酒鋼黑溝礦CaO含量對弱磁系統的影響規律研究

孫洪碩 張麗麗 祁生亮 楊 珊

(酒鋼集團宏興股份公司選燒廠，甘肅 嘉峪關 735100)

0 引言

酒鋼入選原礦主要來自鏡鐵山樺樹溝礦和黑溝礦兩個礦區[1，2]，原礦經過篩分后，15 mm以上塊礦采用“焙燒-弱磁-反浮選”工藝，簡稱弱磁系統；15 mm以下的粉礦采用強磁選的生產流程，簡稱強磁系統；強磁精礦、弱磁精礦經濃縮脫水后，綜合鐵精礦送到燒結工序[3]。鏡鐵山黑溝礦區Ⅰ期采場目前處于停產狀態，主要由Ⅱ期采場輸出礦石。Ⅱ期采場南翼礦體鐵質白云巖夾層較多，與黑溝礦接觸交代密切，稱為鐵白云石型鐵礦床，其塊礦率高、CaO含量高、礦石性質較為難選；Ⅱ期采場北翼礦石塊礦率低、鐵質千枚巖多、SiO2含量較高。一般情況下南北翼礦體均勻配合輸出，一旦輸出比例失調，將嚴重影響選別指標尤其是弱磁系統指標，繼而影響后續燒結工序穩定生產[4]。近期黑溝礦主要輸出Ⅱ期南翼礦石，鐵白云石礦比例增加，導致原礦中CaO含量顯著升高，選礦實際生產受到沖擊。通過試驗室試驗對比黑溝Ⅱ期綜合礦石和鐵白云石礦可選性差異，結合生產現狀對各指標與綜精CaO含量進行相關性分析，總結黑溝礦CaO含量升高后對弱磁選別系統的影響規律，制定針對性措施，降低CaO含量升高對選礦生產造成的影響。

1 黑溝礦鐵白云石型礦石性質分析

1.1 黑溝礦鐵白云石型礦石化學成分及礦物組成

對黑溝Ⅱ期南翼鐵白云石型礦石進行氧同位素化學全分析[5]，主要元素化學分析結果見表1，并對該礦種進行顯微鏡下礦物組成分析，主要礦物組成見表2。

表1 黑溝鐵白云石型礦石主要元素化學分析結果 %

表2 黑溝鐵白云石型礦石主要礦物組成 %

由表1可得，原礦鐵品位較低，僅26.16%，鈣、鎂含量較高；礦樣中含30%的SiO2，氧化亞鐵與燒損Ig含量高達13.05%、11.31%。

根據表2可知，黑溝鐵白云石型鐵礦主要含鐵礦物有鏡鐵礦、褐鐵礦及菱鐵礦，主要脈石礦物有鐵白云石、碧玉等。

1.2 黑溝礦鐵白云石型礦石礦石性質

鐵白云石是CaCO3與(Fe，Mg，Mn)CO3的復鹽，受熱易分解，在磁化焙燒豎爐中首先經歷氧化焙燒，470～700 ℃條件下空氣中分解，在650～800 ℃時，游離的CaCO3再結晶，然后進入還原帶，700 ℃條件下生成強磁性的錳鎂磁鐵礦，并呈微細粒嵌布于方解石與方鎂石中，與雜質一起易帶進弱磁選精礦中降低精礦質量。結合表1和表2分析可知，鐵白云石類鐵礦石具有以下性質[6]：

1)鐵白云石類礦石TFe低、CaO、MgO含量高、燒損Ig高。

2)鐵白云石礦(Ca(Fe，Mg，Mn)(CO3)2)中多有Mg2+、Ca2+、Mn2+與鐵以(Mg、Ca、Mn離子占據Fe離子的晶格位置)類質同相存在。

3)鐵礦物嵌布粒度細，單礦物純度低，雜質含量高，鏡下鑒定照片見圖1所示。

圖1 鐵白云石中鏡(赤)鐵礦的微細粒結構(反光200Χ)

2 黑溝礦鐵白云石型礦石磁化焙燒及選別試驗研究

2.1 不同類型礦石試驗室可選性試驗

對黑溝Ⅱ期綜合樣及鐵白云石礦進行磁化焙燒-弱磁選試驗，并對兩種礦樣進行試驗指標的對比。磁化焙燒試驗是將塊礦包籠后在工業豎爐中進行，弱磁選試驗在試驗室中進行，磨礦細度(-0.076 mm含量80%)，對比結果見表3。最終磁選精礦再進行反浮選試驗，磨礦細度-0.048 mm含量大于93%；捕收劑用量為粗選120 g/t、精選60 g/t；淀粉用量粗選為300 g/t、精選不加淀粉，一粗一精四掃閉路流程，對比結果見表4。

表3 磁化焙燒弱磁選試驗結果 %

表4 磁化焙燒弱磁精礦反浮選閉路試驗結果 %

從對比結果看，鐵白云石礦弱磁選精礦品位較黑溝Ⅱ期綜合樣低4.17個百分點，CaO含量高4.5個百分點，燒損Ig高2.16個百分點，SiO2含量相當，測算燒結礦品位差別不大，但金屬回收率低12.95個百分點，選比高0.686倍。因此，從金屬回收率層面講，黑溝Ⅱ期混入鐵白云石礦比例增加后，對塊礦磁化焙燒弱磁選流程不利，選礦比升高明顯。

從反浮選結果看，鐵白云石浮精品位偏低，較黑溝Ⅱ期綜合樣低5.4個百分點，但CaO和燒損Ig高，分別高出4.94和4.11個百分點，其測算燒結礦品位相當，分別是51.13%和52.43%，浮選回收率卻低6.74個百分點。由此可見，鐵白云石礦浮選特性也相對較差，在黑溝礦中混入比例增加后，對浮選作業也有負面影響。

2.2 不同類型礦石馬弗爐磁化焙燒特性分析

對兩種礦樣在試驗室采用馬弗爐進行焙燒磁選試驗，考察不同焙燒溫度、還原劑用量、焙燒時間條件下能夠獲得的最優選礦指標。對影響焙燒效果的主要因素(焙燒溫度、焙燒時間和還原劑用量)進行三因素五水平正交試驗法選擇，最終評價兩種礦石的磁化焙燒難易程度。兩種礦樣最優磁化焙燒條件如表5所示。

表5 兩種礦樣最佳磁化焙燒條件結果

可見，鐵白云石礦相對黑溝Ⅱ期綜合樣，適宜的焙燒溫度更高、所需的還原劑用量更多，還原焙燒時間也更長。鐵白云石礦較黑溝Ⅱ期綜合樣難磁化焙燒。

3 黑溝礦CaO含量對弱磁系統的影響

通過對2016年以來弱磁系統選別指標進行統計分析，建立散點圖，計算相關系數并進行顯著性檢驗等步驟[7]，因綜精CaO含量與黑溝礦CaO含量存在較強的正相關性，以綜精CaO含量替代黑溝礦CaO含量間接分析與弱磁選別指標間的關系，通過相關性分析總結黑溝礦CaO含量對弱磁系統生產指標的影響規律。

一段磨礦分級溢流回收率指標的高低直接反應豎爐磁化焙燒效果的好壞，其與綜精CaO之間的關系見圖2。

圖2 豎爐收率與綜精CaO相關關系圖

由圖2可知，豎爐溢流收率與綜精CaO含量呈負相關關系，隨著綜精CaO含量升高，豎爐溢流回收率越低。現場生產實際情況表明，鐵白云石礦進入豎爐后，因燒損高易炸裂，導致爐內礦石粒度碎，豎爐透氣性差，燃燒室溫度不易傳導至爐內，導致焙燒效果差，從而影響回收率指標。綜精CaO含量對弱磁選別指標的相關性分析見圖3。

圖3 綜精CaO含量與弱磁選指標相關關系圖

由圖3可知，二磁精品位、弱磁原礦品位、磁精品位，均與綜精CaO有較強的負相關性關系，而磁精品位與二磁精品位差值與綜精CaO含量無相關性。即綜精CaO含量越高，弱磁入磨品位、二磁精品位等顯著降低。綜精CaO含量對浮選指標的相關性分析見圖4。

圖4 浮選給礦品位、浮精品位與綜精CaO相關關系圖

由圖4可知，浮給品位與浮精品位和綜精CaO含量也呈顯著負相關關系，而浮精品位提升幅度與綜精CaO含量相關性較小。

4 弱磁選別系統相應調整措施

4.1 豎爐磁化焙燒相應調整措施

針對黑溝礦中CaO含量大幅度上升，豎爐焙燒礦金屬回收率大幅下降的情況，對16#、19#爐進行了不同搬出時間試驗，目的是探索搬出時間對焙燒礦質量的影響，試驗期間試驗爐搬出時間設置三個試驗條件：3分20秒、3分、2分40秒，調整完畢后8小時后搬出機取樣，進行磁選管試驗。結果見表6。

表6 不同搬出時間條件下磁選管試驗指標 %

從試驗數據看，搬出時間在3分時19#、16#爐磁選管回收率，分別為79.23%，72.5%，說明在一定程度上減少搬出時間，延長礦石加熱時間有助于提高焙燒質量，搬出時間在2分40秒時金屬回收率下降至74.17%，71.6%，分別下降了5.16%、0.9%，同時FeO分別上升了1.05%、2.53%，說明過度限制搬出時間焙燒礦易產生“過還原”現象，磁選管回收率也存在下降風險。

4.2 弱磁選系統相應調整措施

根據選廠現階段選礦工藝流程，進行二段磨礦-二段磁選試驗，一段弱磁選入選粒度-0.074 mm含量65%以上，二段弱磁選入選粒度-0.074 mm含量85%以上，實驗結果見表7。

表7 高鈣焙燒礦弱磁選試驗結果 %

高鈣焙燒礦弱磁選試驗結果表明，弱磁精礦品位僅50.4%，回收率78.48%，尾礦品位18.2%，選礦比1.92倍。由此可見，高鈣焙燒礦弱磁選拋尾量較大、鐵品位低。為查明二磁精品位低的原因，特對二磁精進行化學多元素及物相分析，見表8和表9。

表8 二磁精多元素分析 %

表9 二磁精礦物組成鑒定結果 %

由表8可見，精礦中主要雜質為SiO2，CaO、MgO也較高，總量分別為10.28%、6.8%、5.39%，CaO、MgO含量較高是造成精礦品位較低的主要因素。

由表9可以看出，二磁精礦礦物組成主要礦物為磁鐵礦，鎂錳磁鐵礦次之，其占比分別為47.12%、26.78%，主要脈石為碧玉、鐵白云石，其占比分別為6.08%、4.59%。可見，鐵白云石磁化焙燒后，部分類質同相替代的鎂錳磁鐵礦以磁性夾雜的形式進入精礦，造成精礦品位降低。

黑溝礦CaO含量上升時，二磁精礦中CaO、MgO含量上升明顯，且存在非磁性夾雜現象造成磁選精礦品位低。因此，弱磁選在CaO含量升高后，不宜過分提高磁選精礦品位，應減少各處磁選機漂洗水量以避免金屬流失。

4.3 反浮選系統相應調整措施

黑溝礦CaO升高后，浮選流程較差，浮尾拋出量少、浮精硅長期偏高，最高時達到8%以上，最終影響綜精質量。主要原因是鐵白云石型鐵礦經過焙燒后形成的Ca2+、Mg2+離子水解，造成環水PH偏高，流程酸堿度長期失調導致。為了改善浮選流程，應在綜精CaO達到2%以上時小幅度、長時間提高硫酸用量，均勻調整環水PH值，否則短期內大幅度提高硫酸用量，會造成粗精選流程泡沫堆積、泡沫發粘、中間箱泡沫量大，而掃選泡沫反而較差等現象，造成流程更加不能順行。

5 結語

1)黑溝礦CaO含量高主要是鐵白云石型礦石混入比例升高造成，其主要特征TFe低、CaO、MgO含量高、燒損Ig高；

2)與黑溝Ⅱ期綜合樣相比，鐵白云石礦難磁化焙燒，需要更高的磁化焙燒條件；弱磁選別指標差，磁選精礦品位低、回收率低；反浮選精礦品質差，浮選尾礦品位高等；

3)黑溝礦CaO含量升高對強磁系統影響不大，主要對弱磁系統有較大影響。鐵白云石礦磁化焙燒后，部分類質同相替代的鎂錳磁鐵礦使焙燒礦磁性減弱，含鐵礦物多以尾礦形式流失；同時部分鎂錳磁鐵礦又以磁性夾雜的形式進入精礦，造成精礦品位降低；

4)通過生產現場數據相關性分析，黑溝礦CaO含量與弱磁入磨品位、豎爐溢流回收率、二磁精品位、浮給品位及浮精品位等指標均呈較強的負相關關系，而磁精品位與二磁精品位差值和浮精品位提高幅度等與黑溝礦CaO含量無相關性或相關性較小；

5)根據鐵白云石型黑溝礦石性質，豎爐應適當延長焙燒時間、降低臺時處理量保證焙燒質量；弱磁選別在CaO含量升高后，不宜過分提高磁選精礦品位，應減少各處漂洗水量降低金屬流失；浮選應提前增加硫酸用量，及早調整環水水質避免短時間大幅度增加硫酸用量造成粗、精選泡沫堆積和掃選效果差的惡果。