技术基本上处于实验 室研究阶段，主要为强磁抛尾一浮选提铁降硅技术、强 磁抛尾．重选精选提铁技术、磁化焙烧．弱磁技术。 3 强化超细磨和选择性解离技术、发展微细颗粒 分选工艺技术、设备和药剂和创新选冶联合流程，确定 合理选矿界限是宣龙式鲕状赤铁矿选矿应注重的发展 趋势，通过加强相关选矿技术研究，将会为突破此类难 选铁矿资源规模工业应用瓶颈提供支撑。 参考文献 [ 1 ] 梁瑞，张秀云，赵军，等．“宣龙式”铁矿地质特征及其成因分 析[ J ] ．国土资源，2 0 1 3 1 1 3 5 - 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