陕西镇安某高磷混合型铁锰矿选矿实验研究

2021-03-15

矿产综合利用 2021年1期

（陕西省地质矿产试验研究所有限公司，陕西西安 710054）

锰矿是一种钢铁工业常用的基本原料，95%以上用于冶金工业，特别是钢铁冶金工业[1]。我国的锰矿石资源储量不大，居世界第六位[2]。与国外相比，中国锰矿床主要以中、小型为主，锰矿资源平均品位相对较低，品质较差。通常表现为“粒度细、结构复杂、常含有硫、磷等有害杂质，另外还有一些锰矿石含铁过高，选矿难度较大”[2]，很难得到合格的锰精矿。以陕西镇安县某地难处理高磷混合型铁锰矿石为研究对象,结合该锰矿石特点，进行了相应的实验研究，确定了适宜的选矿工艺流程，并取得了良好的工艺指标。

1 实验样品

实验样品来自陕西镇安县某地，对该锰矿进行了原矿化学多项分析、铁锰物相分析、原矿粒度组成分析及工艺矿物学研究。工艺矿物学物质成分研究鉴定结果表明，该锰矿矿石成分复杂，主要矿石矿物有含铁菱锰矿、菱铁锰矿、褐锰矿，次要矿物有硬锰矿、软锰矿、偏锰酸矿，方铁锰矿、针铁矿、赤铁矿、黄铁矿、黄铜矿等；脉石矿物以石英、绢云母、白云母、石榴子石为主，次为黑云母、绿泥石、磷灰石等。其中，矿石中少量黄铁矿、黄铜矿和磷灰石为该锰矿中硫、磷超标的主要因素。该锰矿石中主要含锰矿物均受到硬锰矿、软锰矿、针铁矿的不同程度交代，甚至形成微细粒“交生”的状态，以致于无法测量粒径。该锰矿化学多项分析、锰铁物相分析及粒度组成结果分别见表1～ 4。

表1 化学多项分析结果/%Table 1 Chemical analysis results of multi-elements

表2 锰物相分析结果Table 2 Results of manganese phase analysis

表3 铁物相分析结果Table 2 Results of iron phase analysis

表4 粒度组成结果Table 4 Particle size composition results

从表1～ 3 分析结果可以看出该锰矿主要金属元素为锰和铁，有害元素为磷、硫。锰主要赋存在碳酸锰、硅酸锰矿及部分软锰矿中，铁主要赋存于赤褐铁矿、硅酸铁和菱铁矿中。按照锰矿自然类型划分，该锰矿中碳酸锰矿物与氧化锰矿物含量均未超过85%，为混合型铁锰矿。

从表4 看出，该锰矿试验样-1 mm 粒级中锰、铁品位基本接近于原矿，且分布率与产率基本成正相关，锰、铁元素在该锰矿中分布较均匀。

2 结果与分析

2.1 探索实验

针对该锰矿石，在实验室进行了弱磁选铁、粗粒抛尾富集锰元素和原矿磁化焙烧锰铁分离等探索实验。其中弱磁选铁探索实验，由于原矿中所含磁性铁矿物极少，在实验室实验中磁性产品产率为0%；粗粒抛尾富集锰元素探索实验，所得精矿产品与尾矿产品的锰品位与原矿锰品位相差不大，且抛尾时矿石锰元素损失量较大，粗粒抛尾不适宜该矿石；磁化焙烧锰铁分离探索实验，所得铁精矿铁品位为22.70%未达到铁精矿相应要求的指标且含锰较高，锰品位达24.19%，锰精矿锰品位为21.76%，含铁14.20%，锰精矿指标也不理想、焙烧成本也较高。从探索实验结果结合原矿工艺矿物学研究、原矿分析、锰铁物相分析及原矿筛析结果可看出磁化焙烧锰铁分离不适合该锰矿石。磁化焙烧锰铁分离探索实验流程见图1，实验结果见表5。

图1 磁化焙烧锰铁分离实验流程Fig.1 Test flow chart of separation of ferromanganese by magnetization roasting

表5 磁化焙烧锰铁分离实验结果Table 5 Test results of separation of ferromanganese by magnetization roasting

2.2 实验室条件实验

锰矿选矿工艺方法通常有重选、磁选、浮选、火法富集、化学选矿及多种方法联合选矿工艺[3]。通过探索实验结合工艺矿物学研究、原矿分析、锰铁物相分析及原矿筛析结果可以印证该铁锰矿石主要特点为高磷高铁，锰、铁矿物交织嵌布均匀，且磁性铁矿物极少。根据物质成分鉴定结果中锰矿物、铁矿物成分显示这些矿物均属于弱磁性矿物，通常采用湿式强磁选机进行选别可得到较理想选矿指标[4]。实验室设备选用SLON-100 型强磁选机，通过磨矿细度、磁场强度、冲洗水流量、磁介质、脉冲次数等实验，最终采用原矿-磨矿-强磁场粗选工艺流程获得较满意的锰精矿。实验工艺流程见图2。

图2 磁选实验流程Fig.2 Magnetic separation test flow chart

2.3 磨矿细度实验

磨矿细度对目的矿物与脉石矿物分离有较大影响。在磁场强度：1.0 T，脉冲次数：200 次/min，磁场介质：2 mm 钢棒，冲洗水流量5.0 L/min 的条件下，考查了磨矿细度对锰矿磁选的影响。

图3 磨矿细度实验结果Fig.3 Test results of grinding fineness

从图3 看出，随着磨矿细度增加，锰精矿品位缓慢上升，锰回收率随着磨矿细度增加先缓慢增加随后下降，当磨矿细度为-0.074 mm 82.84%时，选矿指标较好，确定磨矿细度为-0.074 mm 82.84%。

2.4 磁场强度实验

磁场强度影响锰、铁矿物的磁选选别效果，磁场过大会导致机械夹杂严重影响精矿质量，磁场过小会导致目的矿物损失过大。在磨矿细度，-0.074 mm 82.84%，脉冲次数200 次/min，磁场介质2 mm 钢棒，冲洗水流量5.0 L/min 的条件下，考查了磁场强度对锰矿磁选的影响。

图4 磁选强度条件试验结果Fig.4 Test results of intensity of magnetic separation

从图4 看出，随着磁场强度增加，锰回收率逐渐增加，锰品位先缓慢增加，随后开始下降。当磁场强度为1.0 T 时，磁选精矿品质回收率指标相对较好，确定磁场强度为1.0 T。

2.5 强磁选机冲洗水流量实验

强磁选机冲洗水流量对精矿质量、处理量、回收率、水循环用量等有影响，在磨矿细度-0.074 mm 82.84%，磁场强度1.0 T，磁场介质2 mm 钢棒，脉冲次数200 次/min 的条件下，考查了强磁选机冲洗水流量对锰矿磁选的影响。

图5 强磁选机冲洗水流量实验结果Fig.5 Test results of flushing water flow of high-intensity magnetic separator

从图5 看出，当冲洗水流量4.2 L/min 时，磁选精矿品质回收率指标相对较好，确定冲洗水流量4.2 L/min。

2.6 强磁选机磁介质实验

磁介质对磁选机磁场及矿浆过流有影响，间接影响到精矿质量、处理量。适当增大介质直径有利于磁性物的回收,但介质直径过大时反而会降低对磁性物的捕捉能力，针对不同物料应考虑确定适宜的磁介质直径、充填率[5]。在磨矿细度-0.074 mm 82.84%，磁场强度1.0 T，冲洗水流量4.2 L/min，脉冲200 次/min 的条件下，考察了强磁选机磁介质对锰矿磁选的影响。

图6 强磁选机磁介质实验结果Fig.6 Test results of magnetic medium of strong magnetic separator

从图6 看出，使用2 mm 钢棒磁介质时选矿指标相对较好，确定磁介质为2 mm 钢棒。

2.7 强磁选机脉冲次数实验

脉冲次数同样也影响锰矿磁选选别效果，脉冲次数过高，冲刷力度大，导致虽然精矿质量较高，但锰金属量损失较大，脉冲次数过低导致机械夹杂严重影响精矿品质。在磨矿细度-0.074 mm 82.84%，磁场强度1.0 T，冲洗水流量4.2 L/min，磁场介质2 mm 钢棒的条件下，考察了强磁选机脉冲次数对锰矿磁选的影响。

从图7 看出，随着脉冲次数的增加锰精矿品位缓慢提高，但锰精矿锰回收率随着脉冲次数增加而降低，当脉冲100 次/min 时，磁选精矿品质回收率指标相对较好，确定脉冲次数100 次/min。