袁家村閃石型赤鐵礦石高梯度磁選分離特性研究

胡義明 皇甫明柱

(1.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司，安徽 馬鞍山 243000；2.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國(guó)家工程研究中心有限公司，安徽 馬鞍山 243000)

·礦物工程·

袁家村閃石型赤鐵礦石高梯度磁選分離特性研究

胡義明1,2皇甫明柱1,2

(1.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司，安徽 馬鞍山 243000；2.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國(guó)家工程研究中心有限公司，安徽 馬鞍山 243000)

太鋼袁家村閃石型赤鐵礦石中鐵以赤(褐)鐵礦形式存在者占90.37%，其次為硅酸鐵。礦石角閃石含量為12.60%，其比磁化系數(shù)比赤鐵礦略低，給礦石磁選分離帶來(lái)很大困難。為了給該類礦石選礦工藝的深入研究提供基礎(chǔ)資料，在礦石工藝礦物學(xué)研究的基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行了高梯度磁選分離特性研究。在對(duì)高梯度磁選指標(biāo)有顯著影響的磨礦細(xì)度、聚磁介質(zhì)尺寸和背景磁場(chǎng)強(qiáng)度等進(jìn)行單因素條件試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)影響高梯度磁選過(guò)程的設(shè)備轉(zhuǎn)環(huán)轉(zhuǎn)速、脈動(dòng)沖次和沖洗水量進(jìn)行3因素3水平正交試驗(yàn)，確定了最佳的高梯度磁選分離試驗(yàn)條件，即磨礦細(xì)度為-0.074 mm占85%、磁場(chǎng)強(qiáng)度為796 kA/m、磁介質(zhì)為φ2 mm棒介質(zhì)、轉(zhuǎn)環(huán)轉(zhuǎn)速為2 r/min、脈動(dòng)沖次為400次/min、沖洗水量為25 L/min，在此條件下獲得了精礦鐵品位為44.12%、回收率為81.66%的指標(biāo)。對(duì)最佳條件獲得的產(chǎn)品進(jìn)行分析表明：角閃石具有弱磁性，磁選時(shí)富集于磁性產(chǎn)品中，這是造成分選指標(biāo)較差的主要原因；精礦中鐵礦物單體解離度低、連生體多，說(shuō)明高梯度磁選過(guò)程中機(jī)械夾雜嚴(yán)重，也是造成精礦鐵品位低的重要原因。要實(shí)現(xiàn)該類礦石的開(kāi)發(fā)利用，需進(jìn)一步開(kāi)展磁化焙燒或深度還原等方法的研究。

閃石型赤鐵礦 強(qiáng)磁選 正交試驗(yàn)

袁家村鐵礦屬于大型變質(zhì)沉積鐵礦床，礦石按氧化程度可分為氧化型礦石和原生礦石。氧化型礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造復(fù)雜，鐵礦物嵌布粒度微細(xì)，難以獲得較好的分選指標(biāo)。氧化型礦石按主要脈石礦物種類可分為石英型和閃石型礦石[1]。石英型赤鐵礦已得到大規(guī)模開(kāi)發(fā)和利用，但閃石型赤鐵礦尚無(wú)適宜的選礦方法進(jìn)行分選。本研究針對(duì)袁家村閃石型赤鐵礦石，在工藝礦物學(xué)研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行礦石高梯度磁選特性試驗(yàn)研究，為閃石型資源的開(kāi)發(fā)利用提供參考[2-3]。

1 礦石性質(zhì)

試驗(yàn)礦樣取自太鋼集團(tuán)袁家村鐵礦，對(duì)試驗(yàn)礦樣進(jìn)行化學(xué)多元素分析、鐵物相分析，結(jié)果分別見(jiàn)表1、表2。

表1 試樣化學(xué)多元素分析結(jié)果

Table 1 Main chemical composition analysisresults of the sample

%

表2 試樣鐵物相分析結(jié)果

表1表明：試樣主要有價(jià)元素為鐵，其品位為37.06%，主要雜質(zhì)成分為SiO2，硫、磷等有害元素含量較低。

表2表明：試樣中鐵主要以赤(褐)鐵礦形式存在，赤(褐)鐵礦中鐵的分布率達(dá)90.37%，其次為硅酸鐵，分布率為8.04%，磁鐵礦中鐵、碳酸鐵和硫化鐵含量極少。

對(duì)試樣進(jìn)行礦物組成分析，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 試樣礦物含量分析結(jié)果

Table 3 Minerals composition analysisresults of the sample

%

表3表明：試樣中主要有用礦物為赤鐵礦，磁鐵礦、褐鐵礦和黃鐵礦含量較少；主要脈石礦物為石英，其次為角閃石，并含有少量碳酸鹽。

2 高梯度磁選試驗(yàn)

將試樣破碎到-2 mm，采用SLon-750型立環(huán)脈動(dòng)高梯度磁選機(jī)，通過(guò)1次分選考察試樣的高梯度磁選特性。

2.1 磨礦細(xì)度對(duì)高梯度磁選指標(biāo)的影響

磨礦是礦石分選的關(guān)鍵作業(yè)，一方面決定著分選礦物的單體解離度，另一方面直接影響著分選作業(yè)的分選效果[4]。將破碎至-2 mm的試樣采用實(shí)驗(yàn)室φ200 mm×90 mm錐形球磨機(jī)磨至不同細(xì)度，在磁介質(zhì)為φ4 mm棒介質(zhì)，轉(zhuǎn)環(huán)轉(zhuǎn)速為2 r/min、脈動(dòng)沖次為200次/min、沖洗水量為20 L/min、礦漿濃度為20%、磁場(chǎng)強(qiáng)度為796 kA/m條件下進(jìn)行1次分選，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 磨礦細(xì)度對(duì)精礦指標(biāo)的影響

Fig.1 Effect of grinding fineness on the index ofconcentrate for high intensity magnetic separation

□—鐵品位；■—鐵回收率

圖1表明：隨著磨礦細(xì)度的提高，精礦鐵品位上升、回收率下降。試樣主要脈石礦物石英結(jié)晶粒度粗，在粗磨階段即能夠?qū)崿F(xiàn)部分單體解離，實(shí)現(xiàn)高梯度磁選拋尾，而鐵礦物結(jié)晶粒度微細(xì)，即便細(xì)磨條件下，單體解離度依然很低，因此難以獲得高品位的鐵精礦；此外，隨著磨礦細(xì)度的提高，礦粒的粒徑降低，礦粒所受磁力和介質(zhì)阻力均隨之減小，但礦粒所受磁力與礦粒體積成正比，而礦粒所受介質(zhì)阻力與礦粒的直徑成正比，因此礦物顆粒粒度的變細(xì)將增大細(xì)粒級(jí)赤鐵礦在磁選中損失的幾率[5]。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，確定磨礦細(xì)度為-0.074 mm占85%。

2.2 聚磁介質(zhì)尺寸對(duì)高梯度磁選指標(biāo)的影響

聚磁介質(zhì)的形狀、規(guī)格、大小對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)梯度、分選區(qū)吸附面積大小等具有重要影響，針對(duì)不同性質(zhì)的物料，選擇合適的聚磁介質(zhì)可以顯著提高分選指標(biāo)。固定磨礦細(xì)度為-0.074 mm占85%、磁場(chǎng)強(qiáng)度為796 kA/m、轉(zhuǎn)環(huán)轉(zhuǎn)速為2 r/min、脈動(dòng)沖次為200次/min、沖洗水量為20 L/min、礦漿濃度為20%，考察棒形介質(zhì)直徑對(duì)分選指標(biāo)的影響，結(jié)果見(jiàn)表4。

從表4可以看出：隨著聚磁介質(zhì)直徑的增大，精礦鐵回收率下降，說(shuō)明小直徑的磁介質(zhì)產(chǎn)生的磁場(chǎng)力相對(duì)較強(qiáng)，對(duì)赤鐵礦的捕收能力強(qiáng)；另一方面，隨著聚磁介質(zhì)直徑由1 mm提高到4 mm，精礦鐵品位略有下降，說(shuō)明直徑小的聚磁介質(zhì)對(duì)微細(xì)粒赤鐵礦磁吸附能力增強(qiáng)。隨著聚磁介質(zhì)直徑的由粗變細(xì)，聚磁介質(zhì)表面的磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)梯度均提高，對(duì)細(xì)粒赤鐵礦捕收力增強(qiáng)，而細(xì)粒鐵礦物單體解離度高，因而精礦鐵品位高[6]。研究表明，當(dāng)聚磁介質(zhì)直徑為礦粒直徑的3倍時(shí)，作用在礦粒上的磁力最大，分選顆粒的下限粒度決定聚磁介質(zhì)的尺寸大小。被選分顆粒越細(xì)，越難選，所需要的磁力越大，此時(shí)聚磁介質(zhì)的尺寸也應(yīng)相應(yīng)減小，但過(guò)細(xì)、過(guò)密的聚磁介質(zhì)也容易造成分選夾雜，甚至聚磁介質(zhì)的堵塞，降低分選效率。綜合考慮，確定采用φ2 mm棒形介質(zhì)。

表4 磁介質(zhì)直徑對(duì)分選指標(biāo)的影響

2.3 磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)高梯度磁選指標(biāo)的影響

磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)赤鐵礦分選具有重要影響，合適的磁場(chǎng)強(qiáng)度能同時(shí)兼顧精礦鐵品位和回收率。固定磨礦細(xì)度為-0.074 mm占85%、轉(zhuǎn)環(huán)轉(zhuǎn)速為2 r/min、脈動(dòng)沖次為200次/min、沖洗水量為20 L/min、礦漿濃度為20%、磁介質(zhì)直徑為2 mm，考察磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)精礦鐵品位和回收率的影響，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)精礦指標(biāo)的影響

Fig.2 Effect of magnetic field intensityon the index of concentrate

□—鐵品位；■—鐵回收率

由圖2可知：隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的提高，精礦鐵品位降低、回收率升高。綜合考慮，確定磁場(chǎng)強(qiáng)度為796 kA/m，此時(shí)獲得的精礦鐵品位為42.76%、回收率為80.25%。

2.4 高梯度磁選正交試驗(yàn)

在多參數(shù)工藝的研究中，一些影響因素的主次難以分清，有些因素單獨(dú)起作用，而有些因素則相互制約。為了更全面、系統(tǒng)地掌握試驗(yàn)各影響因素作用的強(qiáng)弱及其相互影響，以便作出正確的判斷[7]，在磨礦細(xì)度為-0.074 mm占85%、背景磁場(chǎng)強(qiáng)度為796 kA/m、磁介質(zhì)為φ2 mm棒介質(zhì)固定條件下，對(duì)影響高梯度磁選過(guò)程的轉(zhuǎn)環(huán)轉(zhuǎn)速(A)、脈動(dòng)沖次(B)和沖洗水量(C)3個(gè)因素進(jìn)行正交試驗(yàn)，每個(gè)因素各取3個(gè)水平，采用正交表L9(33)安排試驗(yàn)。試驗(yàn)因素水平如表5所示，試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

表5 正交試驗(yàn)因素水平安排

表6 正交試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)表6試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析，結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 正交試驗(yàn)極差分析結(jié)果

Table 7 Result analysis of the orthogonal experiment

%

從表7可以看出：①轉(zhuǎn)環(huán)轉(zhuǎn)速、脈動(dòng)沖次和沖洗水量這3者對(duì)精礦鐵品位的影響由強(qiáng)到弱依次為轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)環(huán)轉(zhuǎn)速>脈動(dòng)沖次>沖洗水量。②轉(zhuǎn)環(huán)轉(zhuǎn)速、脈動(dòng)沖次和沖洗水量這3者對(duì)精礦鐵回收率的影響由強(qiáng)到弱依次為沖洗水量>脈動(dòng)沖次>轉(zhuǎn)環(huán)轉(zhuǎn)速。③隨著轉(zhuǎn)環(huán)轉(zhuǎn)速的增加，精礦鐵品位逐漸降低，而鐵回收率則逐漸提高，綜合考慮鐵精礦品位及回收率，轉(zhuǎn)環(huán)轉(zhuǎn)速選用低水平(A1)較好；隨著脈動(dòng)沖次的增加，精礦鐵品位略有提高，回收率逐漸降低，當(dāng)脈動(dòng)沖次由水平2增加到水平3，精礦鐵品位提高不明顯，但鐵回收率降低較明顯，因此脈動(dòng)沖次選用水平2(B2)較好；隨著沖洗水量的增加，精礦鐵品位變化不大，回收率逐漸降低，故選擇回收率相對(duì)較高的水平，沖洗水量選用水平2(C2)。所以高梯度磁選最優(yōu)的轉(zhuǎn)環(huán)轉(zhuǎn)速、脈動(dòng)沖次和沖洗水量條件為A1B2C2。

2.5 高梯度磁選優(yōu)化參數(shù)驗(yàn)證試驗(yàn)

根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果，選定磨礦細(xì)度為-0.074 mm占85%、磁場(chǎng)強(qiáng)度為796 kA/m、磁介質(zhì)為φ2 mm棒介質(zhì)、轉(zhuǎn)環(huán)轉(zhuǎn)速為2 r/min、脈動(dòng)沖次為400次/min、沖洗水量為25 L/min，按此優(yōu)化參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表8。

表8 優(yōu)化參數(shù)驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果

Table 8 Experiment result obtained onthe optimum parameters

%

表8表明，優(yōu)化條件下，獲得了精礦鐵品位44.12%、回收率81.66%的指標(biāo)。

3 試驗(yàn)產(chǎn)品分析

3.1 試樣3種主要礦物在磁場(chǎng)中行為分析

試樣中主要礦物赤鐵礦、石英和角閃石占全部礦物含量的92.64%，因此查明這3種礦物在高梯度磁選分離過(guò)程中的行為走向，就能基本上評(píng)價(jià)高梯度磁選的效果。為了明確這3種礦物在高梯度磁選分離過(guò)程中的走向，對(duì)表8試驗(yàn)產(chǎn)品進(jìn)行礦物含量分析，結(jié)果見(jiàn)表9。

表9 主要礦物含量分析計(jì)算結(jié)果

Table 9 Analysis results of the main mineralsin experimental products

%

從表9可以看出：角閃石作為主要脈石礦物之一，在精礦中得到一定程度的富集，富集比為1.15，由于角閃石平均鐵品位僅為21.10%，其比磁化系數(shù)為(10.6～80)×10-3m3/kg，與赤鐵礦的比磁化系數(shù)(48～172)×10-3m3/kg相差不大，這在一定程度上限制了磁選精礦鐵品位的提高，說(shuō)明利用高梯度磁選實(shí)現(xiàn)角閃石與赤鐵礦的分離難度很大；石英在高梯度磁選中得到一定程度去除，去除率達(dá)到53.93%；而作為回收目的礦物的赤鐵礦在高梯度磁選中雖然得到一定程度富集，但富集比較低，僅1.20，損失率卻比較高，達(dá)17.31%。因此，采用高梯度磁選工藝，赤鐵礦的分選效率低，需進(jìn)一步考察造成高梯度磁選赤鐵礦富集比低、回收率低的原因。

3.2 精礦單體解離度測(cè)定

對(duì)表8中的精礦進(jìn)行鐵礦物和脈石礦物單體解離度分析，結(jié)果見(jiàn)表10。

表10 精礦鐵礦物及脈石單體解離度分析結(jié)果

Table 10 Liberation degree of iron ore andgangue in concentrate

%

由表10可以看出：精礦中鐵礦物單體解離度較低，僅44.44%，而以連生體存在者高達(dá)55.56%，因此連生體的存在是造成精礦鐵品位低的重要原因；另一方面，精礦中單體解離的脈石礦物含量高達(dá)41.62%，這部分已單體解離的脈石礦物除角閃石外，大部分是石英，說(shuō)明在高梯度磁選過(guò)程中夾雜現(xiàn)象極為嚴(yán)重，這也是造成精礦鐵品位低的原因。

3.3 精礦和尾礦粒度分析及鐵分布規(guī)律研究

對(duì)表8產(chǎn)品進(jìn)行粒度分析[8]，結(jié)果如表11。

表11 試驗(yàn)產(chǎn)品粒度分析結(jié)果

由表11可以看出：細(xì)度大于0.010 mm時(shí)，隨著粒度由粗變細(xì)，精礦鐵品位逐漸提高，0.015～0.010 mm粒級(jí)精礦鐵品位最高，達(dá)到53.52%，造成此現(xiàn)象的原因可能是粗粒級(jí)鐵礦物的單體解離度低，鐵品位較低，而細(xì)粒級(jí)單體解離度較高，鐵品位提高。尾礦呈現(xiàn)出粗細(xì)粒級(jí)鐵品位高，中間粒級(jí)鐵品位低的現(xiàn)象，在粗粒級(jí)脈石中包裹有微細(xì)赤鐵礦可能是赤鐵礦丟失的主要原因，而細(xì)粒級(jí)尾礦品位高可能是礦粒所受磁力較弱造成的；在尾礦中-0.015 mm粒級(jí)產(chǎn)率高達(dá)73.00%，鐵的分布率為79.30%，是赤鐵礦損失的主要原因。

4 結(jié) 論

(1)太鋼袁家村閃石型鐵礦石中的鐵主要以赤(褐)鐵礦形式存在，其次為硅酸鐵中鐵。礦石中角閃石含量為12.60%，其比磁化系數(shù)與赤鐵礦相近，這給礦石磁選分離帶來(lái)很大困難。

(2)在高梯度磁選過(guò)程中，角閃石作為主要脈石之一，在精礦中得到了一定程度的富集，富集比為1.15，角閃石單礦物平均鐵品位為21.10%，這在一定程度上制約了精礦鐵品位的提高；鐵礦物單體解離度低、連生體多，高梯度磁選過(guò)程中機(jī)械夾雜嚴(yán)重，也是造成精礦鐵品位低的重要原因。

(3)對(duì)試驗(yàn)產(chǎn)品進(jìn)行粒度分析可以看出：精礦粗粒級(jí)中鐵礦物的單體解離度低，鐵品位較低，而細(xì)粒級(jí)單體解離度較高，鐵品位高；尾礦粗細(xì)粒級(jí)鐵品位高，中間粒級(jí)鐵品位較低。試驗(yàn)礦樣礦物成分十分復(fù)雜，結(jié)晶程度微細(xì)、嵌布關(guān)系復(fù)雜，采用常規(guī)的磁選方法難以獲得理想的技術(shù)指標(biāo)。

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(責(zé)任編輯 王亞琴)

High Gradient Magnetic Separation Technology Characteristicsof Amphibole Hematite Ore from Yuanjiacun

Hu Yiming1，2Huangfu Mingzhu1，2

(1.SinosteelMaanshanInstituteofMiningResearchCo.，Ltd.，Maanshan243000，China；2.NationalEngineeringResearchCenterofHuaweiHighEfficiencyCyclicUtilizationofMetalMineralResourcesCo.,Ltd.，Maanshan243000，China)

Iron distribution rate of an amphibole hematite ore in form of hernatile-limonite from Yuanjiacun Taigang Group is 90.37%，followed by ferrosilicate.Hornblende ore content is 12.60%，the susceptibility of which is a little lower than that of hematite，which brings large difficulty for magnetic separation of the ore.In order to provide technique basis on mineral processing for the ore in this type，high gradient magnetic separation properties were studied based on the process mineralogy research.By single factor conditioning test，for various grind fineness，magnetic medium size and background magnetic field strength，which have significant impact on factors of high gradient magnetic separation index，and orthogonal tests was also conducted with swivel speed，pulse frequency and rinse water as factors in three factors and three levels design.The optimum high gradient magnetic separation conditions were selected.Iron concentrate with iron grade of 44.12% and recovery of 81.66% was obtained at the grinding fineness of 85% -0.074 mm，magnetic field intensity of 796 kA/m，magnetic medium rod diameter is 2 mm，swivel speed is 2 r/min，pulse frequency is 400 times per minute，rinse water of 25 L/min.The analysis results at optimum condition show that in the process of high intensity magnetic separation，hornblende will be enriched in magnetic products for its weak magnetism is the main reason for low separation index；low liberation degree，too much interlocked particles of concentrate，and serious mechanical entrainment is the important reason for the low grade of high gradient magnetic separation.To reslizr reasonable development of the ore in this type，further research on magnetization roasting or depth reduction method should be conducted.

Amphibole type hematite， Magnetic separation， Orthogonal experiment

2015-05-20

胡義明(1964—)，男，副所長(zhǎng)，教授級(jí)高級(jí)工程師，博士。

TD924.1+1

A

1001-1250(2015)-10-062-05