新疆某选铜尾矿中铁回收试验

张汉泉，付金涛，黄成林，路漫漫，张泽强

(1.武汉工程大学资源与土木工程学院，湖北 武汉 430070；2.新疆昌茂矿业股份公司，新疆 乌鲁木齐 830011)

新疆某选铜尾矿中铁回收试验

张汉泉1，付金涛1，黄成林2，路漫漫1，张泽强1

(1.武汉工程大学资源与土木工程学院，湖北 武汉 430070；2.新疆昌茂矿业股份公司，新疆 乌鲁木齐 830011)

新疆某铜铁矿经浮选选铜后，尾矿铁品位在26%左右，由显微镜、X射线衍射分析可知金属矿物主要为赤铁矿(实际为镜铁矿)，少量黄铁矿、黄铜矿、铜蓝、辉铜矿、褐铁矿等。为解决现行强磁选回收该铁资源利用率低的问题，进行了磁化焙烧-磁选工艺研究，将原矿中弱磁性的赤铁矿还原为强磁性的磁铁矿，再采用弱磁选获得了品位为58.78%，回收率89.00%的高品质的铁精矿。对实现尾矿的资源化利用，减少尾矿堆放对环境的污染有重要意义。

选铜尾矿；镜铁矿；磁化焙烧；磁选

新疆某铜矿现有流程为原矿采用混合浮选-分离浮选得到铜精矿和硫精矿，产生了大量的铜尾矿，铁品位有26%左右，且主要以弱磁性赤铁矿形式存在。由于铜属于重金属，铜尾矿对土壤和生命体危害巨大，因此，铜尾矿的资源化是一个值得研究的课题[1-3]。选厂直接利用强磁选工艺从选铜尾矿中回收铁资源时，选矿比(入选矿量/精矿量)高达12～13，精矿铁品位只有52%，铁回收率低于50%，选矿指标较差，经济效益低下，产生了大量的铁品位仍高达23%以上的尾矿，严重浪费国家资源。为提高经济效益与充分利用该资源，研究采用处理赤褐铁矿比较有效的磁化焙烧-磁选法处理此铁矿石[4]。

1 矿石性质

铜尾矿多元素分析、铁物相分析分别列于表1、表2，X射线衍射分析见图1。由结果可以看出，矿样中可供选矿回收的组分主要是赤铁矿(由原磁铁矿氧化而来)，其原矿铁品位为25.74%。需要选矿排除的组分以SiO2为主，Al2O3含量较高。有害杂质磷的含量很低，对铁精矿的质量影响甚微。硫含量较高，需要选矿排除。矿样呈灰褐色，其中铁主要以镜铁矿形式存在，见图2，占全铁的62.63%，硅酸铁占全铁30.23%，属于难选镜铁矿石。

图1 矿样X射线衍射图谱

图2 显微镜(200倍)下观察到的原矿中的镜铁矿

2 试验研究

2.1 强磁选试验

称取1kg烘干的铜尾矿，经RK/XCSQ-50×70湿式强磁选机分选，磁场强度分别为955.2kA/m、1194kA/m、1432.8kA/m，试验结果见表3。

由表3可以看出，对铜尾矿进行强磁选，磁场强度大于1432.8kA/m时，回收率高于90%，尾矿品位低于8%，精矿品位较低，未实现提高铁品位的目标，说明铜尾矿直接强磁选不能达到冶炼铁品位要求。

2.2 磁化焙烧条件试验

磁化焙烧-磁选工艺被证明是有效处理难选弱磁性氧化铁矿的方法之一。矿石在焙烧炉中加热并在适宜气氛中使弱磁性铁矿物(赤褐铁矿及菱铁矿)在煤、焦碳、高炉煤气、发生炉煤气、天然气等还原介质中转变为强磁性铁矿物，比磁化系数增加上千倍，脉石矿物在大多数情况下磁性变化不大。氧化铁矿石磁化还原过程中一般发生以下化学反应[5]。

FeOOH→α-Fe2O3→Fe3O4

2FeOOH=α-Fe2O3+H2O

3α-Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2

3α-Fe2O3+H2=2Fe3O4+H2O

氧化铁矿磁化焙烧属于气固两相反应，服从未应核收缩模型，除反应本身外，还包括物质的扩散过程，因此多相反应速度总是受到化学反应速度和扩散速度两方面的影响[6]。根据磁化焙烧的反应气氛与化学过程，影响赤褐铁矿磁化焙烧的主要工艺参数有焙烧燃料和还原剂配比(结果见图6)、焙烧温度(结果见图3)、磨矿细度(结果见图4)和还原时间(结果见图5)等[7]，因此必须先在高温箱式电阻炉内进行焙烧温度、固体还原剂种类及用量、时间和焙烧矿磨矿细度、磁分选磁场强度试验，得到最佳磁化焙烧条件是焙烧温度700℃，时间40min，还原剂用量12%，焙烧矿磨矿细度-0.075mm占90.10%以上。

2.3 磁化焙烧-磁选流程试验

图3 焙烧温度试验结果

图4 焙烧矿磨矿粒度试验结果

图5 焙烧时间试验结果

图6 焙烧还原剂配比试验结果

本次流程是焙烧-弱磁选机粗选-磨矿-弱磁选机精选，综合考虑焙烧条件试验结果，流程试验焙烧条件选择在采用新疆本地煤粉(水分5.20%，挥发分29.88%，灰分28.01%固定碳36.91%，热值19029 kJ·kg-1)作还原剂，焙烧温度为700℃，时间为40min，还原剂用量为12%，焙烧矿磨矿细度-0.074mm占90.10%的情况下进行，采用弱磁选(磁场强度95.52～63.68 kA/m)分选，指标最好，精矿铁品位可达到60.94%，铁回收率为86.01%。试验结果及数质量流程见图7。由结果可知，只经过一次磨矿粗选时，精矿品位可以达到61.98%，但精矿回收率仅61.93%；根据同类矿石选矿经验，将粗选尾矿的扫选精矿和精选尾矿合并为中矿，再磨精选[8]，最终精矿品位58.78%，回收率提高到89%。

图7 磁化焙烧-磁选数质量流程图

3 结果分析

铁精矿产品多元素及铁物相分析结果见表3、表4，X射线衍射分析见图4。结果表明，铁精矿中铁品位达61.94%，硫偏高，有害元素磷、Al2O3的含量都很低。铁物相分析表明，铁矿物主要以磁性铁矿物(图5)的形式存在，其分布率为97.51%，说明该矿样磁化焙烧还原效果很好，磁性铁矿物的占用率由原矿样的1.09%提高到了97.51%，XRD图谱(图4)进一步表明有大量的强磁性的Fe3O4存在。

磁化焙烧-弱磁选尾矿多元素分析见表5。主要组成为二氧化硅，铁含量只有5.17%，说明磁选铁回收率很高。经过焙烧磁选所产的尾矿，活性度是天然粉料的3倍，SiO2含量大于65%，可用作建筑材料、公路用砂、陶瓷、玻璃、微晶玻璃、花岗岩及硅酸盐新材料原料[9]，以实现矿山无尾矿排放。

图8 铁精矿X射线衍射图谱

图9 显微镜(200倍)下观察到的精矿中的磁铁矿

表5 磁化焙烧-磁选尾矿多元素分析结果(w/w，%)

4 结论

1)选铜尾矿中可供选矿回收的主要组分是赤铁矿，含铁为25.74%。其中铁主要以镜铁矿形式存在，占全铁的62.63%，硅酸铁占全铁的30.23%，含量较高，有害元素主要为S、Cu，所要排除的杂质主要为SiO2，故该矿石为难选镜铁矿。

2) 经过磁化还原焙烧-磁选管弱磁选的条件试验，确定最佳的焙烧和磁选条件。焙烧-弱磁选粗选-磨矿-弱磁选精选流程试验，粗选得到了品位为61.98%，回收率为61.93%铁精矿；中矿再磨再选，最终精矿品位58.78%，回收率提高到89.00%。得到了很好的选矿指标。

3)经过焙烧-磁选所产的尾矿，SiO2含量大于65%，活性高，可用作建筑材料、公路用砂、陶瓷、玻璃、微晶玻璃、花岗岩及硅酸盐新材料原料。

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[9] 佟强.有色金属矿固废利用[J].地球，2013 (2)：14-15.

Tests on iron recovery for a xinjiang copper tailing

ZHANG Han-quan1，FU Jintao1，HUANG Cheng-lin2，LU Man-man1，ZHANG Ze-qiang1

(1.School of Resource and Civil Engineering，Wuhan Institute of Technology，Wuhan 430070，China；2.Xinjiang Changmao Mining Co.Ltd.，Urumqi 830011，China)

The iron grade of one Xinjiang copper flotation tailings reaches up to 25%，by a microscopic，X-ray diffraction analysis shows that metal minerals are hematite (actual specularite)，a small amount of pyrite，chalcopyrite，covellite，chalcocite，limonite，etc.In order to utilize the resource，one enterprise has used high intensity magnetic separation to recover iron minerals.For solving the problem low resource efficiency，reducing roasting-magnetic separation test was finished，then weak magnetic hematite was reduced to high magnetic magnetite.The iron concentrate grade of 58.78% at iron recovery 89.00% was obtained by low magnetic separation.The research has important significance on reclamation of the tailings and reducing environmental pollution due to tailing stack.

copper tailing；specularite；magnetization roasting；magnetic separation

2014-04-24

国家自然科学基金项目“人工磁铁精矿成球性能及氧化动力学研究”资助(编号：51474161)

张汉泉(1971-)，男，湖北浠水人，工学博士，副教授，从事矿物加工和资源综合利用领域的技术管理和科学研究工作。E-mail:springt@139.com。

TD981

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1004-4051(2015)01-0131-04