北方低品位磷铁矿综合回收研究

丁晓姜 吴艳妮

中化地质矿山总局地质研究院，河北 涿州 072754

中国北方拥有大量的低品位磷铁矿床，大部分磷铁矿属磁铁矿-磷灰石型矿石；该类矿石多数为低品位磁铁矿、低品位磷矿与低品位钛铁矿共生，有的还伴生钒、稀土等有用组分[1]。由于矿石中铁、磷、钛等有用组分含量均比较低，单独回收选矿比大，选矿成本高，矿产品价格低位时，往往过不了经济关，而综合回收利用不仅能够有效摊薄选矿成本，提高经济效益，还能够避免资源浪费，减少固体废弃物排放，符合国家绿色发展理念。因此，加强北方低品位磷铁矿的综合回收研究尤为必要。

1 资源特点及开发利用现状

中国北方低品位磷铁矿床主要分布在华北地台北部和塔里木地台北缘两个巨大成矿带内[2]，多集中在河北、辽宁、吉林、内蒙、山东、新疆等地。大部分矿体裸露地表，适于露天开采，露采储量约占 80%[3]。该类矿石中可回收的铁矿物主要为磁铁矿，采用磁选工艺回收；磷矿物主要为磷灰石，采用浮选工艺回收；钛铁矿多采用重-磁联合、重-浮联合或重-磁-浮联合工艺回收；其他伴生有益组分包括浮选法回收硫钴，稀土作为稀土磷肥利用等。

长期以来，该类资源多被粗放型开发利用，多数选厂仅回收品位相对较高（TFe含量12%以上）的磁铁矿，部分选厂综合回收P2O5含量3%以上磷矿，很少一部分选厂综合回收 TiO2含量5%以上钛铁矿。随着相对较高品位矿的日趋耗竭，该类资源矿石整体品位呈现下降趋势，加之铁精矿价格的持续低迷，目前多数磷铁矿山选厂处于停产或勉强维持生产状态。

对河北、辽西多家较大磷铁矿山调研结果显示，单一回收铁的选厂部分已停产，能够继续生产的，其原矿铁含量较高，TFe 20%以上；综合回收铁、磷的选厂占多数，其原矿mFe 3%～8%，P2O52%～2.5%；综合回收铁、磷、钛的几家选厂，其原矿mFe 10%左右，P2O53%左右，TiO25%左右。从选矿指标来看，铁精矿TFe品位达到60%以上，磁性铁回收率达到90%以上，选别指标较好；磷精矿P2O5品位达到32%以上，回收率普遍偏低，在60%左右，个别选厂还存在磷精矿中铁含量偏高现象；钛铁矿回收率较低，30%左右。综合调研结果分析，目前该类资源中铁、磷、钛含量变化较大，磷、钛选矿效果不好，综合回收率低，有必要加强该类资源的综合回收研究。

2 矿石特征

北方低品位磷铁矿主要矿石矿物为磁铁矿、磷灰石、钛铁矿等，铁与钛及磷的含量一般呈正相关关系；脉石矿物主要为辉石、角闪石、黑云母、长石等。矿石中有用组分主要为TFe、P2O5、TiO2，有害组分主要为SiO2、S、F等[4]。磁铁矿呈不规则粒状、等轴粒状、半自形晶至他形晶粒状集合体、他状集合体等形式赋存在矿石中，粒径一般为 0.03～0.8mm，粗粒径可达 1～3mm。有的呈浸染状、星散状分布，有的和钛铁矿构成不混融连晶，有的边缘被赤铁矿交代等。磷灰石呈柱状、厚板状、针状、粒状，粒径一般为0.1～0.8mm，集合体达3mm以上。有的呈星散状分布，有的以包裹体的形式嵌布于斜长石、黑云母、角闪石中。钛铁矿呈半自形板状、鳞片状或不规则粒状，粒径一般为0.1～1mm。多与磁铁矿、赤铁矿连生形成不混溶连晶。磷铁矿矿石结构主要为磁铁-磷灰石、钛磁铁-磷灰石矿石，矿石结构有自形-半自形粒状结构、花岗变晶结构、片柱状变晶结构、陨铁结构、镶嵌结构、填隙结构、包含结构、交代残余结构、平行连晶结构、固溶体结构等；矿石构造有块状、片麻状、条带状、网状、浸染状、间杂状构造等[5]。

3 综合回收研究

为了充分回收北方低品位磷铁矿中铁、磷、钛资源，对不同矿样进行了选铁、选磷、选钛试验，探索其铁、磷、钛的分选特性和规律，并在此基础上选取三种不同品级的低品位磷铁矿进行磷、铁、钛的综合回收试验研究，为北方低品位磷铁矿的综合开发利用提供参考。

3.1 选铁试验结果与分析

北方低品位磷铁矿中铁矿物含量普遍低，其中磁性铁采用磁选工艺易于回收，而其他类型的含铁矿物可选性较差，选矿成本高，目前不适宜进行回收。不同磷铁矿选铁试验结果见表1。

表1 不同磷铁矿选铁试验结果Table 1 Iron dressing test results of different iron-phosphate ores

结果表明，上述磷铁矿按磁性铁（MFe）对全铁（TFe）的占有率划分的矿石类型为混合矿石，矿石中不仅含有磁铁矿，还含有较多的其他类型铁矿物。MFe/TFe比值越高，磁铁矿含量相对越高，TFe回收率也相对较高，磁性铁回收率一般能够达到93%以上。该类型铁精矿TFe品位通常能够达到60%以上，嵌布粒度较粗的磨矿细度要求低，磁选次数少，相对更易选别。

3.2 选磷试验结果与分析

北方磷矿虽然含磷低，但多数为晶质磷灰石，易于选别[6]，磷浮选捕收剂对选别指标影响较大。多年来，中化地质矿山总局地质研究院针对北方不同低品位磷矿石，研制开发出了多种磷浮选捕收剂，获得了较好的选别指标。磷浮选工艺多采用1次粗选，1次扫选，2～3次精选，中矿顺序返回或集中返回正浮选工艺流程。不同铁磷矿选磷试验结果见表2。

结果表明，该类型磷矿总体较易选别，通常精矿 P2O5品位能够达到 30%以上，回收率达到80%以上，原矿P2O5品位越高，精矿回收率相对也越高。精矿P2O5品位受矿石性质影响存在较大差异性，一般矿物结晶程度较好的，其嵌布粒度较粗，精矿P2O5品位易于提高；矿物蚀变程度较高的，由于产生的微细粒脉石对磷矿浮选干扰较大，精矿P2O5品位较难提高。

表2 不同铁磷矿选磷试验结果Table 2 Phosphorite dressing test results of different iron-phosphate ores

3.3 选钛试验结果与分析

钛铁矿选矿，采用重选工艺，选矿成本较低，但很难获得高品位的钛精矿，一般回收率也比较低，可用于回收对钛精矿品位要求不高的钛铁矿或作为前期的抛尾作业[7]。磁选工艺只能作为前期富集钛铁矿入选品位的作业或是钛精矿中除铁、除杂作业，采用磁选法富集钛铁矿，能够有效的消除磷、硫等矿物对钛铁矿浮选的影响。浮选工艺，能够有效的提高精矿品位，获得高品位的钛精矿，且选矿回收率较高，但浮选工艺对钛铁矿捕收剂的要求较高，目前国内被广泛应用的、较成熟的钛铁矿捕收剂仍然具有一定的局限性和不足之处，因此，开发高效、价廉、无毒、适用能力强的环保型钛铁矿捕收剂产品是浮选法研究的重点。

采用不同选矿工艺对河北丰宁地区不同矿点钛铁矿进行试验，结果见表3。

表3 钛铁矿选矿试验结果Table 3 Test results of ilmenite beneficiation

结果表明，同一地区，不同矿点钛铁矿品位、可选性存在一定差异；重选精矿TiO2品位相对较低，联合浮选工艺，精矿品位能够得到较大提高。通常原矿TiO2品位越高，精矿回收率越高。精矿TiO2品位受矿物嵌布特征影响较大，矿物嵌布粒度较大、较均匀，精矿品位相对易于提高。

3.4 不同品级磷铁矿中磷、铁、钛综合回收试验结果与分析

试验矿样为河北某矿区三种不同品级磷铁矿。该矿区矿石矿物主要为磁铁矿、磷灰石、钛铁矿，脉石矿物主要为辉石、角闪石、黑云母、斜长石等。

探索试验发现，在较粗的磨矿细度下能够获得高品位磷精矿，磷矿物得到有效回收；而铁矿物在更细的粒度下才能够较充分解离，获得 TFe品位大于64%的铁精矿；采用浮选法获得高品位钛铁矿，需要入选品位TiO2达到18%以上。根据试验情况，分析认为综合回收工艺适宜在较粗的磨矿粒度下先选磷；选磷尾矿进行磁选粗选，可以抛掉80%以上的非磁性物，粗精矿再磨使铁矿物达到单体解离后通过精选获得合格的铁精矿；选磷选铁尾矿通过重选工艺富集钛，粗钛产品再通过浮选工艺获得高品位钛精矿。

试验原则工艺流程见图1，试验结果见表4。

表4 不同品级铁磷矿试验结果Table 4 Test results of different grade iron-phosphate ores

结果表明，不同品级磷铁矿，磷精矿 P2O5品位均能达到 30%以上，精矿回收率相差较大，原矿P2O5品位较低的，精矿回收率也相对较低，主要是因为该类型磷铁矿中磷矿物含量均较低，通过浮选工艺选别后，一般尾矿中损失的磷矿物含量相近，原矿P2O5品位较低的，相对损失较多，回收率相对较低；铁精矿品位均已达到64%以上，但TFe回收率低，主要是因为磁性铁含量低造成的，TFe回收率与磁性铁含量呈正相关；钛精矿TiO2品位均已达到44%以上，回收率与精矿TiO2品位一般呈负相关，提质的同时容易造成钛矿物的损失。总体来看，随着原矿中磷、铁、钛含量相应增加，其对应的选矿指标有所提高。

图1 综合回收原则工艺流程Fig.1 Comprehensive recovery principle flowsheet

为了考察不同品级铁磷矿开发利用效益，根据选矿比对每吨原矿可回收资源量进行了核算，对每吨原矿选矿成本、精矿选矿成本进行了估算，结果见表5。

表5 不同品级铁磷矿综合回收结果Table 5 Comprehensive recovery results of different grades iron-phosphate ores

结果表明，相比单一回收（仅回收铁或磷），综合回收能够使资源回收量得到显著提升；从精矿选矿成本看，单独回收铁或磷，矿石品级越低，选矿比越大，精矿选矿成本越高，经济效益越差；综合回收能有效摊薄选矿成本，经济效益较单一回收显著提升。将各精矿资源回收量乘以精矿产品市场价格与每吨原矿选矿成本进行比较，可以初步评估不同品级磷铁矿开发利用经济可行性。

4 结论

对北方低品位磷铁矿，采用浮选工艺选磷，磁选工艺选铁，重浮（或重磁等）联合工艺选钛，能够实现磷、铁、钛的综合回收，技术可行，易于实现工业化；其经济可行性可以根据不同品级磷铁矿选矿结果，结合矿产品市场价格进行初步评估。对不同品级磷铁矿分别进行综合回收研究，有利于矿山合理开发利用资源，较好的为其它矿山的综合利用提供参考。采用综合回收，能够使有限的矿产资源得以充分利用，减少尾矿排放量，从而降低矿区尾矿污染，减少尾矿坝安全隐患，符合国家方针和循环发展的原则。其经济效益较单一回收显著提升，并具有较好的环境、社会效益。建议对该类资源中其他伴生有用组分（如：硫钴、钒、稀土、稀有金属等）进行深入研究，实现资源的充分综合回收利用。