云南西定铁矿可选性试验研究

2021-04-24李子豪庄故章谢海云

矿冶 2021年2期

李子豪庄故章谢海云周平孙瑞

(昆明理工大学国土资源工程学院，昆明 650093)

钢铁是现代社会发展不可缺少的矿产资源，在各个领域都有广泛的应用。全球的铁资源储备丰富，2018 年全球已探明的铁矿石资源总量约为8 180亿t[1-2]。中国铁矿资源储量丰富，分布广泛。但多数铁矿品位都偏低多为贫矿，而且多以共伴生形式赋存，难以分选。我国的铁矿石的品位平均只能达到31.3%，主要分布在辽宁、四川、河北、贵州、新疆、云南[3-5]。我国的钢铁需求量非常大，所以铁资源的开发和利用十分重要。

西定铁矿位于云南西双版纳，其位置与惠民铁矿接近。西定铁矿矿床属于海相火山-沉积型铁矿床，该铁矿以赤褐铁矿、磁铁矿为主，还含有少量菱镁矿和黄铁矿。针对该矿石的可选性，结合经济成本，本研究进行了重选摇床、弱磁选及弱磁选尾矿强磁选试验。

1 原矿及试验仪器

1.1 原矿多元素分析

原矿中铁的品位为41.55%，所含主要脉石矿物为石英和钙镁硅酸盐矿物，有害元素磷含量为1.22%相对偏高。

表1 原矿多元素分析

1.2 铁物相分析

根据物相分析结果可知，在充分解离的情况下，有效弱磁选的最高回收率为30%。赤褐铁矿含铁为总铁的60%，回收赤褐铁矿是提高精矿产率和回收率的关键。菱铁矿含量不高，铁矿物综合品位可望较高；黄铁矿含量低，铁精矿含硫超标的可能性小。

表2 铁物相分析结果

1.3 矿样粒度分析

试验矿样的粒度组成及金属分布见表3。

表3 试验矿样的粒度组成及金属分布

试验矿样中粗粒级别的产率高，0.25 mm以上粒级的累积产率为63.9%，这说明矿石可碎性偏难。粗粒级品位变化小并且与原矿综合品位接近，表示铁矿物嵌布粒度小。-0.1～0.037 mm粒级，特别-0.074～0.037 mm粒级的铁品位比其他粒级高，产率低，这预示粗磨细碎时开始有解离铁矿物或较纯铁矿物颗粒出现，但铁矿物的总体嵌布粒度小，较好的选别效果需要提高磨矿细度。-0.037 mm粒级的铁品位与原矿综合品位接近，这进一步表明铁矿物嵌布粒度小，较好的选别效果需要提高磨矿细度。

1.4 试验仪器

Φ240×90锥形球磨机、XCY-73型1100×50摇床、XCRS-74型鼓形湿式弱磁选机、LHM型湿式强磁选机。

2 矿石可选性试验研究

2.1 磨矿试验

为了找出合理的磨矿时间与磨矿细度之间的关系并为后续试验提供参考，进行磨矿时间试验。磨矿条件为：矿样为前述粒度为-2 mm的试验矿样(之后简称为原矿)，矿量500 g，磨机充填率50%，磨矿浓度65%。试验结果如图1所示。

图1 粒度曲线Fig.1 Grain size curve

试验结果表明，磨矿时间小于8 min(磨矿细度小于-74 μm含量80%)时磨矿细度增加速度基本恒定，矿石可磨性好且变化不大。磨矿时间大于8 min，磨矿细度大于-74 μm含量80%)时磨矿细度增加速度逐渐减小，细度变化逐渐不明显，矿石可磨性变差。磨矿时间大于18 min(磨矿细度大于-74 μm含量98%)以后，常规磨矿效果很差，矿石可磨性很差。试验表明，为使矿物充分解离，结合生产经验可以认为两段磨矿是必要的。由于精矿产率本身很低，阶段磨矿阶段选别的意义不大，应该进行阶段磨矿集中选别。

2.2 摇床重选试验

考虑到重选在铁矿选矿中有应用，且重选设备投资较小，重选成本较低，摇床选别是重选中效果很好的方法，所以对该铁矿进行摇床粗选试验，试验流程和结果如图2，试验结果见表4。

图2 摇床粗选流程Fig.2 Shaking table roughing test

表4 摇床试验结果Table 4 Shaking table test results /%

摇床直接分选结果表明，各个磨矿细度下从精矿到尾矿的各个产品的品位等变化趋势基本一致，摇床直接分选稳定可靠；各个磨矿细度下精矿产量都不大，精矿产量不大与磨矿细度关系较小，而是主要取决于原矿性质。磨矿细度不宜低至-74 μm含量60%。

由于重选回收粒度下限的限制，磨矿细度不宜更高。由于各个磨矿细度下选别都有尾矿品位高和精矿回收率低的问题，可以说重选法选别该矿石的效果不好。要进一步提高精矿产率、产量和回收率就应该细磨和采用其它选矿方法进行试验。

2.3 磁选试验

尽管投资略大于重选，可能弱磁选是铁矿处理的最佳方案，判明弱磁选应用的可能性是必要的。为此进行弱磁选试验。

2.3.1 弱磁选磁场强度试验

弱磁选可以有效分选出该铁矿石中的强磁性的磁铁矿，为确定合适的磁场强度，进行磁场强度试验。取3组原矿，磨矿细度为-74 μm含量95%，磁场强度为47 746.48、63 661.98、71 619.73 A/m，试验流程如图3，结果见表5。

表5 弱磁选磁场强度试验结果

图3 弱磁选场强试验流程Fig.3 Magnetic field strength of low magnetic separation test

可以看出，弱磁选机磁场强度对磁选影响情况磁选强度本身大小范围有关。磁场强度从47 746.48 A/m增加到63 661.98 A/m时回收率增加达到10个百分点，磁场强度从63 661.98 A/m增加到71 619.73 A/m时回收率增加不到1个百分点。弱磁选机磁场强度不能低至47 746.48 A/m，必须达到约63 661.98 A/m。由于产品粒度较小，细磨时夹带更严重，仅从回收强磁性矿物角度看，不必要时应该尽量减少过粉碎。

2.3.2 弱磁选流程试验

为确定弱磁选试验的确切流程，进行“一次粗选、两次精选、两次扫选”试验，流程如图4。磁选机磁场强度为63 661.98 A/m，磨矿细度为-74 μm占70%。结果见表6。

图4 弱磁选精扫选试验流程Fig.4 Low intensity magnetic separation cleaning and scavenging test

表6 弱磁选流程试验结果

可以看出，弱磁选粗选效果最明显。弱磁选扫选效果不好，不宜采用，弱磁选精选效果不够明显，采用一次精选可以获得合格精矿，二次精选没有必要。采用一粗一精弱磁选流程所得精矿品位为60.1%，回收率为27.8%。要提高回收率，应该进行弱磁尾矿中弱磁性铁矿物的回收。

2.3.3 细磨弱磁选试验

为了确定较好的磨矿细度尽量避免过粉碎情况的发生，进行了细磨弱磁选试验，磁选机磁场强度为63 661.98 A/m。流程如图5所示。弱磁选试验的尾矿即后续强磁选试验所用矿样，共3个。结果见表7。

图5 细磨弱磁选试验流程Fig.5 Fine grinding low intensity magnetic separation test

表7 细磨弱磁选试验结果

可以看出，仅对弱磁选而言，磨矿细度达到-74 μm占70%时精矿品位就可以达到60%，也就是说磨矿细度达到-74 μm占70%时即可。细磨时弱磁选精矿产率和回收率略有降低，精矿品位略有升高，但变化很小以至可以忽略。细磨-弱磁选难来产出高纯磁铁矿精矿，精矿只能用作炼铁原料。

2.3.4 弱磁选尾矿强磁选试验

弱磁选和重选试验表明，强磁选是浮选外有可能有效回收该矿石中剩余的弱磁选尾矿中铁矿物的方法，以增加精矿产率、产量和其中有用成分的回收率来产出合格精矿为前提，进行强磁选粗选和精选试验。磁介质采用1/2钢板齿介质，磨矿细度为-74 μm含量70%。试验流程如图6，结果见表8。

图6 强磁选试验流程图Fig.6 High intensity magnetic separation test

表8 强磁选试验结果

弱磁选尾矿强磁选试验结果表明，强磁选都有一定的分离效果，铁矿物在部分颗粒中富集。选矿富集比很低，强磁精选精矿品位仅达40%左右，强磁粗选尾矿品位不低于32%，强磁选的分离效果都不好，这可能与铁矿物解离很差有关。从工业经济角度看，该矿中的弱磁性矿物很难有效回收。进一步细磨时有可能实现该矿中的弱磁性矿物的有效回收，但由于再磨再选生产成本过高，选别效果提高并不明显，所以不再进行深入的细磨试验。

强磁选回收效果不要的原因可能是被铁污染的石英、硅酸铁、黄铁矿等的磁性与赤褐铁矿的磁性很接近，用强磁选时，会大量地进入精矿，导致精矿品位不高，也没法明显降低尾矿品位。如果赤褐铁矿的嵌布粒度极细，嵌布情况复杂，可选性差，强磁选也很难理想和高效[6]。

2.4 磁铁矿回收工艺流程试验

根据上述条件试验结果制定了生产试验流程，采用“两段磨矿及一粗一精磁选”试验，磨矿细度为-74 μm含量70%，具体流程如图7，结果如表9。

图7 磁铁矿回收工艺流程Fig.7 Magnetite recovery process test

表9 磁铁矿回收试验结果

根据该流程可选出品位为60.13%、回收率为27.78%的强磁性磁铁矿精矿，回收率较低。问题出现在尾矿中的赤-褐铁矿不能做到有效的回收。原因可能是弱磁性矿物粒度较细，无法做到完全解离，与石英、硅酸铁等矿物嵌布在一起，无法完全分离。若细磨后进行磁选，磁化—焙烧或浮选等方法可能做到分选[7-10]，但考虑经济可行性的因素，方法成本过高，在该矿的实际生产中并不可取。