田 娟 樊民强

(太原理工大学矿业工程学院)

近年来，钢铁企业对铁精矿的质量提出了越来越高的要求。从铁精矿生产发展趋势来看，新型高效磁选设备、阶段磨选工艺、反浮选工艺以及磁选—反浮选联合工艺等得到了越来越广泛的应用［1］，大多数磁铁矿选厂为进一步提高铁精矿的质量，在磁选作业后增加了反浮选工艺，取得了良好的效果，但也存在着工艺复杂、成本高、环境污染等问题。

旋流器体积小、结构简单、处理量大、无运动部件，已成功运用到金属矿的选矿中。如长沙矿冶研究院制造的DZ型小直径短锥旋流器被用于砂金的粗选和黄铁矿的精选［2］;赵学良等利用大锥角旋流器和复锥旋流重选柱对磁铁矿进行分选，证实了旋流重选提铁降硅的可行性［3］;南桐选煤厂用短锥旋流器工艺替代跳汰—摇床或全摇床工艺从高硫洗选矸石中选煤和选硫，简化了生产工艺，提高了硫铁矿回收率［4］;D.P.Patil等用旋流器从铅粗精矿中去除石墨，使铅粗精矿铅品位由19.6% 提高到39%，石墨含量由 9.8% 减 少 到 2.6%［5］;B.H.Kim 和M.S.Klima用直径为25.4 mm的旋流器从低密度的石英中分选高密度颗粒，单段选别回收了75%的磁铁矿［6］;朱从杰为降低胶磷矿浮选作业的处理量，以 75 mm旋流器作为重选设备进行重选—浮选联合流程试验，获得了较好指标［7］。等等。

本研究采用旋流器对太钢尖山铁矿选矿厂作为反浮选给矿的弱磁选精矿进行精选试验，期望能用旋流器重选工艺部分替代反浮选工艺，以降低选矿成本，减少环境污染。

1 试验矿样

试验矿样为太钢尖山铁矿选矿厂4次弱磁选后的精矿(反浮选给矿)，其化学多元素分析结果和筛析结果分别见表1和表2，XRD分析结果见图1。

表1 矿样化学多元素分析结果 %

表2 矿样筛析结果

图1 矿样XRD图谱■—磁铁矿;●—石英

从表1可以看出，矿样全铁品位为63.76%，Fe3O4含量达87.19%，杂质主要为SiO2。

表2可知:矿样粒级越细，全铁品位越高，SiO2含量越少。－0.038 mm粒级产率占46.36%，为矿样的主要粒级;+0.074 mm粒级产率很小，仅为3.26%，但SiO2含量达22.88%，说明其中含有较多连生体。

图1表明，矿样中主要矿物为磁铁矿，有一定量石英，其他杂质矿物甚少，这与化学多元素分析结果相吻合。石英与磁铁矿之间存在较大的密度差，为采用旋流器脱除石英、得到合格铁精矿提供了重选依据。

2 试验装置和方法

2.1 试验装置

如图2所示，试验装置由旋流器、搅拌桶、放料阀、进料阀、渣浆泵、变频器、回流阀、流量计、压力表组成。

图2 试验装置1—旋流器;2—搅拌桶;3—放料阀;4—进料阀;5—渣浆泵;6—变频器;7—回流阀;8—流量计;9—压力表

所采用的旋流器内径为50 mm、柱体高度为80 mm、底锥锥角为90°，试验中考察其他3个结构参数溢流管插入深度h(40、50、60 mm)、溢流管直径 d(13、15、17 mm)、沉砂口直径 D(6、8、10 mm)及操作参数入料压力 p(0.04、0.06、0.08、0.10、0.15 MPa)、矿浆浓度 c(23%、29%、33%、38%、41%)对分选效果的影响。

2.2 试验方法

在搅拌桶中配制一定浓度的矿浆，经充分搅拌后用渣浆泵将矿浆有压给入旋流器，通过变频器调节入料压力。

经旋流器分选后的产品返回搅拌桶，系统循环稳定后同时接取旋流器溢流和沉砂(精矿)，烘干，称质量，取样送国土资源部太原矿产资源监督检测中心化验TFe品位和SiO2含量，计算产率和回收率。

3 试验结果与分析

3.1 旋流器结构参数对分选的影响

固定旋流器入料压力p为0.15 MPa、矿浆浓度c为17%，分别考察溢流管插入深度h、溢流管直径d及沉砂口直径D对分选的影响，试验结果见图3～图5。

图3 溢流管插入深度h对分选的影响(d=15 mm，D=8 mm)●—精矿铁品位;■—精矿铁回收率;▲—精矿SiO2含量

图4 溢流管直径d对分选的影响(h=50 mm，D=8 mm)●—精矿铁品位;■—精矿铁回收率;▲—精矿SiO2含量

图5 沉砂口直径D对分选的影响(h=50 mm，d=15 mm)●—精矿铁品位;■—精矿铁回收率;▲—精矿SiO2含量

由图3～图5可以得到如下规律:

(1)随着溢流管插入深度h的增加，精矿铁品位先升高后降低，SiO2含量先降低后升高，h=50 mm时精矿铁品位最高，相应的SiO2含量最低。

(2)溢流管直径d对分选的影响与溢流管插入深度h相似，d=15 mm时精矿铁品位最高、SiO2含量最低。d=13 mm时精矿铁回收率虽达70%以上，但精矿质量较差。

(3)沉砂口直径D为6 mm和8 mm时精矿铁品位变化不大，均在67%左右，D大于8 mm后精矿铁品位明显降低;精矿SiO2含量随D的增大先降低后上升，在D=8 mm时出现最小值;精矿铁回收率随D的增大而不断升高。

根据图3～图5，选择 h=50 mm、d=15 mm、D=8 mm进行后续试验。

3.2 操作参数对分选的影响

固定溢流管插入深度h=50 mm、溢流管直径d=15 mm、沉砂口直径D=8 mm，分别考察入料压力p和矿浆浓度c对分选的影响，试验结果见图6～图9。

由图6～图9可以得到如下规律:

图6 23%矿浆浓度下入料压力p对分选的影响

图7 41%矿浆浓度下入料压力p对分选的影响

图8 0.04 MPa入料压力下矿浆浓度c对分选的影响

图9 0.15 MPa入料压力下矿浆浓度c对分选的影响

(1)低矿浆浓度下，入料压力为0.04 MPa时可以得到铁品位为69.03%的铁精矿;入料压力增大，精矿铁品位降低，铁回收率提高。高矿浆浓度下，精矿铁品位随入料压力的变化不明显，虽稳定在68%左右但未达到69%以上的理想指标。

(2)低压力下给料时，随矿浆浓度提高，精矿铁品位有较小波动，铁回收率明显降低，SiO2含量在4%左右波动;矿浆浓度为23%时精矿铁品位符合要求。高压力情况下，随矿浆浓度提高，精矿铁品位上升，但最高仅为67.93%。

根据图6～图9，为了获取高品位铁精矿，选择入料压力p为0.04 MPa、矿浆浓度c为23%。

3.3 最终试验结果

在上述选定的结构参数及操作参数下得到的分选指标如表3所示。可见，用旋流器对太钢尖山铁矿选矿厂弱磁选精矿进行精选，可以得到作业产率为 36.03%、铁品位为 69.03%、SiO2含量为3.89%、作业铁回收率为38.94%的最终铁精矿，从而大幅度降低反浮选作业的处理量。

表3 最终试验指标 %

为了研究旋流器对不同粒级物料的提铁降硅效果，对所得溢流产品和精矿产品分别进行了筛析，结果见表4、表5。

表4 溢流产品筛析结果

表5 精矿产品筛析结果

由表4、表5可知:

(1)矿样中铁品位较高的－0.038 mm粒级大部分进入溢流，使溢流中－0.038 mm粒级含量达68.16%，是溢流铁品位较高的主要原因，所以采用旋流器重选的方法处理细粒级磁铁矿物料，提铁降硅的效果不明显。

(2)0.074～0.045 mm粒级和0.045～0.038 mm粒级为精矿中的主要粒级，铁品位均在69%以上，分选效果显著。

(3)矿样中+0.074 mm粗粒级由于未充分单体解离，SiO2含量较高，在分选过程中进入精矿，是影响精矿铁品位的主要因素，若将该粒级去除，则精矿铁品位可达69.35%，SiO2含量仅为3.24%。

4 结论

(1)用 50 mm旋流器分选太钢尖山铁矿选矿厂弱磁选精矿，得到了作业产率为36.03%、铁品位为69.03%、SiO2含量为3.89%、作业铁回收率为38.94%的最终铁精矿，证明旋流器可以作为弱磁选精矿的精选设备，大幅度减少反浮选作业的入选量。

(2)旋流器的结构参数对分选效果影响显著，溢流管插入深度、溢流管直径、沉砂口直径分别为50、15、8 mm时分选效果最佳。

(3)0.04 MPa和23%的低压低矿浆浓度操作条件下可以得到铁品位在69%以上的铁精矿，增大入料压力和矿浆浓度，处理量增大但精矿铁品位较低。

(4)旋流器对－0.038 mm细粒级磁铁矿物料的提铁降硅作用不显著，在保证单体解离的情况下对较粗颗粒磁铁矿物料的分选效果明显。

［1］ 全文欣，张 彬，庞玉荣，等．我国铁矿选矿设备和工艺的进展［J］．国外金属矿选矿，2006，43(2):8-14．

［2］ 李茂林，王跃林，朱 剑，等．用短锥旋流器分选黄铁矿的试验研究［J］．铜业工程，2000(4):4-6．

［3］ 赵学良，董连平，樊民强，等．磁铁矿粉旋流重选提铁降硅试验［J］．现代矿业，2011(5):21-23．

［4］ 黄阳全，唐联松．短锥旋流器用于高硫洗矸选煤和选硫的试验研究［J］．矿山机械，2010，38(21):109-111．

［5］ Patil D P，Bhaskar K U，Jakhu M R，et al．Removal of graphite from lead rougher concentrate using water-only cyclones［J］．International Journal of Mineral Processing，1997，49:87-96．

［6］ Kim BH，Klima MS．Density separation of fine，high-density particles in a water-only hydrocyclone［J］．Minerals and Metallurgical Processing，1998，15(4):26-31．

［7］ 朱从杰．磷矿选别用水介质旋流器的研制［J］．矿产保护与利用，1997(6):34-38．