酒钢黑沟矿CaO含量对弱磁系统的影响规律研究

2021-05-06孙洪硕张丽丽祁生亮

矿业工程 2021年2期

孙洪硕张丽丽祁生亮杨珊

(酒钢集团宏兴股份公司选烧厂，甘肃嘉峪关 735100)

0 引言

酒钢入选原矿主要来自镜铁山桦树沟矿和黑沟矿两个矿区[1，2]，原矿经过筛分后，15 mm以上块矿采用“焙烧-弱磁-反浮选”工艺，简称弱磁系统；15 mm以下的粉矿采用强磁选的生产流程，简称强磁系统；强磁精矿、弱磁精矿经浓缩脱水后，综合铁精矿送到烧结工序[3]。镜铁山黑沟矿区Ⅰ期采场目前处于停产状态，主要由Ⅱ期采场输出矿石。Ⅱ期采场南翼矿体铁质白云岩夹层较多，与黑沟矿接触交代密切，称为铁白云石型铁矿床，其块矿率高、CaO含量高、矿石性质较为难选；Ⅱ期采场北翼矿石块矿率低、铁质千枚岩多、SiO2含量较高。一般情况下南北翼矿体均匀配合输出，一旦输出比例失调，将严重影响选别指标尤其是弱磁系统指标，继而影响后续烧结工序稳定生产[4]。近期黑沟矿主要输出Ⅱ期南翼矿石，铁白云石矿比例增加，导致原矿中CaO含量显著升高，选矿实际生产受到冲击。通过试验室试验对比黑沟Ⅱ期综合矿石和铁白云石矿可选性差异，结合生产现状对各指标与综精CaO含量进行相关性分析，总结黑沟矿CaO含量升高后对弱磁选别系统的影响规律，制定针对性措施，降低CaO含量升高对选矿生产造成的影响。

1 黑沟矿铁白云石型矿石性质分析

1.1 黑沟矿铁白云石型矿石化学成分及矿物组成

对黑沟Ⅱ期南翼铁白云石型矿石进行氧同位素化学全分析[5]，主要元素化学分析结果见表1，并对该矿种进行显微镜下矿物组成分析，主要矿物组成见表2。

表1 黑沟铁白云石型矿石主要元素化学分析结果 %

表2 黑沟铁白云石型矿石主要矿物组成 %

由表1可得，原矿铁品位较低，仅26.16%，钙、镁含量较高；矿样中含30%的SiO2，氧化亚铁与烧损Ig含量高达13.05%、11.31%。

根据表2可知，黑沟铁白云石型铁矿主要含铁矿物有镜铁矿、褐铁矿及菱铁矿，主要脉石矿物有铁白云石、碧玉等。

1.2 黑沟矿铁白云石型矿石矿石性质

铁白云石是CaCO3与(Fe，Mg，Mn)CO3的复盐，受热易分解，在磁化焙烧竖炉中首先经历氧化焙烧，470～700 ℃条件下空气中分解，在650～800 ℃时，游离的CaCO3再结晶，然后进入还原带，700 ℃条件下生成强磁性的锰镁磁铁矿，并呈微细粒嵌布于方解石与方镁石中，与杂质一起易带进弱磁选精矿中降低精矿质量。结合表1和表2分析可知，铁白云石类铁矿石具有以下性质[6]：

1)铁白云石类矿石TFe低、CaO、MgO含量高、烧损Ig高。

2)铁白云石矿(Ca(Fe，Mg，Mn)(CO3)2)中多有Mg2+、Ca2+、Mn2+与铁以(Mg、Ca、Mn离子占据Fe离子的晶格位置)类质同相存在。

3)铁矿物嵌布粒度细，单矿物纯度低，杂质含量高，镜下鉴定照片见图1所示。

图1 铁白云石中镜(赤)铁矿的微细粒结构(反光200Χ)

2 黑沟矿铁白云石型矿石磁化焙烧及选别试验研究

2.1 不同类型矿石试验室可选性试验

对黑沟Ⅱ期综合样及铁白云石矿进行磁化焙烧-弱磁选试验，并对两种矿样进行试验指标的对比。磁化焙烧试验是将块矿包笼后在工业竖炉中进行，弱磁选试验在试验室中进行，磨矿细度(-0.076 mm含量80%)，对比结果见表3。最终磁选精矿再进行反浮选试验，磨矿细度-0.048 mm含量大于93%；捕收剂用量为粗选120 g/t、精选60 g/t；淀粉用量粗选为300 g/t、精选不加淀粉，一粗一精四扫闭路流程，对比结果见表4。

表3 磁化焙烧弱磁选试验结果 %

表4 磁化焙烧弱磁精矿反浮选闭路试验结果 %

从对比结果看，铁白云石矿弱磁选精矿品位较黑沟Ⅱ期综合样低4.17个百分点，CaO含量高4.5个百分点，烧损Ig高2.16个百分点，SiO2含量相当，测算烧结矿品位差别不大，但金属回收率低12.95个百分点，选比高0.686倍。因此，从金属回收率层面讲，黑沟Ⅱ期混入铁白云石矿比例增加后，对块矿磁化焙烧弱磁选流程不利，选矿比升高明显。

从反浮选结果看，铁白云石浮精品位偏低，较黑沟Ⅱ期综合样低5.4个百分点，但CaO和烧损Ig高，分别高出4.94和4.11个百分点，其测算烧结矿品位相当，分别是51.13%和52.43%，浮选回收率却低6.74个百分点。由此可见，铁白云石矿浮选特性也相对较差，在黑沟矿中混入比例增加后，对浮选作业也有负面影响。

2.2 不同类型矿石马弗炉磁化焙烧特性分析

对两种矿样在试验室采用马弗炉进行焙烧磁选试验，考察不同焙烧温度、还原剂用量、焙烧时间条件下能够获得的最优选矿指标。对影响焙烧效果的主要因素(焙烧温度、焙烧时间和还原剂用量)进行三因素五水平正交试验法选择，最终评价两种矿石的磁化焙烧难易程度。两种矿样最优磁化焙烧条件如表5所示。

表5 两种矿样最佳磁化焙烧条件结果

可见，铁白云石矿相对黑沟Ⅱ期综合样，适宜的焙烧温度更高、所需的还原剂用量更多，还原焙烧时间也更长。铁白云石矿较黑沟Ⅱ期综合样难磁化焙烧。

3 黑沟矿CaO含量对弱磁系统的影响

通过对2016年以来弱磁系统选别指标进行统计分析，建立散点图，计算相关系数并进行显著性检验等步骤[7]，因综精CaO含量与黑沟矿CaO含量存在较强的正相关性，以综精CaO含量替代黑沟矿CaO含量间接分析与弱磁选别指标间的关系，通过相关性分析总结黑沟矿CaO含量对弱磁系统生产指标的影响规律。

一段磨矿分级溢流回收率指标的高低直接反应竖炉磁化焙烧效果的好坏，其与综精CaO之间的关系见图2。

图2 竖炉收率与综精CaO相关关系图

由图2可知，竖炉溢流收率与综精CaO含量呈负相关关系，随着综精CaO含量升高，竖炉溢流回收率越低。现场生产实际情况表明，铁白云石矿进入竖炉后，因烧损高易炸裂，导致炉内矿石粒度碎，竖炉透气性差，燃烧室温度不易传导至炉内，导致焙烧效果差，从而影响回收率指标。综精CaO含量对弱磁选别指标的相关性分析见图3。

图3 综精CaO含量与弱磁选指标相关关系图

由图3可知，二磁精品位、弱磁原矿品位、磁精品位，均与综精CaO有较强的负相关性关系，而磁精品位与二磁精品位差值与综精CaO含量无相关性。即综精CaO含量越高，弱磁入磨品位、二磁精品位等显著降低。综精CaO含量对浮选指标的相关性分析见图4。

图4 浮选给矿品位、浮精品位与综精CaO相关关系图

由图4可知，浮给品位与浮精品位和综精CaO含量也呈显著负相关关系，而浮精品位提升幅度与综精CaO含量相关性较小。

4 弱磁选别系统相应调整措施

4.1 竖炉磁化焙烧相应调整措施

针对黑沟矿中CaO含量大幅度上升，竖炉焙烧矿金属回收率大幅下降的情况，对16#、19#炉进行了不同搬出时间试验，目的是探索搬出时间对焙烧矿质量的影响，试验期间试验炉搬出时间设置三个试验条件：3分20秒、3分、2分40秒，调整完毕后8小时后搬出机取样，进行磁选管试验。结果见表6。

表6 不同搬出时间条件下磁选管试验指标 %

从试验数据看，搬出时间在3分时19#、16#炉磁选管回收率，分别为79.23%，72.5%，说明在一定程度上减少搬出时间，延长矿石加热时间有助于提高焙烧质量，搬出时间在2分40秒时金属回收率下降至74.17%，71.6%，分别下降了5.16%、0.9%，同时FeO分别上升了1.05%、2.53%，说明过度限制搬出时间焙烧矿易产生“过还原”现象，磁选管回收率也存在下降风险。

4.2 弱磁选系统相应调整措施

根据选厂现阶段选矿工艺流程，进行二段磨矿-二段磁选试验，一段弱磁选入选粒度-0.074 mm含量65%以上，二段弱磁选入选粒度-0.074 mm含量85%以上，实验结果见表7。

表7 高钙焙烧矿弱磁选试验结果 %

高钙焙烧矿弱磁选试验结果表明，弱磁精矿品位仅50.4%，回收率78.48%，尾矿品位18.2%，选矿比1.92倍。由此可见，高钙焙烧矿弱磁选抛尾量较大、铁品位低。为查明二磁精品位低的原因，特对二磁精进行化学多元素及物相分析，见表8和表9。

表8 二磁精多元素分析 %

表9 二磁精矿物组成鉴定结果 %

由表8可见，精矿中主要杂质为SiO2，CaO、MgO也较高，总量分别为10.28%、6.8%、5.39%，CaO、MgO含量较高是造成精矿品位较低的主要因素。

由表9可以看出，二磁精矿矿物组成主要矿物为磁铁矿，镁锰磁铁矿次之，其占比分别为47.12%、26.78%，主要脉石为碧玉、铁白云石，其占比分别为6.08%、4.59%。可见，铁白云石磁化焙烧后，部分类质同相替代的镁锰磁铁矿以磁性夹杂的形式进入精矿，造成精矿品位降低。

黑沟矿CaO含量上升时，二磁精矿中CaO、MgO含量上升明显，且存在非磁性夹杂现象造成磁选精矿品位低。因此，弱磁选在CaO含量升高后，不宜过分提高磁选精矿品位，应减少各处磁选机漂洗水量以避免金属流失。

4.3 反浮选系统相应调整措施

黑沟矿CaO升高后，浮选流程较差，浮尾抛出量少、浮精硅长期偏高，最高时达到8%以上，最终影响综精质量。主要原因是铁白云石型铁矿经过焙烧后形成的Ca2+、Mg2+离子水解，造成环水PH偏高，流程酸碱度长期失调导致。为了改善浮选流程，应在综精CaO达到2%以上时小幅度、长时间提高硫酸用量，均匀调整环水PH值，否则短期内大幅度提高硫酸用量，会造成粗精选流程泡沫堆积、泡沫发粘、中间箱泡沫量大，而扫选泡沫反而较差等现象，造成流程更加不能顺行。