印度尼西亞某褐鐵礦的工藝礦物學(xué)特征及提鐵降雜試驗(yàn)研究

張鳳華，于　洋，黃　偉，3

(1.廣東省工業(yè)技術(shù)研究院(廣州有色金屬研究院)，廣東 廣州 510650；2.京安資源集團(tuán)，廣東 深圳 518000；3.中南大學(xué)資源加工與生物工程學(xué)院，湖南 長沙 410083)

印度尼西亞某褐鐵礦的工藝礦物學(xué)特征及提鐵降雜試驗(yàn)研究

張鳳華1，于洋2，黃偉1，3

(1.廣東省工業(yè)技術(shù)研究院(廣州有色金屬研究院)，廣東 廣州 510650；2.京安資源集團(tuán)，廣東 深圳 518000；3.中南大學(xué)資源加工與生物工程學(xué)院，湖南 長沙 410083)

摘要：對印度尼西亞某褐鐵礦原礦石進(jìn)行了化學(xué)多元素、礦物組成、礦石結(jié)構(gòu)、褐鐵礦化學(xué)成分、嵌布狀態(tài)和鐵元素的賦存狀態(tài)等工藝礦物學(xué)特征檢測，進(jìn)行了磨礦細(xì)度、磁場強(qiáng)度、磁介質(zhì)粒度和磁場型式等磁選條件試驗(yàn)，并進(jìn)一步探查了鐵精礦中雜質(zhì)硅和硫難以降低的礦物學(xué)因素。結(jié)果表明，該礦樣中主要鐵礦物為褐鐵礦，脈石礦物種類及含量較少，以石英和高嶺土為主。褐鐵礦呈凝膠同心環(huán)帶和生物結(jié)構(gòu)，含有較高的硅、鋁和硫等雜質(zhì)。在原礦鐵品位為51.45%時，經(jīng)SSS-Ⅱ型磁選機(jī)分選，最終可獲得鐵品位54.17%，回收率88.38%的鐵精礦。物理選礦方法難以有效降低褐鐵礦中硅和硫的含量主要在于其基本呈均勻分布狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：褐鐵礦；高梯度磁選；工藝礦物學(xué)

褐鐵礦普遍含鐵35%～40%，高者可達(dá)55%，是以含水氧化鐵為主要成分的褐色天然多礦物的混合體，主要是隱晶質(zhì)的針鐵礦，混有纖鐵礦、赤鐵礦、黏土、石英等礦物，并含有吸附水及毛細(xì)水，有害雜質(zhì)S、P通常較高，是普遍認(rèn)為的復(fù)雜難選鐵礦石之一[1-2]。由于褐鐵礦物理性質(zhì)的局限性，采用物理選礦方法，鐵精礦的鐵品位很難達(dá)到60%。目前開采以單一褐鐵礦為主的礦山較少，但是隨著鋼鐵行業(yè)的發(fā)展，鐵礦資源的貧化、細(xì)化、雜化程度加劇，如何高效地利用褐鐵礦資源定將受到關(guān)注，褐鐵礦的分選技術(shù)亦將日益受到重視[3]。

本文即針對印度尼西亞某地的褐鐵礦，以檢測礦石工藝礦物學(xué)特征為依據(jù)，進(jìn)行提高鐵品位和降低雜質(zhì)含量的選礦試驗(yàn)，并進(jìn)一步通過檢測分析結(jié)果討論了試驗(yàn)結(jié)果。

1礦石性質(zhì)

1.1試樣的化學(xué)多元素分析

試樣為印度尼西亞某褐鐵礦原礦石，具有典型性和代表性。試樣的化學(xué)多元素分析結(jié)果見表1。

試樣化學(xué)多元素結(jié)果表明，該礦石有價金屬主要為鐵，其他金屬含量極低，未達(dá)到綜合回收要求。原礦TFe品位為51.45%，該品位的褐鐵礦石可直接出售，其中S品位為0.22%，已達(dá)到了高爐富礦的要求，但未達(dá)到平爐富礦的要求；SiO2的含量過高，達(dá)到7.32%。

1.2試樣的礦物組成

采用目前世界上最先進(jìn)的工藝礦物學(xué)參數(shù)自動定量分析測試系統(tǒng)Mineral Liberation Analyser(MLA)和顯微鏡對試樣中的礦物進(jìn)行定量分析，結(jié)果見表2。

表1　　試樣化學(xué)多元素分析結(jié)果

表2　試樣的礦物組成和含量

礦物組成分析結(jié)果表明，礦石中除含有褐鐵礦外，還有極少量鈦鐵礦和硬錳礦；金屬硫化礦物含量較少，僅含有微量磁黃鐵礦；脈石礦物主要為石英、高嶺土和方解石等。

1.3礦石結(jié)構(gòu)

礦樣中褐鐵礦主要呈凝膠同心環(huán)帶結(jié)構(gòu)和生物結(jié)構(gòu)，即凝膠狀褐鐵礦呈同心環(huán)帶狀分布，由于次生的溶蝕作用，礦石分布大小不一的孔洞(圖1)；有大量的生物化石(可能為有孔蟲)分布在凝膠狀褐鐵礦中(圖2)。

圖1　褐鐵礦呈凝膠同心環(huán)帶狀結(jié)構(gòu)

圖2　褐鐵礦交代生物遺體，大量生物遺體分布在凝膠狀褐鐵礦中

1.4褐鐵礦的化學(xué)成分

采用能譜檢測和化學(xué)分析方法進(jìn)行了褐鐵礦單礦物的檢測，結(jié)果表明褐鐵礦中除含有結(jié)構(gòu)水之外，還含硅、鋁等雜質(zhì)，并含少量有害雜質(zhì)硫和磷。單礦物中Fe、P和S的品位分別為54.30%、0.06%和0.21%，燒失量為13.27%。據(jù)此可知，褐鐵礦精礦中鐵最高品位只能達(dá)到54.30%，磷品位會低于0.15%以下，但硫品位會略高于0.20%。

1.5褐鐵礦的嵌布狀態(tài)

本礦石中褐鐵礦大部分呈塊狀，由凝膠狀褐鐵礦集合體組成，其中分布有大量溶蝕孔洞或褐鐵礦凝膠收縮形成的孔洞，有的孔洞中充填黏土或方解石(圖3)；部分褐鐵礦礦塊中包含大量生物化石，這些生物被褐鐵礦充填交代，保留下生物形態(tài)特征；少數(shù)褐鐵礦呈凝膠狀充填于石英砂屑之間縫隙(圖4)，或見褐鐵礦浸染分布于黏土中，這些褐鐵礦粒度隨縫隙大小而變化，一般嵌布粒度為0.01～0.10mm之間。

1.6鐵元素的賦存狀態(tài)

根據(jù)原礦礦物定量和單礦物分析結(jié)果，作出了鐵在礦石中的分配見圖5。結(jié)果可知，賦存于褐鐵礦中的鐵占原礦總量的98.20%，賦存于黏土中鐵占原礦總量的1.66%，賦存于石英等脈石礦物中鐵占原礦總量的0.11%，賦存于鈦鐵礦中鐵占原礦總量的0.03%。褐鐵礦的選礦理論回收率為98.20%。

圖3　塊狀褐鐵礦孔洞中充填黏土

圖4　凝膠狀褐鐵礦膠結(jié)微細(xì)粒石英砂

圖5　鐵元素的賦存狀態(tài)平衡分配圖

2強(qiáng)磁選條件試驗(yàn)

2.1磨礦細(xì)度試驗(yàn)

磨礦細(xì)度是磁選作業(yè)技術(shù)指標(biāo)高低的關(guān)鍵因素之一。當(dāng)磨礦細(xì)度過粗時，褐鐵礦與脈石礦物間未能充分單體解離，影響鐵精礦的品位和鐵回收率；而磨礦細(xì)度太細(xì)，會使礦石過粉碎，產(chǎn)生大量的細(xì)泥，如此會加大選別回收的難度，也將會影響到回收率的指標(biāo)[4]。為了確定合理的磨礦細(xì)度，使用SSS-Ⅰ型強(qiáng)磁選機(jī)，進(jìn)行了不同磨礦細(xì)度下的磁場強(qiáng)度1.0T一次粗選和0.6T一次精選作業(yè)。試驗(yàn)結(jié)果見圖6。

圖6　鐵精礦指標(biāo)與磨礦細(xì)度的關(guān)系曲線

從磨礦細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果分析，隨著磨礦細(xì)度升高，鐵精礦回收率整體呈下降趨勢，而品位變化趨勢并不明顯。綜合考慮，選擇磨礦細(xì)度為-0.075mm占51.80%比較合理。

2.2磁場強(qiáng)度試驗(yàn)

磁場強(qiáng)度的大小是表示顆粒在磁場中所受磁力的重要工藝參數(shù)，從而也直接影響不同磁性的褐鐵礦及其他礦物的分布走向[5]。褐鐵礦的比磁化系數(shù)是比較低的，-般為36.41～39.41×10-6m3/kg，屬于弱磁性礦物，當(dāng)磁極表面磁場強(qiáng)度小于1.0T時，褐鐵礦難以被磁極所吸引。固定磨礦細(xì)度為-0.074mm占51.80%，分別進(jìn)行了流程為一次粗選、一次掃選的磁選試驗(yàn)，粗選+掃選的背景磁場強(qiáng)度分別為1.0T+1.0T、0.8T+0.8T和0.6T+0.6T。試驗(yàn)結(jié)果見圖7。

從不同磁場強(qiáng)度的分選結(jié)果來看，在磁場強(qiáng)度0.6～1.0T范圍內(nèi)都取得了較好的分選效果，粗選精礦品位為53.50%左右，回收率為91.40%～94.50%，增加掃選后，粗、掃選精礦品位為53.30%～53.50%，回收率為96.00%～97.30%。隨著磁場強(qiáng)度的降低，磁性產(chǎn)品產(chǎn)率和回收率都略有下降，而精礦品位的變化較小。因此確定粗選磁場強(qiáng)度1.0T比較合理。

圖7　磁場強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果圖

2.3磁介質(zhì)粒度和磁場型式試驗(yàn)

當(dāng)給礦粒度較粗時，通?？墒褂幂^粗的介質(zhì)棒，較粗的介質(zhì)棒使用壽命更長[6]；在給礦粒度細(xì)時，可使用較細(xì)的介質(zhì)棒，分選效果更好，為此進(jìn)行磁介質(zhì)粒度試驗(yàn)。固定磨礦粒度為-0.074mm占51.80%，磁場強(qiáng)度為1.0T，分別使用介質(zhì)粒度為Φ3mm、Φ2mm和(50%)Φ2mm+(50%)Φ1mm的介質(zhì)粒度或介質(zhì)粒度組合進(jìn)行了介質(zhì)粒度試驗(yàn)。同時，還進(jìn)行了兩磁極位置組合型式磁選試驗(yàn)，即SSS-Ⅰ型和SSS-Ⅱ型兩種不同型號的磁選機(jī)試驗(yàn)(見表3)。試樣經(jīng)一次粗選和一次掃選，粗選磁精礦與掃選磁精礦合并為鐵精礦，獲得的指標(biāo)見圖8。

表3　SSS-Ⅰ型和SSS-Ⅱ型磁選機(jī)特點(diǎn)及磁選試驗(yàn)條件表

圖8　磁介質(zhì)粒度及磁極排列型式對分選的影響

選用的不同粒度單一磁介質(zhì)和介質(zhì)組合試驗(yàn)結(jié)果表明，不同的介質(zhì)粒度都能取得較好的分選效果，鐵精礦品位為53.09%～53.56%，回收率為95.65%～97.03%。磁介質(zhì)粒度越粗，鐵精礦含F(xiàn)e越高，而回收率略低。SSS-Ⅱ型磁選機(jī)與SSS-Ⅰ型磁選機(jī)的分選指標(biāo)相差不大，但SSS-Ⅱ型磁選機(jī)所獲得的鐵精礦品略高。綜合比較，最終選擇使用SSS-Ⅱ型磁選機(jī)，介質(zhì)粒度為Φ2mm。

2.4磁選精選試驗(yàn)

固定磨礦細(xì)度-0.074mm占51.8%，磁場強(qiáng)度為1.0T，SSS-Ⅱ型磁選機(jī)，介質(zhì)粒度Φ2mm的條件進(jìn)行了一次粗選和一次掃選作業(yè)，然后將粗選和掃選所得的磁性產(chǎn)品合并，再進(jìn)行了磁場強(qiáng)度0.6T下的精選試驗(yàn)。數(shù)質(zhì)量流程見圖9。

3鐵精礦產(chǎn)品檢測

3.1鐵精礦的化學(xué)多元素分析

對鐵精礦進(jìn)行了化學(xué)多元素分析，結(jié)果見表4。對比表1的原礦分析結(jié)果，SiO2和Al2O3品位略有下降，但降幅都不大，硫品位仍高于0.20%的合格標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2鐵精礦中主要雜質(zhì)的賦存狀態(tài)

采用掃描電鏡能譜特征X射線面掃描的方式，考查硅、硫、鋁等雜質(zhì)元素在褐鐵礦精礦中的分布，結(jié)果見圖10。由掃描圖象分析表明，褐鐵礦中的膠態(tài)環(huán)帶是由鋁的含量變化形成，硅在褐鐵礦中呈較弱的環(huán)帶，基本均勻分布，同時褐鐵礦中也含有少量石英包裹體，這是精礦中硅和鋁品位難以降低的主要原因。硫在褐鐵礦中也呈不甚明顯的環(huán)帶狀，基本均勻分布，表明礦物中自身含硫，因此物理選礦方法難以將其降低至合格的標(biāo)準(zhǔn)要求。

4結(jié)語

1)該礦石主要由褐鐵礦組成，含極少量硬錳礦和鈦鐵礦；脈石礦物含量少，主要為石英和高嶺土和方解石等；礦石結(jié)構(gòu)以凝膠同心環(huán)帶和生物結(jié)構(gòu)為主；褐鐵礦中除含有結(jié)構(gòu)水之外，還含有較高的硅、鋁、硫等雜質(zhì)；賦存于褐鐵礦中的鐵占原礦總鐵量的98.20%。

2)原礦磨礦至-0.074mm占51.8%，使用有利于提高精礦品位的SSS-Ⅱ型磁選機(jī)，在磁介質(zhì)粒度Φ2mm，1.0T一次粗選、1.0T一次掃選和0.6T一次精選的條件下，在原礦鐵品位為51.45%時，可獲得鐵品位54.17%，回收率88.38%的鐵精礦，有效地提高了鐵精礦的品位。

圖9　磁選精選試驗(yàn)數(shù)質(zhì)量流程圖

圖10　褐鐵礦中雜質(zhì)元素分布

元素TFeSiO2Al2O3CaOMgOSPCuPbZn含量/%54.176.661.980.0450.210.240.0650.00860.00970.008

3)對鐵精礦進(jìn)行了礦物學(xué)影響因素檢測，結(jié)果表明褐鐵礦中的膠態(tài)環(huán)帶是由鋁的含量變化形成；硅和硫均呈較弱的環(huán)帶，基本均勻分布，這是硅和硫通過物理選礦方法難以有效降低含量的主因。

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Research into process mineralogy characteristic and beneficiation tests for a limonite ore from Indonesia

ZHANG Feng-hua1，YU Yang2，HUANG Wei1，3

(1.Guangzhou General Research Institute of Industrial Technology(Guangzhou Research Institute of Nonferrous Metals)，Guangzhou 510651，China；2.Aempire Resource Limited，Shengzhen 518000，China；3.School of Resources Processing and Bioengineering，Central South University，Changsha 410083，China)

Abstract:The process mineralogy characteristic such as chemical multi-element，minerals composition，structure，chemical composition and dissemination of limonite，F(xiàn)e occurrence for a limonite ore from Indonesia were detected.Magnetic parameter tests including grinding fineness，strength of the magnetic field，magnetic medium size and types were also completed.Mineralogical factors that content of silicon and sulfur in iron concentrate is difficult to reduce are probed in the further research.The results showed that limonite is the main iron mineral in the sample，and main gangue minerals are quartz and kaolin.Mainly structures are in concentric rings and biological texture and the grade of impurity substances silicon，aluminum and sulfur is a little relatively high.The SSS-II type magnetic separator were used to separate the limonite ore assaying 51.45% Fe，and the final iron concentrate assaying 54.17% Fe at the recovery of 88.38%.It is difficult to effectively reduce the content of silicon and sulfur in limonite by physical separation method mainly due to its regular distribution.

Key words：limonite；high gradient magnetic separation；process mineralogy

收稿日期：2015-09-22

作者簡介：張鳳華(1961-)，女，吉林長春人，高級工程師，主要研究方向?yàn)檫x礦工藝及自動控制。

中圖分類號：TD955；TD954

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1004-4051(2016)06-0109-05