賈清梅，李鳳久，尚新月，李國峰

（華北理工大學礦業(yè)工程學院，河北 唐山 063210）

磁浮選是在磁場和浮力場的共同作用下，對礦物進行選別，是近年來一種新興的選礦方法[1]。任何物質(zhì)都有磁性存在，關(guān)系著結(jié)構(gòu)組成和電化學性質(zhì)，物質(zhì)的物理化學性質(zhì)在磁場作用下將產(chǎn)生某些改變，稱這種現(xiàn)象為磁化效應(yīng)[2]。利用磁場使非鐵磁性流體的某些性質(zhì)發(fā)生預期的改變，使生產(chǎn)效果得到改善，稱為磁處理技術(shù)[3]。

目前，已有科研人員進行了磁場作用對浮選的作用機理的大量研究工作。但該技術(shù)的理論和實驗室研究尚不完善，正處在設(shè)想和理論證實的階段，尚未構(gòu)成完整的技術(shù)理論。試驗將磁浮選應(yīng)用在磁鐵礦選別過程取得的指標效果較好，在此基礎(chǔ)上，通過改變磁場強度分析礦粒受力情況及運動軌跡、礦漿電導率、礦粒表面性質(zhì)、藥劑吸附量的變化規(guī)律，進行磁鐵礦磁浮選理論研究。

1 試驗原料及研究方法

1.1 試驗原料

試驗以河北某鐵精礦為原料采用化學分析、光學顯微鏡、物相分析以及X 射線衍射等測試手段，對普通鐵精礦的化學元素、物相及粒度組成等性質(zhì)進行研究，主要確定目的礦物與脈石間的嵌布特性，為后續(xù)的分選方案設(shè)計提供礦物學指導。

其化學多元素分析結(jié)果見表1，XRD 分析結(jié)果見圖1，表2 為鐵物相分析結(jié)果，表3 為不同粒級產(chǎn)品的含量及TFe 品位和金屬分布率情況，圖2 為原礦放大200×下投射光（-）拍攝的光學顯微鏡照片。

表 1 化學多元素分析結(jié)果/%Table1 Analysis results of chemical multi-elements

圖 1 XRD 分析Fig .1 XRD analysis pattern

表2 原礦鐵物相分析結(jié)果Table 2 Analysis results of iron phase of the rude ore

表3 粒度組成結(jié)果Table 3 Results of particle size distribution

圖2 原礦光學顯微鏡照片F(xiàn)ig .2 Ore optical microscope photo

由表1 可知，原料TFe 品位為66.72%，其主要的雜質(zhì)成分為SiO24.56%，含微量有害元素P、S。

由圖1 可知，其礦物組成較簡單，其中含鐵礦物主要以Fe3O4形式存在，該礦物主要雜質(zhì)為石英。由表2 可知，磁鐵礦為主要含鐵礦物，分布率96.49%；其次為少量的硅酸鐵，分布率為2.34%；微量的碳酸鐵、氧化鐵和硫化鐵。由表3 可知，該礦樣+0.074 mm 39.41%，為-0.038 mm 30.56%；隨著粒度的減小，各個粒級TFe 品位不斷提高，-0.043 mm TFe 品位達到69%以上；鐵礦物主要集中在+0.074 mm和-0.038 mm粒級，且粒度差別較大，其中粗粒級產(chǎn)品鐵品位含量較低，存在部分連生體，需進行磨礦處理。

通過光學顯微鏡觀察，原礦中磁鐵礦和石英多以他形和半自形晶存在，粒徑約為80 ～ 100 μm，粒度較大；存在形式多為單體，部分磁鐵礦與石英包連生或裹形成包裹體。需進行磨礦處理使磁鐵礦與連生在一起的石英單體解離。

1.2 研究方法

1.2.1 主要儀器

本研究采用由實驗室自行研制的磁浮選裝置，在傳統(tǒng)浮選機基礎(chǔ)上，通過外加磁場的方式來實現(xiàn)磁場和浮力場共同作用。試驗采用實驗室自制的磁化裝置對浮選溶液進行磁化，通過調(diào)節(jié)永磁鐵位置改變磁場強度大小。試驗主要儀器有H2025 G 電動攪拌器、TD8620 手持式數(shù)字高斯計、STARTER 3C 電導率儀、CA100B 接觸角測量儀、紫外分光光度計、3K15 高速冷凍離心機等。

1.2.2 研究方法

(1)傳統(tǒng)浮選與磁浮選對比試驗

原礦在磨礦細度為-0.074 mm 93.48%，磁場強度為80kA/m，再磨細度為-0.043 mm 91.30%相同的條件下，分別采用傳統(tǒng)浮選工藝進行超純鐵精礦制備，均使用HY-9 醚胺類捕收劑。

（2）磁場強度測試

通過手持式數(shù)字特斯拉計測量浮選槽內(nèi)各點磁場強度，分析浮選槽磁場分布情況。

（3）電導率測試

通過電導率儀器測定不同磁場強度條件下水、藥劑、浮選礦漿的電導率變化。

（4）吸附量測試

試驗采用溴酚藍法進行吸附量的測定，使用紫外線分光光度計在波長-603 mm，對不同磁場強度下醚胺溶液進行吸光度測試，通過標準曲線確定溶液濃度，根據(jù)殘余濃度確定吸附量變化[5]。

（5）接觸角測試

取0.2 g 不同磁場強度的待測樣放入壓片機中壓片成型，使用接觸測量儀測定接觸角變化，通過接觸角計算礦樣可浮性變化。

2 試驗結(jié)果分析

2.1 對比傳統(tǒng)浮選與磁浮選工藝對比試驗結(jié)果

通過磁浮選和反浮選工藝制備出的鐵精礦均能符合超級鐵精礦質(zhì)量標準，將兩種工藝進行比較，數(shù)質(zhì)量流程見圖3，兩種工藝試驗結(jié)果見表4。

圖 3 工藝數(shù)質(zhì)量流程Fig .3 process number quality flow chart

表 4 選別工藝對比結(jié)果Table 4 Selection process comparison results

磁浮選應(yīng)用在磁鐵礦分選中，可有效防止磁性物質(zhì)跟隨氣泡上浮，還可縮減磁選流程中的精選作業(yè)和浮選流程中的掃選作業(yè)，對精礦回收率也有明顯提升[6-7]。通過磨礦-磁選-再磨-磁浮選和磨礦-磁選-再磨-反浮選兩種工藝獲得相近品位的超純鐵精礦，對比兩種選別工藝，磨礦-磁選-再磨-磁浮選工藝有以下幾點優(yōu)勢：工藝流程中較傳統(tǒng)浮選機反浮選節(jié)省一段掃選作業(yè)，縮短選別流程；可減少捕收劑用量，用量為80 g/t 較浮選機用量減少20 g/t；獲得TFe 品位相近的精礦產(chǎn)品，其酸不溶物含量較低；回收率有明顯提高，回收率高達84.42%提升13.8%左右。

2.2 磁場強度對電導率的影響

電導率可以衡量溶液傳導電流能力的大小。溶液的電導性取決于自由移動的離子濃度和離子攜帶的電荷數(shù)。離子攜帶的電荷越多，自由移動的離子濃度越高，溶液的電導性越強[8]。礦漿中水、醚胺、石英和磁鐵礦等電離都會產(chǎn)生自由移動發(fā)離子。試驗通過電導率儀對不同磁場強度作用下的水、捕收劑以及礦漿進行電導率的測試，測試結(jié)果見圖4，探究磁場強度對溶液導電性的影響規(guī)律。

圖 4 磁場強度對電導率的影響Fig .4 Effect of magnetic field strength on conductivity

由圖4(a)可知，隨磁場強度的增加，水的電導率不斷變大，場強小于6 kA/m 時，水的電導率變化較??；捕收劑有無磁場作用電導率變化較明顯，隨磁場強度增加，電導率先增大后平穩(wěn)，當場強大于6 kA/m 時電導率增長緩慢趨于穩(wěn)定。由于磁場產(chǎn)生極化作用改變了鹽類的結(jié)晶組成，使粒子極性變強，內(nèi)聚力降低，長的締合H2O 分子鏈變形成帶電離子和短的締合H2O 分子鏈，導致離子之間的靜電吸引力被破壞并結(jié)晶條件發(fā)生改變；水的偶極分子在磁場中產(chǎn)生定向極化，引起氫鍵的變形和部分破裂，這增加了單個H2O 分子的數(shù)目，使得溶液中的空隙被填滿，導致晶體的形成受到抑制并改變H2O 的整體性質(zhì)；水中的鹽類離子和分子在磁場的作用下產(chǎn)生了磁滯效應(yīng)，導致其在水中的溶解性和結(jié)晶性發(fā)生改變，防止大晶體結(jié)晶[4]。使得磁場促進水和捕收劑的電離反應(yīng)發(fā)生，溶液中自由移動離子數(shù)目增加，電導率增大。由于溶液中反應(yīng)不斷向電離方向進行，礦漿中離子濃度接近飽和，逐漸接近反應(yīng)平衡，因此捕收劑的電導率接近平穩(wěn)。

圖4(b)為實際礦漿電導率變化趨勢，隨著場強的增強電導率變大，當場強大于6 kA/m 時電導率增長緩慢趨于穩(wěn)定。磁場強度變大礦漿導電性增強，促進礦漿中的水、醚胺、石英和磁鐵礦等發(fā)生電離，礦漿中自由移動離子濃度變大，離子所帶點荷數(shù)增加，導致礦漿的電導率變大；隨著礦漿中反應(yīng)不斷向電離方向進行，礦漿中離子濃度接近飽和，逐漸接近反應(yīng)平衡，因此礦漿的電導率接近平穩(wěn)。由圖4(a)可知，捕收劑在磁場的作用下溶液導電性明顯增強，自由移動離子數(shù)目增加，礦漿中離子濃度增大，故有磁場作用時可減少的捕收劑用量，節(jié)約經(jīng)濟成本。結(jié)合2.1 試驗結(jié)果分析，在獲得相同指標的精礦產(chǎn)品條件下，捕收劑用量減少20 g/t。

2.3 磁場強度對吸附量的影響

通過檢測礦粒表面的吸附量，可以直觀的反應(yīng)出在礦物物表面的捕收劑吸附的大小程度。試驗考察不同磁場強度下吸附量的變化規(guī)律。試驗結(jié)果見圖5。

圖 5 磁場強度對吸附量的影響Fig .5 Effect of magnetic field strength on adsorption capacity

由圖5 可知，隨磁場強度的增加，捕收劑在礦物表面的吸附量總體呈增長趨勢，在磁場強度為6 kA/m 后增長放緩。由2.2 分析可知，隨場強的變大礦漿電導率成呈先增長后平穩(wěn)的趨勢，則溶液導電性增強，石英表面暴露出更多的陰離子區(qū)域，捕收劑更有利于向電離方向進行，礦漿中自由移動的離子數(shù)目增加，提高了捕收劑與石英碰撞的機會，因此吸附量不斷增多。隨著電離反應(yīng)的不斷進行，礦漿中離子濃度達到飽和，吸附量也趨于飽和，故隨著磁場強度的繼續(xù)變大，吸附量趨于穩(wěn)定。

2.4 磁場強度對磁鐵礦可浮性的影響

浮選過程主要依據(jù)礦物間可浮性的差別進行分選，疏水性強的礦物可浮性較好跟隨氣泡上浮被選出，親水性強的礦物可浮性較差則保留在礦漿中[9]。礦物表面的潤濕性可以用接觸角來表征，θ 值越小親水性越好。接觸角也可以用來衡量礦物的可浮性大小，可用1-cosθ 表示[10]。

試驗通過對不同磁場強度下浮選礦物的接觸角進行檢測，探究磁場強度下礦物可浮性的變化規(guī)律。試驗所用礦樣TFe 品位為70.57%，主要成分為磁鐵礦。圖7 為有無磁場作用下礦物表面接觸角測量結(jié)果（a 為無磁場作用下礦物表面接觸角；b 為磁場強度2 kA/m 時礦物表面接觸角）。并通過接觸角計算得到各磁場強度下礦物表面的可浮性大小，結(jié)果見圖6。

圖6 有無磁場作用下礦物表面接觸角Fig. 6 Mineral surface contact angle with or without magnetic field

圖 7 磁場強度對礦物可浮性的影響Fig .7 Influence of magnetic field strength on mineral floatability chart

由圖7，可以明顯看出在磁場力的作用下，礦物表面接觸明顯變小，潤濕性能較好。由圖6 可知，礦物在無磁場力作用下接觸角為64.17°，磁場強度由2 kA/m增加至11.52 kA/m，接觸角由20.08°減少至18.62°，在磁場力作用下接觸角明顯變小；由于礦物主要成分為磁鐵礦，磁鐵礦表面潤濕性明顯變好，可浮性變差，因此可降低磁鐵礦與氣泡間發(fā)生吸附；石英與捕收劑作用，產(chǎn)生疏水性表面，跟隨氣泡上浮。故在磁場的作用下增加了磁鐵礦與石英見的可浮性差異，更有利于分選。

3 結(jié) 論

（1）采用磨礦-磁選-再磨-磁浮選工藝，獲得TFe 品位為72.21%，回收率84.42%，SiO2含量為0.17%的超純鐵精礦。對比傳統(tǒng)反浮選工藝，精礦產(chǎn)品品質(zhì)相似時，可縮減一段掃選作業(yè)，且精礦回收率提高13.8%，捕收劑用量減少20 g/t，節(jié)約經(jīng)濟成本。

（2）水的電導率隨磁場強度的增加不斷增大，場強小于6 kA/m 時，水的電導率變化較??；捕收劑的電導率有無磁場作用變化較明顯，隨磁場強度增加，電導率先增大，當場強大于6 kA/m時電導率趨于穩(wěn)定；礦漿電導率水磁場強度增加呈先增大后平緩的趨勢。

（3）隨磁場強度變大礦漿導電性增強，促進電離反應(yīng)的發(fā)生，礦漿中自由移動離子濃度增大，增加了石英與捕收劑間吸附反應(yīng)的發(fā)生，使得捕收劑在礦物表面的吸附量先增加后平穩(wěn)。

（4）在磁場力作用下磁鐵礦表面接觸角明顯變小，表面潤濕性變好，可浮性變差，增加了與脈石間可浮性差異，更有利于分選。