貴州銅仁地區某低品位碳酸錳礦高梯度磁選試驗研究①

李 帥， 唐 云，2， 吳 波， 樸海善， 聶光華，2， 楊 勇，2， 鄧政斌，2

（1.貴州大學礦業學院，貴州 貴陽 550025； 2.貴州省非金屬礦產資源綜合利用重點試驗室，貴州 貴陽 550025）

隨著錳用途多元化，錳已成為高端裝備制造、新能源電池、新材料等新興戰略產業的關鍵礦產資源，錳的需求愈來愈大[1-2］。 貴州銅仁地區已探明碳酸錳礦資源儲量高達7.08 億噸[3］，大部分礦石錳品位在10%～20%之間，屬難選礦石[4］。 碳酸錳礦是電解錳行業的優質原料，但碳酸錳礦中含有大量脈石礦物，中低品位錳礦石直接電解會產生一定數量的錳渣，給有限容量的渣庫和環境造成很大壓力[5-7］。 如果通過選礦拋除一部分脈石礦物，可以為后端錳渣減量化排放奠定良好的基礎[8］。

為了錳資源的可持續發展，加強低品位碳酸錳礦的選礦技術研發尤為重要。 本文針對貴州銅仁地區某低品位礦石，研究了原礦脫泥的可行性；采用不同的磨礦方式考察了礦石泥化情況，并在此基礎上通過高梯度磁選機開展了磁選工藝流程試驗研究。

1 礦石性質和試驗方法

1.1 礦石性質

試樣來源于貴州銅仁地區某低品位碳酸錳礦，破碎篩分至－2 mm，錐堆、混勻裝袋，供分析和磁選試驗使用。 原礦化學多元素分析結果見表1，礦物組成見表2。 礦石中主要有用元素為Mn，品位為12.25%，其中Mn／Fe 比為5.06，P／Mn 比為0.013，（CaO＋MgO）／（SiO2＋Al2O3）比為0.14，根據《礦產地質勘查規范鐵、錳、鉻》（DZ／T 0200—2020）中冶金用錳礦石的要求，該礦石屬于低品位中鐵高磷酸性錳礦石。 原礦中錳元素主要賦存于菱錳礦、錳白云石中，鐵主要以黃鐵礦形式存在，石英含量26.40%、鈉長石含量9.60%，影響選礦效果的黏土礦物主要是伊利石（19.30%）。 菱錳礦屬于弱磁性礦物[9］，而脈石礦物中石英、伊利石分別屬于抗磁性礦物[10］和順磁性礦物[11］。 因此，通過強磁選工藝有望實現該低品位碳酸錳礦的富錳降雜拋尾。

表1 原礦化學多元素分析結果（質量分數）%

表2 原礦礦物組成及含量分析結果（質量分數）%

1.2 試驗方法

取－2 mm 混合礦樣200 g 進行磨礦、篩析，對比各個磨礦條件下－15 μm 粒級產品含量并測定Mn 品位，計算分布率，用以表征礦石的泥化程度。 礦漿濃度20%時采用SLon-100 高梯度磁選機進行磁選，試驗完畢后，對磁選產品抽濾、低溫烘干、稱量制樣，測定錳品位，計算回收率。 采用Smart Lab 型X 射線衍射儀（XRD）進行定性及半定量分析。 采用國標GB／T 3714—2017《硫酸亞鐵銨滴定法》分析碳酸錳礦中全錳含量。

2 試驗結果與討論

2.1 篩析試驗

2.1.1 原礦篩析試驗

通過篩析試驗考察原礦（－2 mm）粒度組成，結果如表3 所示。 原礦各粒級中Mn 品位和分布率差異明顯，錳主要分布在＋125 μm 粒級（83.00%）中，－38 μm粒級中Mn 品位小于5.00%，而＋38 μm 粒級中Mn 分布率高達94.88%。 表明錳礦石中含錳礦物主要分布在粗粒級中，－38 μm 粒級試樣可以預先脫泥除去，以避免原礦中礦泥對選礦的影響，也可避免菱錳礦的泥化。

表3 －2 mm 原礦篩析試驗結果

2.1.2 原礦磨礦-篩析試驗

棒磨-篩析與球磨-篩析試驗結果如表4 所示。 試樣經過磨礦后各粒級中錳品位均在9.79%～14.6%之間，隨著磨礦時間增加，各粒級中錳品位趨同，說明菱錳礦性脆，磨礦之后不能通過分級實現錳的富集；而且隨著磨礦時間增加，礦石泥化程度也增加，但是在粗磨條件下，采用球磨磨礦方式能減輕礦石的泥化程度。綜合考慮高梯度磁選機入料粒度和礦石泥化情況，后續試驗采用球磨方式磨礦。

表4 原礦磨礦-篩析試驗結果

2.1.3 原礦脫泥-球磨-篩析試驗

－2 mm 原礦篩析結果表明，－38 μm 粒級產率為12.91%、錳含量小于5%且錳損失率僅為5.12%，因此后續作業預先脫泥（－38 μm），以期減輕礦泥對磁選的影響。 稱取脫泥后的礦樣200 g，在磨礦時間5 min、磨礦濃度66.7%條件下進行球磨-篩析試驗，結果如表5所示。 磨礦產品中的－15 μm 粒級產率僅為9.02%，錳在－15 μm 粒級中的分布率為7.79%，表明通過預先脫泥-磨礦可有效控制次生礦泥的產生，可將磨礦產品中－15 μm 粒級礦泥含量控制在10%以下。 預先脫泥不僅預先分離了部分黏土礦物，還降低了黏土礦物對碳酸錳礦泥化的影響，提高了礦石入選品位，減輕礦石泥化，有利于目的礦物的分離富集。

表5 原礦脫泥-球磨-篩析試驗結果

2.2 磁選流程對比試驗

采用“原礦脫泥-球磨-磁選”開展試驗，預先脫泥（－38 μm）后的試樣經球磨，在磨礦細度－75 μm 粒級占69.62%、礦漿濃度20%、水流脈動沖次150 r／min 條件下，采用不同磁選流程優化錳精礦的選礦指標。

2.2.1 一粗一掃磁選

粗選和掃選磁場強度分別為1.0 T 和1.3 T 條件下的磁選試驗流程如圖1 所示，結果見表6。 通過一粗一掃磁選，最終可獲得錳品位和回收率分別為19.95%和76.29%的綜合錳精礦（粗選精礦＋掃選精礦）。 為了提高綜合回收率，可以通過提高掃選磁場強度或增設二段掃選作業回收礦泥和尾礦中的含錳礦物。

圖1 一粗一掃磁選試驗流程

表6 一粗一掃磁選試驗結果

2.2.2 一粗一精兩掃磁選

一粗一精兩掃磁選試驗流程如圖2 所示，結果見表7。 其中－38 μm 粒級礦泥和一次掃選尾礦合并進行二次掃選，通過一粗一精兩掃磁選，可獲得品位19.64%、回收率80.76%的綜合錳精礦，證明增加掃選作業或提高掃選磁場強度能提高錳精礦中錳回收率。

圖2 一粗一精兩掃磁選試驗流程

表7 一粗一精兩掃磁選試驗結果

2.2.3 一粗-（礦泥）掃選磁選

在一粗一精兩掃磁選流程基礎上，通過增加掃選磁場強度，以期提高掃選錳的回收率，將－38 μm 粒級礦泥和粗選尾礦合并進入掃選，粗選和掃選磁場強度分別為1.0 T、1.5 T，磁選試驗流程和結果分別如圖3 和表8 所示。 綜合錳精礦中錳品位19.92%、回收率78.58%，由于取消了二次掃選，錳精礦中錳品位在19.64%～19.95%之間，但回收率有所波動，礦泥（－38 μm）進入二次掃選回收率至少提升了2.29 個百分點。

圖3 一粗-（礦泥）掃選磁選試驗流程

表8 一粗礦泥合并一掃磁選試驗結果

2.3 推薦流程

為了提高錳回收率，將礦泥（－38 μm）和一次掃選尾礦合并進行二次掃選，推薦流程如圖4 所示，一粗兩掃磁場強度分別為1.0 T、1.2 T 和1.6 T，結果如表9 所示。 在保持錳精礦中錳品位前提下，推薦流程能將錳回收率提高至83.66%。 原礦預先脫泥不僅能有效減少磨礦作業的泥化，也能降低磨礦能耗及菱錳礦的泥化，有利于磁選作業中礦漿的分散。 該流程能靈活獲得不同品級的產品，經過原礦脫泥后進行一粗一掃磁選能夠獲得產率、錳品位和回收率分別為43.14%、20.83%和73.40%的錳精礦；通過原礦脫泥、一粗一掃、礦泥和一次掃選尾礦合并進行二次掃選，最終獲得產率、錳品位和回收率分別為52.81%、19.39%和83.66%的錳精礦。通過合理配礦可得到質量符合GB／T 3714—2017 碳酸錳礦一級品或二級品標準的錳精礦。

圖4 推薦流程

表9 推薦流程試驗結果

3 結論

1） 貴州銅仁地區某低品位碳酸錳礦含錳礦物主要為菱錳礦（20.10%）、錳白云石（6.00%），含鎂礦物主要為白云石（14.30%），含硅礦物為石英（26.40%）、伊利石（19.30%）和鈉長石（9.60%），含鐵礦物主要為黃鐵礦（2.80%）。 黏土礦物含量高，極易影響菱錳礦與雜質含鎂礦物、含鐵礦物的分離，同時也限制了碳酸錳精礦品位的提升空間。

2） 粒度組成分析結果表明，原礦預先脫泥有助于改善選礦指標，同時，含錳礦物主要賦存于＋125 μm粒級中，在粗磨條件下，大部分含錳礦物能夠單體解離，采用強磁選能較好地分離弱磁性菱錳礦和非磁性脈石礦物。

3） 原礦脫泥（－38 μm）后采用球磨機磨礦，磨礦細度－75 μm 粒級占69.62%，采用一粗兩掃（一掃尾礦與－38 μm 粒級礦泥合并進入二次掃選）磁選，磁場強度分別為1.0 T、1.2 T 和1.6 T，最終可獲得產率52.81%、錳品位19.39%、回收率83.66%的錳精礦。