鞍山式赤铁矿石反浮选尾矿铁品位偏高机制.pdf
书书书 收稿日期2 0 1 3- 0 4- 1 5 基金项目国家自然科学基金青年基金资助项目( 5 1 1 0 4 0 3 4 ) ;中央高校基本科研业务费专项资金资助项目( N 1 1 0 4 0 1 0 0 2 ) ;中国 博士后科学基金资助项目( 2 0 1 1 M5 0 0 8 2 6 ) . 作者简介李丽匣( 1 9 8 0- ) , 女, 河北定州人, 东北大学副教授, 博士;袁致涛( 1 9 7 1- ) , 男, 湖北大冶人, 东北大学教授. 第3 4 卷第1 1 期 2 0 1 3年 1 1月 东北 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) J o u r n a l o f N o r t h e a s t e r nU n i v e r s i t y ( N a t u r a l S c i e n c e ) V o l . 3 4 , N o . 1 1 N o v . 2 0 1 3 鞍山式赤铁矿石反浮选尾矿铁品位偏高机制 李丽匣,朱玉兰,袁致涛,阎 赞 ( 东北大学 资源与土木工程学院,辽宁 沈阳 1 1 0 8 1 9 ) 摘 要针对鞍山式赤铁矿石反浮选流程中存在的浮选尾矿铁品位偏高的问题, 借助 X射线衍射分析、 化学多元素分析、 粒度分析、 扫描电子显微镜等检测手段, 对选别流程中样品的化学多元素组成、 物相组成、 粒 度分布及矿物的单体解离度进行了研究. 结果表明, 在各扫选尾矿中存在着一些单体解离高的微细铁矿物颗 粒, 其吸附在粗粒级脉石矿物表面, 形成“ 载体浮选” 进入到尾矿中, 造成尾矿铁品位偏高. 关 键 词赤铁矿; 载体浮选; 吸附罩盖; 反浮选; 品位 中图分类号T Q0 2 8 9 4 ;T D9 2 3 文献标志码A 文章编号1 0 0 5- 3 0 2 6 ( 2 0 1 3 ) 1 1- 1 6 4 7- 0 4 Me c h a n i s m f o rH i g h e rI r o nG r a d eo f R e v e r s eF l o t a t i o nT a i l i n g s o f A n s h a n T y p eH e ma t i t eO r e L I L i x i a ,Z H UY u l a n ,Y U A NZ h i t a o ,Y A NZ a n ( S c h o o l o fR e s o u r c e s&C i v i l E n g i n e e r i n g ,N o r t h e a s t e r nU n i v e r s i t y ,S h e n y a n g1 1 0 8 1 9 ,C h i n a .C o r r e s p o n d i n g a u t h o r L I L i x i a ,E m a i l l i l i x i a @m a i l . n e u . e d u . c n ) A b s t r a c t F o r t h eh i g hi r o ng r a d ei nt a i l i n g so f A n s h a n t y p eh e m a t i t er e v e r s ef l o t a t i o np r o c e s s , c h e m i c a le l e m e n tc o m p o s i t i o n , p h a s e c o m p o s i t i o n , p a r t i c l e s i z e d i s t r i b u t i o n a n d m i n e r a l d i s s o c i a t i o nd e g r e eo f s a m p l e s c o l l e c t e df r o mr e v e r s ef l o t a t i o np r o c e s s w e r ec a r r i e do u t b ym e a n s o f X r a yd i f f r a c t i o na n a l y s i s , c h e m i c a l e l e m e n t a n a l y s i s , g r a n u l a r i t ya n a l y s i s a n ds c a n n i n ge l e c t r o n m i c r o s c o p e .T h er e s u l t ss h o w t h a ts o m eh i g h l yd i s s o c i a t e ds u p e r f i n ei r o nm i n e r a l se x i s ti n s c a v e n g i n gt a i l i n g s ,w h i c ha d s o r bo ns o m e c o a r s e g a n g u e m i n e r a l s t of o r m“ c a r r i e r f l o t a t i o n ”a n d e n t e r e di n t ot a i l i n g s a l o n gw i t ht h ec a r r i e r ,a n dc a u s et h eh i g h e r i r o ng r a d eo f t a i l i n g s . K e yw o r d s h e m a t i t e ;c a r r i e r f l o t a t i o n ;a d s o r p t i o n ;r e v e r s ef l o t a t i o n ;g r a d e 鞍山式赤铁矿石是我国典型的难选贫赤铁矿 石, 矿石中矿物品种多, 结构复杂、 铁矿物嵌布粒度 细[ 1 - 4 ]. 处理鞍山式贫赤铁矿石的东鞍山烧结厂自 2 0 0 2 年开始采用“ 粗细分级、 重选、 磁选 -阴离子 反浮选” 分选工艺[ 5 ], 此分选工艺可以获得精矿铁 品位6 4 %以上的生产指标, 但浮选尾矿品位偏高, 造成了铁资源的浪费[ 6 - 9 ]. 针对此问题, 取现场分 选流程中的各样品, 研究造成浮选尾矿铁品位偏高 的主要原因, 为东鞍山浮选工艺的优化提供参考. 1 试验样品和研究方法 当东鞍山烧结厂分选流程生产指标稳定时, 取流程中的二段磨矿溢流产品、 混磁精矿、 粗选给 矿、 粗选精矿、 粗选尾矿、 一扫给矿、 一扫精矿、 一 扫尾矿、 二扫给矿、 二扫精矿、 二扫尾矿、 三扫精 矿、 浮选尾矿、 综合尾矿、 浮选精矿、 精选尾矿、 最 终精矿样品, 对铁元素在各产品中的走向进行分 析; 并针对二段磨矿溢流产品、 混磁精矿、 浮选精 矿、 最终精矿、 浮选尾矿、 综合尾矿进行粒度分布 及有用矿物的单体解离度分析, 借助于 X射线衍 射分析、 扫描电镜等检测手段, 研究造成反浮选尾 矿品位偏高的原因. 将各矿样采用湿式分矿机( X S H F 2- 3 , 武汉 探矿机械厂) 缩分出试验用样, 取少量样品在 8 0℃恒温干燥箱中干燥 5~ 6h , 用 X射线衍射仪 ( X ′ P e r r P r o , 荷兰帕纳科公司) 检测样品的组成 矿物; 取烘干样品 1 0 0g进行 T F e 品位及铁化学 物相分析; 采用筛分分析法和马尔文激光粒度分 析仪( Ma l e r n 2 0 0 0 , 英国马尔文仪器有限公司) 对 矿样进行粒度分析, 取各粒级矿样在生物显微镜 ( Mo t i cB A 3 0 0P o l , 北京冠普佳科技有限公司) 下 进行铁矿物单体解离度分析; 采用扫描电子显微 镜( S- 3 4 0 0 , 日本日立公司) 观测浮选尾矿样品 表面, 对局部区域进行 E D S分析. 2 试验结果与讨论 2 1 矿样的物相组成 混磁精矿、 浮选精矿、 浮选尾矿的 X R D图谱 如图 1所示. 由图 1可见, 混磁精矿的主要组成矿 物为赤铁矿、 石英和磁铁矿. 经过一粗一精三扫浮 选流程后, 赤铁矿和磁铁矿主要在精矿中富集. 浮选 尾矿的主要组成矿物以石英为主, 但其中存在着尖 锐的赤铁矿波峰, 并有微弱的菱铁矿、 磁铁矿特征 峰, 铁矿物在尾矿中存在, 造成了尾矿铁品位偏高. 2 2 流程中铁元素走向分析 对各矿样进行了 T F e品位及铁化学物相分 析, 以追踪分选流程中铁元素的走向. T F e 品位结 果表明, 二段磨矿分级溢流产品的 T F e品位为 3 4 6 8 %, 经过粗细分级、 弱磁选、 强磁分选后, 可 以获得T F e 品位为4 3 9 3 %的混磁精矿, 混磁精 图 1 混磁精矿、 浮选精矿、 浮选尾矿 X射线衍射图谱 F i g 1 T h eX r a yd i f f r a c t i o np a t t e r no f mi x e dma g n e t i c c o n c e n t r a t e , f lo t a t io nc o n c e n t r a t e , f lo t a t io nt a ilin g s 矿和精选及一段扫选的返回矿给入到粗选作业, 经过粗选后, 粗选精矿 T F e 品位为 6 3 1 1 %, 粗选 精矿 经 过 一 段 精 选,就 可 获 得 T F e品 位 为 6 6 0 4 %的浮选铁精矿. 粗选尾矿的 T F e品位为 3 9 5 6 %, 经过一段扫选后, 将一部分铁矿物返回, 但一段扫选的尾矿 T F e 品位仍为 3 1 4 2 %, 经过 二段、 三 段 扫 选 后, 尾 矿 品 位 分 别 为 2 7 % 和 2 4 0 2 %, 最终浮选尾矿的 T F e 品位偏高, 导致综 合尾矿的 T F e 品位为 1 7 2 5 %. 二段磨矿分级溢流产品、 混磁精矿、 浮选精 矿、 最终精矿、 浮选尾矿、 综合尾矿的铁化学物相 分析结果如表 1所示. 表 1 矿样的铁化学物相分析结果( 质量分数) T a b l e1 T h ei r o nc h e mi c a l p h a s ea n a l y s i sr e s u l t so f o r es a mp l e ( ma s sf r a c t i o n )% 样品磁铁矿中 F e菱铁矿中 F e赤( 褐) 铁矿中 F e硫化铁中 F e 含铁硅酸盐中 F e合计 二段磨矿分流溢流产品5 1 40 8 82 0 8 40 0 47 4 53 4 3 5 混磁精矿1 3 8 22 5 62 6 1 70 3 91 3 34 4 4 3 浮选精矿2 7 2 21 4 33 7 3 20 1 30 1 06 6 4 0 最终精矿2 0 0 61 0 54 2 9 40 1 00 1 66 4 2 6 浮选尾矿3 8 43 0 01 6 8 70 1 50 5 32 4 3 9 综合尾矿0 7 71 6 51 4 9 50 1 30 2 31 7 7 9 由表 2可知, 二段磨矿分级溢流产品中铁的 主要存在形式为赤( 褐) 铁矿, 此类型的铁含量为 2 0 8 4 %, 其次是磁铁矿, 以菱铁矿形式存在的铁 含量为 0 8 8 %. 通过弱磁、 强磁分选, 混磁精矿的 T F e 品位比二段磨矿溢流产品提高了 1 0个百分 点, 赤( 褐) 铁矿和磁铁矿的含量都明显增加. 经过一粗一精三扫浮选流程, 浮选精矿和综 合精矿中的铁主要以赤( 褐) 铁矿、 磁铁矿的形式 赋存, 以菱铁矿形式存在的铁品位为 1 4 3 %, 最 终精矿中该类型铁品位为 1 0 5 %. 浮选尾矿和综 合尾矿中铁元素也主要以赤( 褐) 铁矿形式赋存, 浮选尾矿中以菱铁矿形式存在的铁含量比混磁精 矿增加了 0 4 4个百分点, 其相比浮选精矿高出 1 5 7个百分点. 已有的研究结果表明[ 1 0 ], 当浮选 给矿中菱铁矿含量较大时, 菱铁矿会恶化浮选指 标, 但此浮选给矿中以菱铁矿形式存在的铁品位 为 2 5 6 %,此 分 选 流 程 获 得 了 T F e品 位 为 6 6 4 0 %的浮选精矿, 说明菱铁矿的存在未对反浮 选流程造成明显的影响. 2 3 尾矿铁品位偏高原因分析 通过铁元素走向分析可得, 经过三段扫选, 铁 元素在各扫选尾矿中的归属倾向问题没有获得根 8461东北大学学报( 自然科学版) 第 3 4卷 本解决, 各扫选尾矿铁品位仍然很高. 对扫选各尾 矿铁矿物的粒度组成、 金属分布率及单体解离度 进行分析, 以考察扫选作业铁矿物在各粒级的分 布及解离情况. 矿样的铁矿物单体解离度测定在 生物显微镜下进行, 矿样的粒度分析、 金属分布率 及单体解离度结果如表 2所示. 表 2 矿样的粒度分析、 金属分布率及铁矿物单体解离度分析结果 T a b l e2 R e s u l t so f p a r t i c l es i z e , , me t a l d i s t r i b u t i o na n dd i s s o c i a t i o nd e g r e eo f i r o nmi n e r a l s% 矿样指标 粒度/ μ m + 7 4- 7 4+ 4 5- 4 5+ 3 8- 3 8+ 2 5- 2 5+ 2 0- 2 0+ 1 5- 1 5+ 1 0- 1 0 合计 产率4 3 08 6 01 4 3 31 6 2 11 1 0 48 7 21 3 3 72 3 4 31 0 0 0 0 混磁精矿金属分布率1 7 43 6 71 0 2 21 5 8 61 1 9 01 0 1 61 6 6 42 9 8 11 0 0 0 0 铁矿物单体解离度2 6 6 04 1 7 15 4 1 87 1 2 78 3 3 18 8 6 69 1 8 29 5 3 97 6 2 6 产率5 3 31 7 8 61 0 2 61 4 1 29 0 87 0 51 1 2 32 5 0 51 0 0 0 0 粗选尾矿金属分布率2 8 01 1 5 48 4 41 4 0 79 5 68 1 61 4 3 13 1 1 21 0 0 0 0 铁矿物单体解离度1 2 1 31 7 0 22 9 1 35 0 1 76 4 9 47 7 6 38 7 2 99 2 5 05 8 1 0 产率7 3 31 9 4 31 1 6 31 2 2 07 7 96 1 01 0 0 52 5 4 71 0 0 0 0 一扫尾矿金属分布率4 2 81 2 9 81 0 0 71 1 5 78 2 97 1 21 2 3 83 3 3 21 0 0 0 0 铁矿物单体解离度1 2 1 11 4 4 61 5 8 93 5 0 34 9 9 46 1 2 47 2 1 68 0 8 44 5 2 9 产率9 1 72 3 6 71 2 7 01 1 4 27 1 55 4 28 5 42 1 9 31 0 0 0 0 二扫尾矿金属分布率5 6 11 6 9 01 1 2 81 2 3 18 1 36 5 61 1 0 92 8 1 21 0 0 0 0 铁矿物单体解离度7 7 31 2 3 51 6 2 23 0 1 44 3 7 75 1 9 96 4 6 57 2 1 23 6 4 2 产率6 8 71 5 8 01 4 8 81 4 1 58 7 56 5 49 9 02 3 1 11 0 0 0 0 浮选尾矿金属分布率4 2 71 1 8 71 2 3 91 2 7 19 3 27 2 11 2 3 43 0 0 81 0 0 0 0 铁矿物单体解离度1 6 6 02 2 5 63 1 4 04 2 9 55 2 0 65 8 3 76 8 4 98 0 4 34 9 2 0 由表 2可见, 混磁精矿 - 7 4μ m粒级产率高 达 9 5 7 0 %, 其中 - 1 0μ m粒级占 2 3 4 3 %, 金属 量占 2 9 8 1 %. 经过一粗一精三扫的浮选流程后, 浮选尾矿中 - 1 0μ m粒级的产率为 2 3 1 1 %, 金 属分布率为 3 0 0 8 %, 是浮选尾矿中金属分布率 最高的粒级. 分选流程中, 各产品粒度都很细, 各 扫选尾矿粗粒级产率都很低, 并且粗粒级中铁矿 物的单体解离度很低,-3 8μ m粒级的产率为 5 5 % ~ 9 0 %, 主要是由于矿石中铁矿物嵌布粒度细, 要磨到较细的粒级, 才能保证铁矿物充分解离. 混磁精矿全粒级的单体解离度为 7 6 2 6 %, - 2 0μ m+ 1 5μ m粒级的单体解离度为 8 8 6 6 %, - 1 5μ m+ 1 0μ m粒级的单体解离度为 9 1 8 2 %, - 1 0μ m粒级的单体解离度为 9 5 3 9 %. 经过三段 扫选 后,浮 选 尾 矿 全 粒 级 的 单 体 解 离 度 为 4 9 2 0 %, - 1 0μ m 粒级的产率为 2 3 1 1 %, 金属 分布率为 3 0 0 8 %, 单体解离度为 8 0 4 3 %, 粗选 尾矿及各扫选尾矿中 - 1 0μ m粒级铁矿物的单体 解离度都很高, 基本上大于 8 0 %, 而且金属分布 率都大于 2 8 %, 说明在各扫选尾矿中, - 1 0μ m粒 级中存在着解离度很高的铁矿物颗粒, 即使经过 三段扫选, 仍未能有效富集到精矿中. 浮选尾矿 + 7 4μ m , - 3 8μ m+ 2 5μ m , - 1 0μ m 三个粒级的显微镜照片如图 2所示. 由图 2可见, 浮选尾矿 + 7 4μ m粒级中铁矿 物的单体特别少, 大部分以连生体形式存在, - 3 8μ m+ 2 5μ m粒级浮选尾矿中铁矿物单体的 个数就相对增加了很多, 连生体的数量减少了, - 1 0μ m粒级中存在着大量已经完全解离的铁矿 物单体, 正是这部分解离完全的细粒级铁矿物在 尾矿中的存在, 造成了尾矿铁品位偏高. 对从现场所取的浮选尾矿湿矿浆样品进行 S E M分析, 结果如图 3所示. E D S分析表明, 图 3中大颗粒为石英, 大颗 粒表面的小颗粒为铁矿物, 说明在石英颗粒表面 吸附了很多铁矿物颗粒. 当微小的铁矿物颗粒吸 附在大颗粒的石英表面时, 大颗粒的石英充当了 小颗粒铁矿物的载体, 这部分铁矿物颗粒不能受 到有效抑制, 而随“ 载体” 石英一起进入到尾矿 中, 形成“ 载体浮选” . 图中还可看到, 除了吸附在 石英表面的微细粒铁矿物颗粒, 在尾矿中还存在 着一些已经单体解离的铁矿物颗粒, 由于铁矿物 颗粒细小, 夹杂在石英中间, 也进入到泡沫产品 中, 造成尾矿铁品位偏高. 9461第 1 1期 李丽匣等鞍山式赤铁矿石反浮选尾矿铁品位偏高机制 图 2 浮选尾矿部分粒级显微镜照片 F i g 2 T h emi c r o s c o p ei ma g e so f f l o t a t i o nt a i l i n g sp a r t g r a d e ( a ) + 7 4μ m浮选尾矿;( b ) - 3 8μ m+ 2 5μ m浮选尾矿;( c ) - 1 0μ m浮选尾矿. 图 3 浮选尾矿 S E M图像 F i g 3 T h eS E Mi ma g eo f f l o t a t i o nt a i l i n g s 3 结 论 1 )东鞍山烧结厂流程中样品的物相组成、 铁 元素走向、 粒度分布及铁矿物单体解离度研究结 果表明, 各扫选尾矿产品中细粒级部分的金属分 布率高, 铁矿物的单体解离度也很高. 微细粒级铁 矿物进入到尾矿中, 致使浮选尾矿铁品位偏高. 2 )铁矿物进入到尾矿中的主要形式是已经 单体解离的微细铁矿物吸附在脉石矿物表面, 形 成“ 载体浮选” , 随脉石矿物一起进入到尾矿. 参考文献 [ 1 ] 陈国荣. 东鞍山赤铁矿选矿技术研究[ D ] . 沈阳 东北大 学, 2 0 0 8 . ( C h e n G u o r o n g .S t u d y o n s e p a r a t i o n t e c h n o l o g y f o r D o n g a n s h a n h e m a t i t e o r e[D] .S h e n y a n g N o r t h e a s t e r n U n i v e r s i t y , 2 0 0 8 . ) [ 2 ] Y e l l i s h e t t yM, R a n j i t hO G , T h a r u m a r a j a hA . I r o no r ea n d s t e e l p r o d u c t i o nt r e n da n dm a t e r i a l f l o w s i nt h ew o r l d i s t h i sr e a l l y s u s t a i n a b l e [ J ] .R e s o u r c e s ,C o n s e r v a t i o n a n d R e c y c l i n g , 2 0 1 0 , 5 4 ( 1 2 ) 1 0 8 4- 1 0 9 4 . [ 3 ] 袁致涛, 高太, 印万忠, 等. 我国难选铁矿石资源利用的现 状及发展方向[ J ] . 金属矿山, 2 0 0 7 ( 1 ) 1- 6 . ( Y u a nZ h i t a o , G a oT a i , Y i nWa n z h o n g , e t a l . S t a t u sq u o a n d d e v e l o p m e n to r i e n t a t i o n o fC h i n a ′sr e f r a c t o r y o r e r e s o u r c eu t i l i z a t i o n [ J ] . Me t a l Mi n e , 2 0 0 7 ( 1 ) 1- 6 . ) [ 4 ] Wi l l s BA ,N a p i e r Mu n n T J .Wi l l s ′m i n e r a lp r o c e s s i n g t e c h n o l o g y [ M] . 7 t he d . P h i l a d e l p h i a E l s e v i e r , 2 0 0 6 . [ 5 ] E l l i dM S , Mu r a y e dS , Z o t oM S , e t a l . C h e m i c a l r e d u c t i o n o f h e m a t i t ew i t hs t a r c h [ J ] . J o u r n a l o f R a d i o a n a l y t i c a l a n d N u c l e a r C h e m i s t r y , 2 0 0 3 , 2 5 8 ( 2 ) 2 9 9- 3 0 5 . [ 6 ] 张明, 刘明宝, 印万忠. 东鞍山含碳酸盐难选铁矿石分步浮 选工艺研究[ J ] . 金属矿山, 2 0 0 7 ( 9 ) 6 2- 6 4 . ( Z h a n gMi n g , L i uMi n g b a o , Y i nWa n z h o n g . I n v e s t i g a t i o n o n s t e p p e d f l o t a t i o n p r o c e s s f o rD o n g a n s h a n c a r b o n a t e c o n t a i n i n gr e f r a c t o r yi r o no r e [ J ] . Me t a lMi n e , 2 0 0 7 ( 9 ) 6 2- 6 4 . ) [ 7 ] D o w l i n gEC . P r o c e s s i n go fi r o no r eb yr e v e r s ef l o t a t i o n c o l u m n [ C ] / / P r o c e e d i n g so f t h eX X I I MP C ( V o l u m eB ) . R o m e , 2 0 0 0 1 6 3- 1 6 6 . [ 8 ] 李丽匣, 印万忠, 王宇斌, 等. 菱铁矿对假象赤铁矿与石英 混合矿浮选的影响[ J ] . 东北大学学报 自然科学版, 2 0 1 2 , 3 3 ( 3 ) 4 3 1- 4 3 4 . ( L i L i x i a , Y i nWa n z h o n g , Wa n gY u b i n , e t a l . E f f e c to f s i d e r i t eo nf l o t a t i o ns e p a r a t i o no fm a r t i t ea n dq u a r t z [ J ] . J o u r n a l o f N o r t h e a s t e r nU n i v e r s i t y N a t u r a l S c i e n c e , 2 0 1 2 , 3 3 ( 3 ) 4 3 1- 4 3 4 . ) [ 9 ] L i LX , Y i nW Z , Y uXL , e t a l . F l o t a b i l i t i e s o f i r o nm i n e r a l s a n dq u a r t z i nf l o t a t i o ns y s t e mo f d o d e c y l a m i n e [ J ] . A d v a n c e d Ma t e r i a l s R e s e a r c h , 2 0 1 2 , 4 5 4 1 9 4- 1 9 8 . [ 1 0 ] L i LX , Y i nW Z , Wa n gY Q , e ta l . I n t e r a c t i o nf l o t a t i o n i n f l u e n c e s o f m a i ni r o nm i n e r a l s i ni r o no r e s o f A n s h a ns t y l e c a r b o n a t e s c o n t a i n e d [ C ] / / I n t e r n a t i o n a l Mi n e r a l P r o c e s s i n g C o n g r e s s . N e wD e l h i , 2 0 1 2 2 8 8 1- 2 8 8 8 . 0561东北大学学报( 自然科学版) 第 3 4卷