羅云波，肖金雄，石云良，謝寶華*

（1.廣州粵有研礦物資源科技有限公司,廣東 廣州 510651；2.稀有金屬分離與綜合利用國家重點試驗室,廣東 廣州 510651；3.廣東省科學院資源利用與稀土開發(fā)研究所,廣東 廣州 510651；4.長沙礦冶研究院有限責任公司,湖南 長沙 410012）

0 引言

鐵礦資源是社會發(fā)展的重要資源，也是鋼鐵行業(yè)的基本材料。隨著鋼鐵工業(yè)的不斷發(fā)展，優(yōu)質(zhì)鐵礦石逐漸枯竭，低品位難選鐵礦石資源逐漸被關注和重視，如何更合理、低成本地開發(fā)利用低品位難選鐵礦石是一個迫切的研究課題。目前，鐵礦石主要采用磁選、磁選-重選、磁選-浮選、磁化焙燒-磁選等選礦方法處理。對于磁鐵礦通常采用單一磁選工藝，赤/褐鐵礦一般采用磁選-浮選、磁選-重選、磁化焙燒-磁選等聯(lián)合工藝[1-7]。

采用預先拋廢和階段磨礦-階段選別的方法，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：①可提高入選品位，提高選礦廠處理能力；②進入后續(xù)選別階段礦量減少，可降低人力、物力和能源的消耗[8-9]。針對青海某鐵礦石鐵品位低，磁鐵礦嵌布粒度細，與脈石礦物關系復雜的特點，筆者在嚴格的選礦試驗研究基礎上，確定采用干拋-階段磨礦-階段磁選的工藝流程回收鐵礦物，以獲取良好的選礦技術指標，為該礦石的可選性提供依據(jù)，同時可為類似鐵礦石的回收提供參考。

1 礦石性質(zhì)

1.1 礦石化學成分

原礦化學多元素分析結果見表1，鐵化學物相分析結果見表2。

表1 原礦化學多元素分析結果Table 1 Results of chemical multi-element analysis of run-of-mine %

表2 鐵化學物相分析結果Table 2 Results of iron chemical phase analysis %

由表1～2 可知，礦石中可供選礦回收的主要有價元素是鐵，品位為13.44%。需要選礦排除的脈石組分主要是SiO2和MgO，二者合計含量達66.71%。礦石中鐵主要以磁鐵礦的形式存在，占總鐵的72.54%。此礦石屬低磷低硫的含鎳低品位原生磁鐵礦礦石。

1.2 礦物組成及含量

經(jīng)鏡下鑒定和X 射線衍射分析，礦石組成礦物種類較為簡單，金屬礦物以磁鐵礦為主，次為磁赤鐵礦（γ-赤鐵礦）和鉻尖晶石，偶見針鎳礦零星分布；脈石礦物主要為蛇紋石，其次是橄欖石、輝石、角閃石和滑石及少量綠泥石。礦石主要礦物含量見表3。

表3 礦石主要礦物的含量Table 3 Main mineral content of ore %

1.3 主要礦物的產(chǎn)出形式

1.3.1 磁鐵礦

磁鐵礦大致以如下三種形式存在：①呈內(nèi)部較為潔凈、結構致密的不規(guī)則團塊狀集合體嵌布在脈石中，局部可被晚期形成的細脈狀脈石穿插交代，團塊粒度通常大于0.5 mm，個別甚至達2.5 mm 左右。②呈局部較為富集的浸染狀與脈石交生，其特征是形態(tài)變化大、粒度粗細不一、分布不均勻、排列雜亂、與脈石之間的接觸界線多為不平直的鋸齒狀或港灣狀，浸染的密集程度可由稠密浸染狀過渡為稀疏-星散浸染狀，而且隨著浸染密度的降低，磁鐵礦不僅分散程度增高，而且粒度亦有變細的趨勢。在稀疏浸染狀發(fā)育的部位，磁鐵礦的體積含量通常在30%以下，局部甚至小于5%而過渡為星散浸染狀。③呈浸染條帶狀或細脈狀沿脈石粒間及解理充填，其中部分與脈石構成微細的網(wǎng)脈狀鑲嵌關系，部分則呈局部較為富集的浸染團塊狀嵌布在脈石中，少數(shù)粒度粗者可至0.2 mm 左右，大多在0.01～0.05 mm。上述三種產(chǎn)出形式的磁鐵礦礦物含量比大致為25∶65∶10。歸納起來，礦石中磁鐵礦的嵌布特征是粒度大多較為細小、形態(tài)極不規(guī)則、分散程度高，與脈石之間的交生關系十分復雜。因此欲從礦石中獲得較高品位的鐵精礦難度較大。

1.3.2 鉻尖晶石

礦石中所有的鉻尖晶石都與磁鐵礦緊密鑲嵌，主要表現(xiàn)在磁鐵礦常呈微細的網(wǎng)脈狀或不規(guī)則狀沿鉻尖晶石裂隙、邊緣充填交代，以致使其粒度發(fā)生細化，隨著交代程度的增強，鉻尖晶石可呈細小的殘余分布在磁鐵礦中。由于與鉻尖晶石交生的磁鐵礦粒度十分細小，加之二者之間的嵌連關系極為復雜，因此即使通過細磨也不可能使它們獲得較充分的解離，結果是弱磁選過程中與磁鐵礦連生的鉻尖晶石也將進入鐵精礦，這也是可能導致弱磁選鐵精礦鐵品位偏低、Cr2O3含量偏高的原因之一。

1.4 磁鐵礦的嵌布粒度

在顯微鏡下對礦石中磁鐵礦的嵌布粒度進行了統(tǒng)計，結果見表4。

表4 磁鐵礦的嵌布粒度結果Table 4 The distribution size of magnetite

由表4 可知，礦石中磁鐵礦具有典型不均勻微細粒嵌布的特點。單純從嵌布粒度來看，欲使礦石中90%以上的磁鐵礦呈單體產(chǎn)出，需要選擇-0.030 mm 的磨礦細度，此時-0.025 mm 約占95%。

2 試驗材料與方法

2.1 試驗原料

試驗礦樣取自青海某低品位鐵礦。

2.2 試驗設備和藥劑

試驗使用的主要設備及型號為：干式弱磁選機（型號DPM500，磁場強度為120 kA/m），弱磁選機（?500×500，磁場強度為0～200 kA/m），脫磁器（DQ-11 型諧合波脫磁器），錐形球磨機（XMQ-?350×160、XMQ-?240×90、XMQ-?150×50），立式超細攪拌磨（9 L），單槽式浮選機（XFD IV0.5 L、0.75 L、1.5 L、3.0 L）等。

試驗使用的主要藥劑：氫氧化鈉（分析純），石灰（工業(yè)品），淀粉（工業(yè)品），RA-715（工業(yè)品，鐵礦陰離子反浮選捕收劑），十二胺（工業(yè)品，鐵礦陽離子反浮選捕收劑）等。

2.3 試驗方法

根據(jù)礦石工藝礦物學研究，礦石中的鐵品位較低，主要鐵礦物是磁鐵礦，磁鐵礦的嵌布粒度極細，需要細磨才能獲得較高品位的鐵精礦。筆者擬采用干拋-階段磨礦-階段磁選或者干拋-階段磨礦-階段磁選與反浮選組合工藝處理該礦樣。破碎至一定粒徑的礦樣首先進行干拋預富集，干拋精礦經(jīng)階段磨礦-階段磁選或經(jīng)階段磨礦-階段磁選與反浮選獲得鐵精礦和各階段尾礦。試驗原則流程見圖1。

圖1 試驗原則流程Fig.1 Test principle flow-chart

3 試驗結果與討論

3.1 干拋試驗

探索粗粒預先拋廢的可行性，可減少入磨量，降低生產(chǎn)成本。采用干拋弱磁選機對破碎至不同粒級（-6 mm 和-12 mm）的原礦進行干拋試驗，試驗流程見圖2，試驗結果見表5。對比不同粒級（-6 mm 和-12 mm）的原礦干拋試驗結果可知，-6 mm 粒級的干拋尾礦產(chǎn)率相對較高，干拋尾礦磁性鐵損失率較低，干拋精礦中全鐵和磁性鐵品位相對較高，回收率相對較高。說明破碎至-6 mm 粒級的預先富集效果較好，適宜的干拋粒級是-6 mm，可拋掉產(chǎn)率21.74%的干拋尾礦。

圖2 干拋試驗流程Fig.2 The flow-chart of dry throw separation test

表5 干拋試驗結果Table 5 Results of dry throw separation test

3.2 階段磨礦-階段弱磁選試驗

階段磨礦-階段弱磁選可減少下一段作業(yè)的入磨量，降低生產(chǎn)成本，同時可減少易磨脈石礦物的過粉碎，從而避免影響有用礦物的選別。

3.2.1 一段磨礦-弱磁選

一段/二段磨礦-弱磁選條件試驗流程見圖3。

圖3 一段/二段磨礦-弱磁選條件試驗流程Fig.3 The condition test flow-chart of the first/second stage grinding and low intensity magnetic separation

1）磨礦細度試驗

在弱磁選粗選和精選磁場強度為96 kA/m 的條件下進行一段磨礦細度條件試驗，試驗結果見圖4。由圖4 可知，隨著磨礦細度的增加，鐵品位逐漸增加，鐵回收率先升高后降低，綜合考慮鐵品位和回收率，適宜的一段磨礦細度為-0.074 mm 占50.14%。

圖4 一段磨礦細度試驗結果Fig.4 Fineness test results of the first stage grinding

2）磁場強度試驗

在一段磨礦細度-0.074 mm 占50.14%的條件下進行弱磁選磁場強度條件試驗，試驗結果見圖5。由圖5 可知，隨著磁場強度的增加，鐵品位逐漸降低，鐵回收率逐漸增加；當磁場強度高于128 kA/m 時，鐵品位下降幅度較大，鐵回收率增加幅度較小。綜合考慮鐵品位和回收率，適宜的一段弱磁選磁場強度為128 kA/m。在一段磨礦-弱磁選適宜的條件下可獲得鐵品位37.94%，對原礦回收率76.95%的鐵粗精礦，一段弱磁尾礦作業(yè)產(chǎn)率67.13%（對原礦產(chǎn)率51.01%）。通過一段磨礦-弱磁選可大幅度減少二段磨礦的入磨量。

圖5 一段磁場強度試驗結果Fig.5 Results of the first stage magnetic field strength test

3.2.2 二段磨礦-弱磁選

二段磨礦-弱磁選條件試驗流程見圖3。

1）磨礦細度試驗

在弱磁選粗選和精選磁場強度為96 kA/m 的條件下進行二段磨礦細度條件試驗，試驗結果見圖6。由圖6 可知，隨著磨礦細度的增加，鐵品位逐漸增加，鐵回收率逐漸降低；當二段磨礦細度-0.074 mm 含量高于89.62%時，鐵品位增加幅度較小，鐵回收率降低幅度較大。綜合考慮鐵品位和回收率，適宜的二段磨礦細度為-0.074 mm 占89.62%。

圖6 二段磨礦細度試驗結果Fig.6 Fineness test results of the second stage grinding

2）磁場強度試驗

在二段磨礦細度-0.074 mm 占89.62%的條件下進行弱磁選磁場強度條件試驗，試驗結果見圖7。由圖7 可知，隨著磁場強度的增加，鐵品位逐漸降低，鐵回收率逐漸增加；當磁場強度高于96 kA/m 時，鐵回收率增加緩慢。綜合考慮鐵品位和回收率，適宜的二段弱磁選磁場強度為96 kA/m。

圖7 二段磁場強度試驗結果Fig.7 Results of the second stage magnetic field strength test

3.2.3 三段磨礦-弱磁選

隨著磨礦產(chǎn)品粒度變細，磁選過程中的機械夾雜和磁團聚現(xiàn)象比較嚴重，因此，在后續(xù)的磁選過程中，磁選精礦產(chǎn)品均經(jīng)過脫磁后再進行下一步作業(yè)[10]。三段/四段磨礦-弱磁選條件試驗流程見圖8。

圖8 三段/四段磨礦-弱磁選條件試驗流程Fig.8 The conditiontest flow-chart of the third/fourth stage grinding-low intensity magnetic separation

1）磨礦細度試驗

在弱磁選粗選和精選磁場強度為96 kA/m 的條件下進行三段磨礦細度條件試驗，試驗結果見圖9。由圖9 可知，隨著磨礦細度的增加，鐵品位逐漸增加，鐵回收率逐漸降低；當三段磨礦細度-0.038 mm 含量高于92.46%時，鐵回收率降低幅度較大。綜合考慮鐵品位和回收率，適宜的三段磨礦細度為-0.038 mm 占92.46%。

圖9 三段磨礦細度試驗結果Fig.9 Fineness test results of the third stage grinding

2）磁場強度試驗

在三段磨礦細度-0.038 mm 占92.46%的條件下進行弱磁選磁場強度條件試驗，試驗結果見圖10。由圖10 可知，隨著磁場強度的增加，鐵品位逐漸降低，鐵回收率逐漸增加；當磁場強度高于96 kA/m 時，鐵回收率增加緩慢。綜合考慮鐵品位和回收率，適宜的三段弱磁選磁場強度為96 kA/m。

圖10 三段磁場強度試驗結果Fig.10 Results of the third magnetic field strength test

3.2.4 四段磨礦-弱磁選

四段磨礦-弱磁選條件試驗流程見圖8。

1）磨礦細度試驗

在弱磁選粗選和精選磁場強度為96 kA/m 的條件下進行四段磨礦細度條件試驗，試驗結果見圖11。由圖11 可知，隨著磨礦細度的增加，鐵品位逐漸增加，鐵回收率逐漸降低；當四段磨礦細度-0.025 mm 含量高于95.15%時，鐵回收率降低幅度較大。綜合考慮鐵品位和回收率，適宜的四段磨礦細度為-0.025 mm 占95.15%。當四段磨礦細度達到-0.025 占98.49%時，鐵精礦品位只有64.61%，說明通過磨礦-弱磁選很難獲得鐵品位≥65%的鐵精礦。

圖11 四段磨礦細度試驗結果Fig.11 Fineness test results of the fourth stage grinding

2）磁場強度試驗

在四段磨礦細度-0.025 mm 占95.15%的條件下進行弱磁選磁場強度條件試驗，試驗結果見圖12。由圖12 可知，隨著磁場強度的增加，鐵品位逐漸降低，鐵回收率逐漸增加；當磁場強度高于96 kA/m 時，鐵回收率增加緩慢。綜合考慮鐵品位和回收率，適宜的四段弱磁選磁場強度為96 kA/m。

圖12 四段磁場強度試驗結果Fig.12 Results of the fourth magnetic field strength test

3.3 反浮選試驗

為了探索獲得鐵品位≥65%的鐵精礦的可行性，對四段磨礦-弱磁選獲得的鐵精礦進行反浮選探索試驗研究。分別采用陰離子和陽離子捕收劑進行反浮選探索試驗。在氫氧化鈉500 g/t，石灰300 g/t，淀粉600 g/t 的條件下，進行陰離子捕收劑RA-715用量反浮選探索試驗；在氫氧化鈉500 g/t 的條件下，進行陽離子捕收劑十二胺用量反浮選探索試驗。反浮選探索試驗結果見表6。由表6 可知，通過反浮選流程浮選精礦的鐵品位有所提高，但無論是采用陰離子還是陽離子反浮選試驗流程，都未能獲得鐵品位≥65%的鐵精礦。在捕收劑用量較大時，浮選精礦品位相對較高，但回收率較低，說明反浮選的分選效果不佳，因此不采用反浮選作業(yè)。

表6 反浮選探索試驗結果Table 6 Reverse flotation test results

3.4 四段鐵精礦產(chǎn)品檢查分析

為了查明鐵精礦很難提高到65%的原因，對四段鐵精礦產(chǎn)品進行多元素、解離度及鏡下檢查分析。四段鐵精礦的化學多元素分析結果見表7。四段鐵精礦中磁鐵礦的解離度見表8。四段鐵精礦鏡下照片見圖13。

圖13 微脈狀磁鐵礦（M，棕灰白色）與鉻尖晶石嵌連構成鐵的極貧連生體Fig.13 Microvein magnetite (M,brown gray white) intercalated with chromium spinel to form an extremely poor synthetical body of iron

表7 四段鐵精礦的化學多元素分析結果Table 7 Results of chemical multielement analysis of iron concentrate of the fourth stage %

表8 四段鐵精礦中磁鐵礦的解離度Table 8 Dissociation degree of magnetite in the fourth stage iron concentrate %

由表7～8 結果可知，四段鐵精礦中鐵含量為64.10%，Cr、Ni 含量分別為1.02%和0.78%，MgO、SiO2含量分別為3.23%、3.50%，其他元素含量較低。四段鐵精礦中磁鐵礦的單體解離度為94.5%。

由圖13 鏡下檢查表明，四段鐵精礦中鐵礦物為磁鐵礦，其粒度多在0.02 mm 以下，大部分呈單體產(chǎn)出者，其余部分主要呈鐵的貧連生體產(chǎn)出，連生礦物以脈石居多，次為鉻尖晶石。這是影響鐵精礦品位難以進一步提高的主要原因。

3.5 全流程試驗結果

采用干拋-階段磨礦-階段磁選工藝流程處理該礦石，在最佳工藝參數(shù)下最終獲得的選礦指標見表9。全流程獲得產(chǎn)率14.77%，含TFe 64.10%，TFe回收率為70.45%的鐵精礦，較好地實現(xiàn)了該低品位難選鐵礦的回收。

表9 全流程試驗結果Table 9 Test results of the whole process %

4 結論

1）礦石屬低磷低硫的含鎳低品位原生磁鐵礦礦石。礦石的組成礦物較為簡單，金屬礦物主要為磁鐵礦，其次是磁赤鐵礦和鉻尖晶石；脈石礦物以蛇紋石為主，其次為橄欖石、角閃石、輝石和滑石等。

2）礦石中磁鐵礦的粒度極不均勻、形態(tài)不規(guī)則且嵌布粒度細，與脈石礦物關系復雜，常呈浸染狀與脈石及鉻尖晶石構成十分復雜的嵌布關系，因此必需通過細磨才能獲得較高品位的鐵精礦。

3）原礦全鐵品位為13.44%，對該礦樣進行了干拋-階段磨礦-階段弱磁選工藝試驗研究，在粗粒干拋條件下，可以拋掉占原礦總產(chǎn)率21.74%的尾礦；在一段粗磨條件下，可以拋掉占原礦總產(chǎn)率51.01%的尾礦，大大降低了后續(xù)磨礦作業(yè)的入磨量。在最終磨礦細度-0.025 mm 占95.15%，獲得含TFe 64.10%，TFe 回收率為70.45%的鐵精礦，較好地實現(xiàn)了該低品位難選鐵礦的回收。

4）在磨礦細度-0.025 mm 占95.15%時，鐵精礦中仍有部分呈鐵的貧連生體產(chǎn)出的磁鐵礦，連生礦物以脈石居多，其次為鉻尖晶石。在保證鐵回收率不大幅度降低的情況下，采用進一步細磨或反浮選作業(yè)，鐵精礦品位仍很難進一步提高。