微細粒級赤鐵礦對反浮選的影響

李麗匣, 閻 贊, 袁致濤, 朱玉蘭, 2

(1.東北大學資源與土木工程學院，遼寧 沈陽 110819;2.山東魯地礦業投資有限公司，山東 濟南 250000 )

我國的鐵礦資源豐富，但優質鐵礦資源匱乏，全國鐵礦石平均鐵品位僅30%左右，97%以上為34%以下的低品位鐵礦石，大部分必須經過選礦富集才能達到煉鐵生產對鐵品位的要求[1]。鞍山式鐵礦石中微細嵌布的赤鐵礦石和磁鐵礦石屬于難選的鐵礦石，處理鞍山式微細赤鐵礦石的東鞍山燒結廠自2002年來，采取的分選流程為粗細分級、重選、磁選-陰離子反浮選工藝[2]。

反浮選流程結構合理、緊湊，對礦石性質變化的適應性較強，生產穩定，但尾礦鐵品位偏高，導致金屬回收率偏低。東鞍山燒結廠的精礦TFe品位64%以上，但浮選尾礦鐵品位持達23%以上，導致總尾礦鐵品位偏高[2]。我國微細粒鐵礦石儲量約30億～40億t，這類鐵礦石嵌布粒度細小，難磨難分選[3]。研究如何提高微細粒赤鐵礦反浮選回收率的問題，對其他類似的鐵礦石提供一定的參考。

1 試驗物料及研究方法

在東鞍山燒結廠分選流程生產指標穩定時，取浮選精礦、浮選尾礦、綜合尾礦樣品，針對浮選精礦及浮選樣品進行化學多元素分析。

采用篩分分析法和馬爾文激光粒度分析儀(Malern2000，英國馬爾文儀器有限公司)對浮選尾礦進行粒度分析，取各粒級礦樣在Motic BA300pol型偏光顯微鏡下進行鐵礦物和脈石礦物的單體解離度分析。

本試驗所用的赤鐵礦礦塊TFe品位66.79%，首先用顎式破碎機-對輥破碎機破碎后經濕式球磨機磨礦，采用搖床處理得到鐵精礦，然后用標準篩篩分出-0.150+0.074mm、-0.074+0.045mm、-0.045+0.038mm、-0.038mm四個粒級，最后經沉降法水析獲得一部分-0.010mm的微細赤鐵礦。石英礦塊SiO2含量99.98%，首先用顎式破碎機破碎之后，手選純度較高的小礦塊，并用手錘破碎到較小粒度，然后經陶瓷球磨磨礦后用標準篩篩分出-0.150+0.074mm、-0.074+0.045mm、-0.045+0.038mm、-0.038mm四個粒級即可。

人工混合礦浮選試驗在XFG型掛槽浮選機上進行，每次稱取4.0g礦樣，加入40mL去離子水，調漿2min后，用NaOH調節pH值至11.5，攪拌2min，然后依次加入抑制劑(淀粉，6mg/L)、活化劑(CaCl2，100mg/L)、捕收劑(油酸鈉，160mg/L)，浮選3min。最后將泡沫產品和槽內產品分別烘干、稱重，并化驗鐵品位，計算回收率。

鐵礦物與石英間的吸附量測定所采用的設備為顯微動態攝像儀(BDS200，濟南潤之科技有限公司)。在自動進樣器驅動下，待測礦漿緩慢流過動態流動池的觀測區，由于顯微動態攝像儀自身帶的光源可以透過流動池，石英顯現透明亮光色，鐵礦物為不透明的黑色。在10min內，統計400個礦粒上小顆粒的吸附面積分數，以此作為吸附量。

用生物顯微鏡(Motic BA300 Pol，北京冠普佳科技有限公司)進行鐵礦物單體解離度分析；采用掃描電子顯微鏡(S-3400，日本日立公司)觀測礦樣中顆粒的表面，并對顆粒的局部進行EDS分析。

2 浮選產品特性

東鞍山燒結廠分選流程中，二段磨礦分級溢流產品經過粗細分級、弱磁分選、強磁分選后獲得混合磁選精礦作為浮選給礦，進行一粗一精三掃反浮選流程。混合磁選精礦、浮選精礦、浮選尾礦、綜合尾礦樣品的化學成分分析如表1所示。

由表1可見，混合磁選精礦、浮選精礦、浮選尾礦和綜合尾礦樣品中Al2O3、CaO、MgO的含量都很少，有害元素S、P含量為微量，鐵品位為43.93%的混合磁選精礦經過一段粗選和一段精選就可以獲得TFe品位為66.04%的浮選精礦，粗選尾礦經過三段掃選，獲得的浮選尾礦鐵品位仍然高達24.02%，導致綜合尾礦的TFe品位為17.75%。因此，降低綜合尾礦品位的根本途徑是降低浮選尾礦的鐵品位。浮選尾礦的粒度組成及金屬分布率見表2。

表1 浮選精礦及浮選尾礦的化學成分分析結果/%

表2 浮選尾礦的粒度組成及金屬分布率/%

由表2知，尾礦產品的鐵品位隨著粒級的降低而明顯增高，鐵礦物主要集中在細粒級部分。+0.074mm粒級產率為6.87%，鐵品位為14.76%，金屬分布率僅為4.27%；-0.038mm粒級的含量為62.45%，金屬分布率達到71.47%；其中-0.010mm粒級產率最高，為23.11%，TFe品位為31.08%。尾礦中鐵礦物和脈石礦物的單體解離度見表3。

由表3可見，尾礦產品中鐵礦物的單體解離度為49.20%，脈石礦物的單體解離度為49.40%。較粗粒級中礦物的單體解離度不高，大部分以連生體形式存在，+0.074mm粒級中鐵礦物和脈石礦物的單體解離度分別為16.60%和25.65%，說明大部分顆粒為貧連生體。隨著粒級的減小，鐵礦物和脈石礦物的單體解離度逐漸增大，-0.025+0.020mm粒級鐵礦物的單體解離度為42.95%，-0.010mm粒級中鐵礦物的單體解離度高達80.43%，脈石礦物的單體解離度為72.50%，說明尾礦中存在大量解離度高的鐵礦物顆粒未能得到有效回收而進入了尾礦中。-0.074+0.045mm、-0.045+0.038mm、-0.038+0.025mm、-0.010mm粒級的偏光顯微鏡圖像見圖1～4。

表3 浮選尾礦中鐵礦物及石英單體解離度分析結果/%

圖2 浮選尾礦-0.045+0.038mm粒級偏光顯微鏡圖像(10×20)

圖3 浮選尾礦-0.038+0.025mm粒級偏光顯微鏡圖像(10×40)

圖4 浮選尾礦-0.010mm粒級偏光顯微鏡圖像(10×100)

由圖1～4可見，浮選尾礦中-0.074+0.045mm粒級中存在大量連生體，結合表3結果可知，此粒級中鐵礦物和脈石礦物的單體解離度分別為22.56%和30.66%，隨著粒級的減小，連生體數量逐漸減少，-0.010mm粒級中鐵礦物和脈石礦物的單體解離度分別為80.43%和72.50%。結合表2可知，浮選尾礦中-0.010mm粒級的產率為23.11%，金屬分布率高達30.08%，說明經過三次掃選后，仍有已大量單體解離的鐵礦物顆粒未能有效富集到精礦中。

浮選尾礦的鐵化學物相分析結果見表4。由表4可見，浮選尾礦中赤(褐)鐵礦鐵占有率為68.97%，磁性鐵鐵占有率為15.69%，所以浮選尾礦中主要的鐵物相為赤(褐)鐵和磁性鐵。正是這部分已解離的細粒級鐵礦物在尾礦中的存在，造成了尾礦鐵品位偏高。前期研究表明，東鞍山燒結廠礦石中脈石礦物以石英為主[4]。因此，取石英和赤鐵礦純礦物組成人工混合礦，研究-0.010mm粒級赤鐵礦與不同粒級石英混合礦的浮選效果，并取不同混合礦的礦漿進行赤鐵礦與石英之間吸附百分數的測定，以考察微細粒級鐵礦物的吸附對浮選指標的影響。

3 結果與分析

3.1 -0.010mm粒級對浮選效果的影響

取-0.010mm粒級的赤鐵礦樣與-0.150+0.074mm、-0.074+0.045mm、-0.045+0.038mm和-0.038mm粒級的石英均按照赤鐵礦質量分數為20%、40%、60%、80%的分別配制混合礦樣，進行人工混合礦浮選試驗，尾礦鐵回收率如圖5所示。

表4 浮選尾礦樣品的鐵化學物相分析結果/%

圖5 不同質量分數-0.010mm赤鐵礦與不同粒級石英混合礦浮選試驗結果

由圖5可知，-0.010mm粒級赤鐵礦與不同粒級石英混合礦浮選的尾礦鐵回收率都超過70%，有的甚至高達90%，可見微細粒級的赤鐵礦會嚴重惡化浮選指標。-0.010mm粒級赤鐵礦與-0.150+0.074mm、-0.074+0.045mm、-0.045+0.038mm石英混合礦的浮選尾礦回收率都是在赤鐵礦質量分數為40%時達到最低點，后又隨著赤鐵礦質量分數的增加而增加。

-0.074+0.045mm石英和-0.010mm赤鐵礦混合礦的尾礦鐵回收率隨著赤鐵礦質量分數的增加先下降后上升，然后又下降，在赤鐵礦質量分數為60%時浮選指標最差；-0.045+0.038mm石英混合礦在赤鐵礦質量分數為20%時浮選效果最差，尾礦的鐵回收率為91.77%。

對于與-0.038mm石英混合礦，赤鐵礦質量分數為40%、60%時的浮選指標很差，而赤鐵礦質量分數為20%、80%時的浮選指標相對好一些。說明當赤鐵礦和石英的粒級均很細(赤鐵礦粒級-0.010mm、石英粒級-0.038mm)，同時赤鐵礦含量較少(20%)和含量較多(80%)的情況下，赤鐵礦粒級對浮選影響相對較小，浮選效果相對較好，當赤鐵礦含量與石英含量相近時(40%和60%)，赤鐵礦粒級對浮選影響相對較大，浮選效果很差。

從微細粒級赤鐵礦和較粗粒級石英混合礦樣(赤鐵礦粒級-0.010mm、石英粒級-0.150+0.074mm)的浮選可知，當-0.010mm赤鐵礦的含量為40%時，其對浮選指標的影響較小，與之對應的-0.074+0.045mm、-0.045+0.038mm粒級的石英和-0.010mm粒級赤鐵礦的混合礦的浮選尾礦回收率也在-0.010mm赤鐵礦含量為40%時，出現最低點，說明對于-0.010mm的赤鐵礦浮選，當其含量為40%時，與較粗粒級石英顆粒作用時，對反浮選效果產生負面影響小。

前期研究得知，東鞍山燒結廠混合磁選精礦中-0.010mm粒級的質量分數為24%，而石英的粒級較粗[2]。結合表2和表3數據可知，浮選尾礦的-0.010mm粒級產率為23.11%，TFe品位為31.08%，鐵礦物的單體解離度為80.43%。說明一部分單體解離度高的-0.010mm微細粒級赤鐵礦顆粒未能得到有效回收，進入到尾礦，導致浮選尾礦鐵品位偏高。

選取浮選指標很差(-0.010mm赤鐵礦質量分數為60%，與-0.074+0.045mm粒級石英混合礦樣)的泡沫產品進行SEM和EDS分析，結果見圖6。

從圖1～4可見，石英顆粒表面覆蓋大量細粒級赤鐵礦，微細粒赤鐵礦大量存在時(-0.010mm赤鐵礦含量為60%)，會嚴重惡化浮選指標，此時浮選精礦鐵品位為44.65%，浮選尾礦鐵品位為38.72%，赤鐵礦在尾礦中大量富集，出現精尾不分的現象。

3.2 -0.010mm粒級對吸附百分數的影響

取-0.010mm粒級的赤鐵礦樣與-0.150+0.074mm、-0.074+0.045mm、-0.045+0.038mm和-0.038mm粒級的石英均按照赤鐵礦質量分數為20%、40%、60%、80%的分別配制混合礦樣，進行吸附百分數測定試驗，結果如圖7所示。

由圖7可知，-0.010mm粒級赤鐵礦與不同粒級石英混合礦的吸附百分數都高于17.5%，最高可達21.05%，結合圖5可知，導致浮選指標差的主要原因還是微細粒級的赤鐵礦。

圖6 混合礦樣SEM圖像和EDS圖譜

圖7 不同質量分數-0.010mm赤鐵礦與不同粒級石英混合礦吸附百分數試驗結果

當石英粒級為-0.150+0.074mm和-0.045+0.038mm時，吸附百分數都隨著赤鐵礦質量分數的增大先減小后增大。在其質量分數為40%時，吸附百分數最小，結合圖5可知，此時浮選指標也是較好的。質量分數從40%增加到60%時，吸附百分數增大幅度較小。

對于-0.074+0.045mm粒級的石英，在赤鐵礦百分數為40%時，吸附百分數達到最小，此時，浮選指標也是最好的。隨著赤鐵礦質量分數的增大，吸附百分數先迅速減小，降到最低，再迅速增大，最后又迅速減小。

當赤鐵礦與-0.038mm石英混合時，情況大不相同。吸附百分數在赤鐵礦質量分數為40%、60%時較大，而赤鐵礦質量分數為20%、80%時較小。這說明在赤鐵礦和石英的粒級相差很小的情況下，發生吸附的概率較低，從而對浮選的影響較小。但當赤鐵礦和石英兩者的含量相當時，吸附百分數增大，影響浮選效果。

綜合考慮粒級和質量分數的影響可知，在混合礦樣中-0.010mm粒級赤鐵礦質量分數為40%時，其吸附在-0.150+0.074mm、-0.074+0.045mm、-0.045+0.038mm粒級的石英顆粒表面概率較低，吸附百分數達到最低點，從而對浮選影響較小。因此，對于-0.010mm粒級赤鐵礦浮選來說，當其含量為40%，并與較粗粒級石英顆粒作用時，浮選指標相對較好。

4 結論

1)浮選尾礦產品的鐵礦物主要集中在細粒級部分，其中含有大量解離度高的鐵礦物顆粒，由于未能得到有效回收而進入尾礦中，導致尾礦品位偏高。

2)微細粒赤鐵礦大量存在時(-0.010mm赤鐵礦含量為60%)，會大量吸附罩蓋到石英顆粒表面，嚴重惡化反浮選指標。赤鐵礦在尾礦中大量富集，出現精尾不分的現象。

3)當赤鐵礦與石英粒度相近、含量相差很大時，兩者發生吸附的概率小；當兩者的粒度相差很大、-0.010mm粒級赤鐵礦質量分數為40%時，與較粗顆粒石英發生吸附的概率較低，吸附百分數達到最小，對反浮選的惡化影響最小。

[1] 劉杰, 周明順, 翟立委, 等.中國復雜難選鐵礦的研究現狀[J]. 中國礦業, 2011, 20 (5): 63-69.

[2] 邵安林.鞍山式鐵礦石選礦理論與實踐[M].北京: 科學出版社, 2013.

[3] 印萬忠, 丁亞卓.鐵礦選礦新技術與設備[M].北京: 冶金工業出版社, 2008: 9-11

[4] 張兆元，呂振福，印萬忠，等.東鞍山鐵礦石中菱鐵礦對反浮選的影響[J].金屬礦山，2008(10)：52-55.