菱鐵礦含量對鐵礦石浮選指標的影響研究

智 慧 施建軍 杜艷清 余 瑩 董振海 劉劍軍

(1.鞍鋼集團北京研究院有限公司,北京 102200;2.鞍鋼集團礦業有限公司,遼寧 鞍山 114001;3.鞍鋼集團礦業弓長嶺有限公司選礦分公司,遼寧 遼陽 111000)

含菱鐵礦的鐵礦石在磨礦過程中,菱鐵礦極易泥 化[1-4],產生大量粒度小于15 μm 的微細粒礦泥。 微細粒礦泥質量輕、比表面積大,在礦物表面的罩蓋極大地降低了藥劑的選擇性[5],對礦物浮選產生嚴重的交互影響[6-7]。 研究表明,浮選過程中微細粒菱鐵礦在赤鐵礦和石英顆粒表面的吸附罩蓋是二者無法浮選分離的根本原因[8-9]。 菱鐵礦的存在常常導致鐵礦石選廠選礦指標不理想,嚴重影響資源的高效回收和企業效益[10]。

蔡立政等[11]利用超聲處理技術改善菱鐵礦對赤鐵礦浮選體系的影響,結果表明,適宜的超聲處理可以減弱微細粒菱鐵礦對其他礦物的罩蓋,有利于礦物的分離。 姚金等[12]研究了分散劑對正浮選菱鐵礦的影響,結果表明,分散劑檸檬酸的添加有利于促進礦漿分散,提高浮選指標。 張兆元等[13]研究了東鞍山鐵礦石中菱鐵礦對反浮選指標的影響,結果表明,淀粉對微細粒菱鐵礦抑制作用較弱,微細粒菱鐵礦在石英和赤鐵礦表面的罩蓋是東鞍山鐵礦石反浮選困難的主要原因。 李麗匣等[14]研究了菱鐵礦對假象赤鐵礦與石英混合礦浮選行為的影響,結果表明,少量菱鐵礦的加入會嚴重影響浮選指標,消除微細粒菱鐵礦對浮選的影響是實現含菱鐵礦鐵礦石有效浮選的重要手段。 張明[15]研究表明,當礦石中菱鐵礦含量超過2.7%時,會導致浮選精礦鐵品位和鐵回收率明顯下降,嚴重影響浮選分離效果。

以上研究均表明,菱鐵礦對赤鐵礦的浮選具有不利影響,但利用配礦來實現此類礦石的高效利用研究較少。 本研究針對鞍山眼前山高菱鐵礦鐵礦石的選別難題,通過與齊大山鐵礦石進行配礦入選試驗,分析配礦比例對選別指標的影響,為獲得合格鐵精礦提供指導。

1 試驗原料與方法

1.1 試驗原料

試驗礦樣取自鞍山眼前山鐵礦和齊大山鐵礦。首先,將2 種礦石破碎至2 mm 以下,然后分別取代表性礦樣進行化學成分分析和鐵化學物相分析,結果分別見表1 和表2;礦樣的XRD 分析結果如圖1所示。

圖1 礦樣的XRD 圖譜Fig.1 XRD patterns of ore samples

表1 礦樣化學成分分析結果Table 1 Results of chemical composition analysis of ore samples %

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

上述結果表明,齊大山礦樣中主要礦物為赤鐵礦、磁鐵礦和石英,鐵礦物以磁鐵礦為主,鐵分布率高達79.33%;眼前山礦樣中主要礦物為磁鐵礦、赤鐵礦、菱鐵礦和石英,且菱鐵礦含量較高,鐵分布率接近20%。

1.2 配礦設計

將2 種礦石按質量進行配礦,獲得不同菱鐵礦含量的混合礦。 其中,眼前山鐵礦石質量占比(以下簡稱眼礦比例)分別為30%、40%、45%、50%、60%、70%,配礦后混合礦TFe 品位和菱鐵礦含量如表3所示。

表3 不同配礦比例下混合礦TFe 品位和菱鐵礦含量Table 3 TFe grade and siderite content of mixing ore under different ore blending ratios %

1.3 磨礦—磁選試驗

對-2 mm 的各樣品進行磨礦—磁選條件試驗。采用實驗室XMQ-240×90型錐形球磨機(武漢探礦機械廠)進行磨礦試驗,磨礦介質為鋼球,?20 mm、?25 mm 和?30 mm 質量配比43 ∶40 ∶17,介質充填率為22.4%,磨礦濃度為70%。 在弱磁選磁場強度為95.54 kA/m、強磁選背景磁感應強度為800 mT 的條件下,進行磨礦細度條件試驗,將弱磁精礦和強磁精礦混合獲得混磁精礦。

1.4 浮選試驗

混磁精礦浮選條件試驗使用實驗室XFDⅡ-0.5L型浮選機(長沙順澤礦冶機械制造有限公司)。 試驗步驟如下:將200 g 礦樣倒入500 mL 的浮選槽中,在攪拌速度1 995 r/min 的條件下,依次加入pH 調整劑(NaOH 調節pH 值為11.5)、抑制劑(2.5%質量濃度的玉米淀粉)、活化劑(2.5%質量濃度的CaO 溶液)和捕收劑(新型常溫捕收劑AG-2),進行1 粗1 精反浮選試驗,粗選和精選中捕收劑按質量比4 ∶1 加入。粗選尾礦和精選尾礦合并為浮選尾礦,精選精礦為浮選精礦。

試驗工藝流程如圖2 所示。

圖2 試驗工藝流程Fig.2 Test process flow

2 試驗結果與討論

2.1 磨礦—磁選試驗

對眼前山鐵礦石和齊大山鐵礦石分別開展磨礦—磁選試驗,磨礦細度試驗結果如圖3 所示。

圖3 磨礦細度對混磁精礦指標的影響Fig.3 Influence of grinding fineness on the index of mixed magnetic concentrate

從圖3(a)可以看出,隨著磨礦粒度變細,眼前山混磁精礦TFe 品位呈升高趨勢,TFe 回收率則逐漸降低。 當磨礦細度為-74 μm 占90%時,混磁精礦TFe品位44.43%,TFe 回收率88.95%;繼續提高磨礦細度,混磁精礦品位升高緩慢,而回收率快速下降。 綜合考慮,確定眼前山鐵礦石的適宜磨礦細度為-74 μm 占90%。

從圖3(b)可以看出,隨著磨礦粒度變細,齊大山混磁精礦TFe 品位呈升高趨勢,TFe 回收率則逐漸降低。 當磨礦細度為-74 μm 占90%時,混磁精礦TFe品位49.29%,TFe 回收率86.64%;繼續提高磨礦細度,混磁精礦品位升高緩慢,而回收率快速下降。 綜合考慮,確定齊大山鐵礦石的適宜磨礦細度為-74 μm 占90%。

參照各礦物樣單獨磨礦細度試驗,將不同配比的混合礦在-74 μm 占90%下進行預富集,獲得的混磁精礦TFe 品位和菱鐵礦含量如表4 所示。

表4 不同配礦比例下預富集精礦的TFe 品位和菱鐵礦含量Table 4 TFe grade and siderite content of preconcentrated concentrate with different ore blending ratios %

從表4 可以看出,眼礦比例越高,混磁精礦TFe品位越低。經過磁選預富集后,菱鐵礦含量略有降低。

2.2 浮選試驗

各配礦情況下的預富集混磁精礦在pH=11.5、淀粉用量800 g/t、CaO 用量450 g/t 的條件下,分別進行浮選試驗,研究AG-2 用量對浮選指標的影響,結果如圖4 所示。

圖4 AG-2 用量對浮選指標的影響Fig.4 Effect of AG-2 dosage on flotation indexes

由圖4(a)可知,針對TFe 品位47.83%、菱鐵礦含量3.83%的混磁精礦,當捕收劑AG-2 用量由450 g/t 增加至650 g/t 時,精礦TFe 品位由63.68%提高至67. 65%, 精礦 TFe 回收率從69. 78% 降至64.15%;尾礦TFe 品位從30.37%提高至31.38%,尾礦TFe 回收率從30.22%提高至35.85%。 AG-2 用量為550 g/t 時,可以獲得TFe 品位65.63%、TFe 回收率為66.85%的較好指標。

由圖4(b)可知,入浮礦樣TFe 品位47.35%,菱鐵礦含量提高至4.95%時,AG-2 用量550 g/t 時可獲得TFe 品位65%以上的浮選精礦,但其TFe 回收率降低至64.73%。

由圖4(c)可知,入浮礦樣TFe 品位47.10%,菱鐵礦含量提高至5. 41%時,AG-2 用量需要增加至600 g/t 才能獲得TFe 品位大于65%的浮選精礦,而此時TFe 回收率僅為59.80%。

由圖4(d)可知,入浮礦樣TFe 品位46.86%,菱鐵礦含量提高至6. 05%時,AG-2 用量需要增加至650 g/t 才能獲得TFe 品位大于65%的浮選精礦,而此時TFe 回收率大幅下降至47.41%。

由圖4(e)可知,入浮礦樣TFe 品位46.37%,菱鐵礦含量提高至7. 21%時,AG-2 用量增加至650 g/t,浮選精礦TFe 品位僅為61. 86%,TFe 回收率僅為40.03%。 表明礦樣中菱鐵礦含量增加至7. 21%時,浮選環境已被嚴重惡化,通過增加AG-2 用量無法保證精礦品位。

由圖4(f)可知,入浮礦樣TFe 品位45.89%、菱鐵礦含量提高至8.35%時,浮選精礦TFe 品位僅為56.26%,尾礦TFe 品位高達42.25%,精礦TFe 回收率僅31.87%。 表明浮選環境進一步惡化,甚至出現了精尾不分的現象。

反浮選試驗表明,菱鐵礦含量對浮選指標有著重要的影響。 隨著菱鐵礦含量的增加,精礦TFe 品位和回收率均下降。 當礦石中菱鐵礦含量低于5. 41%時,對浮選過程的影響不大,通過適當增加AG-2 用量可以獲得較為理想的浮選指標。 當菱鐵礦含量在5.41%～6.05%時,浮選環境已被嚴重惡化,浮選回收率大幅度降低,但通過增加AG-2 用量也能獲得合格品位的鐵精礦。 當菱鐵礦含量高于6. 05%時,通過增加AG-2 用量已無法獲得合格品位鐵精礦,出現精尾不分的現象。

2.3 激光粒度測量結果

菱鐵礦屬于中等可浮性礦物,既難被抑制,又不易被浮。 在磨礦過程中極易泥化,產生大量難選微細粒礦泥(粒度小于10 μm)。 這些細泥極易罩蓋在目標鐵礦物和脈石礦物表面,使二者可浮性差異變小,影響鐵礦物和脈石礦物的選擇性分離。 為了進一步說明菱鐵礦影響浮選指標的作用機理,采用Partica LA-950(HORIBA,日本)激光粒度儀測量了表4 各產品中菱鎂礦的粒級分布率及累計分布率,結果如圖5、圖6 所示。

圖5 不同混磁精礦的菱鐵礦粒度分布曲線Fig.5 Particle size distribution curves of particle with different siderite contents

圖6 不同混磁精礦的菱鐵礦累計粒度分布曲線Fig.6 Cumulative size distribution of particles with different siderite contents

從圖5 可以看出,隨著菱鐵礦含量的增加,混磁精礦微細粒級(-38 μm)和粗粒級(+74 μm)的分布率均逐漸增大,細粒級(38 ～74 μm)分布率逐漸減少。 微細粒估計以罩蓋方式存在,粗粒則以連生體的形式存在。

從圖6 可以看出,菱鐵礦含量增加微細粒級含量顯著增加,大大增大了菱鐵礦礦泥對目標鐵礦物與脈石礦物表面的罩蓋,使得大顆粒間疏水性差異變小,影響礦物間的選擇性分離。

2.4 微細粒礦物對浮選的影響模型

激光粒度測量結果表明,磨至相同粒度下,隨著菱鐵礦含量的增加,微細粒含量顯著增加,甚至產生-10 μm 的礦泥。 微細粒礦物的增加,使得浮選環境惡化,浮選效果逐漸變差。 微細粒礦物對浮選的影響模型如圖7 所示。

圖7 微細粒礦物對浮選的影響模型Fig.7 Model of the influence of fine-grained minerals on flotation

從圖7 可以看出,在機械攪拌作用下,微細粒菱鐵礦容易吸附在大顆粒礦物表面。 吸附在石英表面的微細粒菱鐵礦,可以吸附淀粉,增加其表面親水性,同時又阻礙捕收劑在其表面的吸附,疏水性變差,導致這部分礦物很難被氣泡攜帶,使得精礦品位降低。吸附在鐵礦物表面的微細粒菱鐵礦,阻礙了淀粉在其表面的吸附,使得疏水性較強,容易與氣泡吸附而進入尾礦,導致尾礦品位偏高,精礦全鐵回收率降低。

3 結 論

(1)眼前山和齊大山混合礦石在磨礦細度為-74 μm 占90%的條件下,當混磁精礦菱鐵礦含量低于5.41%時,對浮選過程的影響不大;當菱鐵礦含量在5.41%～6.05%時,浮選環境已被菱鐵礦嚴重惡化;當菱鐵礦含量高于6.05%時,出現精尾不分的現象,難以通過浮選工藝進行選別。

(2)混磁精礦微細粒級(-38 μm)和粗粒級(+74 μm)粒級產率隨菱鐵礦含量的增加而逐漸增大;而中間細粒級(38 ～74 μm)產率逐漸減少。 這與菱鐵礦在磨礦過程中易泥化有關。

(3)微細粒菱鐵礦物容易吸附在大顆粒礦物表面,影響浮選藥劑在表面吸附,使得脈石礦物與鐵礦物的疏水性差異變小,進而影響浮選效果。