梅山鐵礦弱磁精礦品位影響因素分析與提質降雜試驗研究

張祖剛

(南京梅山冶金發(fā)展有限公司礦業(yè)分公司)

梅山鐵礦是寶鋼集團下屬的大型地下鐵礦山，現(xiàn)已具備采選500萬t/a的生產(chǎn)能力，采選多項經(jīng)濟技術指標在同行業(yè)中處于領先水平。梅山鐵礦為陸相火山-侵入型鐵礦床，賦存于輝石閃長玢巖和安山巖浸入接觸帶中，礦床礦物組成復雜，含有硫、磷等鋼鐵冶煉的有害雜質。隨著采礦逐年向深部開采，磁性礦含量下降，赤(褐)鐵礦、菱鐵礦比例上升，多種礦物并存且嵌布粒度不均勻，屬復雜難選混合鐵礦。梅山采礦為無底柱分段崩落法，選礦工藝流程為提升原礦經(jīng)二段中破碎、磁重預選拋尾，獲得粗精礦經(jīng)細碎后給入兩段閉路連續(xù)磨礦、磨礦粒度-0.076 mm 65%左右，再經(jīng)浮選脫硫、弱磁選—強磁選降磷，將弱磁粗選、弱磁掃選、強磁粗選、強磁掃選4種精礦合并為最終精礦，過濾脫水后為鐵精礦產(chǎn)品[1-2]。目前，鐵精礦鐵品位大于57%，SiO2含量在5%～6%，硫含量低于0.5%、磷含量低于0.15%。為此，針對梅山鐵礦弱磁精礦品位低和SiO2含量高的問題進行了試驗研究，以期獲得滿意的試驗指標。

1 弱磁精礦性質

弱磁鐵精多元素化學分析結果見表1，鐵物相分析結果見表2。

表1 弱磁精礦多元素化學分析結果 %

由表1可知，弱磁精礦鐵品位偏低僅為62.11%，SiO2含量偏高達到3.49%，CaO含量為1.67%，MgO含量為0.74%，二元堿度為0.57，屬于半自熔性礦。

表2 弱磁精礦鐵物相分析結果 %

由表2可知，弱磁精礦主要為磁性鐵(顯微鏡觀察磁性產(chǎn)品包括磁鐵礦和磁赤鐵礦γ-Fe2O3)，二者占有率高達95.65%；少量碳酸鐵，其占有率為4.35%。

對梅山鐵礦弱磁精礦采用自動礦物定量技術測定礦樣中各種礦物的含量，測定結果見表3。

由表3可知，弱磁精礦中的主要鐵礦物為磁鐵礦、磁赤鐵礦和菱鐵礦，含少量黃鐵礦；脈石礦物主要為石英、長石、白云石、方解石、磷灰石、石榴石；弱磁精礦的鐵礦物占有率大，其中磁鐵礦占33.528%、磁赤鐵礦(γ-Fe2O3)占51.607%、菱鐵礦占8.184%；主要硅礦物為石英和鐵白云石。

表3 弱磁精礦中礦物組成MLA定量檢測結果 %

菱鐵礦理論化學組成為：FeO含量62.01%(Fe含量48.37%)，CO2含量37.99%。梅山鐵礦菱鐵礦單礦物分析：Fe含量39.22%，SiO2含量0.56%，P含量0.17%。菱鐵礦中有較多Ca、Mg、Mn等元素類質同象替代，并含少量Si、Al等雜質，由于這些雜質進入，菱鐵礦含鐵量低于理論值，弱磁精礦中含有8.184%的菱鐵礦是造成弱磁精礦品位降低的原因之一。

2 磨礦產(chǎn)品粒度的影響

梅山鐵礦預選拋尾經(jīng)細碎后的-12mm粗精礦給入兩段閉路連續(xù)磨礦系統(tǒng)，生產(chǎn)中為了降低磨礦成本和提高生產(chǎn)效率，采用高濃度磨礦，球磨機利用系數(shù)達到4t/(m3·h)以上，磨礦粒度偏粗-0.076mm粒級含量65%左右[3]。

2.1 弱磁精礦中主要礦物嵌布粒度

弱磁精礦中主要礦物的嵌布粒度分布見表4。

由表4可知，弱磁精礦中磁鐵礦、磁赤鐵礦粒度大小較均勻，主要在0.01～0.16mm，粒度分布率達93.33%，+0.16mm粗粒級分布率達4.78%，有些欠磨；菱鐵礦粒度比磁鐵礦、磁赤鐵礦更微細，-0.01mm粒級分布率高達40.15%，表明菱鐵礦有過磨現(xiàn)象。脈石礦物長石、石英、石榴石粒度較粗，其中長石+0.16mm粗粒級分布率達13.83%，石英+0.16mm粗粒級分布率達6.45%，石榴石+0.16mm粗粒級分布率達5.87%；石英、長石、磷灰石等主要以含磁鐵礦的各種比例連生體存在，石榴石、絹云母、綠泥石等具弱磁性，泥質礦物粒度微細，主要以夾帶方式進入精礦。

2.2 弱磁精礦中鐵礦物的單體解離度及與硅礦物的連生關系

弱磁精礦中鐵礦物的單體解離度測定結果見表5，鐵礦物與其他礦物的連生關系見表6。

表4 弱磁精礦中主要礦物的粒度分布

表5 弱磁精礦中鐵礦物的單體解離度測定結果

由表5可知，弱磁精礦中鐵礦物(磁鐵礦、磁赤鐵礦、菱鐵礦)的總解離度為90.75%，弱磁精礦中鐵礦物-0.08mm粒級有良好的解離。

由表6可知，弱磁精礦中連生體較少僅為9.25%，主要為鐵礦物與石英、白云石連生體，分別為2.79%、1.34%；其次為鐵礦物與石榴石、磷灰石、黃鐵礦的連生體。

表6 弱磁精礦中鐵礦物與其它礦物的連生關系

2.3 弱磁精礦粒度分析和各粒級鐵、硅含量分布

弱磁精礦粒度分析和各粒級鐵、硅含量分布見表7。

表7 弱磁精礦粒度分析和各粒級鐵含量分布

由表7可知，弱磁精礦各粒級的鐵、硅分布規(guī)律為粗粒級(+0.16mm)和微細粒級(-0.01mm)鐵含量較低，硅含量較高；中間粒級(0.01～0.16mm)鐵含量較高，硅含量較低；表明中間粒級分選效果好，鐵品位高。而微細粒級(-0.01mm)黏土類礦物(絹云母、綠泥石)增多，故硅含量升高，鐵品位下降較大，-0.01mm粒級鐵品位僅為25.76%，粗粒級中與以石英為主的硅酸鹽礦物連生體多，二次分級溢流同時存在過磨和欠磨現(xiàn)象，磨礦產(chǎn)品均勻性不夠和磨礦分級效率較差是造成弱磁精礦品位偏低的原因之一，對弱磁精礦整體鐵品位影響較大。

3 弱磁選別工藝的影響

3.1 弱磁選別工藝流程

磨礦粒度-0.076mm粒級占65%左右的二次溢流經(jīng)過浮選脫硫后，泵送到礦漿分配箱經(jīng)過1粗1掃弱磁選別工藝，將弱磁粗選和弱磁掃選兩種精礦合并為弱磁精礦?，F(xiàn)有的弱磁選別工藝流程見圖1。

圖1 現(xiàn)弱磁選別工藝流程

3.2 硅在弱磁精礦中的賦存狀態(tài)

根據(jù)礦物定量和各礦物SiO2含量，計算出硅在弱磁精礦各礦物中的平衡分配，見表8。

表8 弱磁精礦中硅在各礦物中的平衡分配 %

由表8可知，磁鐵礦、磁赤鐵礦和菱鐵礦本身含SiO2分別為0.35%、0.56%，3種鐵礦物綜合含SiO2為 0.37%，即在鐵礦物與石英等硅礦物完全解離的情況下，鐵精礦含SiO2最低為0.37%。弱磁精礦中賦存于磁鐵礦、磁赤鐵礦中的硅占該精礦總硅量的9.17%，賦存于菱鐵礦中的硅占總硅量的1.41%，以連生體存在的石英、長石中硅占總硅量的71.30%，透輝石、透閃石、石榴石等弱磁性脈石中硅占總硅量的10.36%，云母、綠泥石等黏土類脈石中硅占總硅量的7.42%。顯而易見，弱磁精礦中硅主要來自石英、長石等連生體，進一步細磨可降硅。

3.3 弱磁精礦中硅礦物的存在形式和鐵礦物的連生關系

弱磁精礦中的主要硅礦物有石英、長石、石榴石和黏土類礦物絹云母、綠泥石。這些硅礦物與鐵礦物的連生關系見表9。

表9 弱磁精礦硅礦物單體率及與其他礦物的連生關系 %

由表9可知，弱磁精礦中化學分析表明含SiO2為3.49%，主要硅礦物是石英，少量長石、石榴石等，礦物量占3.813%，其中以單體存在于弱磁精礦的硅礦物(石英、長石、石榴石等單體硅酸鹽礦物)占40.84%，與磁鐵礦、磁赤鐵礦、赤鐵礦連生的硅礦物占47.76%，與菱鐵礦連生的硅礦物占7.09%，與其他脈石礦物，如方解石等連生的硅礦物占4.31%，由此表明弱磁精礦中由磁鐵礦、磁赤鐵礦連生帶入的硅礦物占主體，其次是單體硅礦物；說明梅山鐵礦目前1粗1掃弱磁選別工藝流程存在缺陷，沒有弱磁精選作業(yè)，選別過程中磁性礦物機械夾雜嚴重，較多的單體硅酸鹽礦物進入弱磁精礦，造成弱磁精礦SiO2含量為3.49%降低了精礦品位。

4 弱磁精礦提質降雜試驗研究與工業(yè)試驗

鐵精礦提質降雜是鐵礦石選廠面臨鋼鐵企業(yè)當前對高品質精礦追求的市場競爭中生存及發(fā)展的需要。磁選鐵精礦的提質降雜常用的選別工藝有細磨弱磁精選工藝、細篩再磨工藝、粗精礦全自動淘洗工藝、反浮選浮硅工藝、離心選礦機重選工藝及其不同的組合。

4.1 弱磁1粗1精1中磁掃選試驗

為了考查弱磁精選選別效果和提高弱磁精礦品位，試驗流程采用弱磁1粗1精1中磁掃工藝。磨礦細度約-0.076mm65%，試驗設備為φ400mm×300mm濕式筒式磁選機，磁場強度為粗選127.3kA/m、精選111.4kA/m，中磁選318.3kA/m，試驗數(shù)質量流程見圖2。

圖2 弱磁1粗1精1中磁掃工藝數(shù)質量流程

由圖2可見，在弱磁選階段，通過增加一段精選可有效提高弱磁精礦品位，與只有1次粗選相比，精礦鐵品位可提高1.65個百分點，達66.87%，SiO2含量由2.38%降低到1.87%，降低了0.51個百分點，說明增加一段弱磁精選有利于提鐵降硅。在掃選階段，利用磁場強度為318.3kA/m的中磁選機可回收產(chǎn)率為4.18%、鐵品位為56.52%的鐵礦物，其中SiO2含量為6.91%。弱磁精選精礦和掃選精礦組成混合精礦，1粗1精1中磁掃選試驗精礦指標為：在弱磁給礦鐵品位為46.78%時，精礦產(chǎn)率為48.03%、鐵品位為65.97%、回收率為67.73%、SiO2含量為2.31%，提鐵降硅效果明顯，可以生產(chǎn)鐵品位65%以上的球團鐵精礦。結合梅山鐵礦的廠房空間和現(xiàn)有的設備布置，弱磁選工藝1粗1掃流程改造為1粗1精1中磁掃選流程易于實現(xiàn)，流程改造成本較低，空間布置合理。

4.2 細磨弱磁1粗1掃1中磁立環(huán)高梯度掃選工業(yè)試驗

為了考查細磨提質降雜脫硅的效果，根據(jù)梅山鐵礦現(xiàn)有的磁選工藝流程，磁選系統(tǒng)工藝流程不做大的改變，利用現(xiàn)有4臺弱磁粗選、4臺弱磁掃選和水平磁系立環(huán)脈動高梯度磁選開展了細磨球團粉工業(yè)試驗。磨礦細度控制在-0.076mm粒級含量75%～80%，弱磁粗選磁場強度為159.23kA/m、掃選為183.12kA/m，水平磁系立環(huán)脈動高梯度磁選掃選磁場強度為300kA/m。細磨弱磁1粗1掃1中磁立環(huán)高梯度掃選工業(yè)試驗工藝數(shù)質量流程見圖3。

圖3 弱磁1粗1精1中磁掃工藝數(shù)質量流程

為提高弱磁粗選、掃選的選別精度和精礦品位，由原來正常生產(chǎn)開3臺增開為粗掃選開4臺。為減少水平磁系立環(huán)脈動高梯度中磁選精礦中脈石機械夾雜，脈動沖程調為最大行程18mm，激磁電流采用低電流。工業(yè)試驗期間，采用細磨弱磁1粗1掃1中磁立環(huán)高梯度掃選工藝試驗指標為：在弱磁給礦鐵品位為48.56%時，獲得了精礦產(chǎn)率為60.79%、鐵品位為64.17%、回收率為80.33%、SiO2含量為2.58%的指標，細磨提鐵降硅效果明顯，梅山鐵礦現(xiàn)有工藝流程可以生產(chǎn)鐵品位63%以上的球團鐵精礦。

5 結 論

(1)梅山鐵礦弱磁精礦品位低的影響因素主要有：弱磁精礦中含有8.184%的低品位菱鐵礦；磨礦產(chǎn)品均勻性不夠和磨礦分級效率較差，同時存在過磨和欠磨現(xiàn)象，粗粒級中與以石英為主的硅酸鹽礦物連生體多；梅山鐵礦1粗1掃弱磁選別工藝存在缺陷，沒有弱磁精選作業(yè)，選別過程中磁性礦物機械夾雜嚴重，較多的單體硅酸鹽礦物進入弱磁精礦。

(2)梅山弱磁精礦各粒級的鐵、硅分布規(guī)律是粗粒級(+0.16mm)和微細粒級(-0.01mm)的鐵含量較低，硅含量較高，中間粒級(+0.01-0.16mm)鐵含量較高，硅含量較低，表明粗粒級連生體多，中間粒級分選效果好，而微細粒級夾帶泥質礦物較多。

(3)梅山弱磁精礦中賦存于磁鐵礦(含磁赤鐵礦)和菱鐵礦中硅分別占9.18%和1.41%，石英、長石中硅占總硅量的71.30%，透輝石、透閃石、石榴石等弱磁性脈石中硅占10.36%，云母、綠泥石等黏土類脈石中硅占總硅量的7.42%。弱磁精礦中含SiO23.49%，主要存在于粗粒級中鐵礦物與石英、長石、透輝石等脈石礦物的連生體，其次存在于微細粒級(-0.02mm)礦泥中，細磨和脫泥可進一步降硅。

(4)采用細磨弱磁1粗1掃1中磁立環(huán)高梯度掃選工藝進行工業(yè)試驗，在弱磁給礦鐵品位為48.56%時，精礦產(chǎn)率為60.79%、鐵品位為64.17%、回收率為80.33%、SiO2含量為2.58%，細磨提鐵降硅效果明顯，利用梅山鐵礦現(xiàn)有工藝流程可以生產(chǎn)鐵品位63%以上的球團鐵精礦。