司家营贫铁矿石工艺性质及优化配矿试验研究

刘丽娜，韩秀丽，李志民，刘晓民，张庆丰，赵礼兵，李凤久

(1.河北联合大学矿业工程学院，河北 唐山 063009；2.河北省矿业开发与安全技术实验室，河北 唐山 063009；3.河北联合大学轻工学院，河北 唐山 063000；4.河北钢铁集团矿业公司司家营铁矿，河北 唐山 063000)

司家营铁矿是位于冀东-密云成矿区一特大型沉积变质铁矿，资源储量达23.1亿t，为亚洲第一大矿[1-2]。随着开采深度的不断加深，矿体分支复合现象比较严重，矿石性质复杂多变，泥化脉石矿物分布不均匀，导致选矿生产指标一直不稳定、综合回收率较低。矿石性质是决定选矿技术指标的关键因素，也是选择和改造工艺流程的重要依据。为提高司家营铁矿选矿指标，本文对司家营铁矿石的矿石性质及可选性进行了深入研究，为合理、高效利用有限的矿产资源提供科学依据。

1 矿石性质研究

1.1 矿石的化学成分及铁物相分析

对采区铁矿石进行刻槽取样，对所取样品进行化学分析及铁物相分析，其结果见表1、表2。

表1 原矿多元素化学分析结果

表2 原矿的铁物相分析

由表1、表2可以看出，该矿石具有高硅、贫铁低钙、镁，有害元素S、P含量低鞍山式贫铁矿石的一般性特征。其中Al2O3含量较高，说明原矿中可能含有一定量的绿泥石[3-5]。矿石的有用矿物成分简单，主要为磁铁矿和赤(褐)铁矿，占全铁的99.5%左右。其他铁矿物所占比值较小，影响不大。

1.2 矿石矿物组成及嵌布特征研究

对所取铁矿石制成光薄片，在德国蔡司透/反两用偏光显微镜下对样品的矿物组成及含量、工艺粒度、嵌布特点等工艺性质进行观察测定，铁矿石矿物组成结果列于表3，铁矿物与脉石矿物的嵌布特征见图1。

表3 铁矿石矿物组成及体积百分含量/%

由表3可以看出，司家营铁矿石有用矿物主要为赤铁矿、假象赤铁矿，其次为磁铁矿、半假象赤铁矿及褐铁矿等；脉石矿物主要为石英，其次为黑云母、绿泥石、绿帘石、长石、角闪石、碳酸盐类矿物、白云母、绢云母、磷灰石等。少量的萤石、粘土类矿物、黄铁矿、孔雀石等。

由镜下鉴定结果可知，有用矿物与脉石矿物之间的嵌布关系主要为不规则毗连型、包裹型，部分为规则毗连型。

1.3 矿石的工艺类型研究

根据不同采点矿石矿物组成及嵌布特征等工艺性质观察结果，将司家营铁矿石分为易解离易选型(Ⅰ类)、易解离难选型(Ⅱ类)、难解离难选型(Ⅲ类)三种工艺类型，不同类型铁矿石的显微结构照片见图2。

图1 铁矿物与脉石矿物的嵌布特征

图2 不同类型铁矿石显微结构照片

易解离易选型：矿石矿物组成较单一且含量较高，主要为赤铁矿和磁铁矿，结晶粒度粗大，晶形完整；脉石矿物主要为石英，绿泥石、高岭土等易泥化矿物含量很少。矿石矿物与脉石矿物结合关系简单，多呈规则毗连镶嵌，结合处较平直(图2(a))。这种类型的矿石受到机械粉碎后，聚合在一起的矿物比较容易得到单体解离，容易选别。

易解离难选型：矿石矿物含量较低，主要为赤铁矿和磁铁矿，少量的褐铁矿，嵌布粒度相对较粗。脉石矿物除石英外还含有黑云母、绿泥石等易泥化矿物。有用矿物与脉石矿物毗连镶嵌(图2(b))。褐铁矿、黑云母、绿泥石等矿物硬度低、易泥化[4]。此种类型的矿石单体解离较容易，但分选效果差。

难解离难选型：矿石矿物含量低，主要有用矿物为赤铁矿，且嵌布粒度细。脉石矿物主要为石英。有用矿物与脉石矿物多为不规则毗连镶嵌和包裹型镶嵌(图2(c)、图2(d))。这种类型矿石磨矿时不易单体解离，连生体含量高，会造成选别时尾矿品位偏高。

1.4 矿石的工艺粒度分析

运用过尺线法，在德国蔡司偏反两用研究型显微镜下对每种工艺类型矿石的嵌布粒度进行系统测定，测定结果绘制成粒度累积分布曲线(图3)。

图3 有用矿物粒度累积含量分布曲线

由图3可以看出，Ⅰ类矿石(易解离易选型)属于偏粗粒不均匀型；Ⅱ类矿石(易解离难选型)属于偏细粒不均匀型；Ⅲ类矿石(难解离难选型)属于细粒不均匀型[5]。根据样品分类统计，Ⅰ类矿石约占分析样品的25.1%，Ⅱ类占16.6%，Ⅲ类占58.3%，由此可见，地表氧化矿中近60%的矿石属于难选难解离型，这是造成现场生产中选矿指标不稳定的重要因素。

在三种类型的矿石中Ⅲ类矿石和Ⅰ类矿石的所占比例较高，合计约84%。由地质勘探资料和目前采场现状分析显示，随着开采断面的加深，Ⅰ类矿石含量逐渐增加，Ⅱ类和Ⅲ类矿石有不断减少的趋势，为充分合理利用有限的矿产资源，需对Ⅲ类矿石进行合理的配矿。

2 配矿试验

本次配矿试验主要对Ⅰ类和Ⅲ类矿石进行配矿试验研究。司家营铁矿一期选厂目前采用阶段磨矿-粗细分级-重、磁、浮联合流程进行选别，其工艺流程如图4所示。生产实践表明，重选指标波动较小，选别指标稳定。此次试验主要针对选矿指标波动较大的磁—浮流程进行研究。

图4 司家营一期选厂工艺流程

2.1 条件试验

用XMQ240×90锥形球磨机分别对Ⅰ类矿样和Ⅲ类矿样进行了不同时间的磨矿细度试验。当Ⅰ类矿样磨矿时间10min，细度93.86%(-200目)；Ⅲ三类矿样磨矿11min，细度92.15%，符合现场弱磁选90～93%的入选细度。对两种矿石分别进行弱磁选别，采用XCRS-74型Φ400×300鼓形湿法弱磁选机进行，磁场强度1200 Oe。磁选尾矿进行强磁选，设备采用Slon-500立环脉动强磁选机。考虑到设计强磁选尾矿品位9.63%以及生产现场对强磁尾矿品位的要求，强磁选磁场强度选定为8000 Oe。弱磁选、强磁选试验结果见表4。

表4 磁选试验结果/%

从表4中可以看出，经弱磁—强磁选别，Ⅰ类矿石混磁精矿品位39.62%，尾矿13.68%，总回收率86.32%，说明此种矿石性质较好，容易选别。Ⅲ类矿石混磁精矿品位36.64%，尾矿24.11%，总回收率仅75.89%，磁选效果明显低于Ⅰ类矿石。这是因为Ⅲ类矿石中有用矿物含量低、嵌布粒度细，且以赤铁矿为主，造成磁选效果较差。

浮选采用XFD1-63型单槽浮选机，采用一粗一精开路试验流程。通过条件试验，确定选别Ⅰ类矿石药剂添加量为NaOH 1250g/t、淀粉1080g/t、CaO700g/t、TA-230 990g/t，矿浆温度35℃。Ⅲ类矿石为难解离难选型，铁矿物嵌布粒度细，矿石性质差，大量试验显示，单独选别Ⅲ类矿石，不能取得理想指标。因此Ⅲ类矿石不能单独入选，需进行配矿处理。

2.2 配矿试验

在上述条件实验研究的基础上，对Ⅰ类和Ⅲ类型矿石进行了不同配比条件下的浮选试验，Ⅲ类型矿石配入比例分别为30%、35%、40%、45%，试验流程和条件同前，试验结果见表5。根据表5绘制精矿品位和金属回收率随Ⅲ号矿样配入比例的变化趋势图(图5)。

表5 不同比例矿石配矿试验结果/%

图5 不同配矿比例浮选效果

由表5和图5可以看出，随着Ⅲ号矿样入选比例的不断增加，铁精矿的品位和金属回收率同时呈下降趋势。当Ⅲ类矿样配人比例40%时，浮选精矿品位66.05%，金属回收率62.90%。

现场生产实践表明，当实验室浮选试验的精矿品位在66%以上、金属回收率高于62%时，生产现场浮选精矿品位可达67%以上、金属回收率80%左右。由表4可以看出，当Ⅲ类矿石混磁精配矿入比例低于40%时，可满足生产现场对技术指标的要求，继续增加Ⅲ类矿石混磁精矿比例会恶化浮选技

术指标。由此可见，40%为此条件下的配矿比例界限，根据各自产率折合成原矿，Ⅲ类矿石最大配入比例为36.3%。

3 结论

1) 司家营贫铁矿石有用矿物主要为赤铁矿、假象赤铁矿，其次为磁铁矿、半假象赤铁矿及褐铁矿等；脉石矿物主要为石英，其次为黑云母、绿泥石、绿帘石、长石、角闪石、碳酸盐类矿物、白云母、绢云母、磷灰石等。有用矿物与脉石矿物之间的嵌布关系主要为不规则毗连型、包裹型，部分为规则毗连型。

2) 司家营贫铁矿石可分为易解离易选型、易解离难选型、难解理难选型三种工艺类型。不同类型矿石的有用矿物嵌布粒度不同，细粒级含量高是造成金属回收率偏低的主要原因之一。

3) 根据条件试验和配比试验结果，难解离难选型矿石和易解离易选型矿石进行配矿时，其最大入选比例不能超过36.3%，否则会恶化目前的生产技术指标。

4) 司家营贫铁矿石中有用矿物的物相组成和嵌布粒度变化较大，是造成选矿指标不稳定的重要原因，在实际生产中应根据矿石性质的不同进行合理的配矿。

[1] 张永坤，田志云，邹正勤.司家营铁矿整体开发方案优化研究与实践[J].金属矿山，2009(11)：32-35.

[2] 田嘉印，刘保平，陈占金，等.我国红铁矿选矿高效节能技术及设备评述[J].金属矿山，2005(9)：4-10.

[3] 何德庆，牛福生.滦县司家营贫赤铁矿选矿试验研究[J].金属矿山，2009(1)：69-73.

[4] 薛敏.齐大山铁矿开采矿石工艺矿物学及可选性研究[J].金属矿山，2010(5)：86-88.

[5] 周乐光.工艺矿物学[M].北京：冶金工业出版社，2008：123-129.