山西某低品位鐵礦石選礦試驗

岳紫龍 陳斌瓚 劉 軍

(1.中國地質(zhì)大學地球科學與資源學院，北京 100083；2.地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室，北京 100083；3.南陽師范學院，河南 南陽 473061；4.武鋼集團礦業(yè)有限責任公司金山店鐵礦，湖北 大冶 435116；5.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司，安徽 馬鞍山 243000)

·礦物工程·

山西某低品位鐵礦石選礦試驗

岳紫龍1，2，3陳斌瓚4劉 軍5

(1.中國地質(zhì)大學地球科學與資源學院，北京 100083；2.地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室，北京 100083；3.南陽師范學院，河南 南陽 473061；4.武鋼集團礦業(yè)有限責任公司金山店鐵礦，湖北 大冶 435116；5.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司，安徽 馬鞍山 243000)

為給山西某鐵礦大規(guī)模開發(fā)利用礦區(qū)內(nèi)的低鐵含硫礦石提供技術方案，在完成礦石性質(zhì)分析的基礎上進行了選礦工藝研究。結(jié)果表明：①礦石中的鐵以磁性鐵和硅酸鐵為主，分別占總鐵的54.46%和36.52%，赤褐鐵僅占總鐵的2.81%，因此，該礦石宜采用弱磁選工藝回收，但鐵回收率不高；②采用大塊(-75 mm)中磁干拋—粉礦(-12 mm)弱磁干式預選—一段磨礦(-200目55%)—弱磁粗選—粗精礦二段磨礦(-200目95%)—2次弱磁精選—1粗1精脫硫反浮選流程處理鐵品位為20.54%、硫含量為0.763%的鐵礦石，獲得了鐵品位為69.65%、鐵回收率為48.63%、硫含量為0.09%的鐵精礦，硫品位為24.93%、硫回收率為27.77%的含硫雜質(zhì)可作為硫精礦出售。

低品位鐵礦石 磁鐵礦 磁黃鐵礦 磁選 反浮選

我國鐵礦石種類全、儲量大，但普遍呈現(xiàn)貧、雜、細特征，95%以上的鐵礦石需要細磨深選才能達到鋼鐵工業(yè)冶煉要求。由于我國鐵礦石不同程度高硅、高硫、高磷，自鐵精礦精料方針提出后，鐵精礦降硅、降硫、降磷就成了我國鐵礦石選礦技術進步的主旋律之一[1-4]。

山西某鐵礦選礦廠原生產(chǎn)規(guī)模較小，入選礦石主要為礦區(qū)內(nèi)的低硫高鐵礦石。為擴大生產(chǎn)規(guī)模，提升企業(yè)效益，對礦區(qū)內(nèi)大量低品位含硫鐵礦石進行資源化利用就非常必要。要實現(xiàn)這些低品位含硫鐵礦石的資源化利用，就必須對現(xiàn)有選礦工藝流程進行改造升級。為確定升級后的工藝流程，對該礦山有代表性礦樣進行了選礦工藝研究。

1 礦石性質(zhì)

礦石主要化學成分分析結(jié)果見表1，鐵物相分析結(jié)果見表2，硫物相分析結(jié)果見表3。

表1 礦石主要化學成分分析結(jié)果Table 1 Main chemical component analysis of the ore %

表2 礦石鐵物相分析結(jié)果Table 2 Iron phase analysis of the ore %

表3 礦石硫物相分析結(jié)果Table 3 Sulfur phase analysis of the ore %

從表1可知，礦石鐵含量為20.54%，主要雜質(zhì)成分為SiO2，有害雜質(zhì)磷含量較低、硫較高；礦石堿性系數(shù)為0.15，屬于低品位酸性鐵礦石。

從表2可知，礦石中的鐵主要以磁性鐵的形式存在，占總鐵量的54.46%，其次是硅酸鐵，占總鐵的36.52%，赤(褐)鐵、硫化鐵、碳酸鐵含量均較低。因此，精礦鐵回收率將很難達到50%以上。

從表3可知，51.11%的硫以磁黃鐵礦的形式存在，這部分硫?qū)㈦S著弱磁選富集到弱磁精中，不利于鐵精礦降硫。

2 試驗方案的確定

礦石中的目的礦物為磁鐵礦，可采用弱磁選工藝回收。由于磁黃鐵礦與磁鐵礦同為強磁性礦物，弱磁選過程中磁黃鐵礦將富集在鐵精礦中，導致弱磁選鐵精礦硫含量超標。從節(jié)能降耗的角度考慮，確定采用先磁后浮工藝提鐵脫硫[5-7]。

由于礦石鐵品位較低，且目標礦物為磁鐵礦，因此，采用干式中磁預選工藝可大量拋出廢石、減小入磨礦量、提高入磨鐵品位，達到節(jié)能降耗的目的。

綜合以上分析，確定本試驗主要分原礦中磁干選拋廢、階段磨礦—階段弱磁選、反浮選脫硫等3部分進行。

3 試驗結(jié)果與討論

3.1 中磁干選拋廢試驗

為了拋除磁鐵礦石開采過程中混入的圍巖和廢石，磨選作業(yè)前通常設有干式磁選拋廢作業(yè)，以恢復地質(zhì)品位，降低磨機處理量?？紤]到現(xiàn)場生產(chǎn)流程中已有-12 mm干式中磁拋廢系統(tǒng)，且效果較好，因此，本試驗重點對-75 mm的粗碎產(chǎn)品進行干式拋廢研究。

3.1.1 粗碎產(chǎn)品(-75 mm)干式中磁拋廢試驗

粗碎產(chǎn)品用φ1 250 mm×1 150 mm磁滑輪進行拋廢，筒表磁場強度為207 kA/m。

3.1.1.1 皮帶速度試驗

皮帶速度試驗的分離隔板距離為105 cm，給礦量為350 t/h，試驗結(jié)果見表4。

表4 皮帶速度試驗結(jié)果Table 4 Test results at different belt velocity

從表4可知，隨著皮帶速度的提高，大塊精礦全鐵和磁性鐵品位均小幅提高，回收率小幅降低。綜合考慮，確定皮帶速度為1.8 m/s。

3.1.1.2 分離隔板距離試驗

分離隔板距離試驗的皮帶速度為1.8 m/s，給礦量為350 t/h，試驗結(jié)果見表5。

表5 分離隔板距離試驗結(jié)果Table 5 Test results at different distance of baffle plate

從表5可知，隨著分離隔板距離的增加，大塊精礦全鐵和磁性鐵品位明顯下降，回收率明顯上升。綜合考慮，確定分離隔板距離為105 cm。

3.1.2 細碎產(chǎn)品(-12 mm)干式中磁拋廢驗證試驗

將-75 mm的大塊精礦碎至-12 mm，采用φ500 mm×545 mm磁滑輪模擬現(xiàn)場進行了干拋效果驗證試驗，筒表磁場強度為159 kA/m，皮帶速度為1.1 m/s，給礦量為250 t/h，分離隔板距離為35 cm，驗證試驗結(jié)果見表6。

表6 細碎產(chǎn)品干式中磁拋廢驗證試驗結(jié)果Table 6 The dry mid-intensity magnetic verification test result on fine crushing products

從表6可知，大塊精礦碎至-12 mm后再拋尾，仍可拋出作業(yè)產(chǎn)率8.6%的合格廢石，磁性鐵作業(yè)回收率高達99.59%；粉精礦全鐵和磁性鐵品位分別達26.47%和16.90%，較原礦鐵品位提高顯著；礦石經(jīng)2段干拋，可拋出流程產(chǎn)率35.35%的合格廢石，全鐵和磁性鐵流程回收率分別達83.29%和97.64%。

3.2 階段磨礦—階段弱磁選試驗

磨礦是解決有用礦物和脈石礦物解離問題的關鍵作業(yè)，其效果的好壞對目的礦物回收率影響顯著。采用階段磨選工藝既體現(xiàn)了能拋早拋理念，又有利于節(jié)能減排、降本增效[8]。

3.2.1 一段磨選試驗

3.2.1.1 一段磨礦細度試驗

干拋粉精礦碎至-2 mm后，在XMQφ240×90型錐型球磨機中磨礦(磨礦濃度為66.7%)，一段磨礦產(chǎn)品用φ400 mm×300 mm濕式圓筒磁選機進行1次弱磁粗選，磁場強度為143 kA/m，試驗結(jié)果見圖1。

圖1 一段磨礦細度試驗結(jié)果Fig.1 The result at different firstly grinding fineness●—品位；○—回收率

從圖1可知，隨著一段磨礦細度的提高，粗精礦鐵品位上升，鐵回收率下降。綜合考慮，確定一段磨礦細度為-0.076 mm占55%。

3.2.1.2 一段弱磁選磁場強度試驗

-0.076 mm占55%的磨礦產(chǎn)品一段弱磁粗選試驗結(jié)果見圖2。

圖2 一段弱磁選磁場強度試驗結(jié)果●—品位；○—回收率Fig.2 The result of firstly low intensity magnetic separation

從圖2可知，隨著弱磁選磁場強度的提高，粗精礦鐵品位下降，鐵回收率上升。綜合考慮，確定一段弱磁選磁場強度為143 kA/m，對應的粗精礦鐵品位為55.17%，鐵回收率為66.27%。

3.2.2 二段磨選試驗

3.2.2.1 二段磨礦細度試驗

二段磨礦細度試驗的給礦為一段磨選粗精礦，二段磨礦產(chǎn)品經(jīng)2次弱磁連選，磁場強度分別為143和127 kA/m，試驗結(jié)果見圖3。

圖3 二段磨礦細度試驗結(jié)果Fig.3 The result at different secondary grinding fineness●—品位；○—回收率

從圖3可知，隨著二段磨礦細度的提高，弱磁精礦鐵品位上升，鐵回收率下降。綜合考慮，確定二段磨礦細度為-0.076 mm占95%。

3.2.2.2 二段磨礦產(chǎn)品弱磁選磁場強度試驗

二段磨礦產(chǎn)品弱磁選磁場強度試驗的磨礦細度為-0.076 mm占95%，2次弱磁精選的磁場強度見表7，試驗結(jié)果見圖4。

從圖4可知，隨著磁場強度的提高，精礦鐵品位略有下降，鐵回收率略有上升。綜合考慮，確定弱磁精選1、弱磁精選2的磁場強度分別為143和127 kA/m,對應的精礦鐵品位為68.64%，作業(yè)回收率為91.46%。

表7 二段磨礦產(chǎn)品2次弱磁精選磁場強度Table 7 The magnetic field of secondary low intensity magnetic concentration on secondary grinding products

圖4 二段磨礦產(chǎn)品弱磁選磁場強度試驗結(jié)果Fig.4 The low intensity magnetic separation results on secondary grinding products□—品位；■—作業(yè)回收率

3.3 弱磁選精礦反浮選脫硫試驗

干式中磁拋廢作業(yè)和階段磨礦階段弱磁選作業(yè)完成了對目的礦物——磁鐵礦的富集，獲得了鐵品位為68.64%的鐵精礦。由于磁黃鐵礦也富集在弱磁選精礦中，弱磁選精礦含硫達1.48%，因此，將對其進行反浮選脫硫，試驗流程見圖5。

圖5 反浮選條件試驗流程Fig.5 Flowsheet of reverse flotation

3.3.1 活化劑的選擇

磁黃鐵礦可浮性較差，其易泥化和氧化的特性進一步增加了磁黃鐵礦上浮的難度，因此，選擇合適的活化劑至關重要。在參閱眾多文獻和探索試驗基礎上，進行活化劑種類試驗[9-10]。試驗固定丁基黃藥用量為120 g/t，試驗結(jié)果見表8。

從表8可見，以NFH為活化劑，鐵精礦鐵品位和鐵作業(yè)回收率最高，硫含量最低。因此，確定NFH為磁黃鐵礦的活化劑。

表8 活化劑種類試驗結(jié)果Table 8 The result on various activators

3.3.2 NFH用量試驗

NFH用量試驗的丁基黃藥用量為120 g/t，試驗結(jié)果見表9。

表9 活化劑NFH用量試驗結(jié)果Table 9 The result on dosage of NFH activator

從表9可見，隨著NFH用量的增大，鐵精礦鐵品位微幅上升，鐵作業(yè)回收率、硫品位和硫作業(yè)回收率均下降。綜合考慮，確定NFH用量為200 g/t，對應的鐵精礦鐵品位為69.84%、鐵作業(yè)回收率為97.18%、硫含量為0.21%。

3.3.3 丁基黃藥用量試驗

丁基黃藥用量試驗的活化劑NFH用量為200 g/t，丁基黃藥為120 g/t，試驗結(jié)果見表10。

表10結(jié)果表明，隨著丁基黃藥用量的增加，鐵精礦鐵品位上升，鐵作業(yè)回收率、硫品位和硫作業(yè)回收率均下降。綜合考慮，確定丁基黃藥用量為80 g/t，對應的鐵精礦鐵品位為69.47%、鐵作業(yè)回收率為97.84%、硫含量為0.21%。

3.4 全流程試驗

根據(jù)條件試驗和反浮選開路試驗結(jié)果，進行了全流程試驗，試驗流程見圖6，試驗結(jié)果見表11。

表10 丁基黃藥用量試驗結(jié)果Table 10 The results on dosage of butyl xanthate

圖6 全流程試驗流程Fig.6 Flowsheet of entire test process

表11 全流程試驗結(jié)果Table 11 The result of entire test process %

表11結(jié)果表明，采用圖6所示的流程處理該低品位含硫磁鐵礦石，最終得到了鐵品位為69.65%、含硫0.09%、鐵回收率為48.63%的優(yōu)質(zhì)鐵精礦，以及硫品位為24.93%的含硫雜質(zhì)，該含硫雜質(zhì)可作為硫精礦出售。

4 結(jié) 論

(1)山西某低品位鐵礦石中的鐵主要以磁性鐵和硅酸鐵的形式存在，赤褐鐵、碳酸鐵、硫化鐵等含量均較少，其中磁性鐵占總鐵的54.46%，少量磁性鐵以磁黃鐵礦的形式存在。因此，該礦石最終精礦鐵回收率不高。

(2)由于該礦石鐵品位較低，且目的礦物為磁鐵礦，因此，能拋早拋工藝是該礦石處理的高效、低耗工藝，具有顯著的節(jié)能減排、降本增效效果。

(3)對均為強磁性礦物的磁黃鐵礦與磁鐵礦的分離，試驗采用了弱磁選精礦反浮選脫硫工藝，該工藝不僅投資少，而且生產(chǎn)成本低。

(4)采用2階段破碎—中磁干拋、干拋精礦2階段磨礦—弱磁選、弱磁選精礦1粗1精反浮選脫硫流程處理該礦石，最終獲得了鐵品位為69.65%、含硫0.09%、鐵回收率為48.63%的鐵精礦，硫品位為24.93%、硫回收率為27.77%的含硫雜質(zhì)可作為硫精礦出售。

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(責任編輯 羅主平)

Beneficiation Process of a Low-grade Iron Ore in Shanxi Province

Yue Zilong1,2,3Chen Binzan4Liu Jun5

(1.FacultyofEarthScienceandResources,ChinaUniversityofGeosciences，Beijing100083,China；2.StateKeyLaboratoryofGeologicalProcessesandMineralResources，Beijing100083,China；3.NanyangNormalUniversity,Nanyang473061,China; 4.JinshandianIronMineofWISCO,Daye435116,China; 5.SinosteelMaanshanInstituteofMiningResearchCo.,Ltd.，Maanshan243000,China)

In order to provide a technical solution for large-scale development and utilization of a sulfur containing and low grade iron ore in Shanxi province,beneficiation process on the ore was conducted based on the property analysis of the ore.The results showed that:①Iron mainly exists as magnetite and siderite,accounting for 54.46% and 36.52% separately in the ore,limonite accounting for 2.81% in the ore.Therefore,the ore can be recovered through low intensity magnetic separation,but the iron recovery was lower.②Iron concentrate with 69.65% iron grade,48.63% iron recovery,sulfur content of 0.09%,and sulfur concentrate for sale with 24.93% sulfur grade,27.77% sulfur grade were achieved by deal with iron ore with iron grade of 20.54%,sulfur content of 0.763%,through dry magnetic separation with chunks(-75 mm)-low intensity dry magnetic pre-separation with iron ore fines(-12 mm)-one stage grinding(55% of -200 mesh)- low intensity magnetic rougher separation-two stage grinding process(95% of -200 mesh) of rough concentrate-two-stage low intensity magnetic separation-one roughing and one cleaning desulfurization reverse flotation.

Low-grade iron ore,Magnetite,Pyrrhotite,Magnetic separation,Reverse flotation

2013-11-17

岳紫龍(1979—)，男，講師，博士研究生。通訊作者：杜楊松(1957—)，男，副院長，教授，博士，博士生導師。

TD924.1+2，TD923+.7

A

1001-1250(2014)-03-060-06