罗光明

(安徽开发矿业有限公司，安徽 霍邱 237426)

0 引言

我国铁矿石资源丰富，但多以贫细矿为主，依靠传统的选矿工艺，产品质量难以满足钢厂需求，铁矿石浮选工艺的重要性也越来越为凸显[1,2]。铁矿石阴离子反浮选脱硅工艺为提高我国铁精矿产品质量、推动选矿技术进步起到了较大作用[3]。国内赤铁矿阴离子反浮选工艺历经20余年的发展，已经基本成熟，但传统脂肪酸类阴离子捕收剂低温下选择性和起泡能力下降明显，药剂用量较大，工业上矿浆需加温至35 ℃以上，造成了不可再生能源大量消耗，提高了铁精矿生产成本，难以适应国家对绿色生态矿山建设的新要求。为了节约能源消耗，创建绿色矿山，提高与国外铁矿石的竞争力，研究应用耐低温阴离子捕收剂成为必然选择[4]。

安徽李楼铁矿开采矿石为贫镜铁矿石，属于鞍山式沉积变质铁矿床，选矿工艺采用强磁选-重选-阴离子反浮选联合流程，生产中反浮选矿浆需要加温至35 ℃左右[5]。针对自身矿石性质，李楼铁矿联合天翔矿业科技股份有限公司研发了阴离子捕收剂TA-19，该药剂选用长碳链、高不饱和度的脂肪酸，大量的双键提高了药剂捕收能力和低温耐受性，并在脂肪酸分子上引入具有强烈电负性的-O-、-SO3H或-OSO3H官能团，提高药剂表面活性，改善低温性能，增强对粗颗粒的捕收能力，同时在药剂分子上引入芳香基，破坏脂肪酸分子胶束，并与脂肪酸碳链通过氢键缔合使之在硅矿物表面吸附排布更有规律性，从而增大吸附量，减少高浓度OH-对捕收剂的排挤，从而达到较好的低温分选效果。利用该药剂对李楼铁矿进行了实验室试验研究和低温浮选工业应用试验，取得了较好的分选指标，大幅节省了天然气消耗，降低了铁精矿生产成本。

1 浮选给矿性质

李楼铁矿现场浮选给矿铁含量为53%左右 ，-0.075 mm粒级含量90%左右。镜下鉴定浮选给矿中铁矿物以镜铁矿和假象赤铁矿为主，其次为菱铁矿，偶见磁铁矿和褐铁矿零星分布；脉石矿物主要是石英，其次为绿泥石和云母。对现场浮选给矿样品进行多元素和铁物相分析，结果分别列于表1和表2。

表1 样品的化学多元素分析结果(质量分数) %

表2 样品的铁物相分析结果(质量分数) %

由表1、表2可知：

1)样品中可供回收利用的主要成分是铁，品位为54.37%。样品中SiO2含量为16.12%；磷和硫的含量很少，预计对铁精矿品质影响很小。

2)样品中大部分铁以赤(褐)铁矿形式赋存，所占分布率为96.65%；呈磁性铁矿物产出的铁分布率仅为0.5%。碳酸盐、硅酸盐中的铁含量均较低，预计对浮选作业影响较小。

2 实验室浮选试验

2.1 试验方法

试验矿样为李楼铁矿现场浮选给矿，选择新型常温捕收剂TA-19为浮选捕收剂，浮选条件试验考查了氢氧化钠、淀粉、石灰和TA-19用量对分选指标的影响，条件试验流程见图1。通过条件试验探索，确定药剂用量，进一步完成闭路试验，闭路试验流程见图2。

图1 条件试验流程

图2 闭路试验流程

2.2 浮选条件试验结果

2.2.1 NaOH用量试验

氢氧化钠是常用的pH调整剂，实践表明碱性环境是阴离子反浮选的基础条件，在淀粉600 g/t、CaO 300 g/t、TA-19 750 g/t的条件下，考查氢氧化钠用量对分选指标的影响，结果见图3。

图3 NaOH用量试验结果

结果表明，氢氧化钠用量从800 g/t增加至1 400 g/t时，精矿品位呈现升高趋势，而精矿回收率逐渐降低，综合考虑分选效果，选定氢氧化钠用量为1 200 g/t。

2.2.2 淀粉用量试验

淀粉作为抑制剂，主要作用是抑制铁矿物的上浮，在氢氧化钠条件试验基础上，选择氢氧化钠1 200 g/t、CaO 300 g/t、TA-19 750 g/t，进行淀粉用量试验，结果见图4。

图4 淀粉用量试验结果

结果表明，淀粉用量从400 g/t增加至700 g/t时，精矿品位有缓慢降低趋势，而回收率随之升高，综合考虑分选效果，选定淀粉用量为600 g/t。

2.2.3 石灰用量试验

在赤铁矿阴离子反浮选中，石灰常作为活化剂，使石英等脉石矿物易于被捕收剂吸附，从而被浮出，因此，在氢氧化钠1 200 g/t、淀粉600 g/t、TA-19 750 g/t的条件下，进行石灰用量试验，结果见图5。

图5 石灰用量试验结果

结果表明，石灰用量从100 g/t增加至400 g/t时，精矿回收率和精矿品位均呈现出先升高后降低的趋势，综合考虑分选效果，选定石灰用量为300 g/t。

2.2.4 捕收剂用量试验

合适的捕收剂用量对分选指标至关重要，在氢氧化钠1 300 g/t、淀粉600 g/t、CaO 300 g/t的条件下，考查TA-19用量对分选指标的影响，结果见图6。

图6 捕收剂用量试验结果

结果表明，捕收剂用量从450 g/t增加至900 g/t时，精矿回收率逐渐降低，而精矿TFe品位呈现先升高后降低的趋势，当捕收剂用量超过750 g/t时，精矿TFe品位出现下降，因此，选定捕收剂用量为750 g/t。

2.2.5 浮选温度试验

在上述条件试验的基础上，在氢氧化钠1 200 g/t、淀粉600 g/t、CaO 300 g/t、TA-19 750 g/t的条件下进行了浮选温度试验，考查药剂对温度的适应能力。试验结果见下图7。

图7 浮选温度试验结果

结果表明，随着温度升高，精矿铁品位和铁回收率有上升趋势，但低温下TA-19仍能保持较高的精矿品位和回收率，说明TA-19温度适应性较强，可在较低温度条件下实现对李楼铁矿的高效分选。

2.3 闭路实验

在条件试验的基础上，在浮选温度20 ℃和30 ℃时，进行了实验室闭路验证试验，粗选药剂用量为氢氧化钠1 200 g/t，淀粉600 g/t，CaO 300 g/t，TA-19捕收剂750 g/t，精选TA-19用量为300 g/t，试验流程见图2，试验结果见表3。

表3 闭路试验结果(质量分数) %

闭路试验结果表明，TA-19捕收剂在浮选温度20 ℃条件下，可达到精矿品位66.72%，回收率90.64%的分选指标，在浮选温度30 ℃条件下，可达到精矿品位66.89%，回收率90.79%的分选指标，两者分选指标基本一致，差别不大，进一步说明TA-19耐低温性能较好。

3 工业应用试验

3.1 工业应用背景

2019年8月，随着国家对企业生态环境保护要求愈发严格，李楼铁矿燃煤锅炉停用，取而代之的是更加环保的天然气锅炉，但这也造成天然气使用成本大幅上升，耐低温捕收剂的工业应用迫在眉睫。2020年2月，为对推进选矿技术进步，节约能源，建设绿色矿山，在实验室试验的基础上，选择TA-19新型耐低温捕收剂在李楼铁矿选厂进行了浮选工业应用试验。

3.2 工业试验指标分析

工业应用试验期间，完全停止对浮选矿浆进行加温，实际浮选矿浆温度为16 ℃至23 ℃之间，与原加温捕收剂(浮选温度35 ℃)相比，在给矿条件基本一致的情况下，浮选指标对比情况如下表4所示，药剂消耗、天然气消耗对比情况如下表5所示。

表4 TA-19工业试验浮选指标对比表(质量分数) %

表5 TA-19工业试验药剂、天然气消耗对比表

由表4可知，TA-19常温浮选指标同原现场加温浮选指标相比，浮精品位提高0.15%，浮尾品位升高0.11%，整体浮选指标变化不大。说明TA-19捕收剂低温条件下，分选性能优异，满足李楼铁矿反浮选现场生产要求。

由表5可知，使用TA-19捕收剂时，NaOH用量升高了41 g/t，淀粉用量升高了17 g/t，捕收剂用量减少了24 g/t，天然气用量大幅减少了15 323 m3/d。

3.3 效益测算

TA-19工业试验精矿回收率对比加温浮选差异不大，可以认为精矿销售收入基本不变；浮选药剂消耗有增有减，药剂成本与加温浮选成本基本持平。按单价3.73 元/m3对天然气成本进行测算，试验期间平均温度为20 ℃，平均每天节约天然气成本57 155元。采用TA-19常温浮选,按年平均浮选矿浆温度27 ℃，年生产330天进行计算,每年可节约天然气成本为:57 155÷(35-20)×(35-27)×330=1 006万元。

4 结语

1)使用TA-19新型耐低温捕收剂对李楼铁矿浮选给矿样进行实验室试验研究，条件试验结果显示：在浮选温度20 ℃时，最佳药剂制度为氢氧化钠用量1 200 g/t，淀粉用量600 g/t，CaO用量300 g/t，捕收剂用量750 g/t，可实现精矿品位66.63%，回收率79.26%的选别指标。

2)试验室闭路试验结果表明，TA-19捕收剂在浮选温度20 ℃时可实现精矿品位66.72%，回收率90.64%的指标，与30 ℃时浮选指标差别不大，说明TA-19分选效果较好，耐低温性能优异。

3)工业应用试验表明，李楼铁矿使用TA-19捕收剂，在平均浮选温度20 ℃条件下，可获得浮选精矿品位65.92%，回收率85.63%的指标，同加温浮选指标基本一致。

4)以工业试验指标测算，李楼铁矿采用新型耐低温TA-19捕收剂，每年可节约天然气成本1 006万元，节能降耗效果显著，对李楼铁矿推进绿色矿山建设意义重大。