弱磁性铁矿物的表面磁化研究.pdf

中南大学 硕士学位论文 弱磁性铁矿物的表面磁化研究 姓名艾永亮 申请学位级别硕士 专业矿物加工工程 指导教师伍喜庆 20090501 硕士学位论文摘要 摘要 细粒弱磁性铁矿物由于其粒度细、比表面大、磁性弱等特征，常 规的处理方法很难获得理想的回收效果，所以细粒弱磁性铁矿物的分 选一直是矿物加工工程领域的一大难题。 常规表面磁化法是在矿浆中加入磁种微粒，但磁种的制备费用高 且矿物表面的吸附无选择性。相对于此，而本论文试验的研究有两大 特点一是直接在矿浆中合成磁性粒子，磁化矿物表面，简化了工艺 流程；二是不添加任何含铁物质，只调节矿浆p H 值，实现矿物表面 的自磁化。 论文在总结和分析大量国内外相关文献的基础上，对褐铁矿和菱 铁矿的表面磁化进行了系统的试验研究。 通过在褐铁矿矿浆中添加含有F e 2 和F e ”的氯化物溶液，调节p H 值，直接在矿浆中合成磁性粒子，磁化矿物表面。试验考查了磁场强 度、铁离子比例、铁离子用量、矿浆p H 值、反应温度等影响磁化效 果的因素，并获得了褐铁矿磁化的最佳工艺条件F e 2 与F e 3 摩尔比 为3 1 ，矿浆体系的p H 值为1 0 ．5 ，反应温度为4 5 ℃，反应搅拌4 m i n 。 褐铁矿产率从5 5 ％增加到了7 7 ％。油酸钠是实现褐铁矿和石英选择 性分选的有效药剂，用量为3 ．3 1 0 ‘4 m o l ／L 时，褐铁矿与石英的磁选 产率差值达到5 2 ％。 在褐铁矿磁化的基础上，试验进一步提出针对菱铁矿在酸性体系 中溶解产生铁离子的特性，只调节矿浆的p H 值，实现菱铁矿的自磁 化。菱铁矿在酸性体系中溶解产生F e 2 ，通过控制氧化因素使其部分 氧化为F e ”，满足了矿浆中合成磁性粒子的条件。通过考察矿浆p H 值变化、F e C l 3 、F e C l 2 、H 2 0 2 和充气等因素，验证了矿浆中离子组分 及其变化情况。温度是影响菱铁矿自磁化的主要因素，在1 0 0 ℃时， 菱铁矿产率从5 3 ．8 ％提高到9 4 ．6 ％，实现了自磁化。 本文通过菱铁矿自磁化动力学的研究，提出磁化动力学方程为 1 - [ 1 ．1 ．5 ￡．0 ．5 3 8 ] 1 乃 k t 研究表明白磁化受混合控制，反应的活化能为3 0 ．1l k J ／m o l 。 论文还对赤铁矿的自磁化进行了探索试验研究。赤铁矿与黄铁 矿、赤铁矿与菱铁矿在酸性体系下满足自磁化的条件，通过调节p n 值，实现了自磁化。 硕士学位论文 摘要 论文对含有赤铁矿和菱铁矿的梅山铁矿尾矿进行了试验研究，磁 选产率提高了2 0 ％。试验结果表明了含有赤铁矿和菱铁矿的微细粒也 可以实现自磁化。 关键词表面磁化，自磁化，褐铁矿，菱铁矿，赤铁矿 l l 硕士学位论文 A B S R T A C T A BS T R A C T W e a k l ym a g n e t i c i r o nm i n e r a l si s v e r yd i f f i c u l t t o g a i ni d e a l r e c o v e r yu s i n gt r a d i t i o n a lt r e a t m e n t st os e p a r a t et h em i n e r a l sd u e t of i n e g r a i ns i z e ，b i gs p e c i f i c s u r f a c ea n dw e a km a g n e t i s m ，w h i c hi sab i g p r o b l e mi nm i n e r a lp r o c e s s i n gf o rm a n yy e a r s ． R o u t i n ew a yt oe n h a n c es u r f a c em a g n e t i s mi sa d d i n gm a g n e t i cs e e d s i ns l u r r y , b u tt h e i rp r e p a r a t i o ni sc o s t l y , a n dt h i r ea d s o r p t i o no ns p e c i f i c m i n e r a ls u r f a c e si sn o ts e l e c t i v e ．T h e r et w om a i nf e a t u r e sf o rt h i s r e s e a r c h o n e i st h a tm a g n e t i cp a r t i c l e sw e r es y n t h e s i z e dd i r e c t l yi ns l u r r y , w h i c ho f f e ra 1 1e f f i c i e n tw a yt os i m p l i f yt h es e e d st h ep r e p a r t a t i o np r o c e s s ； t h eo t h e ro n ei St h e S O c a l l e d ‘s e l f - m a g n e t i z a t i o n ’，n a m e l y , t h e m a g n e t i z a t i o nw a sr e a l i z e dw i t h o u ta d d i n ga n yc o n t i t u n e tc o n t a i n i n gi r o n i o n s ． O nt h eb a s i so fs u m m a r ya n da n a l y s i so fm a n yi n t e r r e l a t e d l i t e r a t u r e s ，s y s t e m a t i c a le x p e r i m e n t sh a db e e nc a r r i e do u tt om a g n e t i z e t h r e ew e a k l ym a g n e t i ci r o nm i n e r a l s ，s u c ha sl i m o n i t e ，s i d e r i t ea n d h e m a t i t e ，a sw e l la sr e a lt a i l i n g so fi r o nm i l l i n g ． M a g n e t i cp a r t i c l e sw e r es y n t h e s i z e di nt h es l u r r yt h r o u g ha d d i n g f e r r u g i n o u sc h l o r i d ea n da d j u s t i n gp H ．I ne x p e r i m e n t sm a n yf a c t o r ss u c h a sm a g n e t i ci n d u c t i o n ，m o l a rr a t i oo fF e 2 a n dF e 计，d o s a g eo ff e r r i ci o n ， s l u r r yt e m p e r a t u r ea n dp H e t c ．w e r ei n v e s t i g a t e dt oo b t a i nb e s tc o n d i t i o n s w h i c hw e r em o l a rr a t i oo fF e 2 a n dF e 3 3 1 ，p Hv a l u e10 ．5 ，r e a c t i o n t e m p e r a t u r e4 5 “ C ，s t i r r i n gf o r4m i n u t e s ．T h es e l e c t i v i t yo fm a g n e t i z a t i o n b e t w e e nm i n e r a ll i m o n i t ea n dq u a r t zw a si m p r o v e db ya d d i n gs u r f a c t a n t s o d i u mo l e a t e ，w i t ht h ed o s a g e3 ．3x10 4 m o l ／L ，o b t a i n e dl a r g e s tr e c o v e r y d i f f e r e n c e5 2 ％ O nt h eb a s i so fl i m o n i t em a g n e t i z a t i o ne x p e r i m e n t s ，i ts u g g e s t e dt h a t w i t h o u tf e r r i ci o n sa n dj u s tt h r o u g ha d ju s t i n gp Hv a l u eo ft h es l u r r y , s i d e r i t e m a g n e t i s mi se n h a n c e d ，w h i c h i sc a l l e ds e l f - m a g n e t i z a t i o n ． T h e r m o d y n a m i cr e s e a r c hi n d i c a t e dt h a tF e 2 W a sd i s s o c i a t e df r o mt h e s u r f a c eo fs i d e r i t ei na c i d i cc o n d i t i o na n dc o u l db eo x i d i z e di n t oF e ” p a r t l y ．B o t hf e r r i ci o n sa r en e c e s s a r yc o n d i t i o n st os y n t h e s i z em a g n e t i c I I I 硕士学位论文 A B S R T A C T p a r t i c l e s ．R e s e a r c ho nf a c t o r ss u c ha sp Hv a l u eo fs o l u t i o n ，F e C l 3 ，F e C l 2 ， H 2 0 2 ，i n f l a t i n gv o l u m ee t c ．i n d i c a t e dt h a tm a g n e t i cp a r t i c l e sc o u l db e s y n t h e s i z e di ns i d e r i t es l u r r y ．T e m p e r a t u r ei sam a i nf a c t o ri n f l u e n c i n go n s e l f - m a g n e t i z a t i o no fs i d e r i t e ．Y i e l do f s i d e r i t ei n c r e a s i n gf r o m5 3 ．8 ％t o 9 4 ．6 ％a t10 0 ℃i n d i c a t e ds i d e r i t er e a l i z i n gm a g n e t i z a t i o n ． T h ee x p e r i m e n t so nh e m a t i t eS e l f - m a g n e t i z a t i o nw e r et o o k ，a n d s e l f - m a g n e t i z a t i o no fF e 2 0 3a n dF e S 2 ，F e 2 0 3 a n dF e C 0 3r e a l i z e dj u s tb y a d ju s t i n gp Hv a l u e K i n e t i ce q u a t i o no fs e l f - m a g n e t i z a t i o no fs i d e r i t ei s 1 一[ 1 1 ．5 e 一0 ．5 3 8 】17 j k t I ts h o w e dt h a tm a g n e t i z a t i o nr e a c t i o nw e r ee f f e c t e db yh y b r i dc o n t r o l ，t h e a c t i v a t i o ne n e r g yi s3 0 ．11k J ／m 0 1 ． T h ee x p e r i m e n t so nt a i l i n go fM e i S h a nI r o nM i n ei n d i c a t e dt h a tf i n e w e a km a g n e t i cm i n e r a l sw h i c hc o n t a i ns i d e r i t ec o u l db em a g n e t i z e db y i t s e l f ． K E Y W O R D Ss u r f a c e m a g n e t i z a t i o n ，s e l f - m a g n e t i z a t i o n ，l i m o n i t e ， s i d e r i t e ．h e m a t i t e I V 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，除了论文中特别加以标注和致谢的 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。 作者签名型虹 日期 早年上月笪日 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。 作者签名缉缸导师签名娅日期4 年上月位日 硕士学位论文 第一章文献综述 1 。1 论文研究的背景 第一章文献综述 近年来，随着经济的快速发展，钢铁工业在国民经济中的地位越来越重要。 目前，中国年产钢铁超过4 亿吨，居世界首位【。我国铁矿资源资源总储量仅次 于俄罗斯、澳大利亚、巴西、加拿大，居世界第五位【2 1 。但随着需求的增长，国 内矿山生产已不能满足市场需求，2 0 0 7 年我国进口铁矿石达3 ．8 5 亿吨，国内钢 铁业对进口矿石的已存程度达5 0 ％1 4 1 ；而预计到2 0 1 0 年，我国成品铁矿石的需 求总量将达到9 ．1 5 亿吨1 3 】。所以加强国内铁矿山的生产实际解决当前铁矿资源困 局的重要手段。2 0 0 6 年我国己查明铁矿资源储量6 0 7 亿吨，以现在的年消耗量 计算，国内铁矿石已探明储量仅可供开采年限不足3 0 年【5 1 。而富铁矿资源储量 只有1 1 亿吨，仅占全部铁矿资源储量的不足2 ％，其余9 8 ％的铁矿资源均为贫 矿1 6 】。在已开采的铁矿石中尚有3 0 ％的资源因其粒度细、磁性弱不能回收而被丢 弃。所以，如何有效回收利用这些细粒弱磁性铁矿物资源，已成为解决当前资源 短缺问题的重要课题1 7 J 。 1 ．2 主要的弱磁性矿物 细粒弱磁性铁矿物是指，矿物颗粒粒度小于0 ．0 7 4 m m 、颗粒的磁化系数小于 7 ．5 x 1 0 ‰3 ／k g 的铁矿物。其基本特征为颗粒质量小、比表面大、磁化系数小。 目前作为炼铁原料的弱磁性铁矿石中主要有用矿物有赤铁矿、假象赤铁矿 半 假象赤铁矿 、针铁矿、镜铁矿、褐铁矿、菱铁矿等。其物理化学性质列于表1 t 引。 赤铁矿是主要的铁矿物，其选矿产品为钢铁冶炼的主要原料之一。其晶体属 三方晶系的氧化物矿物。它是一种铁的氧化物，是铁的主要矿石矿物。因此，赤 铁矿是经济上最重要的矿物之一。只有为数不多的地方，赤铁矿有完美的金属闪 光菱面体晶体。可是更多的情况下，晶体常常是偏平的，更有甚者形成薄板状， 有些样品板状成簇组成玫瑰花状。有时呈鳞片状集合体，称之为镜铁矿。所有这 些结晶很好的赤铁矿变种都是黑色的，但条痕。即矿物粉末的颜色都是红色的， 所谓肾状铁矿就是这种红色，肾状铁矿是一些放射状的集合体，有肾状的表面。 红色是绝大多数没有结晶形态的土状赤铁矿的颜色。赭石就是这种红色的土状赤 铁矿，它一度是作为颜料的主要来源。 硕士学位论文第一章文献综述 褐铁矿也是主要的铁矿物之一，它的含铁量低于赤铁矿，也是常见的铁矿石。 其实“褐铁矿”并不是某种矿物的种名，通常是针铁矿、水针铁矿的统称。因 为这些矿物颗粒细小，难于区分，故统称为“褐铁矿”。 由于褐铁矿属于含铁矿物的风化产物 F e 2 0 3 ．n H 2 0 ，成分不纯，水的含量 变化也很大。通常呈黄褐至褐黑色，条痕为黄褐色，半金属光泽，主要为块状、 钟乳状、葡萄状、疏松多孔状或粉末状，也常呈结核状或黄铁矿晶形的假象出现。 硬度随矿物形态而异，无磁性。褐铁矿是氧化条件下极为普遍的次生物质，在硫 化矿氧化带中常构成红色的“铁帽“ ，可作为找矿的标志。 菱铁矿也是一种分布比较广泛的铁矿物，它的成分是碳酸亚铁，含铁比较低。 当菱铁矿中的杂质不多时可以作为铁矿石来提炼铁。 菱铁矿一般呈三方晶系或六方晶系，晶体呈菱面体，晶面往往弯曲；集合体 呈粒状、块状或结核状。显晶质球粒状的称球菱铁矿；隐晶质凝胶状的称胶菱铁 矿。菱铁矿一般呈片状与页岩、粘土或煤粘在一起。菱铁矿一般为晶体粒状或不 显出晶体的致密块状、球状、凝胶状，莫氏硬度4 ，比重3 ．7 , - , 4 ．0 ，随成分中M n 和M g 含量的升高而降低。颜色一般为灰白或黄白，风化后可变成褐色或褐黑色 等。菱铁矿在氧化水解的情况下可生成褐铁矿【9 l 。 2 硕士学位论文第一章文献综述 1 ．3 弱磁性铁矿石选矿技术的现状和问题 目前处理弱磁性铁矿物最常用的方法主要是磁化焙烧法。但磁化焙烧消耗大 量燃料、对环境危害大、经济成本高，与当前建设和谐社会的理念相悖，并不是 一种理想的处理方法。而通过选矿方法处理弱磁性铁矿的技术研究十分活跃。 1 ．3 ．1 菱铁矿选矿技术进展 我国菱铁矿资源较为丰富，已探明储量2 0 亿吨。由于菱铁矿的理论铁品位 较低，且经常与钙、镁、锰等呈类质同象共生，采用普通选矿方法铁精矿品位很 难达到4 5 ％以上。菱铁矿比较经济的选矿方法是重选、强磁选，但该法难以有效 降低铁精矿中的杂质含量。采用强磁选．浮选联合工艺能有效降低精矿杂质含量， 菱铁矿焙烧后可作为优质的炼铁原料【1 0 】。 长沙矿冶研究院针对大西沟菱铁矿在陕西大西沟铁矿进行了工业试验，研究 开发的焙烧．磁选．反浮选工艺取得了最终精矿品位6 1 ．4 8 ％，尾矿品位8 ．2 5 ％，回 收率8 3 ．8 3 ％的先进指标1 1 1 1 。 张明、刘明宝【1 2 】等对东鞍山难选碳酸盐铁矿石磁选精矿采用分步浮选工艺， 实验室试验菱铁矿品位达到4 5 ．6 3 ％，焙烧后达到炼钢要求品位。 凤凰山铜矿浮选．弱磁尾矿中含有大量菱铁矿，盛忠义【l3 】通过试验研究表明， 采用S h p 强磁选机处理可以得到含铁4 4 。2 ％的低磷低硫的精矿。 毛怀春等【1 4 】研究了从金矿尾矿中回收菱铁矿，通过S L o n ．7 5 0 高立环梯度磁 选机和溜槽联合流程获得理想效果。 从报道的文献看，目前除了焙烧．磁选法外还没有特别有效的方法来回收菱 铁矿。而造成这一局面的主要原因正是菱铁矿粒度细、磁性弱。所以找到一种回 收细粒菱铁矿的方法具有十分重要的意义。 1 ．3 ．2 褐铁矿选矿技术进展 褐铁矿品位较低，可开发的一般含铁3 5 ％- - , 4 0 ％，个别达到5 0 ％，且有害杂 质S 、P 较高。我国探明褐铁矿褐铁矿储量1 2 ．3 亿吨，占全国探明储量的2 ．3 ％。 由于褐铁矿中含有结晶水，物理选矿方法处理的铁精矿品位很难达到6 0 ％。褐铁 矿在磨矿过程中极易泥化，难以获得较高的金属回收率【l5 1 。 中南大学王毓华【1 6 】等人对广东褐铁矿采用强化矿浆分散阳离子反浮选脱硅 新工艺，获得铁精矿品位5 9 ．2 5 ％，回收率8 3 ．4 2 ％的指标。另外，王毓华【l ”等人 对性质相对简单的褐铁矿采用脱泥、石灰活化硅矿物、淀粉抑制铁矿物，油酸和 十二胺联合使用工艺方案，获得铁品位5 7 ．1 8 ％、回收率7 4 ．9 ％的褐铁矿精矿。 3 硕十学位论文第一章文献综述 李永聪【l8 】等人对含褐铁矿和铁硅酸盐的铁矿石采用浮选、重选、磁选和焙烧 等选矿方法进行了试验研究，得出了分级．重选．细粒级浮选工艺联合流程可以获 得理想指标的精矿。 陈雯‘1 9 】采用絮凝．强磁选回收某易泥化褐铁矿，在铁精矿品位保持不变前提 下，可以大幅提高金属回收率。 周岳远【2 0 】等人对云南化念褐铁矿采用粗细粒分级入选的生产流程。4 6 ％的原 矿通过C R I M M 型稀土永磁辊式强磁机一次选别，可以得到品位大于5 0 ％的混合 精矿，回收率可达8 0 ％。 由于弱磁性铁矿物特殊的结构和构成，目前的选矿方法较难获得理想的回收 效果。 1 ．3 ．3 其它难选铁矿石的选矿技术进展 我国大多铁矿石中都含有两种以上的铁矿物，种类越多其可选性越差。该类 铁矿石中以共生有赤铁矿、镜铁矿、针铁矿、菱铁矿、褐铁矿等弱磁性铁矿物者 较为难选。常规的选矿工艺均可用于分选该类铁矿石，但当矿石中含菱铁矿或褐 铁矿较多时，其铁精矿品位和回收率均难以提高。为此，近几年开展了大量的相 关研究工作，较突出的研究成果是弱磁．强磁．浮选和磁化焙烧．反浮选等联合工 艺。如马鞍山矿山研究院对酒钢铁矿石 含镜铁矿、菱铁矿及褐铁矿等 粉矿 ．1 5 m m 采用强磁．正浮选工艺的研究结果表明，与现场采用的单一强磁选工艺 相比，在铁精矿品位提高2 个百分点 达到4 9 ％以上，烧后达到5 8 ％以上 的 同时，铁金属回收率提高1 2 个百分点以上 达到7 4 ％以上 【2 l 】。 王英富[ 2 2 1 利用广西某镜铁矿，经过选矿提纯、后处理等工艺，制取质量达到 或由于国家标准的云母氧化铁颜料。 以包头白云鄂博稀土铁矿和攀枝花钒钛磁铁矿为代表的我国难选多金属共 生铁矿石处理也取得了一些进展，主要有长沙矿冶研究院与包钢合作，采用弱磁 ．强磁．浮选工艺流程改造包钢选矿厂的氧化铁矿石选矿系列，进行工业试验，获 得重大突破。连续生产结果显示，选矿效果良好，铁精矿品位6 0 ％旷6 1 ％，铁回 收率7 1 ％, - 7 3 ％。稀土精矿稀土品位为5 0 ％- 6 0 ％，平均5 5 ．3 1 ％，稀土回收率 1 2 ．5 5 ％。稀土中矿稀土品位为3 4 ．4 9 ％，稀土回收率为6 ．0 1 ％，稀土总回收率 1 8 ．5 6 ％【l l 】。 东北大掣2 3 】对吉林大栗羚羊铁矿进行了选矿研究，矿石中含铁3 4 0 ／0 , - ．, 3 7 ％， 含锰6 0 ／0 , - , 8 ％，含稀土0 ．2 ％加．3 ％。试验表明，浮选和反浮选均不能获得理想的 回收效果，而采用焙烧．磁选的方法可以获得5 8 ．1 8 ％的铁精矿。 李崇德等1 2 4 1 对某含钼、锌、铁复杂多金属矿石进行了优先反浮选脉石、浮选 4 硕士学位论文 第一章文献综述 回收锌、钼、硫混合精矿，尾矿磁选回收铁的研究。获得铁精矿品位6 5 ．2 0 ％， 回收率5 3 ．4 6 ％。 另外，高磷高硫铁矿、鲕状赤铁矿的选矿也是当前铁矿石选矿研究的热点。 1 ．3 ．4 弱磁性铁矿选矿设备进展 近些年来，随着生产地需要，难选铁矿石选矿设备取得了很大进步，主要体 现在以下几个方面 1 高梯度强磁选机研究应用【2 5 2 6 1 。立环脉动高梯度强磁选机在铁矿山得到 了应用，并取得较好的效果。赣州有色冶金研究所熊大和发明的S L o n 系列立环 脉动高梯度强磁选机特点较为突出由于S L o n 立环脉动高梯度强磁选机具有独特 的磁介质结构，不易堵塞；依靠有效的脉动能使颗粒在选分过程中始终保持松散 状态，有效地消除非磁性颗粒的机械夹杂；能有效地调整液位、冲程、冲次、激 磁电流等可操作性强的特点，使难选矿石选矿指标有了较为明显改善。该设备在 齐大山、东鞍山、包钢等选厂应用中选矿指标获得明显的改善。 2 高效率细筛的研究应用【2 7 ，2 8 ，2 5 9 ，3 0 】。高效率细筛的应用优化了工艺流程结 构。长期以来，我国选矿一直采用尼龙 高频 细筛，存在再磨机磨矿效率难以 提高、再磨循环量大、过磨现象严重、造成金属流失、选矿技术指标不高等问题。 应用M V S 高频振网筛后，具有比较明显的优点一是M V S 高频振网筛具有较 高的筛分效率；二是M V S 高频振网筛具有较好的提质效果；三是M V S 高频振 网筛具有较高的开孔率；四是M V S 高频振网筛具有良好的节能效果。这使得选 矿效率得到提高。 3 高效磨矿分级设备研究应用[ 3 1 , 3 2 ’3 3 1 。近年来，高效磨矿分级设备得到了 很好的应用，具体表现在磨机大型化提高了磨矿工序的效率；长简径磨机应用 效果更好；水力旋流器在磨矿分级作业中得到了很好的应用；磨矿分级自动化控 制得到了长足的发展。但是，磨矿中过磨的问题还没有得到根本解决，并且离预 期有较大距离。 4 高效浮选设备研究应用1 3 4 1 。目前，浮选机的发展很快，北京矿冶研究总 院研制并形成的B F 、S F 、J J F 浮选机系列，浮选效果较好，应用范围较大。同 时，F C S M C 浮选柱在鞍钢弓长岭选矿厂的工艺试验中，提质效果明显。 5 磁选柱在提高铁精矿品位、精矿脱水等方面有广泛应用。马钢南山矿业 公司应用磁选柱的现场改造后，精矿品位由6 1 ．4 5 ％提高至6 4 ．6 6 ％，精矿产率为 9 1 ．0 5 ％，年增经济效益4 2 ．2 2 万元【3 5 1 。磁选柱应用于本钢集团南芬和歪头山选厂， 铁精矿品位由6 7 ．0 0 ％- - 67 ．5 0 ％提高到6 8 ．5 0 ％以上，S i 0 2 含量降至4 ．5 0 ％以下， 达到了本钢提铁降硅的要求【3 6 1 。 硕士学位论文 第一章文献综述 1 ．3 ．5 弱磁性铁矿选矿需解决的问题 细粒弱磁性铁矿铁矿资源的处理问题如能得到解决，不仅可将世界选矿技术 向前推进到一个新的水平，而且还可以解决我国上百亿吨铁矿石的开发利用，对 解决我国铁精矿严重不足的局面具有重要意义，最大限度地减少对国外优质铁矿 石的依赖程度。 余永富【3 7 】院士撰文指出了我国在铁矿资源利用上亟待解决的几个问题 1 、细粒和微细粒铁矿石的分选这些铁矿石嵌布粒度细小，难磨难分选， 需要研究新的合理的分选技术和方法，此种细粒铁矿石储量约3 0 亿 4 0 亿吨。 2 、矿物成分复杂，共生矿物种类多，伴生脉石和铁矿物的物理化学性质相 似，分选困难。如包钢白云鄂博多金属矿、酒钢桦树沟、宁乡式鲕状赤铁矿等约 6 0 亿～8 0 亿吨。 3 、约2 0 亿 3 0 亿吨低品位菱铁矿、褐铁矿的有效分选利用问题尚没有很好 解决。 4 、高效窄级别细磨设备的研制。 5 、其它具有针对性的高效铁矿石选矿设备的研制开发。 所以开发和研制新的处理弱磁性铁矿的选矿方法具有十分重要的意义。 1 ．4 弱磁性铁矿石的表面磁化研究进展 改变矿物表面磁性的方法分为化学．电化学法和物理．化学法。 化学．电化学法的实质是弱磁性矿物表面经过一定的化学、电化学处理，在 其表面生成一些新的磁性强的成分。这种方法包括碱浸磁化、电化学处理磁化。 物理．化学法的实质是弱磁性矿物在表面活性剂的作用下吸附强磁性颗粒与其表 面，间接增强磁性。这种方法包括疏水磁化、磁种磁化、磁性药剂磁化。 1 ．4 ．1 化学一电化学法的研究 1 、碱浸磁化【3 8 】。菱铁矿 F e C 0 3 为菱形体，有N a N 0 3 型的晶体构造，比 磁化率低，强磁场中分选的并不能获得理想的效果。常用的处理方法是磁化焙烧 和重选。但对一些矿物结构复杂的矿石，如含有大量泥质的菱铁矿石，不能采用 磁化焙烧磁选法处理。这时可以考虑化学处理的方法增强其磁性。这就是碱浸 磁化。 碱浸磁化的实质是强碱破坏矿物的表面成分，伎F e C 0 3 成分分解形成 F e O H 2 ，并进一步转化为强磁性的丫．F e 2 0 3 和F e 3 0 4 。该过程分为两个连续阶段， 即用N a O H 溶液将F e C 0 3 浸出并在颗粒表面形成F e O H 2 阶段；浸出的F e O H 2 6 硕士学位论文第一章文献综述 氧化为] , - F e 2 0 3 和F e 3 0 4 阶段。菱铁矿表面因覆盖强磁性氧化铁成分，故矿物颗 粒磁化率增加。浸出和氧化过程的化学反应如下 F e C 0 3 2 N a O H - F e O H 2 N a 2 C 0 3 3 F e O H 2 0 2 专F e 3 哦 4 H 2 0 2 F e O H 2 0 2 7 一凡2D 3 H 2 D F e O H 2 在氧化过程中还可形成 I t ．F e 2 0 3 和6 ．F e 2 0 3 。但氧化条件是以适宜， 主要还是形成7 - F e 2 0 3 和F e 3 0 4 。 根据化学计算，用N a o H 分解菱铁矿，N a ． ／F e 2 比例值应为0 ．8 2 ，即l gF e C 0 3 需要0 ．6 9 9N a O H 2 5 ％浓度 。 影响氧化过程的因素是氧化速度和F e 3 浓度。在低氧化速度和适量的氧化铁 时可以获得很高的比磁化率。氧化缓慢，矿物表面主要生成强磁性的] , - F e 2 0 3 和 F e 3 0 4 ；而快速氧化时生成Q ．F e 2 0 3 ，表面磁性增加不大。试验样品的X ．射线检 测也表明F e O H 2 氧化主要生成 , - F e 2 0 3 、F e 3 0 4 和6 - F e 2 0 3 ，而仅- F e 2 0 3 并不多。 同样的试验对处理波兰、南斯拉夫地区、奥地利和捷克等地的菱铁矿也获得了成 功。 2 、电化学处理磁化【3 9 1 。含氧铁锰矿物大多都是半导体，有明显的导电能力。 矿物中各元素价位高低不同，无需任何氧化剂或还原剂，只需在电解作用下水分 解出的氧气和氢气的氧化还原作用，矿物表面电荷发生转移，铁锰的价态发生变 化。 通过电化学处理的强制氧化、还原作业，从而使赤铁矿 洳F e 2 0 3 还原为 磁铁矿 F e 3 0 4 ；而菱铁矿氧化变成磁铁矿 F e 3 0 4 或] - F e 2 0 3 。 电化学处理时赤铁矿受阴极极化作用，产生亚稳定化合物F e O H 3 、F e O H 2 ， 二者相互作用形成F e 3 0 4 。 2 F e O O H F e O H 2 专F e 3 0 4 2 H 2 0 2 F e O O H 3 F e O H 2 专F e 3 0 4 4 H 2 0 前述的碱浸磁化再用电化学处理进行强化，称为化学．电化学处理磁化，它 对菱铁矿特别有效。 菱铁矿的阴极极化F e C 0 3 2 0 H 一号F e O H 2 蛾2 - 阴极极化可促使F e O H 2 形成薄膜，有利于F e C 0 3 的分解。 阳极极化的氧化过程 3 F e O n 2 一F e 3 0 4 2 H 2 0 2 H 2 e F e O n 2 H 2 0 专F e O n 3 H e 当p H 7 时，菱铁矿在水中的水解方程式 2 F e C O , 3 H 2 0 1 ／2D 2 2 F e O n 3 C 0 2 个 F e O n 2 和F e O H 3 反应生成F e 3 0 4 。菱铁矿的比磁化率在最优条件下可以 7 硕士学位论文第一章文献综述 提高9 倍。X ．射线光谱表明，电化学处理后F e C 0 3 含量比原矿要低得多，即转 化为强磁性成分。 3 、疏水磁化4 们。很多逆磁性和顺磁性矿物，包括稀有金属、有色金属和非 金属矿物 如绿泥石、锂辉石、白钨矿、方铅矿、闪锌矿等 ，用表面活性物质 处理后，矿物表面疏水化，在经受磁场作用，矿物比磁化率增加。这种方法称为 疏水．磁化法。 疏水．磁化法的实质是碱浸使矿物表面局部溶解，脂肪酸皂 表面活性物 质 与矿物表面新暴露的铁或矿浆中的含铁成分可以在矿物表面形成疏水性的脂 肪酸铁薄膜。在磁场的作用下定向磁化，矿物比磁化率增高。 1 ．4 ．2 磁种磁化法的研究进展 二十世纪七十年代初美国科姆教授预测高梯度磁分离技术可用于废水处理。 由于钢铁厂废水中含有较多的铁磁性矿物，所以高梯度磁分离可以获得成功【4 1 1 。 由此人们受到启示，对于非磁性或弱磁性矿物，可加入强磁性粒子后用絮凝剂团 聚，然后磁分离，从而可以使用磁选法分选非磁性或弱磁性矿物。 选择性吸附到目的矿物表面上，并能提高其磁性的分散的强磁性微细粒子， 称为磁种。简言之，既是在磁性上起种子的作用。 1 9 8 2 年，美国密歇根理工大学的J I A N N ．Y A N G J I M H W A N G 等人在 I E E E T R A N S A C T I O N SO NM A G N E T I C S 杂志撰文介绍了使用磨细的磁铁矿 2 0 ～ 2 u m 做磁种，从刚玉和石英的混合物中去除石英的试验1 4 2 ] 。试验采用N a 2 S 做 分散剂分散矿浆，用聚丙烯酰胺做絮凝剂絮凝A I O H 3 和F e 3 0 4 微粒。通过高梯 度磁选机处理，S i 0 2 去除率达到了7 3 ％，A I O H 3 的品位从4 0 ％提高到6 9 ％。 后来，E P a r s o n a g e 通过试验考察细粒磁铁矿吸附到矿物颗粒表面的物理化学 参数的影响，并讨论了磁铁矿微粒选择性覆盖法分选矿物的原理1 4 3 】。此后，对这 种方法的研究开始广泛出现在矿物加工、材料加工、水处理、医学等领域。 磁种磁化法，又称选择性磁覆盖，就是在一定条件下调节矿浆，然后加入磁 种使其选择性的吸附于目的矿物表面，并提高目的矿物的磁性。磁性增加后的目 的矿物，用高梯度磁选机实现分选。 磁种分选法常用的磁种有以下几种1 ．磨细的磁铁矿、钛磁铁矿、硅铁、铁 屑等细粒粒子；2 ．