鞍鋼弓長嶺選廠反浮選原料物相分析及難選原因

姜永良，付泳賀，李 洋，索明名，姜效軍

(遼寧科技大學礦業工程學院，遼寧 鞍山 114051)

我國鐵礦資源總量位居世界第三，但豐而不富，可直接利用的鐵礦資源較少[1]。鞍鋼弓長嶺選廠處理的礦石為典型的鞍山式貧赤鐵礦石，礦石中鐵礦物以磁鐵礦和赤鐵礦為主，部分為假象赤鐵礦和半假象赤鐵礦[2]，總體品位較低，多以貧礦為主，伴生礦物多，脈石分布均勻而致密，絕大部分由石英組成，礦石類型復雜，浮選溫度高達45～50 ℃，選礦困難。赤鐵礦浮選大多采用脂肪酸類捕收劑，浮選效果較好[3]。菱鐵礦的含量和嵌布粒度會為浮選帶來困難[4]。陽離子反浮選有選擇性高、耐低溫等優點，但其成本較高，起泡量大、難消泡、過濾困難。而陰離子反浮選技術通過加入特殊的酯類表面活性劑使其具有高效的選分效果，姜效軍等[5-6]通過加入表面活性劑Tween-1.3來增加脂肪酸鈉臨界膠束濃度，提升捕收劑的捕收能力，齊大山選廠和弓長嶺選廠的赤鐵礦都屬于鞍山式鐵礦，品位接近，磨礦粒度接近，反浮選工藝相同，齊大山選廠赤鐵礦易選，浮選溫度為20～30 ℃時浮選指標好。而弓長嶺選廠赤鐵礦20～30 ℃浮選鐵礦和脈石難分離，45～50 ℃才能達到指標要求，針對這一問題，本文采用德國ZEISS Sigma500掃描電鏡和礦物自動分析系統(AMICS)對弓長嶺選廠和齊大山選廠反浮選原料進行對比分析，通過礦物全分析并進行連生和包夾的定量分析找出難選原因，為弓長嶺這類難選鐵礦解決浮選溫度高、耗能大的難題奠定基礎。

1 實驗部分

1.1 儀器與材料

儀器設備:德國蔡司ZEISS Sigma500掃描電子顯微鏡和礦物自動分析系統(AMICS)；遼寧儀表研究所有限責任公司生產的LIRI電子顯微成像分析系統；德國布魯克生產的X射線衍射儀(D8 Advancet XRD)；丹東百特儀器有限公司生產的BT-9300S激光粒度分析儀；長沙順澤礦冶機械制造有限公司生產的XFD-Ⅲ變頻調速單槽浮選機。

試樣：礦樣取自2018年5月2號鞍鋼弓長嶺選廠，強磁和弱磁混磁精為反浮選原料，全鐵品位為46.80%，粒度-0.074 mm占88%，-0.043 mm占68%，Fe元素主要分布于磁鐵礦、赤鐵礦、綠泥石和菱鐵礦中。

1.2 操作

1.2.1 AMICS測試樣品制備

1) 分別取混合均勻的弓長嶺選廠鐵礦樣和齊大山選廠鐵礦樣5 g，用環氧樹脂和三乙醇胺110 ℃烘4 h固化。

2) 研磨拋光樣品面50 min。

3) 測試前做噴金處理，將樣品置于離子濺射儀中，在拋光面鍍金膜，控制電流為6～8 mA,抽真空至66.66 Pa，1 min后電鏡掃描。

1.2.2 浮選

稱200 g礦樣，加水至刻度線，打開攪拌和溫控開關，設定葉輪轉速1 800 r/min，依次間隔3 min加入濃度均為2.5%的NaOH溶液6 mL,淀粉溶液5 mL，CaO溶液5 mL，粗選捕收劑3.2 mL，精選捕收劑0.8 mL，3 min后打開充氣和刮板開關，開始浮選，粗選浮選時間3 min，精選時間2 min。

2 結果與討論

2.1 弓長嶺選廠反浮選原料粒度分析

利用BT-9300S激光粒度分析儀測定弓長嶺選廠反復選原料的粒度分布，見圖1。

由圖1可知，弓長嶺選廠反浮選原料粒度-0.074 mm約占88%，-0.043 mm約占68%，其中粒度在-0.005 mm占10%，0.1 mm的約占5%，達到赤鐵礦常規浮選要求。

圖1 弓長嶺選廠反浮選原料粒度分析圖Fig.1 Particle size analysis of flotation feed

2.2 弓長嶺選廠反浮選原料XRD分析和形貌分析

采用X射線衍射儀對弓長嶺選廠反浮選原料進行掃面分析，如圖2所示。主體有用礦物為Fe3O4,少量為Fe2O3,主要脈石礦物為SiO2,其中Fe占27.89%，O占44.74%，Si占17.82%。采用光學顯微鏡觀察試樣的微觀形貌，圖3為將試樣物鏡放大10倍的顯微圖像，圖中A是鐵礦石，B是脈石礦物SiO2，C是二者連生體。由圖3可知，脈石礦物嵌布復雜，粒度分布不均勻，與鐵礦的連生體較多，但難以給出定量數據。粒度細到在-0.074 mm占88%，-0.043 mm占68%的情況下仍不能達到完全單體解離。

圖2 弓長嶺選廠反浮選原料XRD分析Fig.2 XRD analysis of flotation feed

2.3 弓長嶺選廠反浮選原料AMICS全分析

AMICS電鏡掃瞄得到礦粉全景圖，見圖4(a)。

圖3 弓長嶺選廠反浮選原料物鏡10倍顯微鏡形貌Fig.3 Flotation feed objective lens 10 times microscope morphology

圖4 反浮選原料AMICS全分析Fig.4 AMICS analysis of flotation feed

如圖4(a)所示，弓長嶺選廠反浮選原料中礦物主要有15種，金屬礦物主要是磁鐵礦，其次是赤鐵礦和菱鐵礦。脈石礦物中以石英為主，其次有角閃石、綠泥石等，各個礦物的質量百分比、面積百分比、顆粒數及礦物相數見表1。圖4(b)和圖4(c)分別是菱鐵礦在弓長嶺選廠和齊大山選廠反浮選原料中的嵌布圖，弓長嶺選廠反浮選原料中菱鐵礦主要與磁鐵礦、角閃石和石英連生，其次為赤鐵礦綠泥石和碳酸鹽等。同齊大山選廠反浮選原料對比發現，弓長嶺選廠反浮選原料中菱鐵礦與角閃石連生現象嚴重，而菱鐵礦本身嵌布粒度又細，嚴重的鑲嵌和包夾不完全單體解離影響精礦品位或金屬回收率，若完全單體解離，會產生巨大的表面積和表面能，吸附能力增強，選擇性變差，產生機械夾雜和泡沫夾雜影響浮選指標，同時過磨的綠泥石、碳酸鹽礦物顆粒導致泥化現象明顯，使常溫浮選更為困難。

表1 弓長嶺選廠反浮選原料組成全分析Table 1 Components and content analysis of Gongchangling beneficiation plant flotation feed

由表1和表2對比發現，弓長嶺選廠反浮選原料和齊大山選廠反浮選原料中菱鐵礦含量分別為1.34%、0.66%；綠泥石的含量分別為1.52%、0.49%；弓長嶺選廠反浮選原料中菱鐵礦顆粒數10 111，齊大山選廠反浮選原料中菱鐵礦顆粒數181，弓長嶺選廠反浮選原料中菱鐵礦顆粒數是齊大山選廠55倍；弓長嶺選廠反浮選原料中綠泥石連生礦物是齊大山選廠的3倍，顆粒數是13倍，綠泥石顆粒細、泥化現象嚴重。

表2 齊大山選廠反浮選原料組成全分析Table 2 Components and content analysis of Qidashan beneficiation plant flotation feed

菱鐵礦和綠泥石的含量偏高，嵌布粒度細，細粒附著在石英的表面，導致石英表面的靜電力減弱，阻礙待浮礦物SiO2表面的CaOH+與油酸陰離子發生締合吸附，必須升高溫度才能分離[7]。

2.4 菱鐵礦粒度分析

圖5是由自動全分析系統(AMICS)軟件對樣品中菱鐵礦粒度分析數據繪制而成，該軟件能對樣品礦物中所包含各種礦物的組成、含量、粒度、連生關系、包裹關系、單體解離度、嵌布特征和元素在各礦物中的配占比、樣品中所含元素質量百分比等多參數進行系統分析定量測定。

圖5顯示，弓長嶺反浮選原料中菱鐵礦-0.0374 mm的含量占76.48%，-0.074 mm含量100%，嵌布粒度細，微粒易于黏著在粗粒表面形成礦泥罩蓋，吸附選擇性差。微粒與氣泡的作用，使氣泡對礦粒的捕獲率下降，產生氣泡的礦泥“裝甲”，影響氣泡的運載量。這些導致回收率降低、浮選指標明顯惡化。

2.5 礦物的嵌布與包裹特征

由表3和表4對比發現，弓長嶺選廠反浮選原料中磁鐵礦與菱鐵礦的連生系數為33.35，齊大山選廠反浮選原料中磁鐵礦與菱鐵礦的連生系數為15.51，弓長嶺選廠鐵礦中磁鐵礦與菱鐵礦連生體較多，而菱鐵礦又是弓長嶺選廠難選主要原因之一，進一步導致弓長嶺選廠鐵礦的難選。

圖5 弓長嶺選廠反浮選原料中菱鐵礦粒度Fig.5 Siderite particle size in Gongchangling beneficiation plant flotation feed

表3 弓長嶺選廠反浮選原料各礦物連生體定量關系Table 3 Components intergrowth quantify relation of Gongchangling beneficiation plant flotation feed

礦物名稱磁鐵礦赤鐵礦菱鐵礦石英角閃石綠泥石自由表面積磁鐵礦00.591.112.610.870.2191.80赤鐵礦24.7800.805.021.740.4363.04菱鐵礦33.350.5801.822.960.5157.97石英5.120.240.1200.770.3790.23角閃石9.150.441.044.1301.0379.39綠泥石7.300.350.586.473.35077.27

表4 齊大山選廠反浮選原料各礦物連生體定量關系Table 4 Components intergrowth quantify relation of Qidashan beneficiation plant flotation feed

表5和表6為主要鐵礦物的包裹關系，弓長嶺選廠反浮選原料中菱鐵礦的單體百分比為4.91%，齊大山選廠反浮選原料中菱鐵礦的單體百分比為13.43%，對比進一步說明弓長嶺選廠反浮選原料中菱鐵礦伴生現象嚴重。

2.6 弓長嶺選廠捕收劑在不同溫度浮選效果

弓長嶺存儲現場捕收劑采用工業油酸，酸值180 mgKOH/g，碘值85 mg/g，凝點16 ℃，氫氧化鈉1 260 g/t，淀粉760 g/t，氧化鈣620 g/t，捕收劑560 g/t給礦，初選pH=11.4～11.8，在高溫和常溫條件下浮選，結果見表7。

表5 弓長嶺選廠反浮選原料主要鐵礦物包裹關系Table 5 Main iron mineral inclusions of Gongchangling beneficiation plant flotation feed

表6 齊大山選廠反浮選原料主要鐵礦物包裹關系Table 6 Main iron mineral inclusions of Qidashan beneficiation plant flotation feed

表7 不同溫度開路浮選效果Table 7 Flotation results at different temperatures

由表7可知，弓長嶺選廠現場捕收劑工業油酸，礦漿溫度降低到33 ℃，浮選精礦品位為64.24%，與68%的全鐵品位指標要求相差較大，因為現場油酸捕收劑對溫度比較敏感，只有加溫到接近50 ℃，或加入一種能阻化脂肪酸鈉膠束的表面活性劑，才能基本解除細泥的吸附與包裹，打開脂肪酸納膠束結構，長鏈舒展，實現正負電荷的締合而上浮[8]。在相同條件下，同為鞍山式赤鐵礦的齊大山選廠的反浮選原料，在品位為41.52%上述條件下，使用油酸一粗一精開路26 ℃浮選精礦品位68.42%，精礦回收率為72.6%。弓長嶺選廠的反浮選原料在33 ℃條件下，用齊大山選廠的捕收劑浮選精礦全鐵品位為62.35%，不能滿足生產要求。電鏡掃描分析弓長嶺選廠反浮選原料，發現菱鐵礦含量為1.34%和綠泥石含量為1.52%，較高，嵌布粒度細，菱鐵礦-0.0374 mm的含量占76.48%，-0.074 mm含量100%，為今后根據難選鞍山式赤鐵礦的組成結構，研制與之相對應的常溫捕收劑提供基礎。

3 結 論

1) 弓長嶺選廠反浮選原料中菱鐵礦含量1.34%、綠泥石的含量1.52%，菱鐵礦的嵌布粒度細，泥化現象嚴重，是礦漿溫度高，浮選分離困難的關鍵原因。

2) 弓長嶺選廠反浮選原料中主要礦物磁鐵礦與菱鐵礦連生定量33.35%，與赤鐵礦連生定量24.78%，完全單體解離困難，嵌布粒度細，包夾雜嚴重，是此類礦物難選的另一原因。