酒鋼選礦廠3種鐵礦石選礦試驗研究

涂 威，張 楠

（1.酒鋼集團選礦廠，甘肅 嘉峪關 735100；2.酒鋼集團檢驗檢測中心，甘肅 嘉峪關 735100）

0 引言

目前世界范圍內已發現的鐵礦物和含鐵礦物大約300種，其中常見的有170多種[1]。在當前工業技術水平下，具有開發利用價值的主要是磁鐵礦、赤鐵礦、磁赤鐵礦、鈦鐵礦、褐鐵礦和菱鐵礦[2]。比磁化系數介于700×10－6～30×10－6cm3/g的赤鐵礦、鏡鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦等弱磁性鐵礦石通常認為是難選鐵礦石[3]。鐵礦石常用聯合分選工藝有3種：①重選-磁選-浮選聯合工藝；②磁選-浮選聯合工藝；③篩分、粗粒重選-電選、細粒磁選-浮選聯合工藝[4]。酒鋼選礦廠處理的鐵礦石為樺樹溝礦和黑溝礦[5]，選礦工藝分為2種，一種是-15 mm粉礦強磁選工藝，另一種是+15 mm 塊礦豎爐還原焙燒-弱磁選工藝。一種高鈣質鐵白云石型鐵礦石進入選廠后，重要生產指標選比上升明顯，尾礦品位明顯上升，回收困難，為查明原因，需對高鈣質鐵白云石型鐵礦石進行可選性試驗。

1 原礦性質

取3 種鐵礦石進行對比試驗，酒鋼選礦廠黑溝鐵礦石，編號為1#樣，樺樹溝鐵礦石，編號為2#樣，高鈣質鐵白云石型鐵礦石，編號為3#樣。

1.1 化學多元素分析

對3種礦樣進行化學多元素分析，結果見表1。

表1 原礦化學多元素分析結果（%）

從表1 可以看出，3#樣鐵品位為31.90%，較1#樣、2#樣鐵品位低約1.5個百分點，3#樣主要脈石礦物SiO2含量20.99%，較1#樣低1.0個百分點，較2#樣低6.15個百分點。3種鐵礦石呈現出CaO和MgO含量越高，燒損Ig 越高，鐵品位越低，硅、鋁含量越低的趨勢。

1.2 高鈣質鐵白云石型鐵礦石礦相及電子探針分析

將3#樣破碎至-5 mm，采用膠熔加熱法制成礦相光片，分別進行礦相分析、電子探針分析。

1.2.1 礦相分析

其顯微鏡下反射光照片見圖1、圖2。

圖1 單偏光X200 圖中亮色礦物為鱗片狀鏡鐵礦，深灰色礦物為石英

圖2 單偏光X200 圖中亮色礦物為針狀鏡鐵礦，深灰色礦物為石英

從圖1、圖2 可以看出，高鈣質鐵白云石型鐵礦石中的主要鐵礦物為鏡鐵礦、菱鐵礦、褐鐵礦，少見黃鐵礦。脈石礦物為石英、碧玉、鐵白云石、千枚巖、重晶石等。

鏡鐵礦（Fe2O3）：該礦樣中鏡鐵礦呈鱗片狀、細長針狀結構，晶體粒度分布不均勻，鱗片狀鏡鐵礦一般分布在10～35 μm，與石英、碧玉礦物伴生，結晶粒度相近，多呈斑點狀構造，鐵礦物分布密集；針狀結構的鏡鐵礦粒度分布不均勻，針狀鏡鐵礦粒度為寬3 μm×長20 μm，分布在石英、碧玉、千枚巖和碳酸鹽礦物中，鐵礦物分布稀疏，呈包含構造，粒度較大的針狀鏡鐵礦在寬5 μm×長35 μm至寬10 μm×長90 μm之間，分布較為密集，與石英、碧玉共生。

菱鐵礦（FeCO3）：呈不規則片狀、粒狀結構，單晶體粒度在25～75 μm，集合體中包含少量鏡鐵礦、黃鐵礦和石英顆粒，大部分菱鐵礦中無雜質。

褐鐵礦（FeO·OH·H2O）：一種針鐵礦、含硅氧化物的含水混合物、膠結物，是一種次生礦物，礦石表面疏松有孔隙，鏡下觀察常呈土狀、鐘乳狀集合體結構，常包含有細小石英顆粒。

鐵白云石（CaFe[CO3]）：呈致密塊狀、不規則粒狀集合體，與菱鐵礦伴生，少見包裹石英顆粒。

石英、碧玉：碧玉是一種含隱晶質鐵礦物的紅色氧化硅礦物，在鏡鐵礦礦床中常見。礦樣中石英粒度分布不均勻，與鏡鐵礦共生的石英、碧玉粒度在35 μm左右，與絹云母、綠泥石共生的石英粒度在10 μm左右。

千枚巖類礦物：屬于鋁硅酸鹽類礦物，是絹云母、綠泥石、石英的微細晶體形成的集合體，呈蠕蟲狀、鱗片狀、細小粒狀、板狀結構。

根據顯微鏡下礦相照片，計算出各礦物百分含量，詳見表2。

表2 主要礦物種類及百分含量（%）

由表2可以看出，主要鐵礦物鏡鐵礦含量為26%，菱鐵礦含量為11%，褐鐵礦含量為20%，脈石礦物主要為石英含量為21%，鐵白云石含量為10%，千枚巖含量為7%，重晶石與黃鐵礦含量較少，分別為3%、2%。

1.2.2 電子探針分析

將3#樣制成導電光片，使用電子探針進行成分分析。鏡鐵礦、菱鐵礦、鐵白云石電子探針針譜圖分別見圖3—圖5。

圖3 鏡鐵礦電子探針譜圖

圖4 菱鐵礦電子探針譜圖

圖5 鐵白云石電子探針譜圖

對鏡鐵礦進行6個電子探針分析，結果見表3。

表3 鏡鐵礦電子探針微區成分分析結果（%）

由表3 可以看出，3#樣中的鏡鐵礦Fe 含量在62.08%～65.89%，基本不含其他雜質。

對菱鐵礦、脈石礦物鐵白云石分別進行3 個電子探針分析，結果見表4。

表4 碳酸鹽礦物電子探針微區成分分析結果（%）

由表4 可以看出，3#樣中的菱鐵礦有1.44%～9.66%的Fe元素被Mn、Mg元素置換，為此高鈣質鐵白云石型鐵礦石中菱鐵礦常為富錳菱鐵礦和富鎂菱鐵礦。菱鐵礦中Fe 含量在31.05%～42.89%，波動范圍較大，影響精礦Fe品位。

由表4 可以看出，3#樣中脈石礦物鐵白云石Fe元素可以被Mn、Mg元素完全類質同象代替，此高鈣質鐵白云石型鐵礦石中鐵白云石成分復雜，其中，Ca 含量相對穩定為17.72%～19.54%，Mg 元素波動較大在3.67%～8.91%，鐵白云石中Fe 元素波動也較大，在5.70%～15.46%，是尾礦Fe 品位偏高、回收率偏低的主要原因。

2 強磁選試驗

對1#、2#、3#樣，破碎至-3 mm，磨礦至-74 μm占70%、75%、80%。進行不同粒度條件下強磁選試驗。強磁選流程為一粗二掃，粗選流程場強為8 000 Gs，一掃流程場強為10 000 Gs，二掃流程場強為12 000 Gs。試驗結果見表5。

從表5可以看出，在磨礦細度-74 μm含量占75%的條件下，2#樣樺樹溝鐵礦石，回收率達到87.78%，遠高于1#樣黑溝鐵礦石、3#樣高鈣質鐵白云石型鐵礦石，表明2#樣用強磁選方法相對容易回收，1#、3#樣強磁選性質相近，回收率分別為76.06%、79.23%。

對3 種礦樣-74 μm 目含量占80%磨礦細度條件下的強磁精礦進行化學多元素分析，結果見表6。

表6 -74 μm含量占80%磨礦細度條件下強磁精礦化學多元素分析結果（%）

從表6 可以看出，1#、2#、3#樣強磁精礦鐵含量相近在40.80%～41.72%，主要脈石礦物SiO2含量2#樣最高，達到14.98%，3#樣高鈣質鐵白云石型鐵礦石SiO2含量為11.19%。通過精礦多元素分析，2#樣樺樹溝鐵礦石，使用強磁選方法容易回收，但精礦中主要脈石礦物SiO2含量14.98%，遠高于1#、3#樣。酒鋼選礦廠要求強磁精礦SiO2含量（11.50±0.5）%，可以看出3#樣有進一步回收鐵礦石的空間，需進一步提高磁場強度。2#樣則需要降低磁場強度，加大拋尾量，以達到強磁精礦SiO2含量（11.50±0.5）%的質量標準。

3 馬弗爐焙燒-磁選管試驗

3種礦樣破碎至-3 mm，對3種礦樣進行馬弗爐焙燒試驗，進行配煤比還原劑用量、焙燒溫度、焙燒時間條件試驗。磁選管試驗條件：場強0.125 T、沖洗水量1 250 mL/min、選別時間3 min。

3.1 還原劑用量試驗

試驗條件：焙燒溫度550 ℃，焙燒時間50 min，進行了配煤比還原劑用量條件試驗，結果見表7。

表7 不同配煤比馬弗爐還原焙燒磁選管試驗結果（%）

從表7可以看出，隨著配煤比還原劑用量增大，3 種礦樣回收率越高。配煤比為3%時，3 種礦樣磁選管精礦鐵品位在56.60%～57.40%之間，基本一致，但2#樣樺樹溝礦回收率高達83.03%，1#樣黑溝礦為75.67%，3#樣高鈣質鐵白云石型鐵礦石回收率僅為64.34%。表明2#樣使用馬弗爐還原焙燒-弱磁選方法相對1#、3#樣容易回收，1#、3#樣需進一步增加配煤百分比以提高回收率。

3.2 焙燒時間條件試驗

在焙燒溫度550 ℃，將配煤比提至4%，焙燒時間延長至70 min進行試驗，結果見表8。

表8 配煤比4%、焙燒時間70 min磁選管試驗結果（%）

從表8可以看出，焙燒時間70 min，配煤比提至4%時，3 種礦樣回收率均有提高，但3#樣高鈣質鐵白云石型鐵礦石回收率為69.26%，1#樣黑溝礦回收率為76.18%，相對2#樣樺樹溝礦回收率87.33%，偏低。酒鋼選礦廠豎爐還原焙燒-弱磁選要求回收率大于83%，1#、3#樣仍不能滿足質量要求。

3.3 焙燒溫度條件試驗

在焙燒時間60 min，配煤比4%條件下進行焙燒溫度條件試驗，結果見表9。

表9 不同焙燒溫度磁選管試驗結果（%）

從表9 可以看出，1#、3#樣隨著焙燒溫度升高，回收率顯著升高，當焙燒溫度達到750 ℃時，3#樣高鈣質鐵白云石型鐵礦石回收率為87.08%，1#樣黑溝礦回收率為85.20%，均達到酒鋼選礦廠回收率大于83%的質量標準。在750 ℃時2#樣樺樹溝礦回收率有下降趨勢，由650 ℃的87.88%下降至85.68%，下降了2.2 個百分點。表明對于原礦中SiO2含量較高的2#樣樺樹溝鐵礦石，焙燒溫度不能達到750 ℃，否則會出現過還原的現象，導致回收率下降。對于原礦中鈣、鎂含量較高的1#、3#樣，還原焙燒溫度需達到750 ℃，回收率才能顯著提高。

4 結論

（1）高鈣質鐵白云石型鐵礦石品位為31.90%，CaO 含量6.20%、MgO 含量4.30%，鈣鎂含量遠高于酒鋼常見的樺樹溝鐵礦石、黑溝鐵礦石。鏡下觀察以及電子探針發現該礦石中菱鐵礦有1.44%～9.66%的Fe 元素被Mn、Mg 元素置換，影響精礦Fe 品位。脈石礦物鐵白云石成分復雜，Ca 含量相對穩定為17.72%～19.54%，Mg 元素波動較大在3.67%～8.91%，鐵白云石中Fe 元素波動較大，在5.70%～15.46%，類質同象是造成尾礦Fe 品位偏高、回收率偏低的主要原因。

（2）通過強磁選試驗發現，高鈣質鐵白云石型鐵礦石強磁精礦中SiO2含量為11.19%，酒鋼選礦廠要求強磁精礦SiO2含量（11.50±0.5）%，需進一步提高磁場強度以提高回收率。

（3）通過弱磁選焙燒試驗發現，對于SiO2含量較高的樺樹溝鐵礦石，焙燒溫度不能達到750 ℃，否則出現過還原現象，導致回收率下降。對于鈣、鎂含量較高的高鈣質鐵白云石型鐵礦石，還原焙燒溫度需達到750 ℃，回收率才會顯著提高。