姑山极微细粒赤铁矿石选矿工艺流程改进探索试验

2018-11-10杨任新

金属矿山 2018年10期

刘军杨任新王炬陆虎

（1.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司，安徽马鞍山243000；2.马钢（集团）控股有限公司姑山矿业公司，安徽马鞍山243181）

中国的铁矿资源具有“贫、细、杂、散”的特点，根据磁选分离效果，常把-74 μm的赤铁矿和-56 μm的磁铁矿称为细粒铁矿，而将-45 μm的赤铁矿和-30 μm的磁铁矿称为微细粒铁矿，-30 μm的赤铁矿称为极微细粒铁矿［1］。“十一五”期间，马鞍山矿山研究院在微细粒铁矿的高效开发利用方面做了大量卓有成效的研究工作，如参与承担了“十一五”国家科技支撑计划项目《微细粒复杂难选磁赤铁矿高效选矿技术研究》，现项目依托单位太钢集团岚县矿业公司已建成投产2 200万t/a的微细粒复杂难选磁赤混合铁矿选矿厂，采用阶段磨矿—弱磁—强磁—阴离子反浮选工艺，在最终磨矿细度-0.038 5 mm占85%的条件下，获得的铁精矿铁品位大于65%、铁回收率大于70%。

马钢集团姑山铁矿一直为马钢集团矿业有限公司的重要“粮仓”之一，同时也是全国重点黑色冶金矿山。姑山铁矿铁精矿品位一直维持在57.0%左右，不能满足目前钢铁工业的需要，以其为代表的极微细粒赤铁矿石选矿工艺技术亟待突破。纵观姑山铁矿选矿厂选矿工艺流程的演变历史可以发现，姑山赤铁矿的选矿工艺紧跟时代步伐，无论是20世纪70年代采用的强磁—正浮选工艺，80年代采用的离心重选工艺，还是90年代采用的脉动高梯度强磁选工艺，姑山赤铁矿的选矿工艺一直紧跟甚至引领国内赤铁矿选矿工艺技术的最新进展，在当时都取得了明显优于前一时代技术的选别指标，尤其是脉动高梯度强磁选，在姑山矿首次实现了工业化应用，对中国赤铁矿石选矿工艺技术进步做出了重要贡献。

近年来，随着姑山铁矿即将由露天开采转为地下开采，矿石性质可能发生变化，且现有选矿工艺流程的铁精矿质量已不能适应当前矿山及钢铁行业的需要，因此，有必要对其选矿工艺流程进行改进，在查阅大量相关研究报告及文献的基础上，在实验室进行了探索选矿试验研究，为后续研究工作提供参考。

1 矿石性质

姑山赤铁矿石化学多元素分析和铁物相分析结果分别见表1、表2。

由表1、表2可见：姑山铁矿石可回收的元素为铁，铁主要以赤铁矿的形式存在，赤铁矿占有率达95.63%；杂质成分主要为SiO2、Al2O3；有害元素P含量高、S含量较低。

矿石工艺矿物学研究表明：铁矿石系石英质赤铁矿，铁硅共生密切，硬度系数f=12～18，难磨；矿石以角砾状、致密块状构造为主，铁矿物与脉石矿物嵌布粒度极微细，当磨至-200目占44%左右时，铁、石英的单体解离度分别为49.19%、32.50%；当磨至-200目占85%左右时，铁矿物、石英的单体解离度也只有60.39%、34.14%，欲使姑山铁矿石中微细粒浸染状石英与赤铁矿完全解离，需磨至-0.029 6 mm（-500目），属国内典型的难磨难选赤铁矿石［2］。

2 姑山极微细粒赤铁矿石选矿工艺流程演变

2.1 设计流程

姑山赤铁矿石选矿厂建成于1978年，设计依据为马鞍山矿山研究院1973年提交的《马钢姑山铁矿石选矿试验研究报告》，该报告推荐的选矿工艺流程为原矿（-12 mm）经湿式筛分分级、粗粒级经跳汰重选得块精矿并抛弃部分块尾矿、跳汰中矿与湿式筛分筛下产品合并后磨矿—强磁—再磨—正浮选流程（见图1）［3］。

2.2 技改历程

随着选矿设备的不断更新与进步，尤其是强磁辊式干选设备以及立环脉动高梯度强磁选设备出现后，姑山铁矿选矿厂结合自身生产实际，进行了一系列的技术改造。姑山铁矿选矿厂建成投产至今，大的技术改造主要有如下几次。

（1）1978年，采用螺旋选矿机取代强磁选选别跳汰中矿粗磨产品，获得较好指标［4］。

（2）采用感应辊式强磁机处理跳汰中矿，强磁抛尾后进入主厂房，经一段球磨磨细至-0.074 mm占50%左右，一段分级采用φ500 mm旋流器，二段分级采用φ350 mm旋流器，沉砂经螺旋溜槽分选，φ350 mm旋流器溢流采用离心机选别［5］。

（3）马鞍山矿山研究院于1982年6月对姑山铁矿选矿厂球磨分级溢流进行了强磁选试验［6］。在实验室强磁选试验及现场单机强磁选试验的基础上，增设了1台SQC-6-2770A型湿式强磁选机与现场SQC-6-2770型湿式强磁选机组成1粗1精磁选流程。当给矿铁品位为35.87%时，经1粗1精选别可获得精矿铁品位57.48%、回收率70.56%的生产指标［5］。

（4）1986年5月—1989年10月，为了提高姑山铁矿铁精矿品位及金属回收率，磨选系统改用磨矿—SQC强磁粗选—再磨—SQC强磁精选—脉动高梯度强磁精扫选工艺，可获得精矿铁品位58.17%、回收率75.12%的生产指标。该工艺于1990年12月通过原冶金部组织的技术鉴定，1992年11月完成工艺流程改造工程并投产。多年的生产实践表明，该工艺生产顺行，指标稳定，操作方便，利于管理，是国内选别难选赤铁矿石的成功案例，对同类型矿山具有推广借鉴意义［2］。

2.3 现有流程

2000年以来，随着马钢股份公司对姑山矿业公司产品质量要求的提高，姑山矿业公司块矿生产工艺采用PHMS型干式永磁强磁选机取代跳汰机分选6～12 mm赤铁矿，粉精矿生产工艺采用阶段磨选、Slon强磁粗选—Slon强磁精选—Slon强磁扫选取代SQC强磁粗选—SQC强磁精选—Slon强磁扫选1粗1精1扫工艺，洗矿细泥浓缩后采用脉动高梯度强磁选技术回收，块矿铁品位达到53.0%（后因采出矿石性质变化块精矿铁品位逐步降低，目前仅为48.0%左右）、粉精矿铁品位达到58.0%［7］。至此，姑山铁矿选矿厂选矿工艺流程沿用至今，现采用流程见图2。

3 姑山赤铁矿石现采用选矿工艺流程分析

对姑山赤铁矿选别指标差的原因，初步分析如下。

（1）姑山铁矿选矿厂设计的块精矿TFe品位55%，而如今所产块精矿TFe品位仅为48%，且有害元素P含量超标，因此已无必要再出块精矿产品。

（2）现有选矿工艺矿石入选粒度粗，单体解离度不够。当矿石磨至-200目占85%左右时（目前磨选系统二段磨矿细度），铁、石英的单体解离度分别为60.39%、34.14%，获得的铁精矿铁品位约57%。提高磨矿粒度后能否获得更高铁品位的铁精矿，有待于实验室进行进一步试验验证。

综上所述，结合目前姑山赤铁矿即将由露天转入地下开采，矿石性质也可能发生变化，有必要对姑山铁矿的铁精矿产品质量重新定位、选矿工艺流程进行改进，研究出适应目前钢铁工业形势发展需要的选矿工艺流程。

4 实验室探索试验结果

由于姑山铁矿选矿厂所产块精矿TFe品位仅为48%，远不能满足钢铁工业的需要，因此本次探索试验暂不考虑预先选出块精矿，直接对原矿进行磨选试验。

4.1 一段磨矿—强磁选试验

取姑山铁矿选矿厂中碎产品（-75 mm）破碎至-2 mm，磨细至现场选矿工艺流程最终磨矿粒度（-0.074 mm占85%）进行强磁选试验，1粗1扫流程的粗选精矿与扫选精矿合并为混合精矿，试验结果见表3。

从表3可见，一段磨矿粒度-0.074 mm 85%的条件下，仅通过一段强磁选获得的精矿铁回收率低，尾矿铁含量高，但通过1次粗选1次扫选可以抛除铁品位20.90%的尾矿，因此采用1粗1扫流程进行试验。

4.2 再磨—阴离子反浮选试验

将一阶段1粗1扫强磁选混合精矿再磨至不同细度，直接进行阴离子反浮选试验，试验流程为1粗1精，因是探索试验，故未进行详细的药剂用量条件试验，试验结果见表4。

从表4可见，直接再磨—浮选，铁精矿铁品位提高幅度有限，最高也仅60.56%，原因可能是磨矿粒度很细，部分铁矿物泥化影响了浮选效果，故考虑将一阶段强磁精矿再磨后先经强磁选脱泥，再进行浮选试验。

4.3 二段磨矿—强磁—阴离子反浮选试验

因一阶段强磁选混合精矿再磨直接浮选效果不理想，故将一阶段强磁选混合精矿再磨矿至不同细度，进行强磁—阴离子反浮选试验。强磁选主要是为了抛尾、脱泥，因此选择了高磁场强度并增加强磁扫选，粗选、扫选的精矿合并后以NaOH为pH调整剂、淀粉为抑制剂、石灰为活化剂、RA-915为捕收剂进行1粗1精阴离子反浮选；试验药剂用量根据经验确定。试验流程见图3，试验条件及结果见表5。

由表5可见，二段磨矿后先经强磁选后再浮选，阴离子反浮选指标大为改善，二段磨矿细度为-0.030 mm占87%时，可获得铁品位63.96%的铁精矿，浮选开路试验作业回收率56.92%，可定性说明将姑山铁精矿铁品位提高至63%以上技术上是可行的；受实验室强磁选机背景磁感应强度上限（1.0 T）所限制，强磁选尾矿铁品位较高，为40.65%，金属流失严重。因此，有必要采用更高背景磁感应强度的脉动高梯度强磁选机进行强磁选试验（现有生产实践中脉动高梯度强磁选机背景磁感应强度最高可达1.8 T）。