陜西鎮安某高磷混合型鐵錳礦選礦實驗研究

（陜西省地質礦產試驗研究所有限公司，陜西 西安 710054）

錳礦是一種鋼鐵工業常用的基本原料，95%以上用于冶金工業，特別是鋼鐵冶金工業[1]。我國的錳礦石資源儲量不大，居世界第六位[2]。與國外相比，中國錳礦床主要以中、小型為主，錳礦資源平均品位相對較低，品質較差。通常表現為“粒度細、結構復雜、常含有硫、磷等有害雜質，另外還有一些錳礦石含鐵過高，選礦難度較大”[2]，很難得到合格的錳精礦。以陜西鎮安縣某地難處理高磷混合型鐵錳礦石為研究對象,結合該錳礦石特點，進行了相應的實驗研究，確定了適宜的選礦工藝流程，并取得了良好的工藝指標。

1 實驗樣品

實驗樣品來自陜西鎮安縣某地，對該錳礦進行了原礦化學多項分析、鐵錳物相分析、原礦粒度組成分析及工藝礦物學研究。工藝礦物學物質成分研究鑒定結果表明，該錳礦礦石成分復雜，主要礦石礦物有含鐵菱錳礦、菱鐵錳礦、褐錳礦，次要礦物有硬錳礦、軟錳礦、偏錳酸礦，方鐵錳礦、針鐵礦、赤鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦等；脈石礦物以石英、絹云母、白云母、石榴子石為主，次為黑云母、綠泥石、磷灰石等。其中，礦石中少量黃鐵礦、黃銅礦和磷灰石為該錳礦中硫、磷超標的主要因素。該錳礦石中主要含錳礦物均受到硬錳礦、軟錳礦、針鐵礦的不同程度交代，甚至形成微細粒“交生”的狀態，以致于無法測量粒徑。該錳礦化學多項分析、錳鐵物相分析及粒度組成結果分別見表1～ 4。

表1 化學多項分析結果/%Table 1 Chemical analysis results of multi-elements

表2 錳物相分析結果Table 2 Results of manganese phase analysis

表3 鐵物相分析結果Table 2 Results of iron phase analysis

表4 粒度組成結果Table 4 Particle size composition results

從表1～ 3 分析結果可以看出該錳礦主要金屬元素為錳和鐵，有害元素為磷、硫。錳主要賦存在碳酸錳、硅酸錳礦及部分軟錳礦中，鐵主要賦存于赤褐鐵礦、硅酸鐵和菱鐵礦中。按照錳礦自然類型劃分，該錳礦中碳酸錳礦物與氧化錳礦物含量均未超過85%，為混合型鐵錳礦。

從表4 看出，該錳礦試驗樣-1 mm 粒級中錳、鐵品位基本接近于原礦，且分布率與產率基本成正相關，錳、鐵元素在該錳礦中分布較均勻。

2 結果與分析

2.1 探索實驗

針對該錳礦石，在實驗室進行了弱磁選鐵、粗粒拋尾富集錳元素和原礦磁化焙燒錳鐵分離等探索實驗。其中弱磁選鐵探索實驗，由于原礦中所含磁性鐵礦物極少，在實驗室實驗中磁性產品產率為0%；粗粒拋尾富集錳元素探索實驗，所得精礦產品與尾礦產品的錳品位與原礦錳品位相差不大，且拋尾時礦石錳元素損失量較大，粗粒拋尾不適宜該礦石；磁化焙燒錳鐵分離探索實驗，所得鐵精礦鐵品位為22.70%未達到鐵精礦相應要求的指標且含錳較高，錳品位達24.19%，錳精礦錳品位為21.76%，含鐵14.20%，錳精礦指標也不理想、焙燒成本也較高。從探索實驗結果結合原礦工藝礦物學研究、原礦分析、錳鐵物相分析及原礦篩析結果可看出磁化焙燒錳鐵分離不適合該錳礦石。磁化焙燒錳鐵分離探索實驗流程見圖1，實驗結果見表5。

圖1 磁化焙燒錳鐵分離實驗流程Fig.1 Test flow chart of separation of ferromanganese by magnetization roasting

表5 磁化焙燒錳鐵分離實驗結果Table 5 Test results of separation of ferromanganese by magnetization roasting

2.2 實驗室條件實驗

錳礦選礦工藝方法通常有重選、磁選、浮選、火法富集、化學選礦及多種方法聯合選礦工藝[3]。通過探索實驗結合工藝礦物學研究、原礦分析、錳鐵物相分析及原礦篩析結果可以印證該鐵錳礦石主要特點為高磷高鐵，錳、鐵礦物交織嵌布均勻，且磁性鐵礦物極少。根據物質成分鑒定結果中錳礦物、鐵礦物成分顯示這些礦物均屬于弱磁性礦物，通常采用濕式強磁選機進行選別可得到較理想選礦指標[4]。實驗室設備選用SLON-100 型強磁選機，通過磨礦細度、磁場強度、沖洗水流量、磁介質、脈沖次數等實驗，最終采用原礦-磨礦-強磁場粗選工藝流程獲得較滿意的錳精礦。實驗工藝流程見圖2。

圖2 磁選實驗流程Fig.2 Magnetic separation test flow chart

2.3 磨礦細度實驗

磨礦細度對目的礦物與脈石礦物分離有較大影響。在磁場強度：1.0 T，脈沖次數：200 次/min，磁場介質：2 mm 鋼棒，沖洗水流量5.0 L/min 的條件下，考查了磨礦細度對錳礦磁選的影響。

圖3 磨礦細度實驗結果Fig.3 Test results of grinding fineness

從圖3 看出，隨著磨礦細度增加，錳精礦品位緩慢上升，錳回收率隨著磨礦細度增加先緩慢增加隨后下降，當磨礦細度為-0.074 mm 82.84%時，選礦指標較好，確定磨礦細度為-0.074 mm 82.84%。

2.4 磁場強度實驗

磁場強度影響錳、鐵礦物的磁選選別效果，磁場過大會導致機械夾雜嚴重影響精礦質量，磁場過小會導致目的礦物損失過大。在磨礦細度，-0.074 mm 82.84%，脈沖次數200 次/min，磁場介質2 mm 鋼棒，沖洗水流量5.0 L/min 的條件下，考查了磁場強度對錳礦磁選的影響。

圖4 磁選強度條件試驗結果Fig.4 Test results of intensity of magnetic separation

從圖4 看出，隨著磁場強度增加，錳回收率逐漸增加，錳品位先緩慢增加，隨后開始下降。當磁場強度為1.0 T 時，磁選精礦品質回收率指標相對較好，確定磁場強度為1.0 T。

2.5 強磁選機沖洗水流量實驗

強磁選機沖洗水流量對精礦質量、處理量、回收率、水循環用量等有影響，在磨礦細度-0.074 mm 82.84%，磁場強度1.0 T，磁場介質2 mm 鋼棒，脈沖次數200 次/min 的條件下，考查了強磁選機沖洗水流量對錳礦磁選的影響。

圖5 強磁選機沖洗水流量實驗結果Fig.5 Test results of flushing water flow of high-intensity magnetic separator

從圖5 看出，當沖洗水流量4.2 L/min 時，磁選精礦品質回收率指標相對較好，確定沖洗水流量4.2 L/min。

2.6 強磁選機磁介質實驗

磁介質對磁選機磁場及礦漿過流有影響，間接影響到精礦質量、處理量。適當增大介質直徑有利于磁性物的回收,但介質直徑過大時反而會降低對磁性物的捕捉能力，針對不同物料應考慮確定適宜的磁介質直徑、充填率[5]。在磨礦細度-0.074 mm 82.84%，磁場強度1.0 T，沖洗水流量4.2 L/min，脈沖200 次/min 的條件下，考察了強磁選機磁介質對錳礦磁選的影響。

圖6 強磁選機磁介質實驗結果Fig.6 Test results of magnetic medium of strong magnetic separator

從圖6 看出，使用2 mm 鋼棒磁介質時選礦指標相對較好，確定磁介質為2 mm 鋼棒。

2.7 強磁選機脈沖次數實驗

脈沖次數同樣也影響錳礦磁選選別效果，脈沖次數過高，沖刷力度大，導致雖然精礦質量較高，但錳金屬量損失較大，脈沖次數過低導致機械夾雜嚴重影響精礦品質。在磨礦細度-0.074 mm 82.84%，磁場強度1.0 T，沖洗水流量4.2 L/min，磁場介質2 mm 鋼棒的條件下，考察了強磁選機脈沖次數對錳礦磁選的影響。

從圖7 看出，隨著脈沖次數的增加錳精礦品位緩慢提高，但錳精礦錳回收率隨著脈沖次數增加而降低，當脈沖100 次/min 時，磁選精礦品質回收率指標相對較好，確定脈沖次數100 次/min。

圖7 強磁選機脈沖次數實驗結果Fig.7 Test results of pulse times of high-intensity magnetic separator

2.8 最終流程驗證實驗

在上述實驗的基礎上，選擇較佳工藝條件進行驗證實驗。試驗條件為：磨礦細度-0.074 mm 82.84%，磁場強度1.0 T，磁選沖水量4.2 L/min，2 mm 鋼棒介質，磁選脈沖100 次/min。實驗工藝流程見圖2，驗證實驗結果見表6，最終錳精礦質量分析結果見表7。

表6 最終流程驗證實驗結果Table 6 Test results of final process validation

表7 錳精礦質量分析結果/%Table 7 Quality analysis results of manganese concentrate

從表7 看出，該錳精礦Mn+Fe 為36.56，精礦中P/Mn 為0.008，S/Mn 為0.006，根據行業標準YB/T 319-2005，可達到冶金用錳礦石品質要求中B 類BMn22 III 的要求，試驗指標較為理想。

3 結 論

（1）陜西鎮安某錳礦含錳 14.26 %，鐵11.90 %，磷 0.52%，P/Mn 遠大于0.006%，Mn/ Fe ＜3，屬于高磷混合型鐵錳礦石。

（2）物質成分研究結果表明該錳礦礦石成分較為復雜，主要含錳礦物含鐵菱錳礦、菱鐵錳礦凝膠體多呈球狀、鮞狀，且與其他錳、鐵礦物均緊密相交。錳鐵難以實現分離，只能以含鐵錳精礦形式生產鐵錳精礦粉。

（3）該錳礦石中含有少量黃鐵礦、黃銅礦、磷灰石，硫、磷屬于有害元素，通過磨礦-磁選流程在適宜的工藝條件下錳精礦中硫、磷可以降至合格范圍。

（4）通過預先粗粒拋尾富集錳元素、弱磁選鐵、磁化焙燒錳鐵分離探索實驗，表明該錳礦鐵錳難以分離。

（5）通過磨礦細度、強磁選機磁場強度、沖洗水流量、磁介質和脈沖次數等條件實驗，最終采用原礦-磨礦-強磁場粗選的工藝流程，獲得了產率59.66%，精礦Mn 品位21.51%，Mn 回收率90.01%的錳精礦，工藝流程簡單，選礦指標較好。