小嶺子磁選尾礦回收處理工藝研究

趙通林,陳中航,陳廣振

(遼寧科技大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院,遼寧 鞍山 114051)

小嶺子鐵礦為前震旦紀(jì)沉積變質(zhì)型磁鐵石英巖和赤鐵石英巖礦床。該礦區(qū)原是鞍鋼礦山公司的后備礦山。為了開發(fā)利用小嶺子鐵礦，20世紀(jì)70年代原冶金部曾組織全國有關(guān)科研院所進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，但因當(dāng)時的試驗指標(biāo)過低而被迫放棄。由此可得出結(jié)論：小嶺子鐵礦屬難選礦。毫無疑問，作為難選礦的廢棄尾礦就更難選。同時，考慮到外銷鐵精粉的價格和高爐冶煉成本等因素，要求尾礦再選最終精礦品位不低于65%。目前國內(nèi)外可選性較好的磁鐵礦，其尾礦再選最終精礦品位也都在64%以下。所以，要達(dá)到精礦品位不低于65%的指標(biāo)，必須在技術(shù)上有所突破，在工藝上有所創(chuàng)新。

為了充分合理開發(fā)利用小之嶺子鐵礦資源，公司擬對尾礦庫現(xiàn)儲存的尾礦和生產(chǎn)排放的尾礦集中加工。尾礦庫現(xiàn)儲存尾礦約129萬t，生產(chǎn)中每小時排放的尾礦為300t。尾礦庫存儲的尾礦按100t/h輸入尾礦加工廠，則尾礦加工廠每小時處理尾礦總量約為400t，年處理尾礦315萬t。

1 尾礦性質(zhì)研究

對小嶺子鐵尾礦工藝礦物學(xué)研究表明，尾礦中有用礦物主要為磁鐵礦、假象赤鐵礦及少量的赤鐵礦，磁鐵礦具有可回收價值；脈石礦物主要是石英，部分長石礦及少量的黑云母和綠泥石。磁鐵礦與脈石礦物連生，常見赤鐵礦沿磁鐵礦的解理和裂隙中充填和交代，形成假象赤鐵礦或半假象赤鐵礦，此外還有少量脈石礦物中的細(xì)粒磁鐵礦包裹體。尾礦化學(xué)分析結(jié)果見表1和表2。

表1 一選車間尾礦化學(xué)分析結(jié)果/%

表2 二選車間尾礦化學(xué)分析結(jié)果/%

由表1和表2可知，該尾礦的主要化學(xué)成分為Fe 、Si，其他成分含量相對較低。

尾礦中還有少量赤鐵礦、褐鐵礦及黃鐵礦等非磁性礦物；磁鐵礦在礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造中，還存在充填和交代以及包裹體，這部分磁鐵礦不能回收。

尾礦粒度分析及金屬分布測定結(jié)果見表3。

表3 尾礦樣品的粒度分析及金屬分布測定結(jié)果

從表3可以看出，尾礦粒度較細(xì)。-0.074mm達(dá)到70%以上時，其金屬分布率超過70%，所以制定工藝流程時應(yīng)著重細(xì)粒級尾礦的回收。

綜上所述，尾礦中的鐵礦物與脈石結(jié)晶粒度很細(xì)，磁性率偏低，可選性較差。只有在技術(shù)上創(chuàng)新和突破，采用新設(shè)備、新技術(shù)、新工藝，才有可能使品位11%左右的尾礦經(jīng)處理后使最終精礦品位達(dá)到65%以上的技術(shù)指標(biāo)。

2 尾礦回收工藝工業(yè)試驗研究

根據(jù)原礦性質(zhì)及實驗室研究結(jié)果設(shè)計采用以磁選柱為主體設(shè)備的五段磁選，一次再磨，高頻振網(wǎng)細(xì)篩作控制分級的選別流程，工藝流程見圖1。

尾礦回收設(shè)備目前廣泛采用盤式回收機(jī)，但該設(shè)備由于場強(qiáng)較低，不適宜磁性率較低的尾礦。故本次設(shè)計采用了帶“漂洗”水的中磁機(jī)。工業(yè)性試驗結(jié)果表明，該設(shè)備能將尾礦品位控制在6%以下，并得到品位在35%以上的粗精礦。

一、二段精選設(shè)備采用高選擇性的磁選柱。由于小嶺子鐵礦風(fēng)化嚴(yán)重，容易泥化，所以磨礦粒度不宜過細(xì)，而磁選柱能在粒度較粗的條件下，獲得高品位的精礦，并將60%以上的連生體中礦排入溢流中。這樣，不僅減少了磨礦段數(shù)，降低了選礦成本，而且避免了礦物的過磨。一段磁選柱設(shè)置在再磨之前，以免將回收磁選機(jī)粗精礦中夾雜的礦泥和細(xì)粒貧連生體排入尾礦。試驗結(jié)果表明，一段磁選柱精礦品位提升幅度在8～10個百分點左右。這是因為入選尾礦的粒度已達(dá)到-200目40%，進(jìn)一步提高其品位不僅有可能而且很有必要，這不僅減少了入磨礦量，而且避免了礦泥對下部選別作業(yè)的不利影響。一段磁選柱的精礦經(jīng)脫水磁選機(jī)濃縮后進(jìn)入再磨機(jī)，其磨礦細(xì)度為-200目80%。經(jīng)過再磨后的鐵精礦給入二段磁選柱進(jìn)行精選，使其品位提高到50%以上。再磨機(jī)采用高頻振網(wǎng)細(xì)篩作為控制分級。一、二段磁選柱及細(xì)篩篩上的中礦一并用掃選磁選機(jī)回收后給入再磨機(jī)，并甩出合格尾礦。由于磁選柱排出了大量連生體，使鐵精礦粒度組成與含鐵礦量分布曲線產(chǎn)生明顯的飛躍點，所以細(xì)篩的提質(zhì)幅度達(dá)到了7%。篩下精礦采用外磁式脫水槽，其提質(zhì)幅度為7%，較通常的脫水槽高出5%。

在單機(jī)工業(yè)試驗中，通過對影響精礦品位和產(chǎn)率等指標(biāo)的若干控制參數(shù)進(jìn)行正交試驗后，確定了最佳控制參數(shù)。單機(jī)試驗在人工操作設(shè)備，給礦品位9.5%的條件下，實現(xiàn)最終精礦品位65%以上。但是在試驗中發(fā)現(xiàn)，給礦量、濃度、水壓、品位等均處于動態(tài)變化中，而設(shè)備不能隨外部動態(tài)條件變化自動控制調(diào)整，產(chǎn)品波動較大，尾礦品位偏高，使精礦質(zhì)量無法保證。另外，脈動電磁場周期性變化，使溢流品位忽高忽低。鑒于設(shè)備不適宜大工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)狀，技術(shù)人員對該設(shè)備進(jìn)行了如下技術(shù)改造，提高設(shè)備對生產(chǎn)工藝流程的適應(yīng)性。

1)磁系改造：采用復(fù)合電磁場，解決磁選柱溢流品位忽高忽低周期性跑礦。

區(qū)別于互聯(lián)網(wǎng)、電子商務(wù)領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)分析，煤礦安全生產(chǎn)數(shù)據(jù)均具有空間屬性，煤礦安全生產(chǎn)只能在特定空間背景環(huán)境中展開。因此，煤礦安全生產(chǎn)大數(shù)據(jù)分析，需要在煤礦安全生產(chǎn)的特有空間環(huán)境中研發(fā)分析工具，展示分析的數(shù)據(jù)和結(jié)果。GIS“一張圖”[16-18]是煤礦安全生產(chǎn)大數(shù)據(jù)集成分析的理想工具。

2)主體結(jié)構(gòu)及給礦方式改造：解決處理能力小，給排礦易堵塞，連接處跑冒礦等。特別是給礦方式的改造，使給入物料進(jìn)入筒體后，充分分散。

3)自動控制：實現(xiàn)磁選柱分選全過程的自動控制，并與中央集中控制系統(tǒng)相連，可以隨時觀察、調(diào)整任何一臺磁選柱的工作狀況，達(dá)到精礦品位穩(wěn)定，滿足大工業(yè)生產(chǎn)需要。

為提高磁選柱機(jī)的處理能力，并與系統(tǒng)其他設(shè)備匹配，工業(yè)試驗采用5臺Φ600mm磁選機(jī)。設(shè)備安裝并調(diào)試正常后，試驗系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行近兩個月，工業(yè)試驗結(jié)果：在給礦品位10.5%的條件下，精礦品位66.02%，精礦產(chǎn)率5.93%，精礦回收率37.29%。通過對影響精礦品位和產(chǎn)率等指標(biāo)的若干控制參數(shù)進(jìn)行正交試驗后，為工藝確定了適宜的技術(shù)參數(shù)。試驗中，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常，試驗指標(biāo)穩(wěn)定，達(dá)到工業(yè)試驗預(yù)期目標(biāo)，同時，在工業(yè)試驗中也發(fā)現(xiàn)了一些問題，中礦返回再磨機(jī)礦量不易合理分布，磁選機(jī)未達(dá)到最大處理能力等。這些問題在有待在以后試驗中進(jìn)一步完善。

3 工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用及生產(chǎn)考查

由于五段磁選鐵尾礦回收處理工藝比較合理，取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益，在工業(yè)試驗基礎(chǔ)上，在11個系列上開始全面生產(chǎn)。

3.1 工業(yè)試驗結(jié)果

經(jīng)流程作業(yè)考查結(jié)果表明，在給礦品位9.84%的條件下，精礦品位66.07%，精礦產(chǎn)率5.62%，精礦回收率36.3%。從考察結(jié)果看，五段磁選鐵尾礦回收處理工藝精礦產(chǎn)品的產(chǎn)率在工業(yè)試驗和生產(chǎn)考查階段均低于工業(yè)試驗階段的指標(biāo)。現(xiàn)場考查發(fā)現(xiàn)，除渣篩堵塞嚴(yán)重，當(dāng)刷洗篩面或敲打篩面后，篩下量明顯增加，反映出除渣篩的篩分效率在變化。這說明除渣篩的篩分效率將制約磁選柱的穩(wěn)定供礦。

圖1 尾礦回收工藝流程

3.2 需要解決的問題

1)尋找解決除渣篩堵塞的途徑。

2)加強(qiáng)生產(chǎn)管理，確保再磨機(jī)的磨礦粒度和高頻振動細(xì)篩的篩片完好。

3)改善環(huán)水水質(zhì)，提高精礦品位。

4 五段磁選鐵尾礦回收處理工藝流程評價

1)五段磁選鐵尾礦回收處理工藝具有工藝先進(jìn)，布局合理，指標(biāo)穩(wěn)定的特點，解決了磁選柱-再磨選礦工藝循環(huán)量大，生產(chǎn)指標(biāo)波動的缺陷，經(jīng)工業(yè)生產(chǎn)實踐證明，該工藝流程是合理的。

2)所采用的核心設(shè)備-磁選柱具有獨(dú)特的復(fù)合電磁場結(jié)構(gòu)，采用自動控制系統(tǒng)，具有操作簡單，運(yùn)行穩(wěn)定的特點，生產(chǎn)中能夠適應(yīng)入選產(chǎn)品性質(zhì)變化，充分利用了尾礦磁鐵石英礦嵌布粒度粗細(xì)不均的特點，使已單體解離的鐵礦物在進(jìn)入磨礦前得到充分選別，改善了精礦粒度組成，精礦中-0.74mm粒級產(chǎn)率由96%以上降至80%左右，為過濾工序降低水分提供了條件，同時，極大地減少了過磨粒子。

3)該工藝流程較為簡單，選別過程自動控制，無需工人隨時調(diào)整，大幅度降低崗位工人勞動強(qiáng)度。必要的管理工作是保證再磨機(jī)的球荷球比、磁選柱自動控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，就能保證生產(chǎn)順行，指標(biāo)穩(wěn)定。

5 結(jié)論

1)小嶺子尾礦磁性率底，為半氧化礦；鐵礦物及脈石均系微細(xì)粒嵌布。

2)五段磁選鐵尾礦回收處理工藝先進(jìn)、合理，通過工業(yè)試驗和生產(chǎn)考查，精礦品位達(dá)到66%以上的預(yù)期指標(biāo)，且精礦粒度得以改善，有利于過濾作業(yè)。

3)該工藝?yán)梦驳V生產(chǎn)鐵精礦，減少了尾礦對環(huán)境的危害，又創(chuàng)造了良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，實現(xiàn)了人類與環(huán)境和諧發(fā)展，推廣應(yīng)用前景廣闊。