彭世文 高起方 姜亞雄， 聶祖明 先永駿 熊宇農(nóng) 陳祿政

(1.昆明理工大學(xué) 國土資源工程學(xué)院，昆明 650093；2.云南黃金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司，昆明 650093；3.鶴慶北衙礦業(yè)有限公司，云南 大理 671000)

我國鐵礦石具有“貧、細(xì)、雜”的特點(diǎn)，平均鐵品位遠(yuǎn)低于世界平均水平。在已探明儲量中，97%鐵礦石需要選礦處理才能被有效開發(fā)利用[1]。其中，我國褐鐵礦資源儲量較大，但是由于褐鐵礦化學(xué)成分復(fù)雜、鐵品位差異大、磨礦過程中極易泥化等特殊性質(zhì)，難以獲得經(jīng)濟(jì)理想的分選指標(biāo)，多數(shù)難分選和回收[2]。

目前，我國褐鐵礦資源利用率較低，大部分沒有得到有效回收或無法開采[3]。因此，加強(qiáng)對褐鐵礦的高效回收研究，是最大限度利用國內(nèi)鐵礦資源亟待解決的一個問題。

云南某選廠堆積了大量的氧化礦氰化渣，該氰化渣經(jīng)過弱磁選工藝回收磁鐵礦后的尾礦中仍還含有大量褐鐵礦，具有較高的經(jīng)濟(jì)價值。本研究通過脈動高梯度磁選工藝回收其中的赤褐鐵礦(文章統(tǒng)稱為褐鐵礦)，獲得了良好的分選指標(biāo)。該技術(shù)為低品位難選氰化渣弱磁選尾礦中褐鐵礦的回收提供了一種有效的技術(shù)解決方案，可實現(xiàn)氰化渣尾礦資源綜合利用[4]，有著重要的經(jīng)濟(jì)效益和社會意義。

1 試驗設(shè)備與試樣性質(zhì)

1.1 試驗設(shè)備

試驗主要設(shè)備為SLon-100周期式脈動高梯度磁選機(jī)[6]，見圖1。試驗設(shè)備的工作原理如下：

1-給礦腔；2-磁極；3-磁軛；4-激磁線圈；5-棒介質(zhì)；6-脈動機(jī)構(gòu)；7-接礦斗；8-閥門；F-脈動力

SLon-100周期式脈動高梯度磁選機(jī)工作時，首先將水充滿分選腔，完全浸沒棒介質(zhì)；然后啟動脈動裝置，使脈動能量傳遞到整個分選腔；接下來啟動勵磁開關(guān)使線圈通電，在分選腔內(nèi)產(chǎn)生垂直均勻磁場；最后從給礦口給入礦漿，磁性礦粒在磁力和脈動流體力作用下被捕獲于磁介質(zhì)表面，而非磁性礦粒穿過磁介質(zhì)得到非磁性產(chǎn)品[5]。給礦完畢，停止激磁，用清水將磁介質(zhì)表面捕獲的磁性礦粒沖洗出來，得到磁性精礦。

1.2 試樣性質(zhì)

1.2.1 化學(xué)多元素分析和鐵物相分析

試樣取自云南某氧化礦選廠氰化浸出金后，經(jīng)弱磁選回收磁鐵礦后的尾礦。由表1、2可知，試樣中有價元素主要為鐵，鐵品位為20.42%，有害元素硫和鉛的含量偏高。試樣中鐵主要以褐鐵礦的形式存在，鐵分布率為94.76%；磁鐵礦含量低，鐵分布率僅為0.93%，不單獨(dú)分選。

表1 試樣化學(xué)多元素分析結(jié)果

表2 試樣鐵物相分析結(jié)果

1.2.2 粒級分布和MLA分析

為了分析試樣中鐵礦物的粒度組成和嵌布特征，對試樣進(jìn)行篩分和MLA分析，篩分結(jié)果見表3，MLA分析結(jié)果見圖2。由表3可知，試樣中鐵主要分布在-30 μm粒級，占總鐵的67.53%，鐵分布率達(dá)到67.09%，表明試樣泥化嚴(yán)重；此外，試樣中+74 μm粒級鐵品位相對較低，僅為17.48%。由圖2可知，試樣中褐鐵礦大部分完全解離，僅少部分與磁鐵礦和脈石礦物伴生?？紤]到該試樣粒度細(xì)，易過磨增加泥化程度，并會對后續(xù)選別作業(yè)造成不利影響，因此不考慮磨礦。

表3 試樣粒級組成分析結(jié)果

圖2 試樣中褐鐵礦顆粒的解離度表征

2 結(jié)果與討論

2.1 脈動高梯度粗選試驗

2.1.1 磁感應(yīng)強(qiáng)度的影響

磁感應(yīng)強(qiáng)度是影響脈動高梯度磁選指標(biāo)的重要因素。因此，選擇磁感應(yīng)強(qiáng)度分別為0.6、0.8、1.0、1.2、1.4 T和1.6 T，首先考察磁感應(yīng)強(qiáng)度對分選指標(biāo)的影響。其它條件為脈動沖次250 r/min、流速5.0 cm/s、棒介質(zhì)絲直徑2.0 mm。試驗結(jié)果見圖3。

圖3 磁感應(yīng)強(qiáng)度對分選結(jié)果的影響

由圖3可知，磁感應(yīng)強(qiáng)度在0.6 T至1.6 T范圍內(nèi)，鐵精礦品位隨著磁感應(yīng)強(qiáng)度的上升而逐漸下降；當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度超過1.2 T時，鐵精礦品位開始快速降低。此外，鐵回收率隨著磁感應(yīng)強(qiáng)度的增加而增加，具體表現(xiàn)為磁感應(yīng)強(qiáng)度在0.6 T到1.0 T快速提升，超過1.0 T后回收率增長變緩。

分選指標(biāo)出現(xiàn)上述規(guī)律是因為磁感應(yīng)強(qiáng)度增加使分選腔內(nèi)的棒介質(zhì)能夠捕獲更多的磁性顆粒，但同時夾雜更多的脈石礦物，因此精礦產(chǎn)率和鐵回收率上升，而精礦品位降低。綜合考慮精礦鐵品位和鐵回收率指標(biāo)，選擇脈動高梯度磁選粗選最佳磁感應(yīng)強(qiáng)度為1.2 T，此時精礦鐵品位39.15%，鐵回收率為55.36%。

2.1.2 脈動沖次的影響

脈動沖次是影響脈動高梯度磁選指標(biāo)的另一個重要因素。礦漿脈動使礦粒在分選腔內(nèi)充分松散，降低磁性礦粒與脈石之間的夾雜，能夠顯著提高分選效果。試驗選定最佳磁感應(yīng)強(qiáng)度1.2 T、固定礦漿流速5.0 cm/s、棒介質(zhì)2.0 mm，分別在150、200、250、300、350 r/min五個不同脈動沖次下進(jìn)行對比試驗，試驗結(jié)果見圖4。

圖4 脈動沖次對分選指標(biāo)的影響

由圖4可知，隨著脈動沖次的增加，鐵精礦品位逐漸上升，在脈動沖次達(dá)到250 r/min后趨于穩(wěn)定，在42.50%左右；鐵回收率則緩慢降低，當(dāng)脈動沖次超過250 r/min后下降較快。這是因為在分選過程中，脈動沖次較高時，礦粒受到的脈動力較大，不僅能夠使礦粒充分松散，還使礦粒受到較大的流體阻力，所以非磁性或磁性較弱的礦粒不能克服流體力而損失于尾礦產(chǎn)品中，使精礦產(chǎn)品夾雜脈石礦物的含量大量減少，可以得到更高品位的精礦產(chǎn)品。綜合分析精礦鐵品位和鐵回收率指標(biāo)，選擇脈動高梯度粗選最佳脈動沖次為250 r/min，此時精礦鐵品位41.68%，鐵回收率54.97%。

2.1.3 礦漿流速的影響

脈動高梯度磁選過程中，礦漿相對于棒介質(zhì)絲的流速對分選指標(biāo)有明顯影響。本次試驗通過控制磁選機(jī)底部閥門來控制分選腔內(nèi)棒介質(zhì)橫截面流速。試驗選定最佳磁感應(yīng)強(qiáng)度1.2 T、脈動沖次250 r/min、棒介質(zhì)絲直徑2.0 mm，分別在4、5、6、7、8 cm/s五個不同礦漿流速下進(jìn)行對比試驗，試驗結(jié)果見圖5。

圖5 礦漿流速對分選結(jié)果的影響

由圖5可知，隨礦漿流速的增加，鐵精礦品位快速升高；當(dāng)?shù)V漿流速超過6.0 cm/s時，鐵精礦品位增加開始緩慢。此外，鐵回收率隨著礦漿流速的增加而降低，具體表現(xiàn)為在礦漿流速達(dá)到5.0 cm/s之前緩慢降低，超過5.0 cm/s后鐵回收率快速下降。

礦漿相對于棒介質(zhì)絲的流速決定了其在棒介質(zhì)中分選時間的長短。當(dāng)?shù)V漿流速較慢時，礦漿分選時間較長，礦粒受流體阻力小，棒介質(zhì)能夠捕獲更多的精礦產(chǎn)品，但易夾雜一部分脈石礦物，從而降低鐵精礦品位。反之，當(dāng)?shù)V漿流速較快時，礦漿分選時間較短，即礦漿與棒介質(zhì)絲接觸時間較短，同時礦粒受流體阻力大，易導(dǎo)致磁性弱、粒度微細(xì)的礦粒無法被棒介質(zhì)絲捕獲，從而降低鐵的回收率，但是這種條件下能夠得到較高鐵品位的精礦產(chǎn)品。綜合分析精礦鐵品位和鐵回收率指標(biāo)，選擇脈動高梯度粗選最佳的礦漿流速為6.0 cm/s，此時精礦鐵品位42.07%，鐵回收率52.02%。

2.1.4 棒介質(zhì)絲直徑的影響

不同直徑棒介質(zhì)絲在脈動高梯度磁選過程中對磁性礦物的捕獲特性不同，從而影響分選指標(biāo)。試驗選定最佳磁感應(yīng)強(qiáng)度1.2 T、脈動沖次250 r/min、礦漿流速6.0 cm/s，分別在1.5、2.0、3.0 mm三個不同棒介質(zhì)絲直徑下進(jìn)行對比試驗，試驗結(jié)果見圖6。

圖6 棒介質(zhì)絲直徑對分選結(jié)果的影響

由圖6可知，棒介質(zhì)絲直徑對本試樣的分選指標(biāo)影響較小，精礦產(chǎn)品鐵品位穩(wěn)定在40%左右。當(dāng)棒介質(zhì)絲直徑為2.0 mm時，鐵回收率最高為53.49%。當(dāng)棒介質(zhì)絲直徑較粗時，棒介質(zhì)絲在背景磁場中被磁化后產(chǎn)生的磁場梯度較小，礦粒受棒介質(zhì)的磁捕獲力也較小，導(dǎo)致磁性較弱的礦粒在流體力作用下不易被棒介質(zhì)絲捕獲，所以能夠得到較高鐵品位的精礦產(chǎn)品，但是鐵回收率較低。相反，當(dāng)棒介質(zhì)絲直徑較細(xì)時，磁場在棒介質(zhì)表面可以產(chǎn)生較高的磁場梯度，磁性礦粒經(jīng)過棒介質(zhì)時受強(qiáng)磁力作用，這導(dǎo)致部分脈石礦物會被夾雜在磁性礦粒中，導(dǎo)致鐵回收率較高，而精礦鐵品位較低。綜合分析精礦的鐵品位和鐵回收率指標(biāo)，選擇脈動高梯度粗選最佳棒介質(zhì)絲直徑為2.0 mm，此時精礦產(chǎn)品鐵品位40.12%，鐵回收率53.49%。

2.2 脈動高梯度精選試驗

脈動高梯度磁選一次粗選富集得到的粗精礦品位較低，達(dá)不到下一步精礦產(chǎn)品的鐵品位要求，因此需要增加脈動高梯度精選來提高鐵精礦品位。本試驗選定與脈動高梯度磁選粗選相同的最佳試驗條件，即脈動沖次250 r/min、流速6.0 cm/s、棒介質(zhì)2.0 mm，分別在0.6、0.8、1.0、1.2T和1.4 T五個不同磁感應(yīng)強(qiáng)度下進(jìn)行精選磁感應(yīng)強(qiáng)度的對比試驗，試驗結(jié)果見圖7。

圖7 磁感應(yīng)強(qiáng)度對分選結(jié)果的影響

由圖7可知，隨磁感應(yīng)強(qiáng)度增加，鐵精礦品位由47.45%逐漸降低至44.64%，且當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度超過1.0 T之后下降較快；鐵回收率則由47.91%緩慢上升至51.55%，且當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度超過1.0 T之后趨于穩(wěn)定。

脈動高梯度精選過程中脈石礦物含量較少，在保證總鐵回收率的前提下，可以通過適當(dāng)降低磁感應(yīng)強(qiáng)度來提高精礦品位。綜合分析精礦品位和回收率，選擇脈動高梯度精選最佳磁感應(yīng)強(qiáng)度為1.0 T，此時精礦產(chǎn)品鐵品位46.76%，鐵回收率50.94%。

2.3 流程試驗和產(chǎn)品分析

2.3.1 開路流程試驗

采用脈動高梯度粗選和精選條件試驗確定的最佳分選條件，進(jìn)行脈動高梯度磁選一粗一精選流程試驗。粗選分選條件：磁感應(yīng)強(qiáng)度1.2 T、脈動沖次250 r/min、礦漿流速6.0 cm/s、棒介質(zhì)絲直徑2.0 mm；精選分選條件：磁感應(yīng)強(qiáng)度1.0 T、脈動沖次250 r/min、礦漿流速6.0 cm/s、棒介質(zhì)絲直徑2.0 mm。開路試驗流程見圖8，試驗結(jié)果見表4。由表4可知，在最優(yōu)條件下，采用一粗一精選試驗流程，能夠得到鐵品位47.12%、鐵回收率51.57%的精礦。

圖8 脈動高梯度磁選試驗流程

表4 脈動高梯度磁選流程試驗結(jié)果

2.3.2 精礦產(chǎn)品分析

脈動高梯度磁選一粗一精選流程試驗得到的精礦產(chǎn)品，其化學(xué)多元素分析結(jié)果見表5，鐵物相分析結(jié)果見表6。由表5可知，與試樣相比，精礦的硫元素含量降低，其他雜質(zhì)元素磷、銅、鋅含量有所升高但不超標(biāo)，而鉛元素在精礦中超標(biāo)，需要在后續(xù)考慮去除或者配礦銷售；貴金屬元素銀在精礦中有一定富集，但不具備回收價值。由表6可知，精礦中主要鐵礦物類型為褐鐵礦，還含有一定量的硅酸鐵，及其它少量鐵礦物。

表5 精礦化學(xué)多元素分析結(jié)果

表6 精礦鐵物相分析結(jié)果

3 結(jié)論

1)試驗給礦為氰化浸金后弱磁選回收磁鐵礦后的尾礦，鐵品位較低為20.42%，粒度微細(xì)，泥化嚴(yán)重，其中鐵主要以褐鐵礦物形式存在，回收利用難度較大。采用SLon-100脈動高梯度磁選機(jī)在最優(yōu)分選條件下通過一粗一精選試驗流程，可得到產(chǎn)率22.35%、鐵品位47.12%、鐵回收率51.57%的褐鐵精礦產(chǎn)品，試驗指標(biāo)較好。

2)通過控制變量法優(yōu)化脈動高梯度磁選條件，得到粗選最佳分選條件：磁感應(yīng)強(qiáng)度1.2 T、脈動沖次250 r/min、礦漿流速6.0 cm/s、棒介質(zhì)2.0 mm；精選最佳分選條件為：磁感應(yīng)強(qiáng)度1.0 T、脈動沖次250 r/min、礦漿流速6.0 cm/s、棒介質(zhì)2.0 mm。該條件下，能夠有效分選該氰化渣的微細(xì)粒褐鐵礦，可應(yīng)用于指導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)。

3)脈動高梯度磁選工藝回收氰化渣中褐鐵礦具有流程簡單、處理量大、分選成本低等優(yōu)點(diǎn)，為回收低品位氰化渣中微細(xì)褐鐵礦提供了技術(shù)解決方案。