酒鋼粉礦強磁工藝優化試驗研究①

張 濤， 陳鐵軍， 展仁禮， 陳 興

（1.武漢科技大學 資源與環境工程學院，湖北 武漢 430081； 2.冶金礦產資源高效利用與造塊湖北省重點實驗室，湖北 武漢 430081； 3.酒泉鋼鐵集團公司 資源綜合利用研究所，甘肅 嘉峪關 735100）

酒鋼選礦廠主要處理鏡鐵山樺樹溝和黑溝鐵礦石，礦石中鐵礦物主要有鏡鐵礦、鎂菱鐵礦和褐鐵礦，極少量磁鐵礦、黃鐵礦，該礦石礦物組成復雜，嵌布粒度較細，且粗細不均，屬難選礦石。 生產中采用豎爐焙燒-磁選工藝處理15 ～100 mm 塊礦，采用強磁選工藝處理0～15 mm 粉礦。 選礦廠不斷總結和積累經驗，對生產工藝流程及設備進行多次改進和改造，生產指標取得了長足進步，但仍然存在部分有待提高的地方。目前，從選別指標看，采用強磁選工藝處理0 ～15 mm粉礦，存在鐵精礦品位低（45.50%）、金屬回收率低（65.70%）、尾礦品位高（24.50%）的問題［1］；采用磁化焙燒法將順磁性赤鐵礦還原為鐵磁性磁鐵礦，從而通過濕式低強度磁選實現回收，磁化焙燒所需溫度700～900 ℃，直接還原所需溫度大于1 000 ℃，采用磁化焙燒存在環保壓力大、成本高等問題。 鐵精礦質量不高一直影響著高爐的冶煉系數和焦化，回收率低導致資源未能得到充分利用，成為制約酒鋼發展的重要因素［2-4］。

導致酒鋼粉礦選別指標不理想的主要原因有：鏡鐵礦中存在嵌布粒度細微的鐵礦物，要實現這部分鐵礦物與脈石礦物解離就必須細磨，酒鋼現有強磁選工藝為一段球磨-磁選，易出現磨礦不足或過磨現象，即粒度分布“兩端多，中間少”，這就導致磁選精礦粒度較粗，鐵礦物與脈石礦物未能有效解離，精礦鐵品位較低；而過磨部分鐵礦物入選粒度低于強磁選機回收粒度下限［5］，大量微細粒級（－45 μm）鐵礦物進入尾礦，該部分尾礦沒有較好的回收方式，導致大量金屬流失。本文針對酒鋼粉礦現有流程存在的問題，通過預選拋尾、優化磨選流程以及尾礦選擇性絮凝磁種磁化磁選對酒鋼鏡鐵礦進行強化回收磁選試驗，并分析了尾礦選擇性絮凝磁種磁化的機理，可為實現酒鋼粉礦無焙燒、高質量選別提供參考。

1 原礦性質

酒鋼鏡鐵礦屬于鐵含量較低、硅含量較高的低品位貧礦，主要鐵礦物為赤鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦及少量磁鐵礦，主要脈石礦物為石英、白云石、重晶石等，且鐵主要以赤褐鐵礦形式存在，其次為碳酸鐵，屬于典型的弱磁性氧化鐵礦。 酒鋼鏡鐵礦化學成分分析結果見表1，原礦鐵物相分析結果見表2。

表1 原礦化學多元素分析結果（質量分數） %

表2 原礦鐵物相分析結果

2 試驗方法及試驗試劑

0～15 mm 粉礦經高壓輥磨后礦樣整體粗細均勻。高壓輥磨樣經篩分，0 ～3 mm 粉礦用于預選拋尾試驗，預選粗精礦球磨至－74 μm 粒級占81%后進行一粗一掃中強磁預提精試驗，預提精精礦用不同磨礦設備磨至－45 μm 粒級占90%后進行一粗兩掃磁選，試驗流程如圖1～2 所示。

圖1 0～15 mm 粉礦預選拋尾流程

試驗所用六偏磷酸鈉（國藥集團化學試劑有限公司生產，質量分數不低于95.0%）、油酸鈉（天津市光復精細化工研究所）、Fe3O4磁種（天津市大茂化學試劑廠，TFe 含量62%～70%）均為分析純試劑；苛性淀粉為實驗室自制：在500 mL 去離子水中加入2.5 g 玉米淀粉和0.25 g NaOH，控制攪拌轉速250 r／min，用水浴鍋加熱至95 ℃，邊加熱邊攪拌1 h，從水浴鍋中取出繼續攪拌冷卻至室溫，備用。

3 試驗結果與分析

3.1 0～15 mm 粉礦預選拋尾試驗

按圖1 所示流程，將制備好的0 ～3 mm 粉礦在磁場強度800 kA／m 和1 040 kA／m 條件下進行一粗一掃磁選拋尾，可獲得TFe 品位39.79%、回收率90.56%的綜合精礦，拋尾TFe 品位10.42%。 預選拋尾在提高入磨品位的同時，拋除了部分低品位尾礦，減少了后續磨礦的入磨量，磨礦能耗降低。

3.2 0～3 mm 拋尾精礦中強磁選預提精試驗

按圖2 所示流程，將圖1 所得拋尾精礦細磨至－74 μm粒級占81%后，在640 kA／m 和960 kA／m 條件下進行一粗一掃中強磁選預提精，獲得了TFe 品位45.62%、回收率85.61%的粗精礦。 粗精礦仍存在品位過低的問題，這是因為酒鋼鏡鐵礦礦石中脈石礦物碧玉及千枚巖中有“云霧狀”嵌布的少量鐵礦物，該部分脈石比磁化系數較高，磁選過程中進入精礦，降低了精礦鐵品位。 后續對該粗精礦進行再磨再磁選處理。

圖2 0～3 mm 拋尾精礦再磨再選流程

3.3 粗精礦再磨再磁選試驗

原礦中褐鐵礦含量較高，易發生過磨現象，按圖2所示流程，使用HLXMQ-240×90 錐形球磨機和JM-260型塔磨機進行二段磨礦，將粗精礦分別磨至－45 μm 粒級占90%后，在480 kA／m 和640 kA／m 條件下進行一粗一掃磁選試驗，結果見表3。 結果表明，塔磨-磁選和球磨-磁選最終精礦鐵品位分別為50.59%和50.48%，精礦回收率分別為66.76%和61.44%，說明塔磨效果更好。

表3 粗精礦再磨再磁選試驗結果

對球磨和塔磨產品進行了粒度分析，結果見表4。結果表明，塔磨處理后－38 μm 微細粒級占比較球磨降低了8.16 個百分點，可以減輕過磨、提升后續磁選回收率。

表4 磨礦產品粒度分布情況

粗精礦經二段磨礦、一粗一掃磁選后尾礦TFe 品位仍高達34.93%，后續增加一段掃選，使用HDM-1030 型高效脫雜（滾筒式）磁選機對該尾礦進行二段掃選，在磁場強度480 kA／m 條件下，可獲得TFe 品位47.76%、回收率47.96%的精礦，尾礦品位降至26.68%。

對二段磨選作業所得尾礦進行了粒度分析及金屬分布情況統計，結果見表5。 由表5 可知，一段磨選尾礦（圖2 中尾礦2）－45 μm 粒級含量82.66%，金屬分布率高達91.77%，二段磨選尾礦（圖2 中尾礦3）－38 μm 粒級含量80.50%，金屬分布率高達93.97%，粒度越細，鐵品位越高，鐵主要損失在細粒級中。 有必要對該部分尾礦進行進一步回收。

表5 磨選流程尾礦中金屬分布情況

3.4 尾礦選擇性絮凝磁種磁化磁選

一段磨選尾礦（尾礦2）和二段磨選尾礦（尾礦3）TFe 品位分別為22.60%和26.68%，對該部分微細粒級尾礦分別進行選擇性絮凝磁種磁化磁選條件試驗，結果見表6。

表6 磨選流程尾礦不同磁選方式試驗結果

尾礦2 選擇性絮凝磁種磁化磁選的適宜條件為：礦漿濃度15%、六偏磷酸鈉用量100 mg／L、油酸鈉用量80 mg／L、苛性淀粉用量300 mg／L、Fe3O4磁種用量3%，充分攪拌均勻后在磁場強度320 kA／m 條件下磁選，最終可得到TFe 品位38.89%、回收率68.73%的精礦；尾礦2 直接磁選可獲得TFe 品位40.96%、回收率4.89%的精礦。 選擇性絮凝磁種磁化磁選比直接磁選精礦品位降低了2.07 個百分點，回收率提高了63.84個百分點。

尾礦3 選擇性絮凝磁種磁化磁選的適宜條件為：礦漿濃度15%、六偏磷酸鈉用量100 mg／L、油酸鈉用量80 mg／L、苛性淀粉用量200 mg／L、Fe3O4磁種用量2.5%，充分攪拌均勻后在磁場強度320 kA／m 條件下磁選，最終可得到TFe 品位44.27%、回收率59.63%的精礦；尾礦3 直接磁選可獲得TFe 品位46.32%、回收率16.81%的精礦。 選擇性絮凝磁種磁化磁選比直接磁選精礦品位降低了2.05 個百分點，回收率提高了42.82個百分點。

3.5 0～3 mm 粉礦磨選全流程試驗

0～3 mm 粉礦磨選全流程試驗數質量流程見圖3。0～3 mm 粉礦經中強磁選預提精、尾礦選擇性絮凝磁種磁化磁選，最終可獲得TFe 品位48.29%、回收率91.54%的精礦，尾礦TFe 品位13.70%。

圖3 0～3 mm 粉礦磨選全流程數質量流程

4 選擇性絮凝磁種磁化機理分析

4.1 掃描電子顯微鏡分析

為了更清晰地說明和解釋苛性淀粉對微細粒弱磁性氧化礦的磁選影響，將直接磁選和選擇性絮凝磁種磁化磁選精礦進行掃描電鏡分析，結果見圖4。 從圖4可以看出，直接磁選精礦顆粒表面較為光滑，各顆粒分散，未有絮團形成；加入苛性淀粉后，磁選精礦中的鐵礦物形成的絮體具有較大的表觀尺寸，淀粉高分子的架橋作用使得微細粒弱磁性礦物與磁種聚集形成較大絮團，磁種的吸附增強了絮團磁性，絮團較大的表觀體積使其在磁場中更易于被捕集［6-7］，從而提高了微細粒鐵礦物的回收率。

圖4 磁選精礦掃描電鏡圖像

4.2 紅外光譜分析

絮凝劑在有價礦物表面的選擇性吸附是實現聚合物絮凝分離的關鍵。 為更好地了解苛性淀粉在礦物表面的作用機理，對原礦和磁種磁化磁選精礦進行了紅外光譜檢測，結果見圖5。

圖5 原礦及磁種磁化磁選精礦紅外光譜圖

從圖5 可觀察到，苛性淀粉在3 344.40 cm－1處為氫鍵拉伸振動吸收峰，1 639.45 cm－1處對應羰基C O伸縮振動吸收峰；原礦1 082.01 cm－1處為Fe—O 鍵彎曲振動吸收峰，531.59 cm－1處為Fe—O 鍵拉伸振動吸收峰［8］；磁選精礦在3 421.07 cm－1處新增了苛性淀粉O—H 伸縮振動吸收峰，且峰發生偏移，可能是由于氫鍵作用，1 082.01 cm－1和531.59 cm－1處吸收峰分別移到1 081.34 cm－1與538.20 cm－1處，表明礦物表面苛性淀粉的氫鍵減弱了Fe—O 鍵的振動［9］，Fe—O 鍵參與吸附作用，且以化學吸附為主［10］。

5 結 論

1） 酒鋼鏡鐵礦主要鐵礦物為赤鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦及少量磁鐵礦，鐵主要分布于赤褐鐵礦中；預選拋尾能拋除鐵品位10.42%的尾礦，減少后續磨選流程的處理量，磨選原礦鐵品位由31.43%提高至39.79%；二段磨礦引入塔磨能有效降低過磨現象，磁選精礦回收率提高了5.32 個百分點。

2） 0～15 mm 原礦經預選拋尾、兩段磨選、尾礦選擇性絮凝磁種磁化磁選后，最終獲得了TFe 品位48.29%、回收率82.90%（作業回收率91.54%）的鐵精礦，尾礦TFe 品位13.70%。

3） 掃描電鏡和傅里葉紅外光譜檢測結果表明，苛性淀粉能選擇性吸附在赤褐鐵礦表面，在磁種與弱磁性礦物間形成架橋，絮團體積增大的同時磁性也逐漸增強，使微細粒礦物在較弱的磁場中也能被回收。