磁铁矿矿石选矿流程中的浮选工艺.pdf

磁铁矿矿石选矿流程中的浮选工艺 В А 辛杰莫娃 摘 要 采用浮选工艺对磁选过程中产出的磁铁矿精矿进行精选,能达到降低磁铁矿精矿中的SiO2和S的含量,以生产出能适 用于高炉熔炼和直接还原铁所需的磁铁矿精矿。采用浮选工艺后就能在较早的磨矿阶段,获得所需质量的最终精矿, 因而就能达到减少磨矿物料的数量和降低电能消耗。 关键词 磁选-浮选联合流程 分选 磁铁矿矿石 节能 提高生产能力 处理细粒浸染状磁铁矿矿石的一些选矿厂,是 俄罗斯铁精矿的主要生产企业。如在美国的明尼苏 达州和密执安州、 加拿大安大略省的许多大型采矿 公司都在开采铁燧岩矿石,它们是矿物成分接近细 粒浸染的磁铁矿石英岩矿石。俄罗斯和这些国家处 理这些矿石的很多大型采选公司,多数都是在20世 纪60～80年代建成的。 磁铁石英岩和铁燧岩矿石中大约含有30 ～ 35 的铁。俄罗斯国内的一些采选公司生产的精矿 的铁品位基本上都在65 ～66 之间,少数达到了 6810 ～6815 。 目前世界黑色金属产量中,大约97 都是进入 高炉熔炼成铸铁。对于高炉熔炼过程来说,对铁矿 石原料的基本要求之一,就是在尽可能降低硫、 磷、 锌、 砷和其它杂质以及合适的造渣组分含量的条件 下,达到很高的含铁量。 此外,运输较富的精矿和球团矿,也会节省运输 费用。 提高精矿铁品位基本上都是通过降低精矿中的 SiO2含量而实现的。铁矿石原料中的SiO2含量降 低1 ,就能使焦炭的消耗量大约减少3 ,并能提 高高炉的生产能力。力求达到更合理地利用燃料- 动力资源和不断提高的对金属质量的要求,这些都 决定了需要开发非高炉冶金法,以及扩大适于炉外 炼铁的矿物原料基地。 在俄罗斯的一些采选公司中,分选磁铁石英岩 的原则工艺流程包括三到四段破碎和三段磨矿。分 选过程是通过在每段磨矿以后进行湿式磁选以获取 最终尾矿,在最后阶段才获取精矿。在某些采选公 司中,有少量3 ～7 的尾矿采用干式磁选法分 离出的。 用于生产金属化球团和团块的,铁品位达到 70 、SiO2含量达到214 的高质量精矿,目前在俄 罗斯只有列别金斯克采选公司一家生产,通过对普 通精矿再磨到98 - 44μm ,随后再进行脱泥和磁 选而得到的。 正如先前已指出过的那样,在俄罗斯的一些选 矿厂中,磁选是分选磁铁矿的一种主要方法。采用 磁场磁感应强度为80～96 kA/ m的湿式磁选机,能 确保磁铁矿与单体的石英以及部分的铁的硅酸盐矿 物有效分离,但不能使那些,由磁铁矿与这些矿物形 成的富连生体达到分离。因此,为了通过湿式磁选 制取高质量的精矿,就应将矿石磨细到85 ～95 - 44μm粒级。在这种条件下就能使磁铁矿达到几 乎完全解离。在对精矿进行分级或细筛时,细颗 粒 74 ～44μ m 就被分离到溢流筛下产品中,而 矿砂筛上产品又重新返回再磨。 在其它国家的一些选矿厂中,除了进行两段磨 矿和磁选外,还采用多种精选作业以获取富精矿和 中矿,后者又返回再磨。 磁选-浮选流程已用于美国的Minntac、Em2 pire和Northshore、 加拿大的Griffith、Adams和 Sherman、 挪威的Kirkiness、 瑞典的Kiruna以及中 国和其它国家的一些选矿厂中。浮选给矿的粒度为 60 - 44μm或者更细。 在美国、 加拿大、 巴西的很多选矿厂中,都安装 了Derrick型振动筛,目的是为了分级或分离出成 品精矿。 在俄罗斯的一些磁铁矿选矿厂中,目前的电能 消耗约占选矿成本的42 ～48 ,其中60 ～70 都消耗在磨矿工序中。由于近年来电能价格不断提 高与2000年相比已提高了5倍 , 因此必须制定节 能工艺,并且还应改进一些设备和完善那些在20～ 40年前制定的工艺流程。 9 2008. 2 国 外 金 属 矿 选 矿 降低选矿厂电能消耗的方向之一,就是随着矿 物的解离和产生足够数量的单体磁铁矿时,及时地 分离出精矿,以减少进入细磨工序的物料数量。 采用浮选方法降低精矿中的二氧化硅、 硫、 磷和 其它杂质的含量,就有可能提高成品精矿的质量。 浮选方法也已用于那些处理含有钛、 铜、 硫、 钴、 磷和其它伴生元素的铁矿石的综合利用工艺流程 中。 本文详细介绍了应用浮选方法提高磁铁矿精矿 的品位,以及分段获取磁铁矿精矿的实验室和半工 业研究结果。 1 提高铁精矿品位 在研究俄罗斯很多选矿厂的精矿物质组成时已 经查明,精矿中50 ～60 的脉石矿物是石英,并 且细粒 30 ～10μ m 石英基本上都是呈单体形式存 在的,而比较粗粒 20 ～50μ m 的石英,则是以与磁 铁矿的连生体形式存在。除石英以外,还存在有铁 的硅酸盐矿物闪石、 云母和阳起石等。 各粒级精矿中铁的分布率分析结果表明,大量 的磁铁矿与石英的连生体集中在少量的 44μm粒 级中,它们都是在磁选时被回收到磁性产品中的。 因此在 44μm粒级中铁的含量大大低于在- 44 μm粒级中的含量。 在浮选生产实践中,常采用以下三种主要方法 使用阴离子捕收剂在酸性介质中浮选铁矿物正浮 选法 ; 使用阴离子捕收剂在碱性介质中浮选脉石矿 物硅石 阴离子反浮选法 ; 或是使用阳离子捕收 剂浮选脉石矿物阳离子反浮选法。 在磁铁矿精矿和中矿以及少量的矿泥中,铁品 位高是有利于使用阳离子反浮选法以降低精矿中 SiO2含量的一个重要因素。 在俄罗斯,阳离子反浮选工艺常用于分选可溶 性盐,以及在浮选长石时使用。 为了在俄罗斯的选矿厂中能生产出高质量的铁 精矿,必须使精矿中的SiO2含量降低到510 用 于高炉熔炼和218 ～31 0 用于直接还原铁。 阳离子反浮选工艺的效果是由很多相互关联的 因素所决定的,其中很重要的因素之一就是阳离子 捕收剂的选择。 对于较早期的一些研究工作来说, 使用的阳离子捕收剂多数都是 А НП类捕收剂以 碳原子数13～15的石蜡为原料经还原硝化后获得 的伯胺。近年来已研制出多种新型阳离子捕收剂, 例如由德国、 瑞典、 美国和其它国家生产的阳离子捕 收剂。 为了评价阳离子捕收剂在浮选各种磁铁矿精矿 过程中的效果,已试验过如下几种捕收剂瑞典研制 的Lilaflot 烷胺的乙酸盐和二乙酸盐、 醚胺、 醚二胺 等 , 德国研制的Flotigam烷基伯胺的乙酸盐、 俄 罗斯研制的伯胺的乙酸盐和氯化物和其它牌号的捕 收剂。在考虑了被试验的几种捕收剂的用量和概算 费用的基础上,最后选用了Lilaflot捕收剂。在实 验室条件下为获得所需质量的精矿,Lilaflot捕收剂 的用量一般都在20～50 g/ t。 用纯矿物进行的阳离子反浮选法研究结果表 明,从石英与磁铁矿的混合物两者的含量分别为 10 和90 中,在中性和弱碱性介质中浮选回收 石英最为有效,这是由于在这样条件下磁铁矿与石 英对阳离子捕收剂有着不同的浮选活性。通过加入 石灰或氢氧化钠提高矿浆的碱性时,就能提高精矿 铁回收率,并且加入石灰提高矿浆碱性时,这个指标 还要稍高一些。在碱性介质中磁铁矿能有效地吸附 钙离子,并从磁铁矿表面置换出胺,而对于石英吸附 钙来说,则需要更高的碱性。 淀粉能抑制磁铁矿,但不影响石英的浮选。 在实验室条件下,在浮选含有6810 ～6710 Fe和511 ～612 SiO2的磁铁矿精矿时,获得了 含有6913 ～6914 Fe和317 ～311 SiO2的精 矿,在 开 路 回 路 中 铁 的 回 收 率 达 到9418 ～ 9210 。浮选过程中只使用了Lilaflot捕收剂,用 量为20 ～40 g/ t 见表 1 。 磁铁矿精矿阳离子反浮选的试验结果表明,在 Lilaflot捕收剂的用量增加到30 ～50 g/ t时,产 出了含有6919 Fe和218 SiO2的适于直接还原 的铁精矿。俄罗斯北方采选公司生产的精矿,其特 点是磨矿粒度很细81 - 20μ m 。显然,这就解 释了在p H 916的条件下进行浮选时捕收剂的用量 很高200 g/ t的原因。 在对列别金斯克采选公司的磁铁矿精矿进行浮 选精选,以获取适用于直接还原的高品位铁精矿时, 铁的作业回收率为891 5 表 1 。 在国外也存在着这样的看法,认为在以磁铁矿 精矿中浮选除去硅石 SiO 2的过程中,与叶轮式浮 选机相比,浮选柱是一种更合适的设备。在米哈伊 洛夫斯克采选公司选矿厂的一个系列中,已安装了 一套半工业装置,在高6 m、 直径1512 cm的Com2 inco牌号的浮选柱中浮选磁铁矿精矿。85 - 44 μm粒级的磁铁矿精矿,未经再磨就给入这套装置 01 国 外 金 属 矿 选 矿 2008. 2 中进行分选。磁铁矿精矿中的含铁量为6610 ～6612 。 表1 磁铁矿精矿在开路循环中阳离子反浮选的结果 生产企业 原始产品 粒 度 含量/ FeSiO2 浮选条件 药剂用量/ gt - 1 NaOHLilaflot pH 精矿产率/ 对作业对原矿 精矿含量/ FeSiO2 精矿铁回收率/ 对作业对原矿 提高精矿品位 卡列利斯克球团矿厂93 - 50μm6810511-2061093103218691331794187514 斯托伊连斯克采选公司同上6710612-4081288183714691431192107518 列别金斯克采选公司77 - 44μm6510815-3081675152914701221281176410 94 - 44μm6815414-3081395183514691921697187615 斯托伊连斯克采选公司89 - 44μm6619612-5081287183710691921891167518 卡列利斯克球团矿厂93 - 50μm6812511-3081091183214691921994117512 米哈依伊洛斯克夫采选公司89 - 44μm6610712605091470142415691921874164313 北方采选公司91 - 44μm6510812200200916891969172189614 分段获取精矿 列别金斯克采选公司77 - 44μm6415910-2081684133218681441689156915 卡列利斯克球团矿厂70 - 50μm60101215-40101253182019681541561144715 在p H 817、 硬度为415 mg当量/ L的水中,不 使用介质调整剂进行半工业试验时,米哈伊洛夫斯 克采选公司生产的磁铁矿精矿的含铁量从6613 提高到70 ,而SiO2的含量则从710 降到217 。 试验发现,随着矿浆p H的提高,精矿铁回收率从 74 提高到8514 在开路循环中 , 而浮选精矿的 品位稍有降低。浮选过程的工艺指标可由p H值调 控。 淀粉对浮选过程的作用是不一样的。淀粉能抑 制磁铁矿和提高它在槽内产品中的回收率。但与此 同时,淀粉又会抑制含铁硅酸盐矿物和降低槽内产 品的质量。在工业生产的条件下,随着矿浆中的钙 和镁离子数量的增加,淀粉对浮选过程的影响情况 也更加复杂化了。 在米哈伊洛夫斯克采选公司用浮选柱对磁铁矿 精矿进行浮选精选的试验过程中,作者也采用过经 氢氧化钠改性的淀粉苛化淀粉的浮选制度。发现 在这种情况下有可能减少捕收剂的用量和提高槽内 产品的质量。 所有进行过的试验都证实了利用浮选柱对磁铁 矿精矿进行浮选精选的有效性。 根据试验结果采用按比例放大系数就可确定工 业用浮选柱的规格和工作参数。 2 制取超纯铁精矿 为了用于粉末冶金和蓄电池工业,不仅要求磁 铁矿精矿只能含有规定量的SiO2,而且还应限制其 它杂质含量。 为制取这种精矿,需要应用具有纯净晶格的磁 铁矿作为原料。 在对经再磨后的奥列涅戈尔斯克矿床的磁铁矿 精矿进行浮选精选时,获得了SiO2含量为0115 ～0110 的高质量铁粉。 提出了一种在碱性介质 0 13 kg/ t Na2CO3中 进行的阳离子反浮选工艺,并在半工业条件下进行 了验证。试验结果证明该工艺对奥列涅戈尔斯克矿 床的其它矿段和基洛夫戈尔斯克矿床的矿石都是普 遍适用的。 为了获取可用于电池工业部门的高纯氧化铁, 建议采用列别金斯克采选公司生产的精矿。它们的 浮选精选也是采用阳离子捕收剂在p H 9的碱性介 质中进行的。浮选精矿中含有7114 Fe和0175 SiO2,其它杂质的含量也合乎要求。制定的这种工 艺已进行过工业试验。 3 浮选铁矿石中的硫化矿物 磁铁矿精矿中的含硫量是精矿质量的重要技术 指标之一。为生产出适用于直接还原铁的球团矿, 要求精矿中达到最低的含硫量 0 103 。在对磁 铁矿精矿进行造球过程中常能除去一部分硫,但在 这种情况下为避免污染环境,又必须建造一些脱硫 设施。 以黄铁矿形式存在的硫,以及六角形的磁黄铁 矿非磁性的 , 在弱磁场中进行湿式磁选时都会被 排除到尾矿中。而残留在磁铁矿精矿中的,基本上 都是存在于强磁性的单斜磁黄铁矿中的硫。 单斜磁黄铁矿与磁铁矿有着相近的密度,并且 它们的磁性的差别也不太大。在有大量磁铁矿存在 11 2008. 2 国 外 金 属 矿 选 矿 的情况下,甚至是在降低磁场磁感应强度的条件下 对精矿进行磁选精选以后,仍有一部分磁黄铁矿残 留在精矿中。而且单斜磁黄铁矿又会很快地被氧 化,因而就使得从磁铁矿精矿中浮选除去单斜磁黄 铁矿变得更加困难。 为除去磁黄铁矿而制定的一种浮选工艺,已被 用于处理科夫多尔斯克采选公司和卡列利斯克球团 矿厂的含有0130 ～0135 S的磁铁矿精矿。作 为捕收剂使用了己基黄药,并使用硫酸铜作为磁黄 铁矿的活化剂。 在硫化矿浮选过程中硫的含量 能降 低 到 0113 ～0106 。硫的脱除率为80 - 74 。 4 分段获取精矿 为了分段获取精矿,已对列别金斯克采选公司、 斯托伊连斯克采选公司、 米哈伊洛夫斯克采选公司 和卡列利斯克球团矿厂第二段磨矿后的磁选精矿进 行了研究。 由于在第二段磨矿以后磁铁矿仍没达到完全解 离,因而通过阳离子反浮选也只能使米哈伊洛夫斯 克和斯托连斯克采选公司的精矿中的含铁量,分别 从5815 提 高 到6511 和 从6016 提 高 到 6412 。 在对列别金斯克采选公司的77 - 44μm粒 级的精矿进行阳离子反浮选时,获得了含有6814 Fe和416 SiO2的精矿,产率为321 8 见表 1 。 在开路循环中采用阳离子反浮选工艺,从卡列 利斯克球团矿厂第二段磨矿后的磁选精矿中,获得 了含有6815 Fe和415 SiO2的精矿,产率为 2019 。 先前已对列别金斯克采选公司的79 - 44μm 粒级的磁铁矿精矿,和粒度为72 - 44μm的第三 段磨矿的循环负荷,按74μm级别进行过细筛试 验。筛下产品的产率为2212 筛分效率为72 。 在对卡列利斯克球团矿厂第二段磨矿后的磁选 精矿粒度为75 - 53μ m 按53μm级别进行细筛 时,获得了含67 Fe的精矿,精矿产率为91 7 筛 分效率为40 表 2 。 表2 分段分离出精矿的研究结果 生产企业产 品 采用细筛工艺 产率/ Fe品位/ Fe回收率/ 采用浮选工艺 产率/ Fe品位/ Fe回收率/ 第二段精矿2212321868146915 第三段精矿14144116815817 列别金斯克采选公司总精矿36166910781273619681457812 尾 矿514111311895111217210 原矿含砾石421061178012421061178012 第二段精矿91706710211562019681547150 第三段精矿251546814571961218681429103 卡列利斯克球团矿厂总精矿351246810791523317681476153 尾 矿31561115113661310142117 原 矿381806218380188401059137817 与采用细筛的方法相比,采用浮选方法时获得 更高的精矿产率的原因,可解释为在槽内产品中不 仅回收了如在细筛时回收的那些细粒级产品,而且 还回收了含有在原矿中的较粗粒度的磁铁矿。而在 进行细筛时粗粒的磁铁矿是不能通过筛子的。此 外,筛分效率较低决定了有一部分细粒级物料损失 在筛上产品中,并且必须从筛上产品中对它们进行 回收。 表3 列别金斯克采选公司3号选矿厂用细筛或浮选方法分段分离出精矿节能效果的概算结果 指标现行的生产能力 建议采用的方案 带细筛作业带浮选作业 按原矿计的生产能力/百万t/ a151715171517 按精矿计的生产能力/百万t/ a611611611 精矿产率/ 36186361643619 包括分段回收的产率/ -22123218 精矿铁品位/ 6816691068145 腾出的第三段磨矿机台数-34 节省的电能/ kWha- 14590061200 增加的电能消耗量/ kWha - 1 69806930 减少的电能消耗量/ kWh-3892054270 每吨精矿减少的电能消耗/ kWh-517819 21 国 外 金 属 矿 选 矿 2008. 2 表3中列出了以列别金斯克采选公司为例,采 用分段分离出精矿的工艺时节省电能的概略计算结 果。 在列别金斯克采选公司第二段磨矿后采用浮选 方法分离出精矿时,所需的磨矿机的数目从五台减 少到一台。 为了进行浮选需要使用带两台鼓风机的11台 OK- 50型浮选机、 泵、 给药机和配制药剂用的溶液 槽。 在采用细筛方法分离出精矿时,所需的磨矿机 数目从五台减少到两台。 在采用细筛方法分段分离出精矿时,每吨精矿 可节省电能517 kWh ,而采用浮选方法时可节省电 能819 kWh见表 3 。 5 结 论 铁矿石选矿厂的生产量很大,决定了推广使用 高效经济的选矿方法的合理性。在磁铁矿矿石选矿 流程中的浮选精选工艺,可用于降低精矿中的二氧 化硅含量,以便能获取高质量的磁铁矿精矿。 磁铁矿精矿阳离子反浮选工艺的特点是,药剂 制度简单,捕收剂和介质调整剂的用量都很少。使 用抑制剂的合理性主要取决于在原始产品中的矿物 的物质组成,以及对欲获取精矿的具体要求。水的 硬度钙、 镁离子的含量不会对浮选过程产生不利 的影响。 除了叶轮搅拌式浮选机以外,也可采用浮选柱, 它能灵活控制工艺指标,并能减少精选泡沫产品的 数量。 在俄罗斯的一些采选公司中,都能达到在没有 对原始精矿进行预先磨矿的条件下获得高质量的精 矿,而制取超纯精矿时则必须进行再磨矿。 在磁铁矿矿石选矿流程中采用浮选精选工艺, 就能为获取所需质量的磁铁矿精矿开创一种新的可 能性。 在俄罗斯的一些选矿厂中,在第二段磨矿以后 就有可能获得一部分成品精矿。减少第三段的磨矿 量,减少能耗和提高生产利润。 在采用浮选工艺对磁选精矿进行精选处理时, 节省的电能要高于采用细筛工艺精选时节省的电 能。这是由于补充回收了一些粗粒解离的磁铁矿颗 粒进入磁选精矿,以及浮选过程能达到更高的分选 效率所决定的。 采用本文中所提出的磁选-浮选联合流程分选 磁铁矿矿石,既符合现代社会节能要求,又能生产出 具有竞争力的产品。 张兴仁;雨 田 080202 上接第37页 的Al2O3和115 ～215 的Fe2O3均为重量百分 数 , 并且具有高的一水硬铝石含量。国际市场上这 种铝土矿产品绝大部分来自中国,在中国约有300 个铝土矿矿山正在生产,尤其是在山西省和贵州省。 近年来为了应对中国铝土矿产品日益增长的价 格,南美选矿厂的生产重新活跃起来,甚至启动了一 些已被关闭的选矿厂。对于用于冶金生产的铝土矿, 选矿过程的研究是面向未来。为此下面描述一个带 有重选分离的南美选矿厂,典型的流程是原矿经过粉 碎和洗选,分成几个粒级,然后分别给到不同的下游 重选作业。重选过程适合于从铝土矿原矿中分离出 富铁组分。从颜色可以很容易看出重选效果,暗红色 产品是被除去的含富铁组分的高密度产品。 4 展 望 长期以来,用于非冶金铝土矿选矿的加工过程 如重选等无疑将用于不久将来的金属铝生产中。 除了重选外,磁选弱磁选和强磁选在铝土矿选矿 方面具有很大的潜力。 技术更加复杂、 费用更高的加工过程如浮选 也已成功地被试验证实,可用于降低铝土矿中的二 氧化硅含量。较高的铝土矿原矿选矿费用会降低拜 耳法的费用,并减小对环境的影响。 可以预料,越来越多的铝土矿矿山,将会响应市 场发展需求,在不久的将来对铝土矿原矿进行选矿。 这尤其适合于位于印度、 西澳大利亚和中国的铝土 矿矿床。 刘建远3;李长根 080207 31 2008. 2 国 外 金 属 矿 选 矿 3北京矿冶研究总院