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国外某赤铁矿工艺矿物学及选矿试验研究

2023-11-23 86 上传者：管理员

摘要：国外某铁矿石的TFe品位高达49.04%,主要以赤(褐)铁矿为主，分布率高达91.49%,呈斑状和粒状嵌布。采用“阶段磨矿—阶段强磁”工艺进行了选矿试验，在一段磨矿粒度为-0.076 mm含量占55%、强磁粗选场强为857 kA/m、二段磨矿粒度为-0.076 mm含量占65%、强磁精选场强为239 kA/m、强磁扫选场强为477 kA/m的条件下，得到铁品位65.26%、总回收率74.40%的铁精矿。为实现尾矿资源的综合利用，进行了捞砂试验，得到的粗砂铁品位为41.47%,可返回磨矿作业；细砂铁品位为13.10%,可作为建筑材料；细尾矿铁品位为35.55%,可进行尾矿再选或用作水泥铁质校正材料。

关键词：
尾矿综合利用
工艺矿物学
磁选
赤铁矿
铁矿石
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铁矿石是钢铁工业的保障性资源，其需求随着社会发展逐步增长[1,2,3]。根据国家统计局数据，2022年我国铁矿的产量为9.68亿t、进口11.07亿t, 表明我国对铁矿石的需求仍处于高水平，且国产铁矿石长期处于严重短缺状态[4,5,6]。我国铁矿资源丰富，铁矿石储量居世界第四，占比约12%,但矿石品位低、共生关系复杂、嵌布粒度细，按照铁金属量计算储量仅占8.3%,远落后于巴西和澳大利亚[7,8,9,10]。目前国内大部分选厂采用“重选—磁选—反浮选”和“磁化焙烧—磁选”工艺处理复杂难选铁矿石，但回收率较低，造成资源浪费[11,12,13,14]。伴随铁矿资源的进一步匮乏，矿山存在供矿不足、矿石难选、设备作业率低、生产成本高等问题，为避免选厂设备闲置，对外购矿石进行来料加工，具有良好的经济效益[15,16]。

本研究对国外某高品位铁矿进行了工艺矿物学分析，根据矿物特点，采用“阶段磨矿—阶段磁选”工艺进行了选矿试验研究，系统考察了磨矿粒度和磁场强度对分选指标的影响。接着，为实现尾矿资源综合利用，进行捞砂试验，对各产品进行分析并提出了再利用方式。

1、材料与方法

1.1 矿石性质

试验样品为国外某高品位赤铁矿矿石，将原矿破碎至-2 mm, 筛分、混匀后备用。采用化学多元素分析、铁物相分析、显微镜镜下鉴定等手段探究样品的工艺矿物学性质。

矿样主要化学多元素分析结果见表1,由表1可知，该样品中TFe品位高达49.04%,SiO2含量为22.41%,其他杂质Al2O3、CaO、MgO的含量分别为1.56%、0.049%、0.069%。样品中K、Na和有害元素S、P的含量较低。

矿样的铁物相分析结果见表2,由表2可知，样品中铁矿物主要以赤(褐)铁矿的形式存在，含量为45.04%,分布率高达91.49%;其次为磁铁矿，含量为3.65%,分布率为7.41%;其他铁矿物的含量较少。

表1 原矿主要化学成分分析结果

表2 原矿铁物相分析结果

为进一步探明矿石结构及矿物的嵌布特征，采用偏光显微镜进行镜下观察，结果如图1所示。由图1可知，矿石构造主要呈斑状结构和粒状结构，铁矿物主要为赤铁矿(镜铁矿)、褐铁矿和少量的磁铁矿，赤铁矿与褐铁矿的矿物量比约为(5∶1)～(7∶1)。该矿石中赤铁矿主要呈斑状产出，包裹脉石颗粒(见图1(a)),其次呈不规则粒状嵌布(见图1(b));褐铁矿呈斑状嵌布(见图1(c)),通常包裹脉石(见图1(d));磁铁矿以斑状嵌布为主，部分斑状磁铁矿沿裂隙被交代形成赤铁矿，具有交代残余结构(见图1(e));石英是矿石中的主要脉石矿物，呈不规则粒状集合体嵌布(见图1(f))。

图1 矿石结构及矿物的嵌布特征

1.2 试验方法

根据工艺矿物学性质，原矿中TFe品位较高，主要以弱磁性铁矿物为主，而脉石矿物主要为非磁性矿物，故考虑以“阶段磨矿 - 阶段强磁选”工艺回收样品中的铁矿物，试验流程如图2所示。

图2 试验流程

为获得优异的选矿指标，探究了磨矿细度和磁场强度的影响。试验采用Slon-750脉动高梯度强磁选机，磁介质为4 mm粗棒介质，脉动冲次为140次/min, 转环转速为2.5 r/min。为实现尾矿的综合利用，进行了捞砂试验并分析了各产品的特性。

2、结果与讨论

2.1 一段磨矿与磁选试验

将-2 mm的原矿分别磨至-0.076 mm含量占55%、70%和85%,在磁场强度为857 kA/m的条件下，探究了一段磨矿粒度对强磁粗选指标的影响，结果如图3(a)所示。从图3(a)可知，随着-0.076 mm含量的增加，精矿铁品位基本不变，维持在62%左右，铁回收率由85.37%降低至83.45%,且尾矿中铁品位有所升高。因此，确定一段磨矿粒度为-0.076 mm含量占55%。

确定一段磨矿粒度为-0.076 mm含量占55%后，进行了不同磁场强度的强磁粗选试验。因强磁粗选的主要目的在于抛尾，磁场强度选择在高场强范围，分别为637 kA/m、857 kA/m和1114 kA/m, 试验结果如图3(b)所示。随着磁场强度的增加，精矿铁品位逐渐降低，由62.16%降至61.15%;但铁回收率逐渐增大，由84.55%增至86.02%。提高磁场强度能促进磁介质对铁矿物的捕收，但会存在更多的脉石夹杂，导致铁品位降低。综合考虑，确定强磁粗选的场强为857 kA/m。

图3 一段磨矿粒度和粗选磁场强度对分选指标的影响

2.2 二段磨矿与磁选试验

对强磁粗精矿进行二段磨矿，分别磨至-0.076 mm含量占65%、80%和95%,考察强磁精选的磁场强度(239 kA/m、477 kA/m和716 kA/m)对选矿指标的影响，结果如图4所示。由图4可知，相同磁场强度下，随着磨矿粒度变细，铁品位略有升高，但整体变化不大，且回收率有所降低；相同粒度下，增加磁场强度能大幅度提高磁选铁精矿回收率，但铁品位逐渐降低。当二段磨矿粒度达到-0.076 mm含量占65%时，在较低的磁场强度(239 kA/m)条件下，可以获得铁品位大于65%的强磁精选精矿。即使该条件下铁精矿回收率较低，但考虑到强磁精选尾矿中铁品位较高，可以通过强磁扫选提高回收率。因此，确定二段磨矿粒度为-0.076 mm占65%,强磁精选的磁场强度为239 kA/m。

在保证最终铁精矿品位大于65%的前提下，对强磁精选尾矿进行扫选作业，以提高铁回收率。当扫选磁场强度为477 kA/m时，试验结果见表3。通过二段磨矿与“一精一扫”两段磁选获得铁品位为65.26%、作业回收率为87.06%的铁精矿。

图4 二段磨矿粒度和精选磁场强度对分选指标的影响

表3 “一精一扫”两段磁选的分选指标

2.3 尾矿综合利用

为实现尾矿资源化综合利用，对磁选尾矿进行捞砂试验，试验结果见表4。

表4 磁选尾矿捞砂试验结果

由表4可知，从尾矿中可捞出作业产率7.71%、铁品位41.47%的粗砂和作业产率33.19%、铁品位13.10%的细砂；细尾矿作业产率为59.09%、铁品位为35.55%。尾砂可用于建筑用砂，细尾矿品位较高，可进行尾矿再选，也可作为水泥铁质校正剂或其他用途产品销售，该工艺还解决了粗粒尾矿对过滤效果的影响。

2.4 试验数质量流程

采用“阶段磨矿—阶段强磁选”回收样品中的铁矿物，并通过捞砂试验实现尾矿的综合利用，其数质量流程如图5所示。该工艺得到铁品位65.26%、总回收率74.40%的磁选铁精矿；得到铁品位41.47%、产率3.40%的粗砂和铁品位13.10%、产率14.61%的细砂；得到铁品位35.55%、产率26.01%的细尾矿。

图5 “阶段磨矿—阶段磁选—捞砂”数质量流程

2.5 产品性质分析

2.5.1 精矿产品性质分析

对强磁精选和强磁扫选的混合精矿进行了化学多元素分析和粒度筛析，结果分别见表5和表6。由表5可知，混合精矿中铁品位大于65%,其他杂质如SiO2、Al2O3、CaO、MgO的含量较少，且精矿中K、Na低，不影响后续冶炼作业。由表6可知，混合精矿的主要粒度为-0.15 mm, 占84.06%,其中-0.030 mm的产率占29.98%。

表5 混合精矿主要化学成分分析结果

表6 混合精矿的粒度分析结果 %

2.5.2 捞砂产品性质分析

对总尾矿捞砂得到的产品进行化学多元素分析，结果见表7。由表7可知，粗砂和细尾矿产品中TFe品位较高，分别为41.47%和35.55%,细砂中TFe品位较低。粗砂可返回磨矿作业以实现铁资源的高效利用，细砂可作为建筑材料，细尾矿经浓缩过滤后可进行尾矿再选或作为水泥铁质校正材料销售。

表7 各捞砂产品的主要化学成分分析结果

3、结论

(1) 国外某铁矿中TFe品位高达49.04%,主要含铁矿物为赤(褐)铁矿，分布率高达91.49%,脉石矿物主要为石英，K、Na和有害元素S、P的含量较低。铁矿物呈斑状和粒状结构，赤铁矿与褐铁矿的矿物量比约为(5∶1)～(7∶1)。

(2) 对矿样进行一段磨矿和强磁粗选试验，在磨矿粒度为-0.076 mm含量占55%、强磁粗选磁场强度为857 kA/m的条件下，获得铁品位62.10%、铁回收率85.45%的粗选精矿。

(3) 对粗细精矿进行二段磨矿、强磁精选和强磁扫选试验，在二段磨矿粒度为-0.076 mm占65%、强磁精选场强为239 kA/m、强磁扫选场强为477 kA/m的条件下，获得铁品位65.26%、总回收率为74.40%的铁精矿。

(4) 为实现尾矿资源化综合利用，进行了捞砂试验，粗砂铁品位为41.47%,可返回磨矿作业，实现铁的高效利用；细砂铁品位为13.10%,可作为建筑材料；细尾矿铁品位为35.55%,可进行尾矿再选或用作水泥铁质校正材料。

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基金资助:“十四五”国家重点研发计划项目(2021YFC2902400);

文章来源:李亮,陈洲,王帅等.国外某赤铁矿工艺矿物学及选矿试验研究[J].矿业研究与开发,2023,43(11):202-207.

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