平果鋁土礦氧化鋁赤泥回收鐵精礦的生產實踐

彭雪清，黃光洪

（長沙有色冶金設計研究院有限公司，湖南 長沙 410011）

平果鋁土礦氧化鋁赤泥回收鐵精礦的生產實踐

彭雪清，黃光洪

（長沙有色冶金設計研究院有限公司，湖南 長沙 410011）

平果鋁土礦氧化鋁赤泥中回收鐵精礦的設計與生產實踐證明，采用一粗一精的磁選生產流程在提取鐵精礦過程中各作業易實現自動控制，流程結構簡單，操作維護方便，產品質量有保證。能夠有效減少尾礦赤泥的排放，實現資源綜合利用，為企業創造較好的經濟效益。

氧化鋁；赤泥；磁選；鐵精礦

赤泥是氧化鋁生產中排出的廢渣，含有大量有價元素鐵、鎵、鈧、鉭、鈮、鈦等，如何從赤泥中提取有價元素，也愈來愈受到人們的重視。如果能回收利用其中的鐵資源，對補充我國的鐵礦石資源將有重要意義。因此，對其赤泥開展綜合利用如果成功，既可實現廢物資源化，形成新的產業點，取得較好的經濟效益，同時減少赤泥對環境的污染。

平果鋁土礦近年來隨著氧化鋁產量提高及礦石品位的逐步下降，赤泥產出量逐步上升。2012年與2009年相比，礦石中氧化鋁含量從57.31%降低至55%，下降了2.31%，礦石品位從 14.08%降低至11.06%，下降了3.02%，每噸原礦生產一噸氧化鋁的赤泥量從1.015 t上升到1.258 t。氧化鋁產量從194.25萬t提高到252萬t，提高了30%，赤泥產量則從197.11萬t提高到318.37萬t，提高了61.5%。今后，隨著礦產資源的逐漸枯竭，礦石品位將進一步下降，赤泥產量也將會大幅增加。

1 赤泥選鐵原料性質研究

1.1 原料礦物組成及粒度分布

平果鋁赤泥由三部分礦物組成：（1）氧化鐵礦物：主要為赤鐵礦，其次褐鐵礦，少量鈦鐵礦；（2）氧化鋁礦物：主要為三水鋁石，其次一水硬鋁石；（3）其它礦物：碳酸鈣、石灰、水堿、鈣鈦礦、含水鋁硅酸鈣等。赤泥粒度為85%～90%的－74 μm、含鐵品位在18%～35%。赤泥多元素分析及主要礦物組成分別見表1和表2。

表1 多元素分析結果 %

表2 赤泥中主要礦物相對含量 %

對赤泥原礦礦樣以水析分級進行試樣粒度分析。赤泥原礦各粒級含量和鐵、鈦分布見表3。

以上粒度篩析結果表明，赤泥中的礦物粒度較細，小于0.02 mm的微細粒級產率占65%以上，小于0.01 mm的產率占58%，小于0.005 mm的產率占50%以上。各粒級粗細產品的鐵品位變化不大，但細粒級占有鐵金屬量較大，小于0.01 mm的產品鐵金屬量分布率約占54%。從各粒級礦物分布來看，赤鐵礦粗細都有分布，但褐鐵礦主要分布在偏粗一些的粒級。TiO2在粗粒級含量較低，在細粒級含量增多，特別－5 μm赤泥TiO2的含量最高。

表3 赤泥各粒級礦物組成

1.2 赤泥中鐵的分布

根據礦物定量分析和提取單礦物做鐵的含量測定，鐵在赤泥中的平衡分配見表4、表5。

表4是基于以浮選法回收鐵礦物，回收下限為0.005 mm，則赤泥中以可回收鐵（含赤鐵礦、褐鐵礦、鈦鐵礦）占總鐵的52%，理論鐵品位為61.14%。

表4 鐵在赤泥中的平衡分配 %

表5 鐵在赤泥中的平衡分配 %

目前的高梯度強磁選機幾乎不能回收小于0.01 mm的磁性粒子。－0.01 mm為不可選細泥，鐵在各礦物中的平衡分配見表 5，在此條件下，可回收鐵占赤泥總鐵42.81%左右，理論鐵品位60.30%。而實際生產中，由于磁選分離的夾帶現象和生產流程中鐵的正常損失，將不可能達到上述指標。

1.3 影響鐵礦物分選指標的主要因素分析

經過對平果鋁土礦氧化鋁赤泥的工藝礦物學研究，對影響赤泥中鐵礦物分選指標的主要因素分析如下：

1.赤泥中大多數鐵礦物粒度極細，－0.01 mm原礦中鐵金屬量占了54%，脈石中鐵占了3.19%，由于目前的磁選技術幾乎不能回收小于0.01 mm的弱磁性粒子，因此對該赤泥，至少有57.19%的鐵將在磁選尾礦中丟失，鐵的理論回收率只能達到42.81%。

2.赤泥中鐵礦物有赤鐵礦和褐鐵礦，赤鐵礦和褐鐵礦均有電磁性（350～600 mT），褐鐵礦的磁性略弱于赤鐵礦。赤鐵礦單礦物含鐵量為64.54%，而褐鐵礦單礦物含鐵量為50.77%。在＋0.005 mm粒級赤泥中，赤鐵礦與褐鐵礦之比為3∶1，＋0.005 mm粒級的赤鐵礦和褐鐵礦完全回收的條件下，精礦鐵品位最高能達61.14%；＋0.01 mm粒級赤泥中赤鐵礦與褐鐵礦之比為2∶1，由于褐鐵礦比例增加，完全回收＋0.01 mm粒級的赤鐵礦和褐鐵礦的條件下，鐵精礦的最高品位降至60.30%。但實際上由于磁選對脈石的夾雜，鐵精礦品位難以達到60.30%。

3.由于碳酸鈣、鈣鈦礦、含水鋁硅酸鈣等脈石常與赤鐵礦、褐鐵礦粘連，部分氧化鐵－脈石也具有電磁性，易在磁選過程中進入鐵精礦而影響鐵精礦品位。

2 選礦試驗研究

赤泥礦物是在赤泥洗滌沉降生產流程中截取，選出鐵精礦后的赤泥再返回下一段赤泥洗滌沉降槽。根據鐵在赤泥中的平衡分配表分析，若采用浮選的方法，回收率比磁選可提高約10%，但是為規避浮選鐵精礦浮選藥劑對整個氧化鋁生產的影響，流程試驗以磁選為優先考慮。

2.1 實驗室試驗

試驗是依據赤泥性質來開展的。進行了磁介質、背景場強、沖次的條件比較試驗，對沖程進行了考查，依據選定的粗選條件，開展了綜合條件試驗。

2.1.1 磁選粗選條件比較試驗

2.1.1.1 磁介質種類比較試驗磁介質種類比較試驗結果見表6。

表6 磁介質種類比較試驗結果

由試驗結果可知網介質回收率最高，Φ1 mm和Φ2 mm棒介質粗精礦品位與回收率各有高低，考慮到將來生產維護方便，使用安全可靠，網介質會堵塞，回收率雖高也不宜采用，Φ2 mm棒比 Φ1 mm棒更耐用，故選用Φ2 mm棒為宜。

2.1.1.2 背景場強比較試驗

磁選分選效果與背景場強的選擇有關，為獲得更好的分選指標，在選定Φ2 mm棒介質條件下，進行了背景場強的比較試驗，結果見表7。

表7 背景場強比較試驗結果

試驗結果表明，粗精礦的品位隨著背景場強的提高變化不明顯，而回收率有較大的變化，兼顧分選指標，以背景場強1.08 T為宜。

2.1.1.3 沖次比較試驗

在選定Φ2 mm棒介質，背景場強1.08 T的條件下，進行了沖次比較試驗，結果見表8。

表8 沖次比較試驗結果

從沖次比較試驗結果可知，沖次 100～150次／min，兩者粗精礦品位與回收率高低有差異，從不同著眼點考慮，沖次 100次／min、150次／min均可選用，繼續提高沖次，粗精礦品位變化不大，回收率卻明顯降低，故過高的沖次不宜采用。

2.1.1.4 沖程對比考察試驗

粗選試驗對沖程4 mm和6 mm作了對比考察，結果見表9。

表9 沖程對比試驗結果

考察結果表明，兩種沖程分選指標相近，在此條件下，為減少磁選機隔膜磨損，能采用小沖程就不采用大沖程，故沖程以4 mm為宜。

2.1.1.5 粗選綜合條件試驗

通過上述比較試驗和考察，粗選所選定的試驗條件為Φ2 mm棒介質、背景場強1.08 T，沖次150次／min，沖程4 mm，礦漿流速選定250cm／min，以此組成磁選粗選條件進行綜合試驗，結果見表10。

表10 粗選綜合試驗結果 %

綜合條件試驗結果表明，粗選確定的各項參數是適宜的，所獲分選指標較好，為下一步精選創造了條件。

2.1.2 磁選精選條件比較試驗

精選試驗是在粗選各項參數的基礎上進行的，同樣進行了沖程、沖次、背景場強比較及綜合條件的試驗。

2.1.2.1 沖程比較試驗沖程比較試驗結果見表11。

表11 沖程比較試驗結果

沖程比較試驗結果表明，在精礦品位相近的情況下，沖程為4 mm時精礦回收率最高，故選此沖程為佳。

2.1.2.2 沖次比較試驗

沖次比較試驗結果見表12。從試驗結果可知，隨著沖次增加精礦品位略有升高，但精礦回收率有明顯的下降，兼顧考慮品位和回收率，以沖次150次／min為宜。

表12 沖次比較試驗結果

2.1.2.3 精選背景強度比較試驗

精選背景強度比較試驗結果見表 13，試驗結果表明，背景場強提高，精礦產率和回收率隨之增加，考慮到精選作業以提高精礦品位為主，兼顧考慮精礦品位和回收率，以背景場強0.84 T為宜。

表13 背景場強比較試驗結果

2.1.2.4 磁選精選綜合條件試驗

通過上述條件比較試驗，選定精選沖程為4 mm、沖次150次／min、背景場強0.84 T，選用Φ2 mm棒介質、礦漿流速2.50 m／min進行精選綜合條件試驗，結果見表14。由表14結果可知，采用一粗一精的磁選工藝可獲得精礦鐵品位51.64%，回收率34.60%的試驗指標。

2.2 小型工業試驗

根據實驗室流程試驗結果及考慮到該工藝流程簡潔，生產上易于實施，故推薦以高梯度磁選一粗一精開路磁選流程為工業試驗流程。于是，2008年12月中國鋁業廣西分公司建成一條日處理赤泥400 t的選鐵試驗廠。生產試驗廠采用一粗一精全磁選開路流程。試驗廠做了生產調試優化工藝參數試驗，以穩定和提高產能，主要是調整粗選和精選磁選機的場強電流，同時對電耗和產能進行了測試，試驗結果說明磁選機場強電流的改變對產能和品位有明顯影響，故采取逐步改變磁選機場強電流方法進行生產試驗。經過調整粗選和精選的場強電流后產能更加穩定。

表14 磁選精選綜合條件試驗結果 %

最終穩定工業試驗獲得的產品指標及精礦產品多元素分析分別見表15、表16。

表15 工業試驗結果 %

表16 鐵精礦多元素分析結果表 %

從表15、表16結果可知，工業試驗可獲得鐵精礦品位保持在55%以上，平均Fe回收率22%。故該礦氧化鋁生產過程中完全可以從赤泥中回收鐵，并能得到55%以上品位的鐵精礦。且鈧、鈦、鉭、鈮、鋁約90%富集在磁選尾礦中，這為今后進一步開展有價元素綜合回收創造了有利條件。

3 生產工藝設計及指標

在以上各項試驗研究的基礎上，采用一粗一精的磁選開路做工業生產主流程，設計年處理赤泥規模220萬t的赤泥回收鐵精礦生產車間。

具體設計的流程：赤泥來自二次洗滌沉降槽，通過砂泵送至混合槽稀釋調漿，稀釋過的赤泥經過隔柵篩除渣后進入中磁機選出強磁性礦物，中磁機的尾礦經過兩次強磁選（即“一粗一精”流程）選出鐵精礦，鐵精礦經過濃密、精礦攪拌、精礦壓濾產出鐵精礦外賣；強磁選粗選的尾礦集中返回三次洗滌沉降槽；濃密機溢流與濾液就地作為補加水使用，與沉降熱水混合進入流程。開路流程如圖1所示。

設計指標為：原礦赤泥含Fe 26%；精礦Fe品位≥55%；Fe回收率22%。

4 生產實踐

2011年6月廣西平果鋁土礦氧化鋁建成年處理赤泥規模220萬t的赤泥回收鐵精礦生產線（流程如圖1所示），原礦赤泥含 Fe 26%；精礦Fe品位≥55%；Fe回收率22%。年產鐵精礦總計22萬t。

4.1 生產過程描述

赤泥（礦漿濃度37%）從一、二、三期氧化鋁生產二次洗滌沉降槽泵送至赤泥選鐵車間的GX型高效節能攪拌槽，攪拌槽內礦漿需控制濃度和液位；在攪拌槽內加入部分熱水稀釋到設定的濃度30%，調漿后的料漿自流入圓筒隔渣篩內除雜，雜質渣自流至尾礦緩沖槽，除雜后的赤泥料漿自流入筒式中磁機選出少量鐵屑（主要為高品位的磁鐵礦），選出的少量鐵屑用熱水沖洗后直接自流進入精礦緩沖槽，絕大部分料漿自流至立環脈動高梯度磁選機進行粗選，粗選后的尾礦自流至尾礦泵池，粗選精礦用熱水沖洗后自流至立環脈動高梯度磁選機進行精選，精選后的尾礦自流至尾礦泵池，尾礦泵池設有液位計控制，精選的鐵精礦用熱水沖洗后自流至精礦泵池內，精礦泵池需控制液位，再經過泵輸送至精礦濃密池。精礦輸送泵采用變頻調速控制流量；當精礦濃密池的底流達到一定濃度時，用泵打至壓濾車間的高效攪拌槽，再由壓濾機的給料泵打入壓濾機過濾脫水，過濾后濾餅即為鐵精礦產品。濃密池的溢流和濾液返回回水系統。尾礦泵池內的料漿用泵送至氧化鋁廠各期三洗槽，尾礦輸送泵采用變頻調速電機控制流量。

圖1 開路流程

赤泥選鐵車間和壓濾車間分開布置，生產過程中設有信號聯系。

赤泥回收鐵項目的工藝流程對原氧化鋁生產流程水平衡、赤泥附堿損失以及赤泥堆存基本沒有影響，赤泥堆存費用還可以降低，只在熱平衡方面稍有影響，但通過適當補充蒸汽可以解決，且氧化鋁廠有二次蒸汽余量補充這部分蒸汽以滿足要求。

磁選機在使用的過程中由于赤泥中的雜質和絮凝劑會包裹磁介質，影響磁鐵礦的選別效果，生產過程設有磁介質的化學洗滌設備和設施，定時對磁介質清洗。同時設計備用有一套磁介質，磁介質定時更換，每臺磁介質更換時間約需2個班。

4.2 生產工藝優化

隨著氧化鋁產量大幅提升，赤泥產出量也大幅上升，2013年中鋁廣西分公司將赤泥選鐵生產線擴建到年處理規模320萬t。項目在擴建的同時進行了流程優化，將原設計的強磁精選尾礦返回磁選作業，由一粗一精開路流程改為一粗一精閉路流程。閉路流程如圖2所示。

圖2 閉路流程

生產線優化的兩個優勢：（1）在進料流量和固含不變的前提下，精選尾礦返回可提高進料固體量10 t／組，按赤泥回收率10%計算，整個赤泥回收率可提高1%；（2）精選尾礦固含低，濃度只有3.4%，返回混合槽后可以完全替代熱水的添加，每天可節約熱水5 980 m3；既減少熱水添加量又減少尾礦返回流量，經過磁選后的尾礦的粘度降低，有利于整個系統提高產能。

優化后的生產過程：赤泥從氧化鋁生產二次洗滌沉降槽泵送至赤泥選鐵車間的攪拌槽，在攪拌槽中加入精選尾礦稀釋到設定的濃度19%，調漿后的料漿自流入圓筒隔渣篩內隔除雜質，雜質流至尾礦緩沖槽，除雜質后的赤泥料漿經入筒式中磁機選出少量高品位的磁鐵礦，選出的少量高品位的磁鐵礦用熱水沖洗后直接流進入精礦緩沖槽，大部分料漿流至粗選高梯度磁選機進行粗選，粗選后的尾礦流至尾礦泵池；尾礦泵池內的料漿用泵送至氧化鋁廠的三洗槽。粗選精礦用熱水沖洗后流至精選高梯度強磁選機進行精選，精選后的尾礦流至精選尾礦泵池，精選的尾礦通過砂泵返回攪拌槽調漿，精選的鐵精礦經過泵輸送至精礦濃密池。精礦濃密池的底流用泵打至壓濾車間的高效攪拌槽，再由給料泵打入壓濾機過濾脫水，過濾后濾餅即為產品鐵精礦。濃密池的溢流和濾液泵送至回水系統。

生產過程中采用中磁機提前選出高品位的鐵精礦對提高總鐵精礦的品位有很好的效果，同時也可以防止粗顆粒堵塞強磁機的介質盒，保證了生產效率。在2011年至2013年的生產過程中由于中磁機礦漿通過能力不夠，出現礦漿溢槽的問題，在改擴建中增加了中磁機的數量，滿足了生產需求。

年處理赤泥320萬t選鐵生產線，設有6條磁選生產線，每2條磁選生產線配置有一臺Φ5 000 mm的高效攪拌槽，一臺Φ2 500 mm的圓筒篩，2臺1030的中磁機，2臺Φ2 500 mm的立環脈沖高梯度磁選機作為鐵精礦粗選，2臺Φ2 000的立環脈沖高梯度磁選機作為鐵精礦精選。生產設備在設計過程中考慮了適當的富余能力。

生產實踐證明高梯度磁選機采用轉環立式旋轉、反沖精礦、并配有脈動機，從根本上解決了介質容易堵塞的技術難題，對給礦粒度、濃度和品位波動適應性強，分選弱磁性礦石實現了精礦品位高、回收率高的優點，且操作穩定、實施維護方便。生產過程中高梯度磁選機所用的冷卻水，需經過軟化處理，若水處理效果不佳對設備的效率有著較大的影響。

根據生產數據統計：赤泥進料的溫度為93℃，赤泥尾礦返回的溫度86℃，熱水溫度92℃。年處理320萬t赤泥選鐵生產線的蒸汽消耗為25 t／h。在生產過程通過對主要設備設置防護罩、往返礦漿管道設計敷設保溫材料，盡可能利用氧化鋁廠的余熱和冷卻水，減少熱量損失，減少能源消耗和設備投入，使得氧化鋁系統的熱平衡和物料平衡得到保證。

赤泥磁選的鐵精礦粒度細，沉降快，生產中配置有一臺Φ30 m的濃密機、4臺300 m2的隔膜壓濾機，生產初期鐵精礦過濾后鐵精礦含水21%，不利于鐵精礦的堆存和運輸，現場通過對壓濾機進行了改造，增加反吹脫水設施，壓濾機改造后過濾的鐵精礦含水降至15%，保證了鐵精礦在堆存和外運過程的順暢。

5 結 論

1.廣西平果鋁土礦氧化鋁的赤泥回收鐵精礦生產線實踐證明，采用一粗一精的生產流程提取的鐵精礦，其雜質含量完全符合要求，達到粉礦質量一級品標準。

2.赤泥回收鐵精礦生產過程中各作業易實現自動控制，且流程結構簡單，操作維護方便，產品質量有保證，在原礦赤泥含Fe 26%情況下，可獲得鐵精礦Fe品位≥55%；Fe回收率22%。

3.通過生產工藝優化調整，設備運轉效率高，節約了生產能源。1 t原礦耗電僅4.26 kW·h。單位礦石新水耗量0.5 m3。年處理320萬t赤泥，每年可減少赤泥排放量約32萬t。

［1］ 徐金越，胡俊.Slon高梯度磁選機在降低赤泥含鐵量及減排中的應用［J］.礦山工程，2008，（6）：24－25.

［2］ 陳志友，陳秋虎.強磁選與重選聯合回收尾礦和冶煉尾渣中鐵的研究［J］.金屬礦山，2009，（9）：182－184.

［3］ 梁冬云，洪秋陽.某拜爾法赤泥選鐵尾礦工藝礦物學研究［J］.金屬礦山，2011，（12）：151－153.

Production Practice of Fe Concentrate Recovery out of the Red Mud in Alumina Produced from Pingguo Bauxite PENG Xue-qing，HUANG Guang-hong

（Changsha Engineering and Research Institute Ltd.Of Nonferrous Metallurgy，Changsha 410011，China）

The engineering design and production practice of Fe concentrate recovery out of the red mud in alumina produced from Pingguo bauxite has demonstrated that the application of magnetic separation process flowsheet by 1-stage roughening and 1-stage cleaning for Fe concentrate extraction can ensure automatic control of various operations，simple circuits，simple operation and maintenance，good product quality as well as effective reduction of tailing discharge and resource comprehensive utilization to offer good economic benefit for the enterprises.

alumina；red mud；magnetic separation；Fe concentrate

TD924.1

A

1003－5540（2015）05－0010－06

2015－05－18

彭雪清（1965－），女，高級工程師，主要從事有色金屬選礦工程設計咨詢工作。