姑山極微細粒赤鐵礦石選礦工藝流程改進探索試驗

劉 軍 楊任新 王 炬 陸 虎

（1.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司，安徽馬鞍山243000；2.馬鋼（集團）控股有限公司姑山礦業公司，安徽馬鞍山243181）

中國的鐵礦資源具有“貧、細、雜、散”的特點，根據磁選分離效果，常把-74 μm的赤鐵礦和-56 μm的磁鐵礦稱為細粒鐵礦，而將-45 μm的赤鐵礦和-30 μm的磁鐵礦稱為微細粒鐵礦，-30 μm的赤鐵礦稱為極微細粒鐵礦［1］。“十一五”期間，馬鞍山礦山研究院在微細粒鐵礦的高效開發利用方面做了大量卓有成效的研究工作，如參與承擔了“十一五”國家科技支撐計劃項目《微細粒復雜難選磁赤鐵礦高效選礦技術研究》，現項目依托單位太鋼集團嵐縣礦業公司已建成投產2 200萬t/a的微細粒復雜難選磁赤混合鐵礦選礦廠，采用階段磨礦—弱磁—強磁—陰離子反浮選工藝，在最終磨礦細度-0.038 5 mm占85%的條件下，獲得的鐵精礦鐵品位大于65%、鐵回收率大于70%。

馬鋼集團姑山鐵礦一直為馬鋼集團礦業有限公司的重要“糧倉”之一，同時也是全國重點黑色冶金礦山。姑山鐵礦鐵精礦品位一直維持在57.0%左右，不能滿足目前鋼鐵工業的需要，以其為代表的極微細粒赤鐵礦石選礦工藝技術亟待突破。縱觀姑山鐵礦選礦廠選礦工藝流程的演變歷史可以發現，姑山赤鐵礦的選礦工藝緊跟時代步伐，無論是20世紀70年代采用的強磁—正浮選工藝，80年代采用的離心重選工藝，還是90年代采用的脈動高梯度強磁選工藝，姑山赤鐵礦的選礦工藝一直緊跟甚至引領國內赤鐵礦選礦工藝技術的最新進展，在當時都取得了明顯優于前一時代技術的選別指標，尤其是脈動高梯度強磁選，在姑山礦首次實現了工業化應用，對中國赤鐵礦石選礦工藝技術進步做出了重要貢獻。

近年來，隨著姑山鐵礦即將由露天開采轉為地下開采，礦石性質可能發生變化，且現有選礦工藝流程的鐵精礦質量已不能適應當前礦山及鋼鐵行業的需要，因此，有必要對其選礦工藝流程進行改進，在查閱大量相關研究報告及文獻的基礎上，在實驗室進行了探索選礦試驗研究，為后續研究工作提供參考。

1 礦石性質

姑山赤鐵礦石化學多元素分析和鐵物相分析結果分別見表1、表2。

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由表1、表2可見：姑山鐵礦石可回收的元素為鐵，鐵主要以赤鐵礦的形式存在，赤鐵礦占有率達95.63%；雜質成分主要為SiO2、Al2O3；有害元素P含量高、S含量較低。

礦石工藝礦物學研究表明：鐵礦石系石英質赤鐵礦，鐵硅共生密切，硬度系數f=12～18，難磨；礦石以角礫狀、致密塊狀構造為主，鐵礦物與脈石礦物嵌布粒度極微細，當磨至-200目占44%左右時，鐵、石英的單體解離度分別為49.19%、32.50%；當磨至-200目占85%左右時，鐵礦物、石英的單體解離度也只有60.39%、34.14%，欲使姑山鐵礦石中微細粒浸染狀石英與赤鐵礦完全解離，需磨至-0.029 6 mm（-500目），屬國內典型的難磨難選赤鐵礦石［2］。

2 姑山極微細粒赤鐵礦石選礦工藝流程演變

2.1 設計流程

姑山赤鐵礦石選礦廠建成于1978年，設計依據為馬鞍山礦山研究院1973年提交的《馬鋼姑山鐵礦石選礦試驗研究報告》，該報告推薦的選礦工藝流程為原礦（-12 mm）經濕式篩分分級、粗粒級經跳汰重選得塊精礦并拋棄部分塊尾礦、跳汰中礦與濕式篩分篩下產品合并后磨礦—強磁—再磨—正浮選流程（見圖1）［3］。

2.2 技改歷程

隨著選礦設備的不斷更新與進步，尤其是強磁輥式干選設備以及立環脈動高梯度強磁選設備出現后，姑山鐵礦選礦廠結合自身生產實際，進行了一系列的技術改造。姑山鐵礦選礦廠建成投產至今，大的技術改造主要有如下幾次。

（1）1978年，采用螺旋選礦機取代強磁選選別跳汰中礦粗磨產品，獲得較好指標［4］。

（2）采用感應輥式強磁機處理跳汰中礦，強磁拋尾后進入主廠房，經一段球磨磨細至-0.074 mm占50%左右，一段分級采用φ500 mm旋流器，二段分級采用φ350 mm旋流器，沉砂經螺旋溜槽分選，φ350 mm旋流器溢流采用離心機選別［5］。

（3）馬鞍山礦山研究院于1982年6月對姑山鐵礦選礦廠球磨分級溢流進行了強磁選試驗［6］。在實驗室強磁選試驗及現場單機強磁選試驗的基礎上，增設了1臺SQC-6-2770A型濕式強磁選機與現場SQC-6-2770型濕式強磁選機組成1粗1精磁選流程。當給礦鐵品位為35.87%時，經1粗1精選別可獲得精礦鐵品位57.48%、回收率70.56%的生產指標［5］。

（4）1986年5月—1989年10月，為了提高姑山鐵礦鐵精礦品位及金屬回收率，磨選系統改用磨礦—SQC強磁粗選—再磨—SQC強磁精選—脈動高梯度強磁精掃選工藝，可獲得精礦鐵品位58.17%、回收率75.12%的生產指標。該工藝于1990年12月通過原冶金部組織的技術鑒定，1992年11月完成工藝流程改造工程并投產。多年的生產實踐表明，該工藝生產順行，指標穩定，操作方便，利于管理，是國內選別難選赤鐵礦石的成功案例，對同類型礦山具有推廣借鑒意義［2］。

2.3 現有流程

2000年以來，隨著馬鋼股份公司對姑山礦業公司產品質量要求的提高，姑山礦業公司塊礦生產工藝采用PHMS型干式永磁強磁選機取代跳汰機分選6～12 mm赤鐵礦，粉精礦生產工藝采用階段磨選、Slon強磁粗選—Slon強磁精選—Slon強磁掃選取代SQC強磁粗選—SQC強磁精選—Slon強磁掃選1粗1精1掃工藝，洗礦細泥濃縮后采用脈動高梯度強磁選技術回收，塊礦鐵品位達到53.0%（后因采出礦石性質變化塊精礦鐵品位逐步降低，目前僅為48.0%左右）、粉精礦鐵品位達到58.0%［7］。至此，姑山鐵礦選 礦廠選礦工藝流程沿用至今，現采用流程見圖2。

3 姑山赤鐵礦石現采用選礦工藝流程分析

對姑山赤鐵礦選別指標差的原因，初步分析如下。

（1）姑山鐵礦選礦廠設計的塊精礦TFe品位55%，而如今所產塊精礦TFe品位僅為48%，且有害元素P含量超標，因此已無必要再出塊精礦產品。

（2）現有選礦工藝礦石入選粒度粗，單體解離度不夠。當礦石磨至-200目占85%左右時（目前磨選系統二段磨礦細度），鐵、石英的單體解離度分別為60.39%、34.14%，獲得的鐵精礦鐵品位約57%。提高磨礦粒度后能否獲得更高鐵品位的鐵精礦，有待于實驗室進行進一步試驗驗證。

綜上所述，結合目前姑山赤鐵礦即將由露天轉入地下開采，礦石性質也可能發生變化，有必要對姑山鐵礦的鐵精礦產品質量重新定位、選礦工藝流程進行改進，研究出適應目前鋼鐵工業形勢發展需要的選礦工藝流程。

4 實驗室探索試驗結果

由于姑山鐵礦選礦廠所產塊精礦TFe品位僅為48%，遠不能滿足鋼鐵工業的需要，因此本次探索試驗暫不考慮預先選出塊精礦，直接對原礦進行磨選試驗。

4.1 一段磨礦—強磁選試驗

取姑山鐵礦選礦廠中碎產品（-75 mm）破碎至-2 mm，磨細至現場選礦工藝流程最終磨礦粒度（-0.074 mm占85%）進行強磁選試驗，1粗1掃流程的粗選精礦與掃選精礦合并為混合精礦，試驗結果見表3。

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從表3可見，一段磨礦粒度-0.074 mm 85%的條件下，僅通過一段強磁選獲得的精礦鐵回收率低，尾礦鐵含量高，但通過1次粗選1次掃選可以拋除鐵品位20.90%的尾礦，因此采用1粗1掃流程進行試驗。

4.2 再磨—陰離子反浮選試驗

將一階段1粗1掃強磁選混合精礦再磨至不同細度，直接進行陰離子反浮選試驗，試驗流程為1粗1精，因是探索試驗，故未進行詳細的藥劑用量條件試驗，試驗結果見表4。

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從表4可見，直接再磨—浮選，鐵精礦鐵品位提高幅度有限，最高也僅60.56%，原因可能是磨礦粒度很細，部分鐵礦物泥化影響了浮選效果，故考慮將一階段強磁精礦再磨后先經強磁選脫泥，再進行浮選試驗。

4.3 二段磨礦—強磁—陰離子反浮選試驗

因一階段強磁選混合精礦再磨直接浮選效果不理想，故將一階段強磁選混合精礦再磨礦至不同細度，進行強磁—陰離子反浮選試驗。強磁選主要是為了拋尾、脫泥，因此選擇了高磁場強度并增加強磁掃選，粗選、掃選的精礦合并后以NaOH為pH調整劑、淀粉為抑制劑、石灰為活化劑、RA-915為捕收劑進行1粗1精陰離子反浮選；試驗藥劑用量根據經驗確定。試驗流程見圖3，試驗條件及結果見表5。

由表5可見，二段磨礦后先經強磁選后再浮選，陰離子反浮選指標大為改善，二段磨礦細度為-0.030 mm占87%時，可獲得鐵品位63.96%的鐵精礦，浮選開路試驗作業回收率56.92%，可定性說明將姑山鐵精礦鐵品位提高至63%以上技術上是可行的；受實驗室強磁選機背景磁感應強度上限（1.0 T）所限制，強磁選尾礦鐵品位較高，為40.65%，金屬流失嚴重。因此，有必要采用更高背景磁感應強度的脈動高梯度強磁選機進行強磁選試驗（現有生產實踐中脈動高梯度強磁選機背景磁感應強度最高可達1.8 T）。

4.4 推薦選礦工藝流程

由上述探索試驗結果可知，姑山赤鐵礦石采用階段磨礦—階段強磁選—陰離子反浮選工藝提高鐵精礦品位至63%以上技術上是可行的，因此在后續的研究工作中擬推薦按圖4所示原則流程進行更為詳細的選礦試驗研究工作。

5 結論

（1）對姑山赤鐵礦石進行了階段磨礦—階段強磁選—陰離子反浮選流程探索試驗，在最終磨礦粒度-0.030 mm占87%的條件下，可獲得鐵品位63.96%的浮選鐵精礦，說明將姑山赤鐵礦石鐵精礦品位提高至63%以上在技術上可行。

（2）姑山赤鐵礦石嵌布粒度極微細，最終磨礦粒度需達到-0.030 mm占90%，甚至更細，為降低磨礦能耗，有必要在入磨前進行高壓輥磨—濕式強磁預選拋尾試驗，以期降低入磨礦量并提高入磨物料可磨性，再對預選精礦進行磨選試驗。

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（3）探索試驗時受強磁選機磁場強度上限（1.0 T）限制，強磁選尾礦鐵品位較高（一段、二段強磁選尾礦鐵品位分別為20.90%、40.65%），金屬流失嚴重，有必要采用更高磁場強度的脈動高梯度強磁選機進行強磁選試驗。

（4）從陰離子反浮選實驗室選別指標來看，浮選前作業前增加強磁選有利于改善浮選指標，強磁選還可起到脫泥作用，因此脫泥浮選、絮凝脫泥浮選，也是今后的重要研究方向。