白云鄂博西礦超低品位鐵礦磨前破碎預(yù)選工藝試驗(yàn)研究

裴 斌 劉殿文 李超杰 趙 劍

(1.昆明理工大學(xué)國(guó)土資源工程學(xué)院；2.內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司巴潤(rùn)礦業(yè)分公司)

隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)進(jìn)入新常態(tài)以及供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，鋼鐵行業(yè)利潤(rùn)持續(xù)下滑。白云鄂博西礦作為包鋼新的原料基地，肩負(fù)著每年生產(chǎn)并輸出300萬(wàn)t鐵精礦的使命。同時(shí)，也承擔(dān)著怎樣實(shí)現(xiàn)鐵前成本的有效降低這一重要任務(wù)。通過(guò)前期大量調(diào)研，確定了超低品位礦石(簡(jiǎn)稱(chēng)含鐵巖)的利用新思路。據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有鐵礦石探明儲(chǔ)量的97.5%為貧礦，平均鐵品位為32.67%，比世界鐵礦石主要生產(chǎn)國(guó)平均品位低約20個(gè)百分點(diǎn)[1-2]。白云鄂博西礦含鐵巖原礦品位在16%～18%，屬于超低品位鐵礦石，蘊(yùn)藏在西礦礦床礦石與巖石交界處，儲(chǔ)量巨大，由于選比大，選礦成本高，往往棄而不用；但由于其可大大降低礦石開(kāi)采、拉運(yùn)成本及可延長(zhǎng)礦山服務(wù)年限，具有相當(dāng)可觀的降本優(yōu)勢(shì)及利用潛力。

近年，國(guó)內(nèi)外各高校和研究單位通過(guò)多年的選礦技術(shù)研究和攻關(guān), 使復(fù)雜難選鐵礦石的選礦技術(shù)和綜合利用技術(shù)取得了可喜的進(jìn)展[3-4]，尤其在微細(xì)粒鐵礦選礦、礦石粉碎、焙燒—磁選、深度還原—磁選、尾礦再選、低溫捕收劑研發(fā)等方面取得了顯著的成果[1,5]。對(duì)于低品位鐵礦石來(lái)說(shuō)，采用“多碎少磨， 預(yù)先拋尾”工藝可節(jié)能降耗，提質(zhì)增效，同時(shí)該工藝也是低品位鐵礦石資源開(kāi)發(fā)利用的主要處理工藝之一[6-8]。為此，針對(duì)該超低品位鐵礦石特點(diǎn)，為了達(dá)到磨前鐵品位≥23%的要求，進(jìn)行了常規(guī)破碎多粒級(jí)拋尾試驗(yàn)與高壓輥磨機(jī)破碎拋尾試驗(yàn)，探索性?xún)r(jià)比最佳的設(shè)備組合與流程，以達(dá)到超低品位鐵礦石的高效利用。

1 礦石性質(zhì)

礦石中可供選礦回收的主要元素是鐵，但品位較低，僅為17.15%。礦石中的鐵主要以?xún)煞N形式存在：一是賦存在磁鐵礦中，所占比例為53.12%，加上分布在磁黃鐵礦中的鐵，合計(jì)分布率為54.29%，為采用單一弱磁選工藝分選礦石中鐵礦物時(shí)鐵的最大理論回收率；二是呈碳酸鐵的形式產(chǎn)出，分布率高達(dá)20.58%，如單純采用弱磁選工藝回收鐵礦物則這部分鐵會(huì)損失在尾礦中。礦石性質(zhì)見(jiàn)表1、表2。

表1 含鐵巖的主要化學(xué)成分 %

表2 含鐵巖鐵物相分析結(jié)果 %

2 常規(guī)破碎條件下的拋尾試驗(yàn)

為了掌握常規(guī)破碎條件下不同粒級(jí)的拋尾效果，分別進(jìn)行了-250、-70、-25、-6 mm的拋尾試驗(yàn)。

2.1 -250 mm含鐵巖直接拋尾試驗(yàn)

對(duì)-250 mm含鐵巖直接進(jìn)行干式磁選拋尾，試驗(yàn)設(shè)備為φ300 mm永磁磁滑輪，磁場(chǎng)強(qiáng)度0.35 T，不同線速度的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3可知，當(dāng)線速度為0.950、1.025 m/s時(shí)，拋出尾礦產(chǎn)率分別為4.06%、8.50%，mFe品位分別為0.37%、1.04%，mFe損失率分別為0.17%，0.97%；當(dāng)線速度為1.100 m/s時(shí)，拋出尾礦產(chǎn)率為14.66%，尾礦mFe品位明顯升高，達(dá)2.63%，損失率達(dá)4.23%；進(jìn)一步提高線速度，拋尾產(chǎn)率提高，尾礦mFe品位亦提高，mFe損失率大大增加；當(dāng)線速度為1.410 m/s時(shí)，可拋出33.61%的尾礦，但尾礦mFe品位高達(dá)4.18%，mFe損失率高達(dá)15.37%，拋尾效果較差。綜合考慮，含鐵巖-250 mm直接拋尾效果不理想。因此，考慮將含鐵巖破碎至-70 mm進(jìn)行干式拋尾。

表3 -250 mm永磁磁滑輪不同線速度試驗(yàn)結(jié)果

2.2 -70 mm含鐵巖拋尾試驗(yàn)

將含鐵巖破碎至-70 mm，采用0.14 T的φ500 mm電磁磁滑輪進(jìn)行干式磁選拋尾，調(diào)節(jié)擋板距離為80 mm，不同線速度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 -70 mm電磁磁滑輪不同線速度拋尾試驗(yàn)結(jié)果

由表4可知，當(dāng)線速度為0.8 m/s時(shí)，可拋出產(chǎn)率24.62%、mFe品位2.56%的尾礦，mFe損失率6.90%；隨著線速度的增大，拋尾產(chǎn)率增大，尾礦中mFe含量也升高，mFe損失率進(jìn)一步增大。試驗(yàn)結(jié)果表明，-70 mm含鐵巖存在預(yù)先拋尾的可能，但因電磁磁滑輪磁場(chǎng)強(qiáng)度較低，只有0.14 T，可能是導(dǎo)致尾礦中mFe含量過(guò)高的原因。為改善拋尾效果，采用磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.35T的φ300 mm永磁磁滑輪，對(duì)-70 mm含鐵巖進(jìn)行不同線速度拋尾試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表5。

由表5可知，隨著線速度從1.10 m/s增加到1.26 m/s，可拋出的尾礦產(chǎn)率從12.48%增加到18.55%，尾礦中mFe含量從0.85%增加到1.11%，mFe損失率從1.16%增加到2.24%，拋尾效果良好；線速度繼續(xù)增加時(shí)，拋出的尾礦產(chǎn)率增加，尾礦中的mFe含量也隨之升高，mFe損失率進(jìn)一步增大；當(dāng)線速度增加到1.36、1.49 m/s時(shí)，可分別拋出產(chǎn)率22.77%和34.78%的尾礦，尾礦中mFe含量分別為1.83%和2.65%，mFe損失率高達(dá)4.59%和10.13%，拋尾效果變差。

表5 -70 mm永磁磁滑輪不同線速度拋尾試驗(yàn)結(jié)果

綜合考慮拋尾產(chǎn)率和尾礦中mFe含量及損失率，含鐵巖破碎至-70 mm拋出產(chǎn)率18.55%的尾礦較為合適。此時(shí)粗精礦中的TFe含量為18.51%，達(dá)不到TFe品位大于23%的要求，需要將礦石進(jìn)一步破碎，增加礦物間的解離。因此，進(jìn)行-25 mm粒度拋尾試驗(yàn)。

Johnson等(1998)在Rose(1992)的基礎(chǔ)上又進(jìn)一步擴(kuò)展了對(duì)DCT不同形式的研究。他們?cè)谇榫懊枋龊筮M(jìn)行了三種處理：提供肯定答復(fù)、提供否定答復(fù)、不提供答復(fù)。研究結(jié)果呈現(xiàn)出一個(gè)更為復(fù)雜的局面：有無(wú)答復(fù)以及答復(fù)是肯定還是否定對(duì)被試的回答有不同程度的影響，其中對(duì)抱怨的影響最小，對(duì)道歉的影響最大，對(duì)請(qǐng)求的影響居中。該研究得出結(jié)論：運(yùn)用不同形式DCT得到的結(jié)果可能不具備可比性，它們可能體現(xiàn)了被試對(duì)于是否有答復(fù)以及答復(fù)的不同性質(zhì)的敏感程度(Johnson,1998:172)。

2.3 -25 mm含鐵巖拋尾試驗(yàn)

將含鐵巖破碎至-25 mm，采用φ300 mm永磁磁滑輪，在磁場(chǎng)強(qiáng)度0.35 T、調(diào)節(jié)擋板距離為30 mm的條件下進(jìn)行不同線速度試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 -25 mm永磁磁滑輪不同線速度拋尾試驗(yàn)結(jié)果

由表6可知，在磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.35 T時(shí)，隨著線速度的增加，拋出尾礦產(chǎn)率增加；當(dāng)線速度為1.73 m/s時(shí)，能拋出產(chǎn)率24.12%的尾礦，尾礦中mFe含量0.79%，mFe損失率僅為2.08%，拋尾效果良好。在1.73 m/s的線速度條件下進(jìn)行不同磁場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 -25 mm永磁磁滑輪不同磁場(chǎng)強(qiáng)度拋尾試驗(yàn)結(jié)果

由表7可知，隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度從0.35 T降低到0.25 T和0.15 T時(shí)，可分別拋出34.48%和35.41%的尾礦，尾礦中mFe含量分別為1.26%和1.32%，磁性鐵損失率為4.77%和5.11%，拋尾效果較好。

綜合-25 mm含鐵巖直接拋尾試驗(yàn)結(jié)果可知：在磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.15 T，擋板距離為30 mm時(shí)，能拋出產(chǎn)率35.41%的尾礦，尾礦中mFe含量為1.32%，mFe損失率5.11%，mFe回收率為94.89%，但粗精礦中TFe含量?jī)H為20.21%，有待進(jìn)一步提高。因此，將含鐵巖直接破碎至-12 mm再進(jìn)行干式拋尾試驗(yàn)。

2.4 -12 mm含鐵巖拋尾試驗(yàn)

將含鐵巖破碎至-12 mm，在線速度1.73 m/s、擋板距離16 mm的條件下，對(duì)-12 mm含鐵巖進(jìn)行干式拋尾磁場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表8。

表8 -12 mm永磁磁滑輪不同磁場(chǎng)強(qiáng)度拋尾試驗(yàn)結(jié)果

由表8可知，隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的降低，尾礦產(chǎn)率增大；當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.15 T時(shí)，可拋出產(chǎn)率40.36%的尾礦，尾礦中mFe含量1.35%，mFe損失率5.98%，拋尾效果良好；但得到的拋尾粗精礦中TFe品位僅為21.68%，達(dá)不到23%的要求。因此，需要進(jìn)一步將礦石破碎到更細(xì)的粒度進(jìn)行干式拋尾。

2.5 -6 mm含鐵巖拋尾試驗(yàn)

將含鐵巖破碎至-6 mm，在磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.35 T，擋板距離為10 mm時(shí)進(jìn)行不同線速度的干式拋尾試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表9。

表9 -6 mm永磁磁滑輪不同線速度拋尾試驗(yàn)結(jié)果

由表9可知，當(dāng)線速度為1.73 m/s時(shí)，拋尾效果較1.42 m/s好，能夠拋出產(chǎn)率30.12%的尾礦，且尾礦中mFe含量?jī)H為0.42%，mFe損失率為1.38%。選定線速度為1.73 m/s，擋板距離為10 mm時(shí)，進(jìn)行-6 mm含鐵巖不同磁場(chǎng)強(qiáng)度的拋尾試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表10。

表10 -6 mm永磁磁滑輪不同磁場(chǎng)強(qiáng)度拋尾試驗(yàn)結(jié)果

由表10可知，隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的減小，拋尾產(chǎn)率增大；當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.15 T時(shí)，可拋出產(chǎn)率為42.97%、mFe含量為0.77%的尾礦，mFe損失率僅為3.63%，拋尾效果良好；且粗精礦中TFe品位為22.36%，接近23%，因此試驗(yàn)過(guò)程中適當(dāng)減小料層厚度，在磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.15 T時(shí)，調(diào)整擋板距離為8 mm，進(jìn)行-6 mm含鐵巖不同線速度拋尾試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表11。

由表11可知，當(dāng)線速度為1.42 m/s時(shí)，可得到TFe品位21.97%的粗精礦；當(dāng)線速度為1.73 m/s時(shí)，可拋出產(chǎn)率47.79%的尾礦，尾礦中mFe含量?jī)H為0.96%，mFe損失率為5.01%，得到了TFe品位23.34%的粗精礦，mFe回收率為94.99%，拋尾效果理想。

表11 -6 mm含鐵巖不同線速度拋尾試驗(yàn)結(jié)果

3 高壓輥磨條件下的拋尾試驗(yàn)

經(jīng)研究，輥壓產(chǎn)品濕式磁選拋尾效果要好于干式磁選拋尾效果[9]；但考慮到包頭白云鄂博地區(qū)高寒少水的天然劣勢(shì)條件，在干拋能取得目標(biāo)效果的情況下，不建議采用濕拋增加用水難度和尾礦處理難度。在常規(guī)破碎產(chǎn)品線速度1.73 m/s、磁場(chǎng)強(qiáng)度0.15 T、擋板距離8.0 mm的最佳拋尾條件下，采用干式磁選機(jī)對(duì)高壓輥磨產(chǎn)品進(jìn)行干式拋尾試驗(yàn)，并與該條件下的常規(guī)破碎產(chǎn)品進(jìn)行比較，結(jié)果見(jiàn)表12。

表12 高壓輥磨及常規(guī)破碎產(chǎn)品干式拋尾試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

由表12可知，在粒度相近的情況下，高壓輥磨產(chǎn)品比常規(guī)破碎產(chǎn)品多拋出1.27個(gè)百分點(diǎn)的尾礦，尾礦mFe含量低0.60個(gè)百分點(diǎn)，精礦TFe品位高0.64個(gè)百分點(diǎn)，精礦mFe品位高0.41個(gè)百分點(diǎn)，精礦mFe作業(yè)回收率高1.26個(gè)百分點(diǎn)；高壓輥磨產(chǎn)品拋尾效果較常規(guī)破碎產(chǎn)品拋尾效果要好。

4 結(jié) 論

(1)白云鄂博西礦含鐵巖屬白云石型堿性原生磁鐵礦礦石，可供選礦回收的主要組分是鐵；脈石組分主要為CaO和MgO，SiO、Al2O3、Na2O 、K2O含量均較低。鐵在磁鐵礦中分布率為53.12%，其余主要分布在碳酸鹽中，其次分布在硅酸鹽中，是難以回收的部分。礦石中鐵礦物主要為磁鐵礦，其次為菱鐵礦或含鐵碳酸鹽。選鐵的目的礦物只有磁鐵礦，由于其粒度細(xì)小，需要細(xì)磨才能獲得較高品位的鐵精礦。

(2)常規(guī)破碎條件下，含鐵巖在-250 mm粒度下拋尾效果不理想；破碎到-70 mm在磁場(chǎng)強(qiáng)度0.35 T、線速度1.26 m/s時(shí)，可拋出產(chǎn)率18.55%的尾礦，但精礦品位達(dá)不到要求；-70 mm粗精礦破碎至-25 mm，在磁場(chǎng)強(qiáng)度0.15 T、線速度1.73 m/s時(shí)再拋出35.41%的尾礦；-25 mm粗精礦破碎至-6 mm，在磁場(chǎng)強(qiáng)度0.15 T，線速度1.73 m/s時(shí)，可拋出40.36%的尾礦，得到TFe品位23.34%，mFe品位16.67%，TFe回收率71.27%，mFe回收率94.99%的粗精礦，拋尾效果良好。

(3)在破碎排礦粒度相近的情況下，含鐵巖輥磨產(chǎn)品比常規(guī)破碎產(chǎn)品干選效果要好，可多拋出1.27個(gè)百分點(diǎn)尾礦，尾礦中mFe含量低0.60個(gè)百分點(diǎn)，精礦TFe品位高出0.64個(gè)百分點(diǎn)，mFe品位高0.41個(gè)百分點(diǎn)，mFe作業(yè)回收率高1.26個(gè)百分點(diǎn)。

(4)無(wú)論是常規(guī)破碎方法拋尾還是高壓輥磨后拋尾，都可將含鐵巖處理到常見(jiàn)磁鐵礦選礦廠入磨原礦的mFe含量水平，說(shuō)明白云鄂博西礦的含鐵巖是值得開(kāi)發(fā)利用的鐵礦資源。