低品位碳酸锰矿分级磁选试验研究

张红新，李洪潮，郭珍旭

(1.中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所，河南 郑州450006；2.国家非金属矿资源综合利用工程技术研究中心，河南 郑州450006；3.国土资源部多金属矿评价与综合利用重点实验室，河南 郑州450006)

锰及其化合物应用十分广泛。主要应用领域为钢铁行业是锰的最重要的应用领域，每年有90%的锰用作钢液的脱氧剂和脱硫剂或作为合金元素。在有色冶金、电池工业、建材工业、电子工业、国防工业，以及环境保护和农牧业等应用约10%。我国锰矿石蕴藏量丰富，居世界前列。但富矿(含锰品位>30%)极少，仅占全国总储量的5.4%。矿石含杂质高，伴生组分多。按工业类型分为碳酸锰矿矿石，氧化锰矿石和其他锰矿石。其中碳酸锰矿石占已查明锰矿资源储量的56%，氧化锰矿石占25%，其他锰矿石占19%。已开发利用的碳酸锰矿石平均品位18%左右，品位小于15%的矿石一直未得到较好的开发利用。由于锰系合金和电解锰的快速发展，在国内较高品位碳酸锰矿急剧减少的情况下，开发低品位碳酸锰矿已是迫在眉睫。

1 矿石性质

该矿由于矿石品位低，嵌布粒度极细，结构构造复杂，多呈鲕状结构产出，单体解离极为困难，矿石处理技术难度大。

1.1 主要矿石成分

主要矿石成分见表1、表2、表3。从分析结果可以看出矿石含Mn 14.80%，主要以菱锰矿、水锰矿和碳酸锰矿形式存在，磁性铁占2.7%。

1.2 矿石结构构造

碳酸锰矿石主要呈红色、黑色，大部分红色矿石层理较厚，层理不明显，块状构造；大部分黑色、灰色矿石中菱锰矿条带发育，K呈层状构造；矿石中黄铁矿、磁铁矿等呈浸染状分布，浸染状构造。

菱锰矿呈鲕状分布，呈鲕状结构；矿石中黏土矿物、黑云母、石英、褐锰矿、磁铁矿等矿物粒度极细，呈微细粒结构；矿石中黄铁矿等结晶较好，具有自形、半自形结构；矿石中大部分矿物结晶较差，呈他形粒状结构。

表1 矿石化学多项分析结果/%

表2 主要矿物的相对含量/%

表3 锰物相分析结果/%

1.3 主要矿物嵌布特征

菱锰矿是矿石中主要的有用矿物之一，其在矿石中含量为：9%～10%。大部分菱锰矿粒度极细。主要呈鲕状集合体形态产出，鲕粒粒度0.5～5mm。鲕粒周围主要为微细粒的绿泥石、石英等矿物组成的基质，基质中均匀分布着大量的褐锰矿和磁铁矿等矿物。部分菱锰矿和方解石呈条带状分布，条带宽度一般为0.1～1mm。

褐锰矿是矿石中主要的有用矿物之一，其在矿石中的含量为3%～4%。褐锰矿粒度极细，仅有0.001～0.01mm。多呈浸染状分布在菱锰矿鲕粒周围。与石英、绿泥石、黏土矿物、赤褐铁矿、磁铁矿等矿物紧密共生。与其他矿物呈不规则状接触，单体解离难度较大。

蔷薇辉石是矿石中主要的含锰矿物之一。在矿石中的含量为0.6%。多为半自形柱状，主要呈脉状分布在方解石石英脉中。蔷薇辉石粒度较粗。

磁铁矿在矿石中含量为2.7%，是主要的金属矿物之一。粒度极细，一般仅有0.001～0.01mm，多呈浸染状分布。磁铁矿主要分布在锰矿石中，在围岩中含量较低。在锰矿石中磁铁矿与菱锰矿等含锰矿物关系紧密，两者与石英、绿泥石等矿物组成微细粒集合体。

2 选矿试验研究

根据该矿石性质研究结果，碳酸锰品位较低，嵌布粒度较细，单体解离难度较大，但碳酸锰矿鲕粒较粗，碳酸锰具有弱磁性，因矿石中磁铁矿与菱锰矿等含锰矿物共生密切，增强了碳酸锰的磁性，因此，可选择分级磁选工艺进行选别。

2.1 -20mm原矿分级磁选试验

矿石破碎至-20mm，进行筛分分级，粒级为-20+10mm、-10+4mm、-4+2mm，-2+1mm，-1mm五个粒级，+1mm粒级采用干式辊式磁选机进行磁选试验，考察每个粒级的分选效果，确定最佳的粒度上限。试验条件为：磁场强度796kA/m，滚筒转速为30r/min；-1mm采用湿式磁选机进行磁选试验，磁场强度为597kA/m，并对-20mm原矿分级磁选与直接干磁磁选进行对比试验研究。试验工艺流程见图1，试验结果见表4，与直接磁选对比试验结果见表5。

原矿-20mm分级磁选试验结果表明，-10+1mm粒级磁选Mn回收率较高，-20+10mm粒级尾矿中Mn品位较高，分选指标较差，-1mm粒级采用湿式强磁选尾矿中Mn品位较高，因此，确定-10mm粒级进行分级磁选较好。

图1 -20mm分级磁选工艺流程

表4 -20mm分级磁选试验结果

表5 -20mm分级磁选与直接干磁磁选对比试验结果

-20mm原矿直接磁选与分级磁选试验结果表明，-20mm直接干磁磁选Mn回收率较低。而分级磁选精矿Mn品位基本不变的情况下，Mn回收率提高35%，表明分级磁选分选效果优于直接干磁磁选。

2.2 -10mm原矿分级磁选试验

将矿石破碎至-10mm，分级为-10+5mm、-5+2mm、-2+1mm、-1mm四个粒级进行试验研究，考察-10mm分级磁选效果。工艺流程及试验条件见图1，试验结果见表6，与直接磁选对比试验结果见表7。

比较-10mm直接磁选与分级磁选试验结果，-10mm分级磁选在锰品位不变的条件下，锰回收率提高6%。

表6 -10mm原矿分级磁选试验结果

表7 -10mm分级磁选与直接磁选对比试验结果

2.2.1 分级磁选优化试验

为减少分级次数，优化流程结构，将-10mm原矿分为-10+1mm，-1mm两个粒级，工艺流程及试验条件见图1，试验结果见表8。

表8 分级磁选优化试验结果

-10mm分级磁选优化试验结果表明，-10+1mm粒级精矿Mn品位为20.98%，Mn回收率为64.53%，-1mm粒级Mn品位20.15%，Mn回收率24.00%，-10mm精矿Mn回收率为88.53%，因此 -10mm原矿分两个粒级与分四个粒级精矿品位与回收率基本不变，为简化试验流程，将-10mm原矿分两个粒级为宜。-10+1mm粒级采用干式强磁选机分选，-1mm粒级采用湿式强磁选机磁选，可获得较好的分选指标。

2.2.2 -10+1mm粒级磁选磁场条件试验

考察不同磁场强度对分选指标的影响(图2)，从图2中可以看出，随着磁场强度的增大，精矿Mn品位降低，Mn回收率提高，综合考虑Mn精矿品位与回收率，选择磁场强度为796kA/m为宜，此时精矿Mn品位21.16%，Mn作业回收率87.04%。

图2 不同磁场强度试验结果

2.2.3 -1mm粒级磁选磁场强度试验

-1mm采用湿磁磁选试验，考察不同磁场强度分选效果(图3)，从图3中可以看出随着磁场强度的增大，精矿中Mn品位降低，Mn回收率提高，为保证精矿中Mn品位≥20%，选择磁场强度为597kA/m为宜，此时精矿Mn品位20.46%，Mn作业回收率82.91%。

2.2.4 -10+1mm原矿精选与扫选试验

考察精选次数与扫选次数，确定最佳工艺流程结构。试验条件与工艺流程见图4。试验结果见表9。

图3 不同磁场强度试验结果

精选试验表明经三次精选精矿Mn品位仅为22.30%，提高幅度不大，而锰回收率下降幅度较大，为保证Mn回收率，采用一次粗选即可。扫选试验结果表明扫2精矿与扫3精矿Mn品位与回收率都较低，因此，采用一次扫选。

表9 -10+1mm原矿流程试验结果

图4 -10+1mm原矿流程试验工艺流程

2.3 最终工艺流程

通过考察不同分选条件，确定了最佳工艺流程，试验条件及工艺流程见图5，试验结果见表10。采用-10mm原矿分级为-10+1mm与-1mm两个粒级，-10+1mm粒级采用干式磁选机磁选，一次粗选，一次扫选，-1mm采用湿式强磁选机一次磁选的工艺流程，最终获得精矿产率67.07%，精矿Mn品位20.15%，Mn回收率91.42%的良好指标。

表10 最终试验结果

图5 最终工艺流程

2.4 精矿产品多项分析

精矿产品多项分析见表11。

表11 精矿产品多项分析/%

3 结果与讨论

3.1 含锰矿物与磁铁矿密切共生是提高精矿回收率的主要因素

菱锰矿等含锰矿物具有弱磁性，但比磁化系数较低，按照破碎粒度越细，矿物解离度越高，磁选精矿品位应该越高，但-1mm湿磁分选效果表明精矿品位与+1mm基本一致，回收率较低，这说明，粒度越细碳酸锰与磁铁矿解离程度越高，造成碳酸锰磁性降低，不能被磁选吸附，故精矿回收率较低。

工艺矿物学研究表明矿石中两粒磁铁矿之间的距离为0.1mm左右，因此当碎矿粒度小于0.1mm时，会使大量锰矿物与磁铁矿分离，造成其磁性减弱，从而使选矿效果变的很差；由于菱锰矿鲕粒中磁铁矿含量较低，而菱锰矿鲕粒粒度一般为1～2mm，因此当碎矿粒度小于1mm时会使大量菱锰矿与磁铁矿分离，造成其磁性减弱，这会对选矿结果有影响。磁铁矿的嵌布特征研究表明磁铁矿主要与褐锰矿、石英、绿泥石等矿物紧密共生，组成微细粒集合体，这是精矿品位难以提高的主要原因。

3.2 粗粒分选的关键是碳酸锰矿呈集合体存在

研究表明碳酸锰粒度极细，但主要呈鲕状、条带状分布集合体形态产出，鲕粒粒度为0.5～5mm，集合体相对较粗，碳酸锰以集合体形态存在，且与磁铁矿紧密共生，使其磁性增强，为实现粗粒分选创造有利条件。

4 结论

1)通过工艺矿物学研究查明了制约锰精矿品位难以提高的主要原因，解释了在粗粒条件下能提高精矿回收率的关键所在。

2)分级磁选是回收低品位碳酸锰矿的合理流程。通过将矿石分级为-10+1mm和-1mm两个粒级，-10+1mm粒级采用磁场强度为796kA/m干式磁选机磁选，-1mm采用磁场强度为597kA/m湿式强磁选机磁选，最终获得精矿产率67.07%，精矿Mn品位20.15%，Mn回收率91.42%的良好指标。

3)本文采用分级磁选工艺处理低品位细粒碳酸锰矿，确定了合理的分级粒度与试验条件，具有工艺流程简单和易于现场实施的优势，为后续电解锰节约了成本，使低品位碳酸锰资源合理开发提供了技术保证。

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