印度尼西亚某褐铁矿的工艺矿物学特征及提铁降杂试验研究

张凤华，于　洋，黄　伟，3

(1.广东省工业技术研究院(广州有色金属研究院)，广东 广州 510650；2.京安资源集团，广东 深圳 518000；3.中南大学资源加工与生物工程学院，湖南 长沙 410083)

印度尼西亚某褐铁矿的工艺矿物学特征及提铁降杂试验研究

张凤华1，于洋2，黄伟1，3

(1.广东省工业技术研究院(广州有色金属研究院)，广东 广州 510650；2.京安资源集团，广东 深圳 518000；3.中南大学资源加工与生物工程学院，湖南 长沙 410083)

摘要：对印度尼西亚某褐铁矿原矿石进行了化学多元素、矿物组成、矿石结构、褐铁矿化学成分、嵌布状态和铁元素的赋存状态等工艺矿物学特征检测，进行了磨矿细度、磁场强度、磁介质粒度和磁场型式等磁选条件试验，并进一步探查了铁精矿中杂质硅和硫难以降低的矿物学因素。结果表明，该矿样中主要铁矿物为褐铁矿，脉石矿物种类及含量较少，以石英和高岭土为主。褐铁矿呈凝胶同心环带和生物结构，含有较高的硅、铝和硫等杂质。在原矿铁品位为51.45%时，经SSS-Ⅱ型磁选机分选，最终可获得铁品位54.17%，回收率88.38%的铁精矿。物理选矿方法难以有效降低褐铁矿中硅和硫的含量主要在于其基本呈均匀分布状态。

关键词：褐铁矿；高梯度磁选；工艺矿物学

褐铁矿普遍含铁35%～40%，高者可达55%，是以含水氧化铁为主要成分的褐色天然多矿物的混合体，主要是隐晶质的针铁矿，混有纤铁矿、赤铁矿、黏土、石英等矿物，并含有吸附水及毛细水，有害杂质S、P通常较高，是普遍认为的复杂难选铁矿石之一[1-2]。由于褐铁矿物理性质的局限性，采用物理选矿方法，铁精矿的铁品位很难达到60%。目前开采以单一褐铁矿为主的矿山较少，但是随着钢铁行业的发展，铁矿资源的贫化、细化、杂化程度加剧，如何高效地利用褐铁矿资源定将受到关注，褐铁矿的分选技术亦将日益受到重视[3]。

本文即针对印度尼西亚某地的褐铁矿，以检测矿石工艺矿物学特征为依据，进行提高铁品位和降低杂质含量的选矿试验，并进一步通过检测分析结果讨论了试验结果。

1矿石性质

1.1试样的化学多元素分析

试样为印度尼西亚某褐铁矿原矿石，具有典型性和代表性。试样的化学多元素分析结果见表1。

试样化学多元素结果表明，该矿石有价金属主要为铁，其他金属含量极低，未达到综合回收要求。原矿TFe品位为51.45%，该品位的褐铁矿石可直接出售，其中S品位为0.22%，已达到了高炉富矿的要求，但未达到平炉富矿的要求；SiO2的含量过高，达到7.32%。

1.2试样的矿物组成

采用目前世界上最先进的工艺矿物学参数自动定量分析测试系统Mineral Liberation Analyser(MLA)和显微镜对试样中的矿物进行定量分析，结果见表2。

表1　　试样化学多元素分析结果

表2　试样的矿物组成和含量

矿物组成分析结果表明，矿石中除含有褐铁矿外，还有极少量钛铁矿和硬锰矿；金属硫化矿物含量较少，仅含有微量磁黄铁矿；脉石矿物主要为石英、高岭土和方解石等。

1.3矿石结构

矿样中褐铁矿主要呈凝胶同心环带结构和生物结构，即凝胶状褐铁矿呈同心环带状分布，由于次生的溶蚀作用，矿石分布大小不一的孔洞(图1)；有大量的生物化石(可能为有孔虫)分布在凝胶状褐铁矿中(图2)。

图1　褐铁矿呈凝胶同心环带状结构

图2　褐铁矿交代生物遗体，大量生物遗体分布在凝胶状褐铁矿中

1.4褐铁矿的化学成分

采用能谱检测和化学分析方法进行了褐铁矿单矿物的检测，结果表明褐铁矿中除含有结构水之外，还含硅、铝等杂质，并含少量有害杂质硫和磷。单矿物中Fe、P和S的品位分别为54.30%、0.06%和0.21%，烧失量为13.27%。据此可知，褐铁矿精矿中铁最高品位只能达到54.30%，磷品位会低于0.15%以下，但硫品位会略高于0.20%。

1.5褐铁矿的嵌布状态

本矿石中褐铁矿大部分呈块状，由凝胶状褐铁矿集合体组成，其中分布有大量溶蚀孔洞或褐铁矿凝胶收缩形成的孔洞，有的孔洞中充填黏土或方解石(图3)；部分褐铁矿矿块中包含大量生物化石，这些生物被褐铁矿充填交代，保留下生物形态特征；少数褐铁矿呈凝胶状充填于石英砂屑之间缝隙(图4)，或见褐铁矿浸染分布于黏土中，这些褐铁矿粒度随缝隙大小而变化，一般嵌布粒度为0.01～0.10mm之间。

1.6铁元素的赋存状态

根据原矿矿物定量和单矿物分析结果，作出了铁在矿石中的分配见图5。结果可知，赋存于褐铁矿中的铁占原矿总量的98.20%，赋存于黏土中铁占原矿总量的1.66%，赋存于石英等脉石矿物中铁占原矿总量的0.11%，赋存于钛铁矿中铁占原矿总量的0.03%。褐铁矿的选矿理论回收率为98.20%。

图3　块状褐铁矿孔洞中充填黏土

图4　凝胶状褐铁矿胶结微细粒石英砂

图5　铁元素的赋存状态平衡分配图

2强磁选条件试验

2.1磨矿细度试验

磨矿细度是磁选作业技术指标高低的关键因素之一。当磨矿细度过粗时，褐铁矿与脉石矿物间未能充分单体解离，影响铁精矿的品位和铁回收率；而磨矿细度太细，会使矿石过粉碎，产生大量的细泥，如此会加大选别回收的难度，也将会影响到回收率的指标[4]。为了确定合理的磨矿细度，使用SSS-Ⅰ型强磁选机，进行了不同磨矿细度下的磁场强度1.0T一次粗选和0.6T一次精选作业。试验结果见图6。

图6　铁精矿指标与磨矿细度的关系曲线

从磨矿细度试验结果分析，随着磨矿细度升高，铁精矿回收率整体呈下降趋势，而品位变化趋势并不明显。综合考虑，选择磨矿细度为-0.075mm占51.80%比较合理。

2.2磁场强度试验

磁场强度的大小是表示颗粒在磁场中所受磁力的重要工艺参数，从而也直接影响不同磁性的褐铁矿及其他矿物的分布走向[5]。褐铁矿的比磁化系数是比较低的，-般为36.41～39.41×10-6m3/kg，属于弱磁性矿物，当磁极表面磁场强度小于1.0T时，褐铁矿难以被磁极所吸引。固定磨矿细度为-0.074mm占51.80%，分别进行了流程为一次粗选、一次扫选的磁选试验，粗选+扫选的背景磁场强度分别为1.0T+1.0T、0.8T+0.8T和0.6T+0.6T。试验结果见图7。

从不同磁场强度的分选结果来看，在磁场强度0.6～1.0T范围内都取得了较好的分选效果，粗选精矿品位为53.50%左右，回收率为91.40%～94.50%，增加扫选后，粗、扫选精矿品位为53.30%～53.50%，回收率为96.00%～97.30%。随着磁场强度的降低，磁性产品产率和回收率都略有下降，而精矿品位的变化较小。因此确定粗选磁场强度1.0T比较合理。

图7　磁场强度试验结果图

2.3磁介质粒度和磁场型式试验

当给矿粒度较粗时，通常可使用较粗的介质棒，较粗的介质棒使用寿命更长[6]；在给矿粒度细时，可使用较细的介质棒，分选效果更好，为此进行磁介质粒度试验。固定磨矿粒度为-0.074mm占51.80%，磁场强度为1.0T，分别使用介质粒度为Φ3mm、Φ2mm和(50%)Φ2mm+(50%)Φ1mm的介质粒度或介质粒度组合进行了介质粒度试验。同时，还进行了两磁极位置组合型式磁选试验，即SSS-Ⅰ型和SSS-Ⅱ型两种不同型号的磁选机试验(见表3)。试样经一次粗选和一次扫选，粗选磁精矿与扫选磁精矿合并为铁精矿，获得的指标见图8。

表3　SSS-Ⅰ型和SSS-Ⅱ型磁选机特点及磁选试验条件表

图8　磁介质粒度及磁极排列型式对分选的影响

选用的不同粒度单一磁介质和介质组合试验结果表明，不同的介质粒度都能取得较好的分选效果，铁精矿品位为53.09%～53.56%，回收率为95.65%～97.03%。磁介质粒度越粗，铁精矿含Fe越高，而回收率略低。SSS-Ⅱ型磁选机与SSS-Ⅰ型磁选机的分选指标相差不大，但SSS-Ⅱ型磁选机所获得的铁精矿品略高。综合比较，最终选择使用SSS-Ⅱ型磁选机，介质粒度为Φ2mm。

2.4磁选精选试验

固定磨矿细度-0.074mm占51.8%，磁场强度为1.0T，SSS-Ⅱ型磁选机，介质粒度Φ2mm的条件进行了一次粗选和一次扫选作业，然后将粗选和扫选所得的磁性产品合并，再进行了磁场强度0.6T下的精选试验。数质量流程见图9。

3铁精矿产品检测

3.1铁精矿的化学多元素分析

对铁精矿进行了化学多元素分析，结果见表4。对比表1的原矿分析结果，SiO2和Al2O3品位略有下降，但降幅都不大，硫品位仍高于0.20%的合格标准要求。

3.2铁精矿中主要杂质的赋存状态

采用扫描电镜能谱特征X射线面扫描的方式，考查硅、硫、铝等杂质元素在褐铁矿精矿中的分布，结果见图10。由扫描图象分析表明，褐铁矿中的胶态环带是由铝的含量变化形成，硅在褐铁矿中呈较弱的环带，基本均匀分布，同时褐铁矿中也含有少量石英包裹体，这是精矿中硅和铝品位难以降低的主要原因。硫在褐铁矿中也呈不甚明显的环带状，基本均匀分布，表明矿物中自身含硫，因此物理选矿方法难以将其降低至合格的标准要求。

4结语

1)该矿石主要由褐铁矿组成，含极少量硬锰矿和钛铁矿；脉石矿物含量少，主要为石英和高岭土和方解石等；矿石结构以凝胶同心环带和生物结构为主；褐铁矿中除含有结构水之外，还含有较高的硅、铝、硫等杂质；赋存于褐铁矿中的铁占原矿总铁量的98.20%。

2)原矿磨矿至-0.074mm占51.8%，使用有利于提高精矿品位的SSS-Ⅱ型磁选机，在磁介质粒度Φ2mm，1.0T一次粗选、1.0T一次扫选和0.6T一次精选的条件下，在原矿铁品位为51.45%时，可获得铁品位54.17%，回收率88.38%的铁精矿，有效地提高了铁精矿的品位。

图9　磁选精选试验数质量流程图

图10　褐铁矿中杂质元素分布

元素TFeSiO2Al2O3CaOMgOSPCuPbZn含量/%54.176.661.980.0450.210.240.0650.00860.00970.008

3)对铁精矿进行了矿物学影响因素检测，结果表明褐铁矿中的胶态环带是由铝的含量变化形成；硅和硫均呈较弱的环带，基本均匀分布，这是硅和硫通过物理选矿方法难以有效降低含量的主因。

参考文献

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[2]陈江安，曾捷，龚恩民，等.褐铁矿选矿工艺的现状及发展[J].江西理工大学学报，2010(5)：5-8，23.

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[4]黄利，白怡，冯启明，等.高岭石型硫铁矿烧渣破碎粒度与解离度及磁选效果研究[J].非金属矿，2012(3)：9-11.

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[6]赵礼兵，张玉栋，李富平，等.浅析聚磁介质在磁选机中的应用[J].矿产综合利用，2012(6)：3-7，16.

[7]汤玉和.SSS-Ⅱ湿式双频脉冲双立环高梯度磁选机的研制[J].金属矿山，2004(3)：37-39.

[8]赵明，何健全，许丽敏，等.SSS-Ⅱ型立环脉动高梯度磁选机磁介质棒排布方式的研究[J].矿山机械，2009(19)：97-99.

Research into process mineralogy characteristic and beneficiation tests for a limonite ore from Indonesia

ZHANG Feng-hua1，YU Yang2，HUANG Wei1，3

(1.Guangzhou General Research Institute of Industrial Technology(Guangzhou Research Institute of Nonferrous Metals)，Guangzhou 510651，China；2.Aempire Resource Limited，Shengzhen 518000，China；3.School of Resources Processing and Bioengineering，Central South University，Changsha 410083，China)

Abstract:The process mineralogy characteristic such as chemical multi-element，minerals composition，structure，chemical composition and dissemination of limonite，Fe occurrence for a limonite ore from Indonesia were detected.Magnetic parameter tests including grinding fineness，strength of the magnetic field，magnetic medium size and types were also completed.Mineralogical factors that content of silicon and sulfur in iron concentrate is difficult to reduce are probed in the further research.The results showed that limonite is the main iron mineral in the sample，and main gangue minerals are quartz and kaolin.Mainly structures are in concentric rings and biological texture and the grade of impurity substances silicon，aluminum and sulfur is a little relatively high.The SSS-II type magnetic separator were used to separate the limonite ore assaying 51.45% Fe，and the final iron concentrate assaying 54.17% Fe at the recovery of 88.38%.It is difficult to effectively reduce the content of silicon and sulfur in limonite by physical separation method mainly due to its regular distribution.

Key words：limonite；high gradient magnetic separation；process mineralogy

收稿日期：2015-09-22

作者简介：张凤华(1961-)，女，吉林长春人，高级工程师，主要研究方向为选矿工艺及自动控制。

中图分类号：TD955；TD954

文献标识码：A

文章编号：1004-4051(2016)06-0109-05