四川某鐵精礦回收超純鐵精礦的選礦實(shí)驗(yàn)研究

何婷，余新文，楊曉軍，喻福濤，劉志剛

（四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局成都綜合巖礦測(cè)試中心（國(guó)土資源部成都礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心），稀有稀土戰(zhàn)略資源評(píng)價(jià)與利用四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610081）

超純鐵精礦可廣泛應(yīng)用于冶金、電子、化工和醫(yī)療等行業(yè)，市場(chǎng)需求量巨大，盡管我國(guó)鐵礦資源豐富，次于巴西、澳大利亞、烏克蘭、俄羅斯[1]，但我國(guó)正處于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展階段，中國(guó)作為世界第一鐵礦石生產(chǎn)與消費(fèi)大國(guó)，每年需要從國(guó)外進(jìn)口大量鐵礦石來滿足國(guó)內(nèi)生產(chǎn)需求，且我國(guó)鐵礦石主要以“貧、細(xì)、雜、散”為主[2]，礦石類型復(fù)雜，分選難度大。因此，想要得到超純鐵精礦，必須對(duì)鐵精礦進(jìn)行提鐵降雜處理。

目前制備超純鐵精礦的主要方法有: 單一反浮選工藝[3]、單一磁選工藝[4-5]、浸出工藝[6]、磁-重聯(lián)合選工藝[7]、磁-浮聯(lián)合流程[8]以及磁-浮-酸浸聯(lián)合流程[9]等。隨著超純鐵精粉的市場(chǎng)需求逐漸增大，需要在保證超純鐵精礦的品質(zhì)的同時(shí)，盡量降低成本，簡(jiǎn)化工藝流程才能獲得最大的企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

本文主要采用“階段磨礦（再磨過程添加分散劑H01）-階段磁選”工藝來對(duì)鐵精礦進(jìn)行進(jìn)一步的提純除雜處理，從而獲得超純鐵精礦產(chǎn)品。采用該工藝的優(yōu)勢(shì)在于，工藝流程結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本能耗較低，對(duì)礦山企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)起到重要的指導(dǎo)意義。

1 試樣化學(xué)組成

對(duì)代表性鐵精礦試樣進(jìn)行化學(xué)多項(xiàng)分析、鐵的物相分析，結(jié)果分別見表1、2。

表1 化學(xué)多元素分析結(jié)果/%Table 1 Analysis results of chemistry multi-elements of the sample

由表1、2可知，鐵精礦試樣中TFe的含量為64.56%，且鐵主要以磁鐵礦和磁黃鐵礦的形式存在，占97.83%。主要雜質(zhì)組分為SiO2、Al2O3、CaO、S等。

2 -2 mm試樣粒度分析

-2 mm試樣粒度組成及鐵的分布結(jié)果見表3。

由表3可以看出，鐵在各個(gè)粒級(jí)中均有分布，產(chǎn)率主要集中在-0.15+0.074 mm、-0.074+0.045 mm和-0.038 mm三個(gè)粒級(jí)，分布率分別是30.86%、21.46%、23.00%，在+0.45 mm、-0.45+0.25 mm、-0.045+0.038 mm產(chǎn)率三個(gè)粒級(jí)產(chǎn)率較低，分別是1.11%、6.39%、3.35%，分布率也相對(duì)較低，為0.41%、4.99%、3.57%。TFe的品位在粗粒級(jí)中較低，隨著粒級(jí)逐漸變細(xì)，TFe的品位逐漸增高。

表3 -2 mm試樣粒度組成及分析結(jié)果Table 3 Result of the -2 mm particle size distribution of sample

表2 鐵的物相分析結(jié)果Table 2 Analysis results of iron phase of the sample

3 主要礦物嵌布特征

將試樣制作砂光片和砂薄片后通過光學(xué)顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，試樣中磁鐵礦80%左右，磁黃鐵礦1%～2%，黃鐵礦＜1%，赤鐵礦＜1%，磁鐵礦和磁黃鐵礦均主要為單體，見少量連生體。連生體多為磁鐵礦、磁黃鐵礦與透明礦物構(gòu)成，偶見磁鐵礦與磁黃鐵礦構(gòu)成的連生體。其他透明礦物18%左右，其中石英7%～8%，綠泥石3%～4%，白云母3%～4%，透閃石2%～3%，單體、連生體均含。連生體主要為石英與白云母、石英與綠泥石，石英與金屬礦物、石英與透閃石、石英與方解石、白云母與綠泥石，綠泥石與金屬礦物和方解石等構(gòu)成的連生體。另零星可見方解石、斜長(zhǎng)石、電氣石存在。圖1、2分別為試樣光學(xué)顯微鏡薄片和光片。

圖1 薄片(正交偏光)Fig.1 Flake (cross-polarized light)

圖2 光片(單偏光)Fig.2 Light sheet (single polarized light)

4 磁選條件實(shí)驗(yàn)

試樣鐵的物相分析結(jié)果和光學(xué)顯微鏡巖礦鑒定結(jié)果表明，試樣中鐵主要以磁性鐵的形式存在，影響鐵精礦中鐵品位的主要原因是，試樣中含有不少的鋁、硅雜質(zhì)如石英、綠泥石、白云母等單體礦物，以及部分跟磁鐵礦和磁黃鐵礦構(gòu)成的連生體。因此，要進(jìn)一步提高試樣TFe的品位，需對(duì)試樣進(jìn)行磨礦處理，使目的礦物與脈石礦物單體解離，為避免過磨泥化造成分選過程中的損失，先對(duì)試樣進(jìn)行粗磨，然后根據(jù)目的礦物與脈石礦物磁性差異，采用弱磁選設(shè)備進(jìn)行分選實(shí)驗(yàn)。

4.1 粗選磨礦細(xì)度條件實(shí)驗(yàn)

選擇磁場(chǎng)強(qiáng)度為151.24 kA/m，改變粗選磨礦細(xì)度條件，考查磨礦細(xì)度對(duì)磁選粗精礦中TFe的品位和回收率的影響，磨礦細(xì)度實(shí)驗(yàn)流程及實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3、4。

圖3 磁選實(shí)驗(yàn)流程Fig.3 Magnetic separation experiment process

隨著磨礦細(xì)度的增加，粗選鐵精礦中TFe的品位呈下降趨勢(shì)，TFe的回收率逐漸增高。當(dāng)磨礦細(xì)度繼續(xù)增加的時(shí)候，粗選鐵精礦中TFe的品位又有增高的趨勢(shì)，綜合考慮粗選鐵精礦中TFe的品位和回收率的指標(biāo)，確定粗選磨礦細(xì)度選擇在-0.074 mm 65%條件下進(jìn)行。

圖4 磨礦細(xì)度對(duì)粗精礦TFe的品位和回收率的影響Fig.4 Effect of grinding fineness on grade and recovery of iron rough concentrate

4.2 粗選磁場(chǎng)強(qiáng)度條件實(shí)驗(yàn)

為考查磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)磁選粗精礦中TFe的品位和回收率的影響，在磨礦細(xì)度-0.074 mm 65%的條件下進(jìn)行粗選磁場(chǎng)強(qiáng)度條件實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)流程同圖3，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖5。

圖5 粗選磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)粗精礦TFe的品位和回收率的影響Fig.5 Effect of roughing magnetic intensity on grade and recovery of iron rough concentrate

隨著粗選磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加，粗選鐵精礦中TFe的品位逐漸增高，TFe的回收率先增高后降低，綜合考慮粗選鐵精礦TFe的品位和回收率，粗選磁場(chǎng)強(qiáng)度選擇在151.24 kA/m條件下進(jìn)行。

4.3 粗選精礦粒度分析實(shí)驗(yàn)

經(jīng)顯微鏡鏡下觀察發(fā)現(xiàn)粗選精礦中部分磁鐵礦與其他透明礦物未完全解離，所以想獲得超純鐵精礦必須對(duì)粗選精礦進(jìn)行再磨，為減少后續(xù)磨礦處理量，且避免后續(xù)再磨造成過磨現(xiàn)象，考慮將部分篩分得到的合格鐵精礦產(chǎn)品優(yōu)先分離出來，因此對(duì)粗選精礦進(jìn)行篩析實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表4。

表4 粗選精礦粒度組成及分析結(jié)果Table 4 Result of distribution of rough concentrate

粗選精礦篩析實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，粗選精礦各粒級(jí)中TFe的品位隨著粒度變細(xì)逐漸增高，但仍未達(dá)到超純鐵精礦的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，因此需要對(duì)粗選精礦進(jìn)行再磨使有用礦物與透明礦物達(dá)到充分解離。

4.4 粗選精礦再磨細(xì)度條件實(shí)驗(yàn)

由于粗選鐵精礦中磁鐵礦含量較高，造成磁選后剩磁較大，磁團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重，沉降速度快，穩(wěn)定性差。因此在對(duì)粗選鐵精礦脫磁后進(jìn)行再磨時(shí)添加無機(jī)分散劑來緩解磁團(tuán)聚現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)流程見圖6，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖7。

圖7 再磨磨礦細(xì)度對(duì)精選鐵精礦TFe的品位和回收率的影響Fig.7 Effect of regrinding fineness on grade and recovery of cleaning iron concentrate

隨著粗選鐵精礦再磨磨礦細(xì)度的增加，精選鐵精礦中TFe的品位逐漸增高，TFe的回收率先增高后降低，為綜合考慮精選鐵精礦TFe的品位和回收率，粗精礦再磨磨礦細(xì)度選擇在-0.074 mm 85%條件下進(jìn)行。

4.5 再磨磁場(chǎng)強(qiáng)度條件實(shí)驗(yàn)

為考查再磨磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)磁選鐵精礦中TFe的品位和回收率的影響，進(jìn)行精選磁場(chǎng)強(qiáng)度條件實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)流程同圖6，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖8。

圖6 磁選再磨精選實(shí)驗(yàn)流程Fig.6 Magnetic regrinding and cleaning experiment process

圖8 精選磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)精選鐵精礦TFe的品位和回收率的影響Fig.8 Effect of cleaning magnetic intensity on grade and recovery of cleaning iron concentrate

隨著粗選精礦再磨精選磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加，精選鐵精礦中TFe的品位逐漸降低，TFe的回收率逐漸增高，為綜合保證精選鐵精礦TFe的品位和回收率，因此，粗精礦再磨精選磁場(chǎng)強(qiáng)度選擇在111.44 kA/m條件下進(jìn)行。

5 磁選全流程實(shí)驗(yàn)

采用階段磨礦“一粗一掃二精及中礦再選一粗一精”的磁選工藝流程，粗選、掃選和中礦再選粗選磁場(chǎng)強(qiáng)度為151.24 kA/m，精選磁場(chǎng)強(qiáng)度均為111.44 kA/m，粗選磨礦細(xì)度為-0.074 mm 65%，再磨磨礦細(xì)度為-0.074 mm 85%，為起到分散作用，在磨礦過程中添加無機(jī)分散劑H01，用量為2 kg/t，磁選全流程實(shí)驗(yàn)流程見圖9，磁選全流程實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 磁選全流程實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 5 Magnetic experiment results of total procedure

圖9 磁選全流程實(shí)驗(yàn)流程Fig.9 Magnetic experiment fof total procedure

由全流程實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，精礦1和精礦2合并作為總鐵精礦，產(chǎn)率為83.16%，TFe的品位為72.11%，鐵的回收率為92.72%；中礦1中TFe的品位較高，作為次鐵精礦，產(chǎn)率為2.71%，TFe的品位為63.11%，鐵的回收率為2.64%；尾礦、中礦2合并作為總尾礦，產(chǎn)率為14.13%，TFe的品位為21.24%，鐵的回收率為4.64%。

為查明獲得的總鐵精礦的有用有害成分，對(duì)總鐵精礦進(jìn)行化學(xué)多項(xiàng)分析，結(jié)果見表6。

表6 總鐵精礦化學(xué)多項(xiàng)分析結(jié)果/%Table 6 Chemical composition of final iron concentrate ore

總鐵精礦中TFe含量為72.11%，主要雜質(zhì)的含量已經(jīng)相對(duì)較低，其中SiO2含量為0.20%，Al2O3含量為0.16%，酸不溶物含量為0.28%，對(duì)總鐵精礦進(jìn)行粒度組成分析，結(jié)果見表7。

表7 總鐵精礦粒度組成分析結(jié)果Table 7 Particle size distribution of final iron concentrate ore

總鐵精礦中TFe的品位隨著細(xì)度的增加呈現(xiàn)增高的趨勢(shì)，可能是由于粗粒級(jí)的礦石中還存在少量的連生體未得到完全解離，主要是+0.15 mm和-0.15+0.074 mm級(jí)別中雜質(zhì)含量相對(duì)較多，但最終鐵精礦TFe的品位已經(jīng)＞72%，綜合選礦技術(shù)經(jīng)濟(jì)考慮，不再進(jìn)行進(jìn)一步的提純處理。

6 結(jié) 語(yǔ)

（1） 鐵精礦試樣中鐵含量為64.56%，主要雜質(zhì)SiO2、Al2O3含量分別為5.50%、2.01%，其他雜質(zhì)還有CaO、S、MgO等。試樣中的鐵97.83%以磁鐵礦和磁黃鐵礦形式存在，其他含鐵礦物相對(duì)較少，主要為菱鐵礦、硫化鐵等。

（2）由于雜質(zhì)SiO2、Al2O3嵌布粒度細(xì)，為避免過磨，因此選擇階段磨礦-階段磁選工藝，在再磨的過程中添加無機(jī)分散劑H01很好地改善了磁團(tuán)聚現(xiàn)象，有利于磁選再選鐵精礦TFe的品位和回收率的提高，并最終獲得超純鐵精礦TFe的品位為72.11%，其中SiO2含量為0.20%，Al2O3的含量為0.16%，酸不溶物的含量為0.28%，鐵的回收率為92.72%，達(dá)到了超純鐵精礦的標(biāo)準(zhǔn)；次鐵精礦TFe的品位為63.11%，鐵的回收率為2.64%，生產(chǎn)過程中可作為普通鐵精礦單獨(dú)進(jìn)行售賣處理。

（3）該工藝流程簡(jiǎn)單、可操作性強(qiáng)，可為礦山企業(yè)獲得超純鐵精礦，獲得更大的經(jīng)濟(jì)利益，具有良好的生產(chǎn)指導(dǎo)意義。