東鞍山鐵礦強化細粒鐵礦物回收新技術研究

楊 光 周立波 李文博 張 東 袁立賓 韋 智 楊 峰

（1.鞍山鋼鐵集團有限公司東鞍山燒結廠，遼寧 鞍山 114041；2.東北大學資源與土木工程學院，遼寧 沈陽 110819；3.難采選鐵礦資源高效開發利用技術國家地方聯合工程研究中心，遼寧 沈陽 110819；4.鞍山鋼鐵集團有限礦業公司齊大山選礦廠，遼寧 鞍山 114043）

東鞍山鐵礦石是我國較難選的典型含碳酸鹽貧磁赤混合鐵礦石，具有礦石鐵品位低、結構構造復雜、有用鐵礦物嵌布粒度細以及易泥化礦物含量高的特點［1-2］。東鞍山鐵礦石目前所采用的選礦工藝為兩段連續磨礦、中礦再磨、重選、磁選及陰離子反浮選聯合工藝，其中連續磨礦工藝使得礦漿中微細粒鐵礦物含量顯著增加，由于微細粒鐵礦物具有質量小、比磁化系數低、比表面積大的特點，導致在高梯度強磁選過程中鐵礦物所受磁場力較低，無法被磁介質捕獲，因此在磁選過程中大量微細粒弱磁性鐵礦物流失到尾礦中［3-4］。此外由于入浮產品中礦物顆粒泥化程度加劇，礦漿中-10 μm粒級含量高達30%以上，造成了浮選藥劑選擇性下降及藥劑用量大的問題，嚴重惡化了反浮選作業選礦指標，使得東鞍山燒結廠綜合尾礦鐵品位高達17%以上，造成了大量鐵礦資源的浪費［5］。

聚團分選工藝是20世紀60年代發展起來的一種新工藝，其中，高分子聚團分選技術是在2種或更多種礦物的體系中，通過藥劑基團在目的礦物表面產生選擇性吸附，再經過適宜的攪拌調漿預處理利用高分子藥劑的橋聯作用使目的礦物形成聚團，從而增大目的礦物表觀粒徑，提高磁介質對磁性礦物的捕獲效率，同時減少泥化礦物對浮選過程的影響，降低水流或泡沫夾帶，改善浮選指標，從而實現微細粒礦物的有效選別［6-7］。許多研究學者在微細粒鐵礦物的聚團分選工藝研究方面開展了大量有意義的工作。例如，早在1975年美國蒂爾登選礦廠以木薯淀粉為絮凝劑，采用選擇性絮凝—脫泥—反浮選工藝分選微細粒鐵礦并獲得了較好的分選指標［8］。在國內，潘慶慶等［9］采用新型絮凝劑PG作為鎢礦常溫浮選絮凝劑，并采用1粗3精3掃、中礦順序返回流程常溫浮選江西某鎢礦，試驗結果表明，與不添加PG相比，常溫浮選鎢精礦WO3品位相當，但WO3作業回收率提高了4.11個百分點。岳雙凌等［10］采用選擇性絮凝—柱浮選工藝回收鉬精選尾礦中的微細粒輝鉬礦，采用浮選柱進行1粗3精1掃浮選閉路流程，可獲得鉬精礦品位為34.40%、鉬回收率為73.97%的良好指標。李淮湘［11］利用可溶性淀粉和丙烯酰胺為原料進行接枝共聚反應，制備了淀粉-丙烯酰胺接枝共聚物，所制備的絮凝劑對赤鐵礦的選擇性絮凝能力強于改性淀粉和磺化聚丙烯酰胺。張漢泉等［12］采用選擇性絮凝磁種法回收磁化焙燒后的細粒人工磁鐵礦，最終得到了TFe品位60.87%、磷品位0.41%的鐵精礦，綜合鐵回收率提高了9.55個百分點。以上研究結果表明，采用聚團分選工藝強化微細粒礦物的回收是可行的。但是由于目前針對微細粒鐵礦聚團分選工藝研究主要圍繞反浮選工藝流程開展研究工作，而在選廠主要拋尾作業的磁選工藝流程中的研究和應用相對較少。本文基于聚團分選技術對東鞍山鐵礦中微細粒鐵礦物進行強化回收，首先通過醚化反應，并控制反應條件，在木薯淀粉藥劑分子結構中引入活性基團，合成了新型改性高分子藥劑DLA，通過聚團調漿—高梯度強磁選試驗探究了藥劑用量、強磁分選參數等因素對微細粒鐵礦強磁分選效果的影響，并進一步通過混磁精礦反浮選試驗考察了選擇性聚團預處理對反浮選分選指標的影響，為東鞍山微細粒鐵礦物強化回收技術提供了新途徑。

1 試驗原料及試驗方法

1.1 試驗樣品

試驗所用的樣品取自東鞍山燒結廠強磁給礦樣品。試樣XRD圖譜如圖1所示，試樣化學多元素分析、鐵物相分析及粒度組成分析結果分別如表1、表2和表3所示。

由圖1可知，試樣中主要有用鐵礦物為赤鐵礦、磁鐵礦和菱鐵礦，脈石礦物主要為石英。

由表1可知，試樣主要有價組分TFe含量為27.43%，其中FeO含量為3.05%，石英為主要脈石礦物，含量較高，為55.79%，其它雜質含量較低，有害元素P、S含量較低。

由表2可知：試樣中鐵主要以赤（褐）鐵礦的形式存在，分布率高達90.28%，其次以碳酸鐵的形式存在，分布率為5.71%，磁鐵礦中鐵的分布率為2.89%；以硫化鐵及硅酸鐵形式存在的鐵較少。

由表3可知，試樣中鐵礦物嵌布粒度較細，-38 μm粒級占68.48%，強磁給礦中鐵礦物主要分布于該細粒級顆粒中，其分布率高達81.40%，因此，實現礦樣中細粒級鐵礦物的有效回收是提高選礦作業鐵回收率的關鍵。

1.2 試驗方法

在實驗室采用型號為XJT-Ⅱ的多功能浸出攪拌機進行攪拌—聚團試驗，采用型號為SSS-Ⅱ-120×90的實驗室型水平磁系周期式脈動高梯度強磁選機進行強磁選試驗。

東鞍山強磁給礦聚團—強磁分選試驗如下：首先將混勻縮分后的試樣放入攪拌槽中進行調漿，調漿濃度為30%，以高攪拌轉速攪拌5 min，使礦物顆粒充分分散；然后依據試驗要求調節攪拌器轉速，同時加入NaOH調節礦漿pH值，攪拌3 min后加入高分子藥劑，攪拌一定時間后進行強磁選試驗；最后根據需要調節磁選機沖程、沖次、補加水量及背景磁感應強度等操作條件，將調漿后的礦漿均勻給入磁選機中進行選別，所得磁選精礦和尾礦烘干制樣后進行化驗。試驗原則流程如圖2所示。

1.3 選礦試驗指標評價方法

采用聚團分選工藝雖然在一定程度上能強化細粒鐵礦物的回收，但是由于藥劑的選擇性是有限的，考慮到在聚團調漿過程中會使得少量脈石礦物夾雜到鐵礦物絮團中，造成磁選精礦質量下降，因此為了合理評價選礦試驗效果，引入選礦效率作為選礦試驗指標的評價方法。選礦效率計算公式如下：

式中，E為選礦效率；ε為精礦鐵回收率；γ為精礦產率；α為原礦品位；βm為單礦物理論全鐵品位（βFe2O3：70%）

2 試驗結果與討論

固定礦漿pH值為10.0，聚團時攪拌轉速為900 r/min，攪拌時間為5 min，磁選機脈動沖程為11.4 mm，以直徑2 mm、介質填充率13%圓棒介質作為磁介質。分別考察了水玻璃、木薯淀粉及改性木薯淀粉DLA等藥劑用量以及磁選作業操作參數等因素對聚團—磁選指標的影響。

2.1 水玻璃用量對分選指標的影響

水玻璃的加入有助于微細礦物顆粒的分散以及淀粉在鐵礦物表面的選擇性吸附，從而提高分選指標。為探究礦漿分散性對細粒級物料聚團分選指標的影響，調節礦漿濃度為30%，水玻璃用量分別為0、500、1 000、1 500、2 000 g/t，在高攪拌強度下攪拌5 min使礦漿充分分散，然后調節攪拌轉速至900 r/min，加入改性木薯淀粉DLA，用量為200 g/t，攪拌5 min后進行強磁選，磁選時調節磁選機沖次為170次/min，礦漿流速為1.8 cm/s，磁選背景磁感應強度為0.9 T。試驗結果如圖3所示。

由圖3可知：隨著水玻璃用量由0增加至1 000 g/t時，磁選精礦鐵品位提高了2.02個百分點，鐵回收率提高了2.52個百分點，選礦效率提高了4.38個百分點；繼續增加水玻璃用量時，鐵品位變化不大，鐵回收率和選礦效率逐漸降低。添加水玻璃使得礦物顆粒之間分散，降低了鐵礦物和脈石礦物之間的罩蓋和機械夾雜，從而使得鐵品位提高，同時也有助于藥劑在鐵礦物表面的選擇性吸附，從而在藥劑的橋聯作用下形成鐵礦物絮團，提高磁選作業回收率；但是當藥劑用量過高時，使得礦物顆粒間的靜電排斥作用增強，不利于形成鐵礦物絮團，從而使得鐵回收率和選礦效率降低。綜上所述，適宜的水玻璃用量為1 000 g/t，此時磁選精礦鐵品位為48.71%、鐵回收率為72.48%。

2.2 聚團劑用量對分選指標的影響

進一步分別考察了聚團劑木薯淀粉和改性木薯淀粉DLA的用量對分選指標的影響。調節礦漿濃度為30%，加入水玻璃1 000 g/t，在高攪拌強度下攪拌5 min使礦漿充分分散，然后調節攪拌轉速至900 r/min，加入木薯淀粉或改性木薯淀粉DLA，藥劑用量分別為0、100 g/t、150 g/t、200 g/t、250 g/t和300 g/t，攪拌5 min后進行強磁選，磁選時調節磁選機沖次為170次/min，礦漿流速為1.8 cm/s，磁選背景磁感應強度為0.9 T。試驗結果分別如圖4和圖5所示。

由圖4和圖5可知：隨著聚團劑用量的增加，磁選精礦鐵品位逐漸降低，磁選作業鐵回收率和選礦效率呈現出先增加后降低的趨勢；當木薯淀粉用量為250 g/t時，磁選精礦鐵品位為46.46%，鐵回收率為70.16%，選礦效率為49.48%，與不添加藥劑相比，其磁選精礦鐵品位下降了1.81個百分點，鐵回收率提高了2.59個百分點，選礦效率提高了1.44個百分點；當改性木薯淀粉DLA用量為250 g/t時，磁選精礦鐵品位為47.37%，鐵回收率為72.15%，選礦效率為50.46%，與木薯淀粉相比，其分選指標均有所改善。隨著聚團劑用量的增加，鐵礦物絮團尺寸逐漸增加，鐵礦物易被磁介質捕捉，但當聚團劑用量過大時，鐵礦物絮團尺寸過大，鐵礦物絮團受到的流體黏性力過大，磁介質無法有效捕捉鐵礦物，使鐵礦物絮團隨礦漿流入尾礦中，導致鐵回收率下降。通過對淀粉進行化學改性處理，可改善淀粉的選擇性和聚團性能，從而改善分選指標。綜合考慮，適宜的DLA用量為250 g/t，此時，磁選精礦鐵品位為47.37%、鐵回收率為72.15%。

2.3 磁選作業操作參數對分選指標的影響

進一步分別考察了高梯度強磁選機的脈動沖次、礦漿流速及背景磁感應強度等因素對分選指標的影響。磁選機的脈動沖次大小將會直接影響礦物顆粒在磁選過程中的運動行為，從而影響磁介質對磁性顆粒的捕獲。根據以上研究結果，確定水玻璃用量為1 000 g/t，以改性木薯淀粉DLA為聚團劑，用量為250 g/t，其余試驗條件不變，考察了磁選機脈動沖次對分選指標的影響，試驗結果如圖6所示。

由圖6可知，隨著磁選機脈動沖次的增加，磁選精礦鐵品位逐漸增加，鐵回收率逐漸降低，選礦效率逐漸增加后有小幅下降，隨著脈動沖次的增加，礦物顆粒受到的流體黏性力增強，降低了脈石礦物的機械夾雜，從而使鐵品位提高。綜合考慮，適宜的脈動沖次為170次/min，此時精礦鐵品位為47.83%、鐵回收率為71.26%、選礦效率為49.11%。

磁選礦漿流速決定了礦漿流經磁介質的時間，從而影響礦物顆粒在磁介質表面的停留時間和運動狀態，影響分選指標。確定水玻璃用量為1 000 g/t，以改性木薯淀粉DLA為添加劑，用量為250 g/t，磁選機脈動沖次為170次/min，其它試驗條件不變，進一步考察了磁選時礦漿流速對分選指標的影響，試驗結果如圖7所示。

由圖7可知，隨著磁選礦漿流速的增加，磁選精礦鐵品位變化不大，鐵回收率先增加后降低，選礦效率先增加后趨于穩定。綜合考慮，適宜的磁選礦漿流速為2.1cm/s，此時磁選精礦鐵品位為47.66%、鐵回收率為71.20%、選礦效率為49.62%。

磁選機背景磁感應強度的大小將直接影響鐵礦物顆粒所受磁力大小，進而影響鐵礦物的回收，因此進一步探究了磁選機背景磁感應強度對分選指標的影響，確定水玻璃用量為1 000 g/t，以改性木薯淀粉DLA為添加藥劑，藥劑用量為250 g/t，磁選機脈動沖次為170次/min，磁選礦漿流速為2.1 cm/s，其它試驗條件不變，試驗結果如圖8所示。

由圖8可知，隨著磁選機背景磁感應強度的增大，磁選精礦鐵品位先降低后趨于穩定，鐵回收率和選礦效率先增加后趨于穩定，當磁選背景磁感應強度為1.0 T時，分選指標較高，此時精礦鐵品位為47.65%、鐵回收率為71.54%、選礦效率為49.81%。因此，選擇背景磁感應強度為1.0 T。

2.4 礦物顆粒形態及粒度特征分析

采用生物光學視頻顯微鏡和激光粒度測試方法分別對添加藥劑預處理前后的磁選給礦、中礦礦物顆粒形態及粒度特征變化進行了對比分析。藥劑不同用量攪拌調漿后的強磁給礦樣品中礦物顆粒形態如圖9所示。

由圖9可知，添加藥劑后礦漿中有明顯的鐵礦物顆粒絮團產生，且隨著藥劑用量的增加，礦物顆粒絮團的數量和表觀尺寸顯著增大。結合聚團分選試驗結果可知，通過添加改性藥劑DLA增加絮團尺寸從而提高磁介質對微細粒鐵礦物的捕獲效率，進而改善分選指標的方法是可行的。

進一步通過激光粒度檢測對不同藥劑用量下的強磁給礦粒度特征情況進行了考察，以判斷在后續分選指標存在差異的同時，添加藥劑后是否產生了礦物粒度特征的改變。結果見圖10和表4。

注：d（3，2）為表面積平均粒徑；d（4，3）為體積平均粒徑。

由圖10和表4可以看出，與未添加聚團劑調漿的礦樣相比，添加DLA藥劑調漿后礦物顆粒的激光粒度正累積分布曲線沿橫軸向右移動，即顆粒粒徑增大，且隨著藥劑用量的增加偏移量也越大，說明DLA聚團劑在礦物顆粒表面吸附并通過橋連作用促使微細粒礦物聚團，增大了礦物顆粒的表觀尺寸。

2.5 東鞍山鐵礦選擇性聚團—高梯度強磁選—反浮選工藝研究

為了考察添加聚團劑調漿對后續反浮選作業的影響，進一步通過混磁精礦反浮選試驗研究了選擇性聚團預處理對反浮選指標的影響。通過反浮選條件試驗、混磁精礦1粗1精3掃開路試驗和閉路試驗，最終獲得了常規高梯度強磁選—反浮選工藝和選擇性聚團—高梯度強磁選—反浮選工藝的全流程試驗結果，其數質量流程分別如圖11和圖12所示。

由圖11和圖12可知：采用常規高梯度強磁選—反浮選工藝時，最終獲得的精礦鐵品位為67.56%，鐵回收率為59.95%，浮選尾礦鐵品位為23.00%；而采用選擇性聚團—高梯度強磁選—反浮選閉路試驗最終獲得的精礦鐵品位為67.01%，鐵回收率64.32%，浮選尾礦鐵品位為24.03%。對比兩組閉路試驗結果可知，采用選擇性聚團—高梯度強磁選—反浮選工藝最終獲得的精礦品位變化不大，而混磁精礦鐵回收率提高了2.05個百分點，最終浮選精礦鐵回收率提高了4.37個百分點。由于所采用的藥劑為改性淀粉藥劑，其對鐵礦物具有較好的聚團性能和抑制性能，因此在磁選作業前添加藥劑進行聚團預處理，一方面利用藥劑的聚團性能使微細粒鐵礦物聚團從而改善磁選指標，另一方面利用藥劑對鐵礦物的抑制性能，減少微細粒鐵礦物的水流和泡沫夾帶，改善反浮選作業指標。

3 結 論

（1）東鞍山強磁給礦鐵品位為27.43%，試樣中主要脈石礦物為石英，主要有用鐵礦物為赤鐵礦、磁鐵礦和菱鐵礦，鐵主要以赤（褐）鐵礦的形式存在，分布率高達90.28%，其次以碳酸鐵的形式存在，分布率為5.71%，磁鐵礦中鐵的分布率為2.89%。試樣鐵礦物嵌布粒度較細，-38 μm粒級占81.80%，強磁給礦中鐵礦物主要分布于該細粒級顆粒中，其分布率高達89.58%。

（2）微細粒鐵礦聚團分選試驗結果表明：改性木薯淀粉DLA可實現細粒赤鐵礦中細粒鐵礦的有效團聚，強化細粒鐵礦物的回收。在水玻璃用量為1 000 g/t、DLA用量為250 g/t，磁選機沖程為11.4 mm、沖次為170次/min、磁選機排水量120 mL/s、磁選背景磁感應強度為1.0 T的條件下進行聚團—強磁分選作業，可獲得鐵品位為47.65%、鐵回收率為71.54%的磁選精礦產品，與不添加藥劑調漿相比，其強磁選作業回收率提高了4.58個百分點，選礦效率提高了2.42個百分點。

（3）礦物顆粒形態及粒度特征分析結果表明：添加藥劑后礦漿中有明顯的鐵礦物顆粒絮團產生，且隨著藥劑用量的增加，礦物顆粒絮團的數量和表觀尺寸顯著增大，結合磁選試驗結果可知，通過添加改性藥劑DLA增加絮團尺寸從而提高磁介質對微細粒鐵礦物的捕獲效率，進而改善分選指標的方法是可行的。

（4）選擇性聚團—高梯度強磁選—反浮選試驗研究結果表明：采用選擇性聚團—高梯度強磁選—反浮選閉路試驗最終獲得的精礦鐵品位為67.01%，鐵回收率64.32%，浮選尾礦鐵品位為24.03%。與常規高梯度強磁選—反浮選工藝相比，采用選擇性聚團—高梯度強磁選—反浮選工藝最終獲得的精礦品位變化不大，而混磁精礦鐵回收率提高了2.05個百分點，最終浮選精礦鐵回收率提高了4.37個百分點。