鮞狀赤鐵礦磁化焙燒—磁選—反浮選降磷試驗

張漢泉,汪鳳玲,李 浩

(武漢工程大學環境與城市建設學院,湖北 武漢 430074)

0 引 言

湖北鄂西高磷鐵礦產區位于湖北省西南部,總面積約為3.3萬km2,儲量約22億t,遠景資源量可達30～40億t(我國鐵礦的經濟可采儲量僅為115億t).僅恩施地區已查明大型高磷赤鐵礦礦床2處,中型礦床9處,累計探明鐵礦石資源儲量13.85億t,占湖北省鐵礦石總資源儲量29.96億t的42.89%,居湖北省第一位.這類礦石因最早在湖南省寧鄉發現而得稱為“寧鄉式”鐵礦,礦石鐵品位一般為35%～40%,有部份富礦鐵品位可達45%～50%.主要的鐵礦物是赤鐵礦,其次是菱鐵礦和少量的磁鐵礦及褐鐵礦.礦石中含磷高,一般在0.4%～0.6%,部份礦石含磷高達1%以上.礦石中二氧化硅含量較高,一般在10%～15%,貧礦石中可達15%～30%.礦石中鐵、磷、硫等元素主要以獨立礦物存在,其中鐵礦物組成較為復雜,但主要為赤褐鐵礦,次為硅酸鐵;磷的獨立礦物主要為膠磷礦;脈石礦物主要有鮞綠泥石、石英、方解石等;其他礦物還有白云石、鋯石、電氣石等.礦石中赤鐵礦和膠磷礦的嵌布粒度都較細,而且不均勻,粗粒級含量低,細粒級偏高;磷灰石的嵌布粒度也極為不均勻,特別是細粒級含量較多[1-4].本文以鄂西某鮞狀赤鐵礦作為研究對象,進行了磁化焙燒—磁選—反浮選提鐵降磷試驗研究.

1 原礦性質

1.1 礦石的化學分析

通過化學分析可知(見表1),鐵礦石鐵品位為43.76%,磷含量為0.84%,鐵礦物為主要的有用礦物,鐵礦物中含有大量的硅酸鹽類,SiO2為主要的脈石礦物,有害礦物磷的含量過高.

表1 礦石的化學分析

1.2 礦石中鐵、磷的化學物相分析

通過鐵的物相分析可知,礦石中鐵主要以赤褐鐵礦的形式存在,其次為硅酸鐵,僅有少量的磁性鐵、菱鐵礦和微量硫化鐵;鐵的賦存狀態較為簡單,呈赤褐鐵礦產出的鐵占95.11%,加上分布在磁鐵礦和碳酸鐵中的鐵,分布率合計為96.01%,這即為選礦分選鐵礦物時鐵的最大理論回收率.

表2 礦石中鐵的物相分析

表3 礦石中磷的化學物相分析

該礦區礦石中含磷較高,達到0.84%,是影響鐵礦石開發利用的主要有害成分.經物相分析,含磷礦物主要為膠磷礦,其分布率達到97.86%,所以,鐵礦中磷基本上是以獨立礦物-膠磷礦的形式存在.

礦石中鐵有95.11%是以赤褐礦的形式存在,鮞綠泥石中的鐵占3.93%,賦存在其他礦物中的鐵較少;礦石中的磷主要以膠磷礦的形式產出.

此類礦石的性質決定這些鐵礦屬于難選礦石,合理開發利用該鐵礦的技術關鍵是微細粒赤鐵礦與脈石礦物的分離和回收.對礦石來說,細磨是必須的,確定合理的磨礦工藝十分重要,要盡量減少次生礦泥,在浮選作業中注意礦漿濃度和礦漿中固體物料的分散度,強化對微細粒赤鐵礦的分離回收[5-7].

2 磁化焙燒試驗結果

影響磁化焙燒礦質量和成本的主要因素是焙燒溫度、還原氣氛和時間.焙燒溫度過低,還原反應速度慢,影響生產能力;溫度過高,發生過還原,焙燒產品質量不佳,因此焙燒溫度要適中[8].磁化焙燒時間的長短與焙燒溫度、礦石粒度、礦石性質和還原煤的成分有關.還原煤用量也是影響磁化焙燒因素之一.還原煤的用量過低,則還原反應不充分,使礦物不能充分還原;反之,則造成資源的浪費和成本的增加.試驗采用物料粒度-2 mm的鮞狀赤鐵礦,在密封狀態下,通過溫度、磁化焙燒時間和還原煤的用量單因素焙燒試驗,確定了最佳焙燒條件(還原煤11%、焙燒溫度750℃、焙燒時間60 min),焙燒礦磨至-0.045 mm占95.33%,-0.038 mm占80.54%.弱磁選試驗使用CYG型Ф200鼓形永磁選機,磁場強度為119.4 kA/m,所得鐵精礦產率75%、TFe 54.10%、回收率93.19%.

焙燒礦中鐵礦物主要是磁鐵礦,次為赤鐵礦;脈石礦物仍以石英為主,次為鮞綠泥石、伊利石和膠磷礦.焙燒礦中磁鐵礦的粒度、分布、與脈石的交生關系等方面均基本繼承了原礦中赤鐵礦的特征,特別是膠磷礦在焙燒礦中的分布規律并沒有明顯的改變,仍多呈鮞核、鮞環與磁鐵礦交生或呈各種形態嵌布在磁鐵礦鮞粒之間.

礦石經還原焙燒后,大部分赤鐵礦已轉化為磁鐵礦,但其集合體還保留了原赤鐵礦鮞粒的基本特征,磁鐵礦與石英、鮞綠泥石和膠磷礦等脈石礦物仍然多呈環帶狀相間排列.

表4 焙燒產品多元素分析結果

焙燒磁選鐵精礦鐵的品位雖有提高,但SiO2、Al2O3、P的含量仍然很高,無法達到高爐冶煉的要求,因此必須開發降低SiO2、Al2O3、P的含量的新技術.

3 反浮選試驗

我國是世界上最早推廣采用陰離子反浮選除硅工藝的國家,適合于處理粗精礦,通常采用的流程為一次粗選、一次精選、三次掃選、中礦順次返回再選.在堿性介質中采用Ca2+選擇性活化硅質礦物和選擇性抑制鐵礦物,使鐵礦物與硅質礦物的可浮性差別較大,提高了浮選選擇性,因此既可獲得高質量鐵精礦,又可拋除低品位的尾礦,并且對入浮物料性質的變化具有良好的適應性,尤其是能夠適應于含鐵硅酸鹽類礦物較多的物料的分選[9].由于該工藝對礦泥不太敏感,因此可以直接分選不脫泥的鐵礦石.長沙礦冶研究院以陰離子捕收劑采用反浮選工藝,對美國Toshi公司提供的Tilden鐵礦高磷鐵礦石進行了實驗室小型試驗研究,以CaCl2為石英活化劑、淀粉為鐵礦物抑制劑、以陰離子捕收劑進行磷硅混合反浮選,取得了鐵品位65.50%,含磷0.030%,鐵回收率79.67%的閉路試驗指標[10-11].

通過幾種不同捕收劑的對比試驗,對粗精礦進行了反浮選提鐵降磷脫硅探索,結果見表5.結果表明,采用NaOH作pH值調整劑,淀粉作抑制劑,石灰為活化劑,添加少量雜醇類起泡劑G310,新型改性脂肪酸類捕收劑RA-715具有捕收性強、選擇性好、對磷硅同時起作用的特點.

焙燒磁選粗精礦反浮選采用XFD型掛槽式浮選機,掛槽式浮選機適宜處理不脫泥的鐵礦石,不預先脫泥的鐵礦石浮選時,泡沫多而粘,充氣量過大時,易在泡沫內夾雜大量的脈石,降低精礦質量,同時刮出的泡沫帶走藥劑和補加水降低了礦漿中藥劑濃度,將影響槽內礦石細粒的浮游,降低精礦質量.在浮選過程中,應注意充氣量的調節,若浮選過程中充氣量較小時,同樣影響精礦質量,還會造成脫磷效果不佳.

表5 不同捕收劑浮選對比試驗結果

從表5看出,RA-715作捕收劑進行反浮選,精礦TFe品位均優于二胺和TSM-2,而且回收率較高;對于RA-715和TSM-2脫磷效果,從表中可以看出,反浮選粗選RA-715作捕收劑,精礦磷含量低于使用TSM-2時0.06個百分點.但是TSM-2作捕收劑,浮選精礦產率,回收率均高于RA-715.因此,對于粗選作業而言,二者提鐵降磷效果相差不大,需通過精選比較.

在二者捕收劑浮選最佳試驗條件下,進行精選試驗,精選過程添加石灰和捕收劑,用量均為粗選用量的一半,試驗結果見表6.

表6 磁選精礦一粗一精反浮選試驗結果

由表6可知,盡管TSM-2浮選精礦產率,回收率較高,但其提鐵降磷效果不如RA-715捕收劑,精選TFe可達59.87%,磷含量降至0.28%,鐵的綜合回收率71.08%.綜合比較可得,RA-715作為高磷鮞狀赤鐵礦反浮選捕收劑提鐵降磷效果較好.

4 結 語

a. 鮞狀赤鐵礦原礦鐵品位較高,有害礦物磷的含量也高,有用礦物與脈石礦物、有害礦物的嵌布關系復雜,有用礦物幾乎難以達到完全的單體解離,該礦屬于極難選的鐵礦石.

b. 在還原煤作用下,控制焙燒溫度750 ℃、焙燒時間60 min,出爐水冷后,焙燒礦磨礦達到-0.038 mm 80.54%的細度,經永磁選機磁選后,可以獲得鐵品位54.10%、回收率93.19%,磷含量0.80%的粗精礦.

c. 采用藥劑制度NaOH 750 g/t,淀粉用量800 g/t,石灰500 g/t,RA-715 750 g/t,G310用量107.73 g/t,浮選溫度30 ℃時,進行反浮選粗選探索試驗,鐵精礦品位可由54.10%提高到58.95%,磷含量由0.80%降低到0.47%鐵綜合回收率80.78%的鐵精礦.鐵精礦再次精選,石灰用量250 g/t,RA-715用量375 g/t,得到最終鐵精礦品位為59.87%,磷品位0.28%,鐵綜合回收率71.08%.

d. 綜上所述,鐵品位43.76%、磷含量0.84%的鮞狀赤鐵礦鐵礦石,經磁化焙燒-磨礦-弱磁選-反浮選處理后,可獲得鐵品位59.87%、磷含量0.28%、鐵綜合回收率71.08%的鐵精礦的較好指標,反浮選脫磷率達到76.25%,具有較大的應用價值.

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