赤鐵礦選礦工藝流程研究與探討

蔣文利

(1.武漢理工大學(xué)，湖北 武漢 430000；2.河北鋼鐵集團灤縣常峪鐵礦有限公司，河北 唐山 063000)

我國鐵礦石儲量中赤鐵礦占有較大比例，面對赤鐵礦品位低，嵌布粒度細、含泥量高，選礦難度較大的問題，經(jīng)過選礦多年的技術(shù)研究和攻關(guān)，赤鐵礦選礦技術(shù)取得重大進展，基本解決了赤鐵礦選礦這一世界性難題，形成了幾種典型的赤鐵礦選礦工藝流程。這些典型選礦工藝技術(shù)的應(yīng)用，為我國鐵礦石加工提供了技術(shù)支撐，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

1 礦石性質(zhì)

1.1 礦床與礦石類型

該礦屬“鞍山式”沉積變質(zhì)鐵礦床。礦石類型主要為赤鐵石英巖,礦石為貧赤鐵礦石。

1.2 赤鐵礦原礦多元素分析及物相分析

赤鐵礦原礦多元素分析及物相分析結(jié)果分別見表1、表2。

從原礦的物相分析和化學(xué)多元素分析結(jié)果可以看出：原礦全鐵品位為29.14%，主要雜質(zhì)是SiO2和Al2O3，為酸性礦石。原礦中有用礦物主要是赤鐵礦和褐鐵礦，少量磁鐵礦。

1.3 赤鐵礦的礦物組成及主要礦物的賦存狀態(tài)

礦石礦物組成較為簡單，主要為赤鐵礦，次為假象赤鐵礦、磁鐵礦；脈石礦物以石英為主，其次為陽起石、閃石礦物、磷灰石包裹體及少量普通角閃石和輝石等；微量礦物有磷灰石、黃銅礦，另外還有后期蝕變的綠泥石、碳酸鹽和黑云母等礦物。

表1 赤鐵礦原礦多元素分析結(jié)果

表2 赤鐵礦物相分析結(jié)果

赤鐵礦主要呈致密狀集合體或假象—半假象礦產(chǎn)出，但有的假象礦被脈石交代空殼狀，部分還被脈石交代分割成多個細小晶粒。后兩種狀態(tài)的赤鐵礦不利于分選。

鐵礦物的嵌布粒度為62.79μm,脈石礦物的嵌布粒度為80.25μm。

1.4 單體解離度測定

磨礦粒度-0.074mm占53.59%、90.54%時的篩析和單體解離度測定結(jié)果分別見表3、表4。

表3 -0.074mm占53.59%時的粒度分析及單體解離度測定結(jié)果/%

表4 -0.074mm占90.54%時的粒度分析及單體解離度測定結(jié)果/%

從表3、表4可以看出，隨原礦磨礦粒度-0.074mm粒級含量的提高，鐵礦物的單體解離度隨之上升，在原礦磨礦粒度-0.074mm粒級含量達到53.59%時，鐵礦物單體解離度僅有65.55%，脈石單體解離度達到57.89%。選礦要取得合格的鐵精礦尚需進一步細磨，但脈石單體解離度已經(jīng)達到適宜選別的條件，可以拋掉部分尾礦，減少下一段磨礦量，提高效率降低能耗；在原礦磨礦粒度-0.074mm粒級含量達到90.54%時，鐵礦物單體解離度達到94.04%，礦石的鐵礦物單體解離度基本滿足生產(chǎn)合格鐵精礦的要求。由此得出，礦石適合采取階段磨礦階段選別工藝流程。

2 選礦工藝流程

根據(jù)赤鐵礦礦石性質(zhì)研究結(jié)果，結(jié)合國內(nèi)赤鐵礦選礦研究與生產(chǎn)經(jīng)驗，采用的選礦工藝流程：階段磨礦、粗細分級、重選-磁選-反浮選工藝。選礦工藝流程見圖1 。

3 選礦工藝流程分析研究

為分析工藝流程控制存在的問題和評價該流程的合理性，對選礦工藝流程進行了全流程考察研究。

3.1 選礦工藝流程考察

全流程考察結(jié)果與設(shè)計對比見表5。

從表5可以看出，選礦工藝流程的技術(shù)指標較為正常，球磨機臺時能力、尾礦品位均優(yōu)于設(shè)計指標，但由于原礦品位偏低，導(dǎo)致選礦比、金屬回收率等指標沒有達到設(shè)計要求；精礦品位主要是按生產(chǎn)計劃65%進行組織生產(chǎn)，導(dǎo)致考察時沒有達到設(shè)計水平，說明選礦工藝流程運行較為穩(wěn)定，選礦工藝達到了設(shè)計確定的目標，但新水消耗較高。

3.2 考察結(jié)果分析

3.2.1 磨礦分級作業(yè)

1) 一次磨礦分級作業(yè)考察結(jié)果見表6。從表6可以看出，一次磨礦效率達到1.235t/m3·h，旋流器一次分級效率達到46.84%，基本達到設(shè)計水平和國內(nèi)同行業(yè)工序控制水平。但旋流器給礦濃度偏高、溢流粒度偏細，勢必影響分級效率和選別效果，同時，對提高流程的生產(chǎn)效率和粗粒拋尾技術(shù)的實現(xiàn)構(gòu)成影響。

2) 二次磨礦分級作業(yè)考察結(jié)果見表7。從表7可以看出，二次旋流器分級效率和二段磨礦效率均較低。二次磨礦濃度和旋流器分級給礦濃度看控制的還可以，二次磨礦的-0.074mm粒級含量提高幅度達到了21.4百分點。二次磨礦效率偏低主要是配置的二次球磨機容積偏大，為控制過磨，二次球磨介質(zhì)充填率控制較低，導(dǎo)致磨礦效率較低；分級效率偏低由于旋流器為重選尾礦其給礦粒度不均勻，控制壓力也偏低僅有0.06MPa，以及旋流器沉沙嘴等技術(shù)參數(shù)影響反富集現(xiàn)象較嚴重，導(dǎo)致高品位細粒級產(chǎn)品進入返砂中。

圖1 選礦工藝流程圖

表5 全流程考察結(jié)果與設(shè)計對比

表6 一次磨礦分級作業(yè)考察結(jié)果

表7 二次磨礦分級作業(yè)考察結(jié)果

3)粗細分級作業(yè)考察結(jié)果見表8。從表8可以看出，溢流粒度-0.074mm達到95.60%，沉沙粒度-0.074mm僅為47.20%，粗細分級效率為40.58%，基本達到了設(shè)計控制水平水平，滿足了下道工序的要求。

3.2.2 選別作業(yè)

選別作業(yè)考察結(jié)果見表9。從表9可以看出，各選別作業(yè)的選別效果，基本達到了設(shè)計要求，最終的精礦品位也滿足了生產(chǎn)控制標準，但浮選給礦濃度偏低，需要今后生產(chǎn)強化浮選前濃縮作業(yè)的控制管理。強磁前弱磁選和強磁選作業(yè)的選別效果好于中期前弱磁選和中磁選作業(yè)，這主要是各作業(yè)的礦石性質(zhì)有一定差異，特別是作業(yè)礦石的粒度差異較大，使得作業(yè)礦物的單體解離度不同，而影響了選別效果。

3.2.3 尾礦分析

選礦流程的綜合尾礦主要是強磁尾、中磁尾、浮選尾混合組成的，為此，尾礦重點分析這幾種作業(yè)尾礦。

1) 尾礦篩析結(jié)果見表10。從表10可以看出，雖然綜合尾達到了設(shè)計要求，但磁選尾礦中主要是-0.025mm粒級，品位偏高，造成作業(yè)尾礦品位偏高；浮選尾礦品位偏高則是-0.074mm以下粒級均偏高。因此，要合理控制磨礦粒度，降低細粒級含量，控制磁選尾礦品位；浮選作業(yè)要進行研究，優(yōu)化藥劑制度和作業(yè)條件，進一步降低浮選尾礦品位，同時要采取技術(shù)措施進一步利用浮選尾礦，減少金屬流失。

表8 粗細分級作業(yè)考察結(jié)果

表9 選別作業(yè)考察結(jié)果/%

表10 各尾礦粒度篩析

另外，綜合尾礦粒度偏細，-0.025mm粒級含量達到了48%、-0.074mm粒級含量更是高達80.40%，對于設(shè)計采用上游法筑壩的尾礦庫來說將對生產(chǎn)后的放礦筑壩及管理帶來很大困難。

2) 尾礦物相分析結(jié)果見表11。從表11可以看出，各作業(yè)尾礦中的Fe主要以磁性鐵和氧化鐵的形式存在，具有進一步回收的潛力。特別是浮選尾礦，磁性鐵含量達到14.23%，氧化鐵含量達到9.29%，因此，此流程需要進行提高金屬回收率的改進。

表11 尾礦物相分析結(jié)果/%

3.2.4 強磁前弱磁尾濃縮作業(yè)

為減少強磁選機的配制臺數(shù)和保證強磁選作業(yè)條件，設(shè)計在強磁選前增加了弱磁選尾礦濃縮作業(yè)環(huán)節(jié)，每個系列配置1臺∮63m濃縮機，弱磁尾濃縮后送至強磁選。強磁選前濃縮作業(yè)考察結(jié)果見表12。

表12 強磁前濃縮作業(yè)考察結(jié)果/%

從表12可以看，強磁前濃縮作業(yè)效果不理想，主要是溢流濃度較高，達到5.27%；其鐵品位高達20.54%，比強磁給的給礦品位還高，產(chǎn)率達到9.94%，影響綜合尾礦品位升高2.63個百分點，金屬流失較為嚴重。

3.2.5 螺旋溜槽掃選作業(yè)

為充分利用礦石適合重選的特點，選礦工藝流程中采用了重選工藝。重選工藝由一粗、一精、一掃作業(yè)配置而成，產(chǎn)品有最終精礦、掃選尾礦、掃選中礦、精選尾礦，其中掃選尾礦再進行弱磁和強磁選，獲得的粗精礦與掃選中礦和精選尾礦混合為重選中礦直接分級再磨再選。

1) 重選各產(chǎn)品品位分析。結(jié)果見表13。從表13看掃選中礦和掃選尾礦品位較其他產(chǎn)品較低，均應(yīng)含有合格尾礦，從前面礦石性質(zhì)分析結(jié)果可以判斷這一點。但掃選中礦沒有進行再選拋尾就進入再磨作業(yè)，不符合早拋早收的技術(shù)路線，勢必造成增加不必要的磨礦量，是選擇的再磨機偏大，造成生產(chǎn)消耗上升。

表13 重選各產(chǎn)品品位分析結(jié)果/%

2) 螺旋溜槽掃選中礦、尾礦篩析。為進一步分析螺旋溜槽掃選中礦和掃選尾礦再處理的合理性，對兩種產(chǎn)品進行了篩析。螺旋溜槽掃選中礦、尾礦篩析結(jié)果見表14。從表14可以看出，掃螺中礦各粒級品位雖比掃螺尾礦各粒級品位高，但分布規(guī)律趨勢相近，粒度較掃螺尾礦更均勻，特別是-0.025mm粒級含量較低，+0.208mm粒級含量也較低，更適合優(yōu)先進行弱磁、強磁選拋尾，減少再磨量。

表14 螺旋溜槽掃選中礦、尾礦篩析結(jié)果

3) 螺旋溜槽掃選中礦、尾礦物相分析結(jié)果見表15。從表15可以看出，掃螺中礦、尾礦主要是磁性鐵和氧化鐵，且中礦含有的磁性鐵比例更高，因此采用磁選法提前選別是可行的，這樣可以減少再磨量，并可以放粗尾礦粒度，有利于尾礦庫放礦筑壩。

表15 螺旋溜槽掃選中礦、尾礦物相分析結(jié)果/%

4 工藝流程改進方向

通過對赤鐵礦礦石性質(zhì)的研究和選礦工藝流程的全面考察分析，該選礦工藝流程雖運行狀況較為穩(wěn)定，主要技術(shù)指標也達到了設(shè)計目標，但仍有進一步改進的潛力，以提高流程的經(jīng)濟性和合理性。

1)選礦工藝流程在體現(xiàn)礦石性質(zhì)適于階段磨礦-粗粒拋尾的技術(shù)路線方面有待于改進。該工藝流程設(shè)計一次磨礦后連續(xù)兩次分級實現(xiàn)粗細分級，粗粒級進入螺旋溜槽重選作業(yè)提取合格精礦，細粒級進入弱磁、強磁選、浮選作業(yè)。這樣導(dǎo)致合格的粗粒尾礦必須經(jīng)過再磨再選，不僅使二段磨礦機的容積加大，導(dǎo)致增加不必要的循環(huán)負荷和磨礦等消耗，粗細分級在流程中的位置不盡合理。從礦石性質(zhì)的特點看，粗細分級安排在弱磁、強磁選作業(yè)后，只對選別得到的弱磁強磁粗精礦進行分級，這樣即可實現(xiàn)提前提取合格精礦，也可實現(xiàn)粗粒拋尾，并可減少強磁前濃縮機的建設(shè)和粗細分級作業(yè)螺旋溜槽的配置臺數(shù)，工藝流程相對簡單，又可解決尾礦粒度細帶來的尾礦庫筑壩困難的問題。

2)掃螺中礦處理方式應(yīng)進行改進。目前，流程中掃螺中礦進入二次分級磨礦作業(yè)，這樣造成未能實現(xiàn)粗粒拋尾，導(dǎo)致二段磨礦量增加、消耗增加、尾礦粒度變細，帶來生產(chǎn)成本增加和尾礦庫筑壩困難。因此，應(yīng)對掃螺中礦采用弱磁強磁選，實現(xiàn)提前拋尾、放粗尾礦粒度，解決再磨帶來的問題。

3)尾礦品位偏高。該工藝流程最終尾礦有浮選尾礦和中、強磁選以及強磁前濃縮溢流尾礦組成，流程對尾礦的控制研究的不夠全面，導(dǎo)致尾礦品位偏高，金屬流失嚴重，充分利用礦石資源的能力不足。特別是浮選尾礦和強磁前濃縮溢流，可回收利用的措施沒有考慮，應(yīng)對其進行二次利用。經(jīng)過對浮選尾礦進行強磁-再磨-浮選回收試驗，浮選尾礦品位由18.80%降低到13.58%，可降低綜合尾礦品位2.49%。

4)選礦新水量消耗高。選礦工藝流程用水設(shè)計不盡合理，新水量消耗較高，主要是三水平衡未經(jīng)細致研究，使用點分布不合理，各種設(shè)備的冷卻水、浮選用水均為新水，而冷卻水使用后直接排到濃縮機，未考慮重復(fù)利用；尾礦庫回水只是簡單的輸送到環(huán)水池，與環(huán)水混合而用，導(dǎo)致使用新水點位過多，并且環(huán)水池跑水現(xiàn)象時有發(fā)生。三水應(yīng)根據(jù)選礦各環(huán)節(jié)對水質(zhì)的要求進行平衡使用，最大限度的減少新水的使用點位。尾礦庫回水水質(zhì)較好，可在浮選和破碎除塵等任何選別點位使用，另外設(shè)備冷卻水應(yīng)進行相應(yīng)的再凈化處理循環(huán)使用。

5 結(jié)語

國內(nèi)赤鐵礦采用階段磨礦、重選-磁選-反浮選的選礦工藝工藝流程的較為普遍，為貫徹精料方針和解決赤鐵礦選礦難題提供了有效手段，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。該礦采用了鞍山地區(qū)赤鐵礦選礦經(jīng)驗，采用了階段磨礦、重選-磁選-反浮選工藝，建設(shè)了赤鐵礦選礦工藝流程。建成投產(chǎn)后，生產(chǎn)較為穩(wěn)定，技術(shù)指標就達到了設(shè)計水平，體現(xiàn)出該工藝流程的先進性和適應(yīng)性，但該流程只注重了提前提取合格精礦，未能充分利用可提前拋尾的這一礦石特性，在生產(chǎn)中也暴露出尾礦品位偏高、提前拋尾未實現(xiàn)、尾礦粒度偏細、尾礦庫筑壩困難、新水消耗高等一系列問題。通過對選礦工藝流程的全面考察和分析研究，應(yīng)在以下幾個方面進行改造。

1)對尾礦的分析和試驗表明，通過為尾礦進行強磁-再磨-浮選的試驗，可降低尾礦品位2.49個百分點、提高金屬回收率7.47個百分點。

2)對弱磁、強磁選工藝在流程中的位置合理性進行調(diào)整，弱磁、強磁選應(yīng)前移至一次磨礦分級后，達到放粗磨礦粒度的目的。這樣可減少濃縮機作業(yè)的建設(shè)和重選作業(yè)螺旋溜槽的配置數(shù)量，在解決尾礦庫筑壩問題的同時，降低二次磨礦循環(huán)負荷，提高生產(chǎn)效率。

3)選礦流程的三水平衡需要進行研究改進，特別是回水的使用的工藝范圍要擴大，將回水用在浮選和破碎等作業(yè)，進一步降低新水消耗。