石人溝鐵礦石選礦試驗研究

李燕芬 向偉華 李曉東

(河鋼集團礦業有限公司石人溝鐵礦，河北 唐山 063000)

0 引言

鐵是一種重要的金屬元素，其制品廣泛應用于經濟建設和社會發展的各個領域，含鐵礦物是鐵最為主要的原料來源[1-2]。我國鐵礦資源總量豐富，但是具有“貧、細、雜”的特點[3]，在對鐵礦資源利用之前，為選礦廠提供合理的選別條件和選別流程至關重要。石人溝鐵礦是20世紀70年代初投產的老礦山，礦石礦物成分比較簡單，該鐵礦屬鞍山式沉積變質巖礦床，主要礦物為磁鐵礦，個別地段含少量假象赤鐵礦、褐鐵礦，P、S含量較低，為單一含鐵礦物；脈石礦物主要以石英為主，角閃石、輝石、綠簾石次之，并有少量磁灰石、綠泥石及黑云母[4-5]。本研究選取石人溝高泥低品位鐵礦石為研究對象，為選礦廠提供科學依據。

1 原礦工藝礦物學研究

1.1 原礦化學多元素分析及物相分析

原礦化學多元素分析見表1，原礦物相分析見表2。

表1 原礦多元素化學成分分析(質量分數) %

表2 原礦鐵物相分析結果(質量分數) %

由原礦的化學多元素分析、物相分析看出，礦石中TFe含量為20.26%，堿性系數(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)為0.16<0.5。就鐵礦而言，屬酸性貧鐵礦石。礦樣中有害元素硫、磷含量較低。樣品中鐵的分布較為集中，礦樣中有87.81%的鐵存在于磁鐵礦中，其余部分主要分布在硅酸鐵、赤(褐)鐵礦、菱鐵礦及硫化鐵中。

1.2 原礦XRD分析

對該高泥低品位礦石進行了XRD分析，分析結果見圖1。

圖1 原礦XRD分析

從圖1中可以看出，該鐵礦石中含鐵礦物主要有磁鐵礦、硅酸鐵，脈石礦物主要有石英與綠泥石，且石英含量較高。

2 選礦試驗研究

在進行選礦試驗前先制備出各單元試驗所需代表性試樣，其加工制備流程如圖2所示。

圖2 礦樣加工制備流程

2.1 干選試驗

由于礦石在開采過程中會混入一定量的夾石和圍巖，為提高磨礦效率，降低磨選成本，達到節能降耗的目的，在磨礦選別之前應盡可能地將廢石除掉。試驗基于此進行了干式預選拋尾可行性研究。結合試驗礦樣特點及現場生產實踐，對-10 mm粒級的原礦進行了磁滑輪干式預選，在膠帶表面磁感應強度198.943 kA/m、筒體轉速為16 r/min的條件下進行了干選試驗，試驗結果見表3。

表3 塊礦干選試驗結果(質量分數) %

表3結果表明，經磁滑輪拋尾后，可以去除產率為34.51%，MFe含量為0.30%的脈石礦物，同時可獲得TFe品位為28.70%，回收率為91.90%的鐵精礦。將干選后的精礦繼續破碎至-2 mm，對該精礦進行了粒度篩析試驗，試驗結果見表4。

表4 -2 mm干選精礦粒度篩析結果

從表4結果可以看出，隨著粒級的降低，各粒級品位基本呈上升趨勢，由粒級-2.0+1.18 mm至粒級-0.106+0.074 mm，品位由27.12%增加至34.33%，但-0.074 mm粒級品位略有所降低。

2.2 相對可磨度試驗

考慮到石人溝鐵礦生產實際，以更好地指導后續設備選型，在進行相對可磨度試驗時，選定河北鋼鐵集團礦業有限公司石人溝鐵礦選礦廠第一段磨礦的給礦為標準石，對標準礦石與試驗礦石(磁滑輪干選精礦)進行磨礦對比試驗，將兩種礦石用同樣的工藝和設備處理，即均碎至-2 mm，用100目標準篩篩除-0.15 mm粒級，各自混勻縮分出待磨礦樣，每份0.5 kg，加水300 mL，用同一球磨機(錐形250×90)進行不同時間的系列磨礦，磨礦濃度62.50%。將每一磨礦產品用200目標準篩檢查細度，其分析結果如圖3所示。

圖3 可磨度對比曲線圖

由圖3得知，當磨礦細度為-200目占45%時，試驗礦石相對于石人溝原礦礦石的可磨度系數為：K1=T01/T1 =3.0/2.8=1.07；當磨礦細度為-200目占85%時試驗礦石相對于石人溝原礦礦石的可磨度系數為：K2=T02/T2=7.5/7.8=0.96；可見，該礦石與所選用的石人溝原礦礦石相比，磨礦難易程度相當。

2.3 磨礦時間條件試驗

取干選精礦礦樣6份，用B160×200型智能棒磨機進行濕式磨礦，磨礦濃度為60%。磨礦時間分別為5、7.5、10、15、20、25 min。將磨礦產物烘干后，各自縮分出50 g，用200目標準篩進行濕篩，篩上部分烘干后再干篩，最后將篩上產物稱重，計算-0.074 mm含量，其結果如圖4所示。

圖4 磨礦時間與磨礦產品中-0.074 mm含量關系

試驗結果表明，當細度-200目占35%～80%時，磨礦細度隨磨礦時間的增長而迅速增長，-200目含量由5min時的35.30%增加至20 min的90.56%，磨礦時間由20 min增長至25 min時，-0.074 mm含量增長緩慢，僅由90.56%增至95.47%。

2.4 磨礦細度條件試驗

從磨礦細度各為-200目占35.30%、45.01%、50.70%、72.54%、90.56%、95.47%的干選精礦磨礦產物中分別縮取樣品，采用XCS-73型Ф50 mm磁選管，在磁場強度79.577 kA/m(1000奧斯特)的條件下進行磁選試驗。試驗流程見圖5，結果見表5，并繪制了精礦品位和回收率隨磨礦細度變化的曲線圖，見圖6。

圖5 原礦磁選管試驗流程

圖6 精礦品位和回收率隨磨礦細度變化曲線圖

表5 不同磨礦細度下磁選管試驗結果(質量分數) %

續表

從表5中可以看出：隨著磨礦細度的增加，鐵精礦的品位呈逐漸增加的趨勢，但精礦回收率呈降低的趨勢。當磨礦細度為-200目占95.47%時，精礦品位可達67.02%，說明礦石中磁鐵礦嵌布粒度較細，比較難選。綜合分析各種因素，第一段磨礦細度范圍-200目30%～50%，本試驗中第一段磨礦細度定為-200目45.01%，既可以拋掉較多的尾礦，又能得到較高品位的粗精礦，而且磨礦時間相對較短。因此，選擇-200目占45.01%作為一段磨礦細度，此時可以拋去作業產率為56.03%，品位為4.96%，回收率為9.68%的鐵尾礦，同時也可獲得作業產率為43.97%，品位為58.93%，回收率為90.32%的鐵精礦。

2.5 一段磨礦磁選試驗

取原礦50份，每份0.5，磨礦至細度為-200目占45.00%，采用Φ327×180型鼓筒式磁選機，在磁場強度119.366kA/m的條件下進行磁選，試驗流程如圖7所示，試驗結果見表6。

圖7 原礦磁選流程

表6 原礦磁選試驗結果(質量分數) %

從表6結果可以得知，原礦在-200目占45.00%的條件下，經兩次磁選后可獲得產率為44.10%，品位為58.85%，回收率為90.43%的粗精礦。

將上述磁選得到的粗精礦混勻縮分，用B160×200型智能棒磨機進行濕式磨礦，分別磨礦2、4、6、8min。將磨礦產物烘干后，各自縮分出試驗樣品，用200目標準篩濕式篩分，篩上部分烘干后再干篩，至篩分終點后稱重，并計算出-200目百分含量。試驗結果見表7 ，并繪制磨礦細度曲線見圖8。

圖8 磨礦時間與磨礦產品中-200目含量關系

表7 磨礦時間與磨礦產品中-200目含量關系

試驗結果表明，當磨礦時間由0增加至8分鐘時，磨礦細度增長迅速，磨礦產品中-200目含量由43.25%增加至80.70%，隨后磨礦細度增長緩慢，磨礦時間由8分鐘增加至15分鐘時， 磨礦產品中-200目含量僅由80.70%增加至93.04%。

2.6 第二段磨礦磁選試驗

將粗精礦磨到-200目占70.00%，采用Ф327×180鼓式磁選機，在磁場強度119.366kA/m、分選濃度30%的條件下進行兩次磁選。試驗流程見圖11，試驗結果見表9。

圖9 粗精礦磁選試驗流程

表9 粗精礦磁選試驗結果(質量分數) %

從表9中可以看出，粗精礦在磨礦細度為-200目占70.00%的條件下，在磁場強度119.366kA/m、分選濃度30%的條件下進行兩次磁選，可以獲得作業產率為86.25%，品位為67.23%，作業回收率為98.52%的最終鐵精礦。

2.7 試驗總流程及技術指標

選礦試驗研究總流程見圖11，試驗最終產品指標見表10。

圖10 試驗總流程圖

圖11 推薦工藝流程

表10 流程試驗結果(質量分數) %

從試驗總流程和表10結果中可以看出，石人溝高泥低品位鐵礦經一次脫泥、破碎干選拋尾后，采用階段磨礦、階段磁選后，可以獲得產率為24.49%，品位為67.27%，回收率為81.32%的鐵精礦以及產率為75.51%，品位為5.01%，回收率為18.68%的鐵尾礦。并為未來選礦廠推薦如圖12所示的工藝流程，供選礦廠設計時參考。

3 結語

(1)經原礦X射線光譜分析及多元素分析表明，全鐵品位TFe 為20.26%，MFe為17.79%，含磷P2O5為0.32%。

(2)干式預選試驗結果表明，塊礦-10 mm在磁場強度為198.943 kA/m、筒體轉速為16 r/min條件下，經磁滑輪干式預選后廢石產率為34.51%，精礦品位為28.70%，磁性鐵回收率為99.42%。

(3)根據磨礦細度試驗表明，要想獲得高品位的精礦，必須進行階段磨礦、階段選別的流程實驗。塊礦在第一段磨礦細度為-200目占45.00%，采用Φ327×180型鼓筒式磁選機，在磁場強度119.366kA/m條件下進行兩段磁選后，可獲得產率為27.12%，品位為58.85%，回收率為78.78%的粗精礦；粗精礦再經第二段磨礦，當磨礦細度為-200目占75.00%，經兩次磁選后可獲得產率為23.39%，品位為67.23%，回收率為77.62%的鐵精礦。