河北某鐵礦石制備超級鐵精礦試驗

劉　暢李艷軍孫　鎮劉　杰宮貴臣

（1.東北大學資源與土木工程學院，遼寧沈陽110819；2.中國有色集團沈陽有色金屬研究院，遼寧沈陽110141）

超級鐵精礦是指Fe品位≥71%、SiO2含量≤2%的深加工鐵精礦，也常稱作超純鐵精礦、高純鐵精礦等[1]。超級鐵精礦除了可由極富的礦石（如巴西某地的赤鐵礦SiO2含量為0.50%左右）直接提取外，一般都要以商品鐵精礦為原料制備。根據商品鐵精礦中脈石礦物種類、嵌布粒度以及與鐵礦物的嵌布關系，制備超級鐵精礦的常見工藝包括浮選、磁選、電選和細篩等。作為一種具有發展潛力的新型功能材料，超級鐵精礦應用廣泛，其既可用于生產直接還原鐵、制取粉末冶金用鐵粉、生產磁性材料以及合成氨催化劑，也在廢水處理、食品保鮮、化工等領域具有廣闊的應用前景[1-2]。超級鐵精礦具有高技術含量以及高附加值的特點，決定了其具有巨大的經濟價值。由普通鐵精礦粉深加工生產超級鐵精礦能夠在較少增加成本的情況下顯著提高經濟效益和社會效益，充分發揮優質資源的潛在價值[3]。

本研究以河北某鐵品位為34.25%的鐵礦石為原料，進行了超級鐵精礦加工工藝研究。

1　試驗原料及方法

1.1　試驗原料

試驗所用原料為河北某選礦廠提供的鐵礦石，礦石化學多元素分析結果見表1，XRD衍射圖譜分析結果見圖1，鐵相態分析結果見表2。

根據表1和圖1可知，原礦Fe品位為34.52%，主要脈石成分為SiO2，含量為43.78%，是選礦過程中的主要分離對象；此外，原礦中Al2O3、MgO的含量也較高，分別為2.18%、1.62%。

由表2可知，原礦中的鐵主要賦存于磁鐵礦中，分布率達92.87%，與XRD圖譜的分析結果吻合，因此，磁鐵礦是選礦過程中的主要回收對象，另有少量的鐵賦存于硅酸鐵、氧化鐵和碳酸鐵中。

1.2　試驗方法

根據原礦性質及探索試驗，確定采用圖2所示的流程進行選別工藝條件研究。試驗選用的磨礦設備為 XMQ-Φ240×90型球磨機，弱磁選設備為Φ150×100型筒式磁選機，磁選柱規格為Φ100（恒定電流為1.0 A、脈動電流為2.2 A），浮選設備為XFGⅡ型掛槽浮選機，反浮選捕收劑為陽離子捕收劑YS-3，為高效復合捕收劑，對硅酸鹽礦物具有高選擇性和強捕收性能[4]。

2　試驗結果及分析

2.1　條件試驗

2.1.1一段磨礦細度試驗

磨礦細度是影響分選效果的關鍵因素，為使目的礦物達到單體解離，從而獲得更好的選別指標，需要通過試驗確定適宜的磨礦細度。為確定一段選別的適宜磨礦細度，采用了1次弱磁粗選（磁場強度為99.52 kA/m）、1次磁選柱精選流程，試驗結果見圖3。

由圖3可知，一段磨礦細度從-0.074 mm占30%提高至-0.074 mm占50%，磁選柱精選精礦鐵品位由65.01%大幅提高至69.00%，回收率由93.94%小幅降低至93.82%；繼續提高磨礦細度至-0.074 mm占90%，磁選柱精選精礦鐵品位小幅上升至69.89%，但鐵回收率明顯下降至91.80%，這可能是由于磨礦細度過細導致微細粒磁鐵礦在礦漿流的沖擊下流失在尾礦中。綜合考慮，確定一段磨礦產品細度為-0.074 mm占50%。

2.1.2弱磁粗選磁場強度試驗

磁場強度是影響弱磁選機選別效果的重要因素，為確定弱磁粗選適宜的磁場強度，針對細度為-0.074 mm占50%的一段磨礦產品，進行了1次弱磁粗選試驗，結果見圖4。

由圖4可知，弱磁粗選磁場強度從60 kA/m提高至119.43 kA/m，弱磁選粗精礦鐵品位由67.31%下降至66.64%，鐵回收率由93.01%上升至94.48%，兩者均變化不明顯。綜合考慮，確定弱磁粗選磁場強度為99.52 kA/m，對應的弱磁選粗精礦鐵品位為66.97%、鐵回收率為94.16%。

2.1.3二段磨礦細度試驗

要進一步提高精礦鐵品位就必須進一步提高鐵礦物的單體解離度，因此，就必須對磁選柱精選精礦進行再磨[5]。為確定二段磨選的適宜磨礦細度，采用了1次弱磁精選流程（弱磁精選磁場強度為99.52 kA/m），試驗結果見表3。

由表3可知，二段磨礦細度從-0.038 mm占60%提高到97%，弱磁精選精礦鐵品位由71.28%提高至71.77%，鐵作業回收率由98.57%降至97.85%，酸不溶物含量由0.66%降至0.31%，而SiO2含量則由0.53%降至0.29%后又升至0.34%。綜合考慮，確定二段磨礦細度為-0.038 mm占95%，對應的弱磁精選精礦鐵品位為71.45%、鐵作業回收率為97.91%、SiO2含量為0.29%、酸不溶物含量為0.33%。

2.1.4弱磁精選磁場強度試驗

為了考察弱磁精選磁場強度對選別指標的影響，針對細度為-0.038 mm占95%的二段磨礦產品，采用了1次弱磁精選流程，試驗結果見圖5。

由圖5可知，弱磁精選磁場強度從60 kA/m提高至119.43 kA/m，弱磁精選精礦鐵品位由71.96%微幅下降至71.02%，弱磁精選精礦鐵作業回收率由97.13%微幅上升至97.99%。綜合考慮，確定弱磁精選磁場強度為99.52 kA/m，對應的弱磁精選精礦鐵品位為71.45%、鐵作業回收率為97.91%。

2.1.5反浮選捕收劑YS-3用量試驗

大量的研究和工業實踐表明，磁選鐵精礦陽離子反浮選工藝能夠有效降低鐵精礦的SiO2含量[6-7]。鑒于弱磁精選精礦的酸不溶物和SiO2含量有下降的空間，且考慮到實際生產中的指標與實驗室試驗指標會有一定差距，因此對弱磁精選精礦進行了反浮選脫硅試驗。試驗以弱磁精選精礦為原料考察了捕收劑YS-3用量（對原礦）對反浮選精礦指標的影響，結果見表4。

由表4可見，隨著YS-3用量的增加，反浮選精礦鐵品位變化不大，但鐵作業回收率大幅度下降，SiO2含量穩定在0.19%左右，酸不溶物含量穩定在0.24%左右，均達到合格標準。綜合考慮，確定YS-3的用量為100g/t，對應的反浮選精礦鐵品位為71.62%、鐵作業回收率為81.00%、SiO2含量為0.19%、酸不溶物含量為0.24%，達到超級鐵精礦質量標準。

2.2　全流程試驗

在條件試驗基礎上進行了全流程試驗，試驗流程見圖6，結果見表5，超級鐵精礦多元素分析結果見表6。

由表5、表6可見，采用圖6所示的流程處理礦石，可獲得鐵品位為71.62%、鐵回收率為73.47%、SiO2含量為0.19%、酸不溶物含量為0.24%的低雜質合格超級鐵精礦，以及鐵品位70.07%、鐵回收率為18.92%的普通鐵精礦。

3　結語

（1）河北某鐵礦石鐵品位為34.52%，主要雜質SiO2含量為43.78%，Al2O3、MgO含量分別為2.18%、1.62%。礦石中的鐵主要賦存在磁鐵礦中，占總鐵的92.87%，另有少量的鐵賦存于硅酸鐵、氧化鐵和碳酸鐵中。

（2）礦石在一段磨礦細度為-0.074 mm占50%的情況下經1次弱磁粗選1次磁選柱精選，磁選柱精選精礦二段磨礦至-0.038 mm占95%的情況下經1次弱磁精選1次反浮選（捕收劑YS-3用量為100 g/t）流程處理，最終獲得鐵品位為71.62%、鐵回收率為73.47%、SiO2含量為0.19%、酸不溶物含量為0.24%的低雜質合格超級鐵精礦，以及鐵品位70.07%、鐵回收率為18.92%的普通鐵精礦。