弱磁性赤铁矿连生体的选别性质研究.pdf

分类号 UDC 十I 豹大学 C E ] N T R A LSO U T HU N I V E R S I T Y 密级 编号 硕士学位论文 论文题目⋯弱磁毪纛然壁羹生焦鲍羹萎I J 丝魇研窕⋯ 学科专业⋯⋯⋯⋯⋯⋯砬一毖⋯垄巴王⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 研究生姓名⋯⋯⋯⋯⋯⋯一奎⋯凰⋯垩⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯． 导师姓名及 专业技术职务⋯⋯⋯⋯焦一熹⋯廛⋯⋯．乱一熬～攮⋯⋯⋯． 分类号V D C 硕士学位论文 密级 弱磁性铁矿连生体的选别性质研究 S t u d y o nt h es e p a r a t i o np r o p e r t i e so f w e a k l y - - m a g n e t i ci r o nm i n e r a li n t e r g r o w t h s 论文答辩日期 作者姓名李国平 学科专业矿物加工工程 二级学院资源加工与生物工程学院 指导教师伍喜庆副教授 中南大学 答辩委员会主席 二0 一二年五月 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特另t l D i i 以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校 有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文， 允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 储签名弛吲币签名翰日期塑匕厂肜 摘要 现阶段难选铁矿资源的基本特征是品位低，多种组分致密共生， 有用矿物微细粒嵌布。由于细粒或微细粒嵌布的铁矿石在选别过程中 有大量连生体存在，这些连生体颗粒经过选别后，或者进入中矿，须 进一步予以处理；或者进入精矿中，降低其品位；或者进入尾矿中， 招致有用成分的损失。通过对连生体性质研究，有助于分选过程的最 佳化。 论文就有用矿物连生度分别为1 ％、1 0 ％、1 6 ％、3 5 ％、5 7 ％、8 4 ％、 9 8 ％的弱磁性铁矿石连生体在重选、磁选、浮选等各方面的相关性质 及连生度，选矿性能进行了量化研究，并通过吸附量测试。接触角测 试等方法讨论了捕收剂和抑制剂影响浮选的作用机理。 研究了连生体密度、比磁化率等物理性质及对分选的影响，结果 表明随连生度的升高，各连生体的密度逐渐升高；连生度小于1 0 ％ 的连生体表现为非磁性，连生度在1 0 “ - - 3 5 ％之间的连生体表现为弱磁 性，连生度大于3 5 ％的连生体具有强中磁性矿物特点。采用重选方法， 可以较容易地分离连生度之差大于5 5 ％的两连生体和抛除连生度小 于1 6 ％的连生体；可以分离得到连生度大于5 7 ％的精矿；而两连生 体的连生度之差小于3 5 ％时，难以分离。磁选过程中，随着连生度的 降低，所受比磁力降低，连生度小于1 0 ％的连生体磁选难以回收。 研究了各连生体在阴、阳离子反浮选体系下捕收剂、活化剂及抑 制剂对浮选行为的影响。阳离子反浮选体系中，中性条件下，十二胺 对答连生体均有较强的捕收能力，选择性较差。阴离子反浮选体系中， 矿浆需保持在高碱 p H 1 1 ．5 左右 条件下，随连生度的升高，各连 生体回收率下降幅度基本呈现出先快后缓的趋势，其拐点出现在连生 度为1 6 ％ - 3 5 ％之间。 淀粉对各连生体均有抑制效果，且在阴离子反浮选体系下的抑制 效果比阳离子反浮选体系更强。连生度越高，淀粉的抑制作用越敏感， 尤其是对于连生度大于1 6 ％的连生体。 吸附量测试表明十二胺和淀粉在各连生体表面均发生吸附。随 着连生度的升高，十二胺吸附量有所下降；而淀粉在各连生体表砸吸 附量快速增大，当连生度大予1 6 ％之后增幅减缓，表明淀粉可以有效 抑制连生度大于1 6 ％的铁矿连生体从而有助于反浮选分离。 接触角测试表明连生体与纯水的接触角随着连生度的升高而增 大，十二胺或油酸钠作用之后，各连生体接触角均增大，且随着连生 度的升高，接触角出现一定程度的减小。淀粉作用之后，连生体的接 触角减小，且随连生度升高，接触角降低的幅度增大，抑制剂对于连 生度高的连生体其抑制作用更敏感。 关键词铁矿连生体，有用矿物连生度，磁性，反浮选，淀粉 A B S T R A C T S o ．c a l l e dr e f r a c t o r yi r o no r e sa r ep r e s e n t l yc h a r a c t e r i z e db yl o wi r o n g r a d e , c l o s ei n t e r g r o w t ho fm a n yc o m p o n e n t sa n df i n e - d i s s e m i n a t i o no f v a l u a b l em i n e r a l s ． I nt h e s e p a r a t i o n o f f i n e l y d i s s e m i n a t e d o r m i c r o ．d i s s e m i n a t e di r o no r e s ，t h e r ee x i s tal a r g en u m b e ro fi n t e r g r o w t h s w h i c hw i l le n t e ri n t om i d d l i n g sa n dn e e df u r t h e rs e p a r a t i o n ，o re n t e ri n t o c o n c e n t r a t ea n dr e s u l t a n t l yr e d u c et h eg r a d e ，o re n t e ri n t ot a i l i n g sa n d r e s u l ti nt h el o s so fu s e f u lc o m p o n e n t s ．S oi ti sh e l p f u lt oo p t i m i z et h e s e p a r a t i o nb ys t u d y i n gt h ep r o p e r t i e so fi n t e r g r o w t h s ． T h es e p a r a t i o n ．p r o p e r t i e sr e l a t e dt og r a v i t ys e p a r a t i o n ，m a g n e t i c s e p a r a t i o na n df l o t a t i o no ft h ew e a k l y m a g n e t i ci r o no r ei n t e r g r o w t h s w i t ht h ev a l u a b l em i n e r a li n t e r g r o w t hd e g r e eo f Z ％、1 0 ％、1 6 ％、3 5 ％、 5 7 ％、8 4 ％、9 8 ％w e r es t u d i e dq u a n t i t a t i v e l ya n dt h em e c h a n i s mo f r e a g e n ta c t i o nw e r es t u d i e db ym e a n so fa d s o r p t i o nt e s t s ，c o n t a c ta n g l e t e s t sa n dS Oo n ． T h ee f f e c to fd e n s i t y , s p e c i f i cs u s c e p t i b i l i t ya n do t h e rp h y s i c a l p r o p e r t i e so fi n t e r g r o w t h so nt h es e p a r a t i o nw e r es t u d i e d ，a n dt h er e s u l t s s h o w e dt h a tt h ed e n s i t yi n c r e a s e dg r a d u a l l yw i t ht h ei n c r e m e n to f i n t e r g r o w t hd e g r e e ．T h ei n t e r g r o w t h s s h o w e dn e a r l yn o n m a g n e t i s m w h e nt h ed e g r e ew a sl e s st h a n10 ％，w e a km a g n e t i s mw h e nt h ed e g r e e w a s10 ％- 35 ％，a n dm i d d l em a g n e t i s mw h e nt h ed e g r e ew a sm o r et h a n 3 5 ％．B yg r a v i t ys e p a r a t i o n ，i ti se a s i l yt os e p a r a t et h et w oi n t e r g r o w t h s w i t ht h e i rd e g r e ed i f f e r e n c eo fm o r et h a n5 5 ％a n dt od i s c a r dt h e i n t e r g r o w t h sw i t ht h ed e g r e eo f l e s st h a n16 ％，a n dt h ec o n c e n t r a t ew i t h t h ed e g r e eo fo v e r57 ％c a na l s ob eo b t a i n e d ，w h i l ei ti sd i f f i c u l tt o s e p a r a t et h ei n t e r g r o w t h sw i t ht h e i rd e g r e ed i f f e r e n c eo fl e s st h a n35 ％．I n t h e m a g n e t i cs e p a r a t i o n ，a s t h e i n t e r g r o w t hd e g r e ed e c r e a s e d ，t h e m a g n e t i cf i e l di n t e n s i t yr e q u i r e dt or e c o v e ri n t e r g r o w t hi n c r e a s e d ，a n dt h e s p e c i f i cm a g n e t i cf o r c er e d u c e d ．M o r e o v e r ，t h ei n t e r g r o w t h sw i t ht h e d e g r e eo fl e s st h a n 10 ％w e r ed i f f i c u l tt ob er e c o v e r e db ym a g n e t i c s e p a r a t i o n ． T h ee f f e c to fc o l l e c t o r s ，a c t i v a t o r sa n dd e p r e s s a n t so nt h ef l o t a t i o n I I I b e h a v i o ro ft h ei n t e r g r o w t h si na m o n l ca n dc a t i o n i cs y s t e m sw a ss t u d i e d r e s p e c t i v e l y ．I nc a t i o n i cr e v e r s ef l o t a t i o ns y s t e m ，l a u r y la m i n es h o w e da s t r o n gc o l l e c t i n g c a p a b i l i t yf o rd i f f e r e n ti n t e r g r o w t h si nt e r m so ft h e r e c o v e r y , w h i c hi n d i c a t e dt h a tt h es e l e c t i v i t yo fl a u r y la m i n ew a sp o o r ．I n a n i o n i cr e v e r s ef l o t a t i o ns y s t e m ，t h ep u l ps h o u l db eu n d e rs t r o n ga l k a l i n e a tp H11 ．5 c o n d i t i o n ，w i t ht h ei n c r e a s eo fi n t e r g o w t hd e g r e e ，t h et h e r e c o v e r yw a s d e c r e s e df i r s tf a s ta n dt h e n s l o w l y , t h et r u n i n gp o i n t a p p e a r e di nt h ed e g r e er a n g eo f 16 ％- 35 ％． T h es t a r c hh a di n h i b i t o r ye f f e c tt od i f f e r e n ti n t e r g r o w t h s ，a n dt h e i n h i b i t i o ni na n i o n i cr e v e r s ef l o t a t i o nw a ss t r o n g e rt h a nt h a ti nc a t i o n i c r e v e r s ef l o t a t i o n ．T h eh i g h e rt h ei n t e r g o w t hd e g r e ew a s ，t h em o r e s e n s i t i v et h ei n h i b i t i o no fs t a r c hw a s ，e s p e c i a l l yf o rt h e i n t e r g r o w t h d e g r e eo f o v e r l6 ％． T h ea d s o r p t i o nt e s t ss h o w e dt h a tb o t hl a u r y la m i n ea n ds t a r c hw e r e a d s o r b e do nt h es u r f a c eo ft h ei n t e r g r o w t h s ．A st h ei n t e r g r o w t hd e g r e e i n c r e a s e d ，t h ea d s o r p t i o nf i r s ti n c r e a s e dr a p i d l y ，w h e nt h ei n t e r g r o w t h d e g r e ew a sa b o v e16 ％，t h ei n c r e a s eb e g a nt os l o wd o w n ，w h i c hs h o w e d t h a ts t a r c hw a sa b l et oe f f e c t i v e l yi n h i b i tt h ei r o no r ei n t e r g r o w t h sw i t h t h ei n t e r g r o w t hd e g r e eo fa b o v e16 ％a n dc o n t r i b u t et ot h er e v e r s e f l o t a t i o ns e p a r a t i o n ． T h ec o n t a c ta n g l et e s tr e s u l t ss h o w e dt h a tt h ec o n t a c ta n g l eb e t w e e n t h e i n t e r g r o w t ha n dp u r ew a t e r i n c r e a s e dw i t ht h ei n c r e m e n to ft h e i n t e r g r o w t hd e g r e e ．A f t e rt h ea d s o r p t i o no fl a u r y la m i n e o rs o d i u mo l e a t e ， t h ec o n t a c ta n g l eo fa l li n t e r g r o w t h si n c r e a s e d ，a n dt h ec o n t a c ta n g l e d e c r e a s e dw i t ht h ei n c r e m e n to ft h ei n t e r g r o w t hd e g r e e ．A f t e rt h e a d s o r p t i o no fs t a r c h ，t h ec o n t a c ta n g l eo fa l li n t e r g r o w t h sr e d u c e d ，a n d t h ed e c r e a s e i n c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s eo ft h ei n t e r g r o w t hd e g r e e ，a n d t h e r e f o r et h ei n h i b i t i o nw a sm o r es e n s i t i v et ot h ei n t e r g r o w t hw i t hh i g h d e g r e e s ． K E YW O R D Si r o no r ei n t e r g r o w t h ，i n t e r g r o w t hd e g r e eo fv a l u a b l e m i n e r a l s ，m a g n e t i s m ，r e v e r s ef l o t a t i o n ，s t a r c h I V 目录 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I A B S T R A C T ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．I I I 目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．V 第一章文献综述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．1 铁矿资源概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．2 铁矿石工艺矿物学⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 1 ．2 ．1 强磁性铁矿物工艺矿物学⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 1 ．2 ．2 弱磁性铁矿物工艺矿物学⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 ．3 弱磁性贫铁矿选矿方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 1 ．3 ．1 铁矿石磁选法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 ．3 ．2 铁矿石浮选法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 1 ．3 ．3 铁矿石重选法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 1 ．3 ．4 铁矿石电选法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 1 ．4 连生体研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．9 1 ．4 ．1 矿物的解离与连生⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。1 0 1 ．4 ．2 连生体矿物理性质研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 1 ．4 ．3 连生体矿浮选性质研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。1 2 1 ．5 本课题研究的内容及意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 3 第二章试样、药剂、仪器及试验方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 5 2 ．1 试验矿样及制备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯15 2 ．2 试剂及仪器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．⋯⋯⋯⋯．17 2 ．2 ．1 试验试剂⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 7 2 ．2 ．2 仪器设备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．17 2 ．3 研究方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯18 2 ．3 ．1 密度测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．18 2 ．3 ．2 磁学性质测定和磁选试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．18 2 ．3 ．3 浮选试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。1 9 2 ．3 ．4 吸附量测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 0 2 ．3 ．5 接触角测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 3 第三章弱磁性铁矿连生体物理分选性质研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 4 3 。1 铁矿连生体重选性质⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 4 V 3 ．2 ．1 铁矿连生体密度测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 4 3 ．2 ．2 铁矿连生体重力分选⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 5 3 ．2 铁矿连生体磁学性质⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 6 3 ．2 ．1 比磁化强度及比磁化率⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 6 3 ．2 ．2 比磁力计算及分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 9 3 ．3 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 第四章弱磁性铁矿连生体浮选性质研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 2 4 ．1 铁矿石反浮选常用捕收剂及抑制剂⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 2 4 ．1 ．1 铁矿石反浮选常用捕收剂⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．。3 2 4 ．1 ．2 铁矿石反浮选常用抑制剂⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 3 4 ．2 十二胺体系下铁矿连生体的浮选行为研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 4 4 ．2 ．1p H 对铁矿连生体浮选行为的影响。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 5 4 ．2 ．2 捕收剂用量对铁矿连生体浮选行为的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。3 6 4 ．2 ．3 抑制剂用量对铁矿连生体浮选行为的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 8 4 ．3 油酸钠体系下铁矿连生体的浮选行为研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 9 4 ．3 ．1p H 对铁矿连生体浮选行为的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 9 4 ．3 ．2 捕收剂用量对铁矿连生体浮选行为的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 1 4 ．3 ．3 活化剂用量对铁矿连生体浮选行为的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 2 4 ．3 ．4 抑制剂用量对铁矿连生体浮选行为的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 4 4 ．4 弱磁性铁矿连生体浮选机理研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 6 4 ．4 ．1 十二胺在铁矿连生体表面吸附量的测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 6 4 ．4 ．2 淀粉在铁矿连生体表面吸附量的测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 7 4 ．4 ．3 接触角的测定⋯⋯⋯_ ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 8 4 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 0 第五章结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 3 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 9 硕士期间主要研究成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 0 V l 1 ．1 铁矿资源概况 第一章文献综述 世界铁矿资源丰富，矿石量超过8 0 0 0 亿t ，含铁量超过2 3 0 0 亿t ，且尚有很 大发现潜力【l 】。1 9 5 0 年之前非洲大陆几乎没有发现大型铁矿，澳大利亚仅在西部 有小型的延皮桑德矿，加拿大的拉布拉多尚属空白，南半球三大洲铁矿石产量仅 占世界总量的6 ％左右。然而随着战后西方各国经济复苏，对铁矿石需求猛增， 从而掀起全球性的找矿热潮，铁矿石探明储量及产量迅速增长【2 】。发展至今，世 界铁矿石资源分布形成了南半球富铁矿多 如澳大利亚、巴西、南非等国家 、 北半球国家贫铁矿多 如美国、加拿大、俄罗斯、中国等国家 的特点【3 1 ，。其探 明储量的9 0 ％分布在以下1 0 国家和地区，即独联体 俄罗斯、乌克兰、哈萨克 斯坦 、巴西、中国、加拿大、澳大利亚、印度、美国、法国、瑞典，其中巴西、 俄罗斯和澳大利亚是世界铁矿资源最丰富的国家，此外，乌克兰和中国虽然铁矿 石储量很大，但贫矿多、富矿少，铁矿石含铁量低。此外，英国、委内瑞拉、利 比亚、智力和南非的储量也较丰富[ 4 1 。但在国际市场上，铁矿石主要卖方巴西淡 水河谷、澳大利亚必和必拓和力拓三大公司形成“价格联盟”，控制着全球7 5 ％～ 8 0 ％的铁矿石出1 3 市场，使得国际铁矿市场出现垄断趋势【5 】。 中国铁矿资源丰富，铁金属总储量位于俄罗斯、乌克兰、澳大利亚之后，居 世界第四位【6 1 。据国土资源部全国矿产资源储量通报，截止2 0 0 8 年年全国铁 矿累计查明资源储量6 8 5 ．1 亿t ，铁矿区2 8 6 7 处。其中，东、中、西部地区铁矿 累计查明资源储量分别占我国铁矿累计查明资源储量总量的4 3 ．5 ％、1 7 ．3 ％．、3 9 ．2 ％。已探明的铁矿储量主要集中于于鞍山．本溪、冀东．密云、五台．吕梁、包头． 白云鄂博、邯郸．邢台、西昌．滇中、长江中下游、鄂西．湘西北及霍邱等1 0 个地 区，其特点是分布广泛又相对集中；类型齐全且特色突出；矿区数量多，大型 矿区资源储量占主导地位；富矿少，贫矿多，品位偏低；组分复杂，综合利用价 值大，难度也大‘7 邶】。 中国铁矿石资源呈现为丰而不富，其主要赋存特点是“贫”、“细”、“杂”。 具体表现为①贫矿多、富矿少，平均铁品位仅为3 1 ．9 5 ％，比世界平均品位低 1 1 个百分点，与澳大利亚、巴西的含铁品位6 0 ％以上的大而富的铁矿相比，相 差更远，贫矿占储量的9 4 ．3 ％。②中小矿多、大矿少，细粒嵌布的铁矿石多，多 数要磨细到．0 ．0 7 4 m m 占8 0 ％- - - ，9 0 ％、个别要磨细到．0 ．0 7 4 m m9 0 ％以上才能使铁 矿物单体解离，如占一定比例的鲕状赤铁矿，铁矿物的嵌布粒度只有几十∥m 甚 至几∥m ，导致在现代磨、选技术条件下无法获得高品位的铁精矿。⑨伴生矿的 储量占铁矿总储量的3 3 ％左右，组成成分杂乱，铁矿石中可能有钒、钛、铜、铅、 锌、钴、铌、锰、钨、钼、金等单一或多种半生金属，典型代表如四川攀枝花铁 矿、湖北大冶铁矿、内蒙白云鄂博铁矿等。总之，由于有以上特点存在，我国铁 矿资源开采难度大、绝大部分矿石需经选矿处理，微细粒铁矿更是要求磨矿粒度 更细，导致选别难度进一步增大，金属流失增多，选矿成本提高。限于目前工业 技术水平，在已经开采的铁矿石中约有3 0 ％的资源由于其嵌布粒度过细、磁性过 弱不能回收而被丢弃。因此，我们必须不断提高选、冶水平，用最低成品创造最 大效斟1 1 - 1 3 1 。 1 ．2 铁矿石工艺矿物学 选矿工艺矿物学以进行选矿加工的矿石为研究对象，能够提供其矿物组成、 粒度大小、含量、与脉石等的嵌布状态、目的矿物的解离度、连生体性质等信息 【1 4 】，其最终目的应是密切结合选矿，充分综合利用矿物原料，提高有用组分的提 取率，它是选矿工艺的重要组成部分，也是选矿科研的第一阶段。所以，研究选 矿工艺的新方法、新技术、新工艺、新设备，不断提高工艺技术水平，这就需要 工艺矿物学工作者提供准确可靠的工艺矿物学资料【l5 1 ，如澳大利亚的M t ．I s a ．矿 山为了掌握选矿流程的运行状况，几乎每个月都会把其选矿产品进行工艺矿物学 检测【1 6 ，1 7 】。工艺矿物学研究目的既为选矿工艺研究服务，也为矿山企业的生产流 程服务，通过对矿山企业生产流程的工艺矿物学考察，找到矿山生产流程的缺陷， 为其生产流程的优化提供努力方向【l8 1 。在我国，工艺矿物学受重视的程度还不够， 主要在矿石可选性研究阶段进行矿物学的研究，选厂所追求的是流程的稳定，而 不是流程的最佳，工艺矿物学检测在一般甚至是较大型的矿山企业基本不存在 【1 4 】 o 随着现代科学技术的发展，工艺矿物学的研究方法将日趋完善和现代化，从 而更好地协助选矿人员进行指定选矿方案、工艺流程、机理探讨及过程最优化的 研究。根据选矿试验研究的目的性、阶段性和选矿生产实践与基础理论，选矿工 艺矿物学的基本任务与研究内容可概括为【1 9 ’2 0 】 ①研究矿石化学成分、矿物组分、元素赋存状态及其分布规律； ②研究矿物粒度组成、嵌布特征与破矿、磨碎过程中的解离性； ③研究矿物基本性质和改变自然矿物性质的工艺效果； ④研究矿物晶体化学、晶体结构、表面性质与工艺特性； ⑤研究矿物在选矿过程中的行为和工艺产品的矿物分析； 2 ⑥研究矿物工艺性质与其形成条件和环境保护的关系； ⑦确定矿石的工艺特性； ⑧研究选矿工艺矿物学得基础理论与研究方法。 总之，铁矿石工艺矿物学研究的特点是能紧密围绕选矿工艺的需要，提供详 尽而系统的数据，特别是多元素分析，物相分析和矿物解离度方面的数据。 1 ．2 ．1 强磁性铁矿物工艺矿物学 强磁性铁矿物颗粒的比磁化系数大于3 ．8 x i 0 一m a ／k g ，可以在磁场强度达 1 2 0 k A ／m 的弱磁场磁选机中进行回收。这类矿物大都属于亚铁磁性物质，主要有 磁铁矿、磁赤铁矿、钛磁铁矿、磁黄铁矿和锌铁尖晶石等【2 1 1 。 1 磁铁矿化学式为F e 3 0 4 其中F e O 占3 1 ．0 3 ％，F e ，O ，占6 8 ．9 7 ％ ， 理论含铁7 2 ．4 ％；等轴晶系，单晶体通常呈八面体，少部分呈现菱形十二面体；- 集合体多为块状或粒状，铁黑色、条痕呈黑色，金属或半金属光泽，不透明，无 解离，摩式硬度为5 ．5 ～6 ．5 ，比重4 ．8 ～5 ．3 ，具有强磁性。磁铁矿成因很多，它 是岩浆铁矿床 如瑞典基鲁纳铁矿 、接触交代铁矿床 如中国大冶铁矿 、沉积 变质铁矿床 如中国鞍山一带铁矿 以及火山作用有关的铁矿床 如智力拉科铁 矿 中铁矿石的主要矿物。磁铁矿遭受氧化后转变成赤铁矿 假象赤铁矿及褐铁 矿 ，但仍能保持其原来的晶形。磁铁矿中常有一定数量的T i4 以及V3 、M g 2 等以类质同象代替F e3 和F e “，因而形成一些矿物亚种，如钛磁铁矿、钒磁 铁矿、钒钛磁铁矿、铬磁铁矿及镁磁铁矿等。 李艳峰等对吉林某地低品位铁矿进行了系统工艺矿物学研究。研究表明，矿 石含铁2 1 ．9 6 ％，其中8 2 ．6 2 ％的铁以磁铁矿形式存在，磁铁矿本身含M g 、A 1 、 S i 、T i 、M n 等杂志组分，且部分磁铁矿石中包裹细粒、微细粒脉石，这都影响 铁精矿质量；矿石中以细粒及微细脉状产出的磁铁矿，即使细磨也难以单体解离， 这是造成铁损失的原因。由于该矿中含有一定量易泥化的蛇纹石等脉石，细磨矿 以产生矿泥。因此根据该矿的矿石性质，建议实行粗磨抛尾．粗精矿再磨工艺[ 2 2 】。 2 磁赤铁矿化学式为y F e ，O ，，属等轴晶系，化学组成中常含M g 、 T i 及M n 等混入物。集合体通常呈致密块状、粒状等，颜色褐色、条痕褐色，摩 式硬度5 ，比重4 ．9 ，具有强磁性。 磁铁矿处于氧化条件下时，其中的F e2 完全被F e3 所替代，因此有1 ／3F e 2 所占据的八面体位置形成了空位，这种次生变化作用是形成磁赤铁矿的主要方 式。另外，磁赤铁矿也可由其他方式生成，如通过纤铁矿失水、铁的氧化物有机 作用等。 1 ．2 ．2 弱磁性铁矿物工艺矿物学 弱磁性铁矿物颗粒其比磁化系数小于7 ．5 x 1 0 ‘6 m 3 瓜g 。细粒嵌布 铁矿物嵌布 粒度为0 ．2 ．0 ．0 4 3 m m 及微细粒嵌布 铁矿物嵌布粒度一般小于O ．0 4 3 m m 的弱 磁性铁矿石的基本特征有颗粒质量小、比表面大、磁化系数小。这种类型的铁 矿石大多产于沉积型铁矿床，目前具有工业价值的主要赤铁矿、假象及半假象赤 铁矿、针铁矿、镜铁矿、褐铁矿、菱铁矿等【2 3 1 。 1 赤铁矿化学式F e 2 0 3 ，理论含铁6 9 ．9 4 ％。常含T i 、A 1 、M n 、F e “、 C a 、M g 等类质同象混入物。晶体属三方晶系，隐晶质，常呈板状；集合体呈红 褐、钢灰或铁黑色，条痕为樱桃红色或鲜猪肝色，常呈片状、鲕状、块状或土状 等，金属或半金属光泽，硬度5 ～6 ，比重4 ．9 “ - - - 5 ．3 。其中呈金属光泽、铁黑色、 玫瑰花状或片状的赤铁矿集合体称为镜铁矿。赤铁矿广泛分布于自然界中，其形 成的地质作用主要有沉积作用、热液作用和区域变质作用。赤铁矿在还原条件下 可转变为假象磁铁矿，氧化条件下可转为下针铁矿、水赤铁矿等。 邵广全【2 4 】等对平均嵌布粒度为1 5 u m 的赤铁矿进行选矿工艺研究，最终开发 出强磁一反浮选微细粒嵌布赤铁矿选矿工艺。刘水红【2 5 】对云南某赤铁矿研究发 现，该矿中赤铁矿单体多呈纤维磷片状，嵌布粒度极细 0 ．0 0 2 , - ．- , 0 ．0 0 8 m m ，而 石英 为主要脉石矿物 嵌布粒度相对较粗，故适宜采用阶段磨矿、阶段选别工 艺。聂轶苗【2 6 】等通过对某地赤铁矿研究表明，当磨矿至．0 ．0 7 4 m m 粒级占5 5 ％ 时，赤铁矿单体解离度仅达1 2 ．3 3 ％，．0 ．0 4 3 m m 粒级含量为3 1 ．4 3 ％。随着磨矿 深入，赤铁矿单体解离度增加，但变化区间不大，当磨至．0 ．0 7 4 m m 粒级占9 5 ％ 时，赤铁矿单体解离度为5 2 ．2 3 ％，．0 ．0 4 3 m m 粒级含量为6 0 ．8 2 ％。由此可知， 该矿石的