一种难选铁矿石磁选精矿直接反浮选的分散特征.pdf

收稿日期 2011- 12- 14 基金项目 国家自然科学基金资助项目 51074037 ; 中央高校基本科研业务费专项资金资助项目 N110601004, N110501002 作者简介 罗溪梅 1986- , 女, 四川绵阳人, 东北大学博士研究生; 孙传尧 1944- , 男, 山东东平人, 东北大学兼职教授, 博士生 导师, 中国工程院院士; 印万忠1970- , 男, 浙江临安人, 东北大学教授, 博士生导师 第33卷第7期 2012 年 7 月 东北大学 学报自然科学版 Journal of Northeastern University Natural Science Vol133, No. 7 Jul.2 01 2 一种难选铁矿石磁选精矿 直接反浮选的分散特征 罗溪梅1,姚 金1, 孙传尧2, 印万忠1 1. 东北大学 资源与土木工程学院, 辽宁 沈阳 110819; 2. 北京矿冶研究总院, 北京 100044 摘 要 介绍了一种处理难选铁矿石磁选精矿的直接反浮选工艺采用 XRD, SEM 和 EDS 等手段对原 矿、 精矿和尾矿的形貌及矿物组成进行了表征, 重点探讨了分离过程中矿物的分散特征, 为含碳酸盐难选铁矿 石磁选精矿的直接反浮选技术提供理论基础研究结果表明, 采用添加分散剂直接反浮选技术可以获得合格 铁精矿; 有用铁矿物和脉石矿物细颗粒无选择性粘附在有用铁矿物和脉石粗颗粒表面, 是造成铁矿石分离困 难的主要原因; 分散剂的加入有利于颗粒分散, 从而实现了有用铁矿物与脉石矿物的选择性分离 关 键 词 难选铁矿石; 磁选精矿; 分散; 反浮选; 罩盖 中图分类号 TD 951 文献标志码 A 文章编号 1005 -3026201207 -1030 -05 Dispersion Character of Magnetic Separation Concentrate in Direct Reverse Flotation for a Refractory Iron Ore L UO Xi -mei1,YA O Jin 1, S UN Chuan -yao2, YIN Wan -zhong1 1. School of Resources 2. Beijing General Research Institute of Mining lots of fine useful iron minerals and gangue particles are easy to cover non -selectively on the surface of coarse iron minerals and gangue particles, which is the main reason of the refractory iron ore difficult to be separated. It has been comprehensively demonstrated that dispersant plays an important role in dispersing the particles, and hence, the selective separation of useful iron minerals from gangues occurs. Key words refractory iron ore; magnetic separation concentrate; dispersing; reverse flotation; covering 2011 年我国 进口铁 矿石达 到了 6186 亿 吨[1], 铁矿石的对外依存度达到 60 以上[ 2- 3] 合理开发利用我国难选铁矿石资源对于缓解铁矿 石供求矛盾及保障我国钢铁工业经济可持续发展 具有重大意义目前我国铁矿资源开发利用的瓶 颈问题是铁矿床趋于微细化、 复杂化及低贫化, 铁 精矿品位和回收率较低, 难以满足低成本冶炼的 要求, 铁金属损失严重据资料显示, 复杂铁矿石 难以分选的可能原因是由于有用矿物嵌布细, 共 生关系复杂, 不易单体解离, 或由于细粒矿物或脉 石容易发生无选择性团聚和罩盖, 导致有用矿物 和脉石矿物的分离选择性大大降低, 因此, 尽管矿 物已达到单体解离也不能被有效分离如鞍山地 区铁矿石中碳酸盐质量分数达到 3 以上时, 会 严重恶化浮选指标, 其原因正是因为微细粒菱铁 矿在赤铁矿和石英表面罩盖所致[ 4- 5]目前, 针 对含碳酸盐难选铁矿石的分离研究, 除了有研究 者[6]采用正反浮选技术外, 国内外还尚未见报道 本文将针对鞍山地区含有碳酸盐的难选铁矿 石磁选精矿, 采用一种简单的一步直接反浮选技 术, 达到削弱碳酸铁对浮选不利影响的目的, 重点 研究浮选分离中矿物的分散特征, 为复杂难选铁 矿石磁选精矿直接反浮选技术提供理论基础 1 试 验 1. 1 原料与试剂 1 原料原料来自于鞍山地区难选铁矿石经 弱磁- 强磁选所得的混合磁精矿, 细度为- 48 Lm 占 83175混合磁精矿主要组分质量分数 为 TFe 42197, FeO 6129, CaO 0131 , MgO 0145, Al2O30181, SiO233160 , S 01029, P 01075; 主要有用铁矿物为赤铁矿以及少量的磁 铁矿和菱铁矿, 脉石矿物主要为石英, 其次为绿泥 石和白云石铁物相分析结果见表 1由表 1 可 知, 铁的赋存状态不尽相同, 铁主要分布在赤铁矿 中, 而碳酸铁和磁铁矿中的铁也占有一定比例, 其 中碳酸铁中的铁分布率为 9119 , 铁在其他矿物 中分布较少 原料的扫描电镜结果如图 1 所示从图 1 可以 看出, 原料粒度较细, 且颗粒粗细不均, 有少量粗颗 粒,大部分为细颗粒, 同时还可以看出有部分细颗 粒相互聚团; 结合 EDS 能谱分析结果可知, 粗颗 粒 a 点含有大量 O 和 Fe 元素, 细颗粒 b 点含有 大量 O, Fe, Si, Al 元素, 表明原料中有用铁矿物表 面聚集有部分细的有用铁矿物和硅酸盐脉石矿 物; 粗颗粒 c 点含有大量 O 和 Si 元素, 细颗粒 d 点含有大量 O, Si 和 Fe 元素, 表明石英粗颗粒表 面被部分有用铁矿物细颗粒和硅酸盐脉石颗粒罩 盖; 聚团 f 点含有大量 O, Si, Fe 元素, 表明脉石矿 物细颗粒和有用铁矿物细颗粒相互吸附和聚团 表 1 铁物相分析结果 Table 1 Iron phase analysis results 铁物相 全 铁磁铁矿赤 褐铁矿硅酸铁碳酸铁硫化铁 铁质量分数42. 977. 3230. 180. 913. 950. 61 铁分布率 100. 0017. 0470. 242. 129. 191. 41 图 1 原料 SEM 分析结果 Fig.1 SEM analysisresults of raw ore a 原料 SEM 分析; b 原料中细颗粒聚团 SEM 分析 综上所述, 原料粒度较细, 由于其表面积大、 表面能高, 容易造成细颗粒的无选择性吸附、 聚 团[7- 8]石英等脉石矿物细颗粒易粘附在有用铁 矿物粗颗粒表面, 有用铁矿物细颗粒也易粘附在 石英等硅酸盐脉石矿物粗颗粒表面大量的有用 铁矿物细颗粒和脉石矿物细颗粒粘附在有用铁矿 物粗颗粒和脉石粗颗粒上, 是造成铁矿石浮选分 离困难的主要原因因此, 分散显得尤为重要 2 试剂试验用药剂 KS- 、 淀粉和水玻璃 为工业品, 氧化钙、 氢氧化钠均为分析纯 1. 2 试验方法 浮选试验在 0. 5LXFD- 型单槽浮选机里 进行, 闭路试验为一次粗选, 两次精选, 两次扫选 流程, 如图 2 所示将矿样加水调浆 3 min, 调 pH 值到特定值并搅拌 3 min, 然后依次加入分散剂、 抑制剂、 活化剂、 捕收剂, 并分别调浆 3 min, 然后 浮选 415min, 得到的泡沫产品再进行两次扫选, 槽 内产品进行两次精选, 最终槽中的产品为精矿, 泡 沫为尾矿, 分别烘干、 称重后取样化验品位, 计算回 收率试验中矿浆温度始终保持在 40 e 左右 1031第 7 期 罗溪梅等一种难选铁矿石磁选精矿直接反浮选的分散特征 图 2 浮选试验流程图 Fig. 2 Flotation test flowsheet 采用 PW3040/ 60 X 射线衍射仪确定产品物 相, 日立 S- 3500n 扫描电镜观察矿物形貌, 并结 合 Inca 型能谱仪分析表面的元素种类[9] 2 结果与讨论 2. 1 浮选试验 针对鞍山地区含有碳酸盐难选铁矿石磁选精 矿采用添加分散剂一步直接反浮选技术, 流程较 简单, 经条件试验得到试验最佳条件为 pH 11, 水玻璃用量 800 g/ t, 淀粉用量 2 200 g/ t, 石灰用 量 600 g/ t, KS- 用量 1 000 g/ t, 矿浆质量分数 25 , 搅拌转速 2 800r/ min, 浮选温度40 e 闭路 试验结果见表 2由结果可知, 闭路试验所得铁精 矿中 Fe 质 量 分 数 达 到 66126 , 回 收 率 为 70123, 与选厂原流程相比, 指标较好 表 2 闭路试验结果 Table 2 Closed -circuit test results 产品名称产率/ 铁精矿 Fe 质量分数/ Fe 回收率/ 精矿45. 4566. 2670. 23 中矿3. 2855. 364. 23 中矿12. 9552. 3215. 80 中矿25. 7260. 4836. 28 中矿11. 2354. 8414. 35 尾矿54. 5523. 4129. 77 2. 2 产品特征分析 为了考察产品的形貌及矿物组成, 探讨分离 过程中矿物的分散特征, 对精矿和尾矿分别进行 了X 射线衍射分析、 SEM 分析和相应点的 EDS 能谱分析 由图 3 可知, 浮选精矿成分相对简单, 大部分 为赤铁矿, 其次还含有少量的磁铁矿和菱铁矿, 说 明有用铁矿物得到了有效回收由图 4 可以看出, 浮选精矿产品的粒度较均匀, 颗粒分散状态良好, 但部分粗颗粒表面仍粘附了少量的细颗粒图 5 EDS 能谱分析结果表明, 粗颗粒 a 点含有大量 O 和 Fe 元素, 该粗颗粒为有用铁矿物, 粗颗粒表面 的细颗粒 b 点含有大量 O, Si, Fe 以及Al 元素, 因 此该点含有有用铁矿物和硅酸盐脉石矿物, 如易 泥化的绿泥石, 这些脉石矿物细颗粒粘附在有用 铁矿物粗颗粒表面而进入精矿, 是影响精矿品位 的主要原因粗颗粒基体 c 点和 d 点EDS 能谱分 析表明, 有用铁矿物粗颗粒表面还粘附了部分有 用铁矿物细颗粒 图 3 浮选精矿 XRD谱图分析结果 Fig. 3 XRD spectra analysis results of flotation concentrate 浮选尾矿 XRD 和 SEM 分析如图 6 图 7 所 示由图 6 可以看出, 浮选尾矿成分相对较复杂, 石英含量最高, 其次还有部分赤铁矿、 菱铁矿和白 云石等说明原料得到了有效除杂分选, 但还有部 分赤铁矿没有被有效抑制而随着泡沫进入到了尾 矿中, 既提升了浮选尾矿铁品位, 又降低了浮选精 图 4 浮选精矿的扫描电镜图 Fig.4 SEM analysisresults of flotation concentrate 1032东北大学学报 自然科学版 第 33 卷 图 5 图 4 中 a , b, c 和d 点的 EDS 能谱分析结果 Fig.5 EDS energy spectrum analysis results of point a , b, c , d in Fig.4 a a 点谱图; b b 点谱图; c c 点谱图; d d 点谱图 图 6 浮选尾矿的 XRD谱图分析结果 Fig.6 XRDspectra analysis results of flotation tailings 图 7 浮选尾矿的扫描电镜图 Fig.7 SEM analysis results of flotation tailings 矿的铁回收率, 对浮选有着不利的影响由图 7 可 以看出, 浮选尾矿颗粒分布较均匀, 结合 EDS 分 析结果可以得出, a 点含有大量 O 和 Si 元素, b, c, d 点均含有大量 O, Fe, Si 元素, 因此部分石英 脉石矿物粗颗粒表面仍粘附了少量有用铁矿物和 硅酸盐脉石细颗粒, 同时还有部分铁矿物细颗粒 和脉石矿物颗粒聚团, 可见分散还不彻底; 尾矿中 有一定量的有用铁矿物细颗粒夹杂在脉石矿物中 或粘附在脉石矿物粗颗粒表面, 从而随泡沫流失, 这正是造成赤铁矿损失的主要原因 从上述分析结果可以看出, 原料中有大量细 颗粒粘附在粗颗粒表面, 也有细颗粒相互聚团以 及聚团颗粒粘附在粗颗粒表面在浮选中添加分 散剂之后, 在适宜的浮选机叶轮搅拌速度下, 粗颗 粒表面粘附的细颗粒及细颗粒聚团被分散, 同时 还有少量的细颗粒或小粒径的细颗粒聚团, 因其 表面能大而仍牢固粘附在粗颗粒表面, 没有被分 散, 因此分散还不彻底总体说来, 分散剂能在一 定程度上使粗细颗粒处于良好的分散状态, 有利 于含碳酸盐难选铁矿石的分选 3 结 论 1 混合磁精矿全铁质量分数为 42197 , 主 要有用矿物为赤铁矿以及少量的磁铁矿和菱铁矿 由于原料粒度较细, 造成细颗粒的无选择性吸附 和聚团, 大量有用铁矿物和脉石矿物细颗粒粘附 在有用铁矿物和脉石矿物粗颗粒表面, 是造成铁 矿石分离困难的主要原因 2 针对含碳酸盐难选铁矿石磁选精矿采用 添加分散剂一步直接反浮选技术, 相对选矿厂原 流程和药剂制度较简单在难选铁矿石磁选精矿 浮选过程中, 添加分散剂在一定程度上有利于粗 细颗粒处于良好稳定的分散状态通过XRD, 下转第 1042 页 1033第 7 期 罗溪梅等一种难选铁矿石磁选精矿直接反浮选的分散特征 2 基础内钢筋最大拉力为 24124 kN, 钢筋强 度只发挥了 22 , 表明基础内钢筋在弹性范围内 工作 3 高层建筑部分封顶时, 监测到的沉降最大 值为 14122 mm, 最小值为 8172 mm验算结果表 明, 结构倾斜在允许范围内 4 高层与裙房间的最大差异沉降为 6155 mm, 最小差异沉降为 4124 mm, 地基沉降均匀且 差异沉降量小 参考文献 [ 1]Merlos J, Romo M P. 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Beijing Standards Press of China, 2002. 上接第 1033页 SEM 以及 EDS 分析结果可以看出, 添加分散剂 能使粗颗粒表面粘附的细颗粒及聚团被分散, 有 利于铁矿石的分选, 但分散还不太彻底精矿中一 些脉石矿物如绿泥石细颗粒仍粘附在有用铁矿物 粗颗粒表面而进入精矿是影响精矿品位的主要原 因而尾矿中有一定量的有用铁矿物细颗粒夹杂 在脉石矿物中或粘附在脉石矿物粗颗粒表面, 随 着泡沫流失, 是造成精矿铁回收率损失的主要原 因 参考文献 [ 1]Yellishetty M, Ranjith O G, T harumarajah A. Iron ore and steel production trend and material flows in the world is this reallysustainable [ J ] .Resources,Conservationand Recycling, 2010, 54 12 1084- 1094. [ 2]T cha M J, Wright D. Determinants of Chinaps import demand for Australia. s iron ore[ J] . Resources Policy, 1999, 25 3 143- 149. [ 3]Rogers C D, Robertson K. Long term contracts and market stability the case of iron ore[ J] . Resources Policy , 1987, 13 1 3- 16. [ 4]张兆元, 吕振福, 印万忠, 等东鞍山铁矿石中菱铁矿对反 浮选的影响[ J]金属矿山, 2008 10 52- 55 Zhang Zhao -yuan,L™Zhen - fu,Yin Wan -zhong,et al . Influence of the siderite in Donganshan iron ore on reverse flotation[ J] . Metal Mine, 2008 10 52- 55. [ 5]杨斌菱铁矿与赤铁矿分选工艺及机理研究[ D]长沙 中 南大学, 2010 13- 15 Yang Bin. 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