朱辛州 黃雄飛 華 嵩 鄧勝貴

(揚(yáng)州泰富特種材料有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225000)

0 引言

從澳洲進(jìn)口的某磁鐵精礦產(chǎn)品(以下簡(jiǎn)稱“原礦”)，其TFe品位平均為 65.2±0.3%，SiO2含量平均為8.0±0.4%，該原礦TFe品位相對(duì)較低而雜質(zhì)SiO2含量相對(duì)較高是其典型特征，這就決定了它無(wú)法直接成為理想的造球原料，必須經(jīng)過(guò)磁選工藝進(jìn)一步提升TFe品位和降低雜質(zhì)SiO2含量才能加以更好的利用。然而，經(jīng)過(guò)多年的生產(chǎn)實(shí)踐，同樣的原礦、同樣的工藝，選別后的精礦品質(zhì)波動(dòng)較大，該精礦TFe品位67.5±0.5%、SiO2含量5.3±0.6%，造成這種現(xiàn)象的根本原因是原礦的可選性不同。關(guān)于原礦可選性，專業(yè)的科研機(jī)構(gòu)有系列的檢測(cè)手段和評(píng)價(jià)方法，但大多耗時(shí)費(fèi)力，不能及時(shí)指導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)。而在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)又沒(méi)有專門(mén)用于原礦可選性評(píng)價(jià)的簡(jiǎn)易高效、可量化的檢測(cè)手段，為此通過(guò)長(zhǎng)期的生產(chǎn)跟蹤，選取有代表性的相對(duì)易選(以下簡(jiǎn)稱“易選礦”)和相對(duì)難選(以下簡(jiǎn)稱“難選礦”)的原礦進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)，并最終歸納總結(jié)出蘊(yùn)含其中的規(guī)律，為生產(chǎn)所用。

1 典型礦樣物相分析

物相分析是利用礦石中的各種礦物在各種溶劑中的溶解度和溶解速度不同，使礦石中各種礦物分離，從而測(cè)出試樣中某種元素呈何種礦物存在和含量多少的分析方法。首先對(duì)生產(chǎn)中積累的“易選礦”和“難選礦”進(jìn)行化學(xué)物相分析和礦物組成分析，結(jié)果如表1、表2。

表1 典型礦樣化學(xué)物相分析 %

表2 典型礦樣礦物組成分析 %

由表1、表2可以看出，原礦中的鐵礦物主要為磁鐵礦，少量鐵以赤褐鐵礦、硫化礦、碳酸鹽、硅酸鹽等形式存在；主要脈石組分為石英、鈉閃石和云母類礦物等。通過(guò)化學(xué)物相定量分析可知，易選礦和難選礦的礦物組成和含量均非常接近，僅從化學(xué)物相分析并不能揭示該典型礦樣的可選性差異。

2 典型礦樣篩分分析

分別對(duì)易選礦和難選礦進(jìn)行篩分分離、測(cè)定不同粒級(jí) TFe、SiO2含量并計(jì)算分布率，結(jié)果見(jiàn)表3，可以看出，入選原礦TFe品位、SiO2含量、粒度組成均比較相似，原礦中磁鐵礦和石英的單體解離度非常接近，但經(jīng)磁選工藝再選后鐵精礦TFe含量相差 0.7%。對(duì)比表3中兩組礦樣的篩分指標(biāo)可以看出，F(xiàn)e、Si 元素在各個(gè)粒級(jí)的分布規(guī)律略有差異，易選原礦-20 μm粒級(jí)中TFe 品位更高(67.92>67.84)、相應(yīng)精礦中該粒級(jí) TFe也高(70.03>69.39)；難選原礦在+20 μm粒級(jí)中 SiO2的分布率更高(45.8+25.6>29.4+31.3)、相應(yīng)的精礦中該粒級(jí) SiO2分布率也更高(36.7+45.2>49.6+21.4)。

表3 典型礦樣篩分分析

3 典型礦樣磁滯回線分析

對(duì)易選礦和難選礦篩分樣品進(jìn)行磁性質(zhì)分析，獲得磁滯回線結(jié)果如圖1 和圖 2所示。可以看出，兩種樣品磁性強(qiáng)度規(guī)律為：中粒級(jí)(20～37 μm)>細(xì)粒級(jí)(-20 μm)>粗粒級(jí)(+37 μm)，不同粒級(jí)礦物磁性受磁鐵礦含量、粒度等共同影響，結(jié)合表3 的元素含量分析可知，粗粒級(jí) SiO2含量高、TFe 品位最低，因此磁性相對(duì)最弱；細(xì)粒級(jí)鐵品位最高、但粒度更細(xì)，部分鏡鐵礦、鈉閃石等含鐵礦物在細(xì)粒級(jí)中富集，從而降低了其磁性。雖然各個(gè)粒級(jí)樣品磁性存在差異，但從磁性強(qiáng)度指標(biāo)來(lái)看，并不是影響磁選回收的關(guān)鍵因素。各個(gè)粒級(jí)礦物組成及脈石含量可能影響單顆粒的磁選，從而影響分選效果。

圖1 易選礦原礦磁滯回線分析

圖2 難選礦原礦磁滯回線分析

易選礦和難選礦經(jīng)磁選工藝分選后，可獲得相應(yīng)的精礦及尾礦，對(duì)它們分別進(jìn)行磁性質(zhì)檢測(cè)，獲得磁滯回線如3、圖4。結(jié)果顯示均呈現(xiàn)出磁性，磁性順序?yàn)椋壕V>原礦>尾礦，由于原礦本來(lái)就是進(jìn)口的磁選產(chǎn)品，該產(chǎn)品以磁鐵礦為主，含量達(dá)88%以上，因此樣品磁性主要受磁鐵礦含量影響。對(duì)比圖1、圖2、圖3、圖4 可以看出，易選礦和難選礦的磁性質(zhì)差別較小。

圖3 易選礦磁滯回線分析

圖4 難選礦磁滯回線分析

4 典型礦樣掃描電鏡分析

通過(guò)以上典型礦樣物相分析、篩分分析及磁性質(zhì)分析，可以看出易選礦與難選礦性質(zhì)差異不大，還不能從中找到一種直觀、有效、快速的評(píng)價(jià)方法，以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同原礦可選性的預(yù)測(cè)。于是選取易選礦的篩分產(chǎn)品進(jìn)行掃描電鏡分析，進(jìn)一步通過(guò)工藝礦物學(xué)特性研究來(lái)尋找不同粒級(jí)中脈石礦物的分布規(guī)律及賦存狀態(tài)，結(jié)果如圖5、圖6、圖7所示。

圖5 +37 μm粒級(jí)典型顆粒掃描電鏡分析

圖6 20～37 μm粒級(jí)典型顆粒掃描電鏡分析

圖7 -20 μm粒級(jí)典型顆粒掃描電鏡分析

如圖5及大量分析測(cè)試結(jié)果表明，+37 μm 粒級(jí)的粗粒級(jí)中完全單體解離的磁鐵礦顆粒含量較少，部分磁鐵礦顆粒中包裹、夾雜了石英顆粒；在粗顆粒中幾乎沒(méi)有單體解離的石英顆粒，結(jié)合表 3可知，此部分顆粒SiO2含量高達(dá)17%。

粗粒級(jí)(+37 μm)中的礦物組成主要可以分為三類：一是單獨(dú)磁鐵礦顆粒，大顆粒磁性強(qiáng)，在磁場(chǎng)中受力大，弱磁選過(guò)程中幾乎100%回收；二是粗粒級(jí)磁鐵礦顆粒當(dāng)中夾雜、包裹著微細(xì)粒石英，該微細(xì)石英顆粒的存在并不影響粗顆粒的磁性及在磁場(chǎng)中的受力，磁選過(guò)程回收率也較高；三是粗顆粒中磁鐵礦占比較少、石英占比高，此時(shí)粗顆粒整體具備磁性，在磁場(chǎng)中仍然會(huì)受到一定力的作用，從而影響其在磁選場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡而被磁選回收，但石英在此類顆粒中占比超過(guò)一定值時(shí)，常規(guī)磁選將無(wú)法有效回收。

圖6所示，中粒級(jí)(37～20 μm)顆粒中仍然存在大量石英與磁鐵礦緊密共生的情況，結(jié)合表3所示鐵、硅元素分布規(guī)律可知，中粒級(jí)平均鐵品位 TFe 僅為 61%，SiO2含量為 9.2%。

圖7為細(xì)粒級(jí)(-20 μm)典型顆粒的掃描電鏡分析結(jié)果，此粒級(jí) Fe 含量高達(dá) 67.92%。對(duì)此部分礦物顆粒中石英單體解離度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)細(xì)粒級(jí)中以石英單體顆粒形式存在的比例僅為 50%左右，說(shuō)明原礦即使磨細(xì)至 20 μm 以下，仍有大部分磁鐵礦未與脈石分離。此部分顆粒中磁鐵礦含量高，在磁選時(shí)仍可以被選別出來(lái)。

結(jié)合圖5～圖7，典型礦樣已是澳洲某多段“磨選”工藝的磁選產(chǎn)品，磁鐵礦單體解離度已經(jīng)高達(dá) 97%以上，但是主要脈石礦物石英的嵌布粒度細(xì)，大量-20 μm 甚至-10 μm 包裹、半包裹嵌布在磁鐵礦顆粒中；當(dāng)嵌布粒度-10 μm 時(shí)，超過(guò)磨礦下限，即使再磨也無(wú)法實(shí)現(xiàn)這個(gè)粒級(jí)顆粒中鐵、硅礦物的解離。粗粒級(jí)中夾雜、包裹的少量石英會(huì)降低顆粒的整體受力，但對(duì)磁選分離回收的影響較??；細(xì)粒級(jí)尤其是-20 μm 粒級(jí)的顆粒，本身在磁場(chǎng)中受力弱，夾雜石英礦物將顯著影響其在磁場(chǎng)中的作用力大小。

結(jié)合表3，易選礦和難選礦不同粒級(jí)的鐵、硅元素分布率略有不同，總體來(lái)看粗粒級(jí)(+38 μm)鐵低硅高、而細(xì)粒級(jí)(-20 μm)硅高鐵低，其主要原因是礦物硬度和可磨性存在較大差異，石英SiO2莫氏硬度為7.0～7.5，而磁鐵礦莫氏硬度僅為 5.5～6.5，在反復(fù)的磨選過(guò)程中，磁鐵礦更容易被磨細(xì)進(jìn)入細(xì)粒級(jí)、未被磨細(xì)的石英留在了粗粒級(jí)中。

5 工業(yè)可選性評(píng)價(jià)指標(biāo)的建立

綜合圖5～圖7的掃描電鏡分析及表3的篩分分析，可以初步得到以下推斷：一是粗顆粒被選別的可能性更高，但粗顆粒中夾雜的未解離的石英礦物多，是影響磁選精礦 SiO2含量的主要因素；二是細(xì)顆粒中脈石礦物(石英、鈉閃石)等的單體解離度更高、鐵品位也更高，-20 μm 粒級(jí)鐵品位及分布率對(duì)選別精礦的鐵品位影響更為顯著。

20 μm似乎是該典型礦樣磁選性質(zhì)發(fā)生變化的分水嶺，結(jié)合長(zhǎng)期以來(lái)的生產(chǎn)跟蹤，通過(guò)對(duì)磁選工藝指標(biāo)的系列線性擬合，發(fā)現(xiàn)原礦+20 μm粒級(jí)中SiO2分布率決定了磁選精礦中SiO2含量；同時(shí)-20 μm粒級(jí)中TFe含量顯著影響磁選精礦的TFe品位。于是在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，采用20 μm的試驗(yàn)篩將物料進(jìn)行濕式篩分，并化驗(yàn)+20 μm 粒級(jí)中SiO2含量和-20 μm粒級(jí)中TFe品位，通過(guò)相互比對(duì)，即可完成對(duì)實(shí)驗(yàn)樣品可選性的快速預(yù)測(cè)，從而達(dá)到為工業(yè)生產(chǎn)提供理論指導(dǎo)的目的。

6 應(yīng)用實(shí)踐

作為與球團(tuán)配套的選礦工藝，一年多的工業(yè)實(shí)踐表明，該工業(yè)可選性評(píng)價(jià)指標(biāo)的建立，充分起到了對(duì)原礦可選性事先預(yù)測(cè)的作用，正確的指導(dǎo)了選礦的科學(xué)生產(chǎn)，即結(jié)合不同品種球團(tuán)對(duì)選礦產(chǎn)品品質(zhì)的不同要求，選礦根據(jù)原礦可選性的事先預(yù)測(cè)，有針對(duì)性的組織生產(chǎn)，在提升選礦產(chǎn)品綜合性價(jià)比的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了球團(tuán)配礦降本效益的最大化，從而發(fā)揮出了選礦在整個(gè)球團(tuán)配礦降本過(guò)程中的優(yōu)勢(shì)和作用。

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)傳統(tǒng)礦物加工學(xué)的研究方法，結(jié)合生產(chǎn)跟蹤和數(shù)理統(tǒng)計(jì)，初步建立起的工業(yè)可選性評(píng)價(jià)這一創(chuàng)新方法，在工業(yè)實(shí)踐中效果良好，并體現(xiàn)出簡(jiǎn)單、直觀、高效和可操作性強(qiáng)的特點(diǎn)。隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保的要求越來(lái)越高，選礦在球團(tuán)生產(chǎn)中的優(yōu)勢(shì)作用就會(huì)越來(lái)越明顯，因此該創(chuàng)新方法的工業(yè)指導(dǎo)價(jià)值還會(huì)進(jìn)一步凸顯。