石人沟铁矿石选矿试验研究

李燕芬 向伟华 李晓东

(河钢集团矿业有限公司石人沟铁矿，河北 唐山 063000)

0 引言

铁是一种重要的金属元素，其制品广泛应用于经济建设和社会发展的各个领域，含铁矿物是铁最为主要的原料来源[1-2]。我国铁矿资源总量丰富，但是具有“贫、细、杂”的特点[3]，在对铁矿资源利用之前，为选矿厂提供合理的选别条件和选别流程至关重要。石人沟铁矿是20世纪70年代初投产的老矿山，矿石矿物成分比较简单，该铁矿属鞍山式沉积变质岩矿床，主要矿物为磁铁矿，个别地段含少量假象赤铁矿、褐铁矿，P、S含量较低，为单一含铁矿物；脉石矿物主要以石英为主，角闪石、辉石、绿帘石次之，并有少量磁灰石、绿泥石及黑云母[4-5]。本研究选取石人沟高泥低品位铁矿石为研究对象，为选矿厂提供科学依据。

1 原矿工艺矿物学研究

1.1 原矿化学多元素分析及物相分析

原矿化学多元素分析见表1，原矿物相分析见表2。

表1 原矿多元素化学成分分析(质量分数) %

表2 原矿铁物相分析结果(质量分数) %

由原矿的化学多元素分析、物相分析看出，矿石中TFe含量为20.26%，碱性系数(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)为0.16<0.5。就铁矿而言，属酸性贫铁矿石。矿样中有害元素硫、磷含量较低。样品中铁的分布较为集中，矿样中有87.81%的铁存在于磁铁矿中，其余部分主要分布在硅酸铁、赤(褐)铁矿、菱铁矿及硫化铁中。

1.2 原矿XRD分析

对该高泥低品位矿石进行了XRD分析，分析结果见图1。

图1 原矿XRD分析

从图1中可以看出，该铁矿石中含铁矿物主要有磁铁矿、硅酸铁，脉石矿物主要有石英与绿泥石，且石英含量较高。

2 选矿试验研究

在进行选矿试验前先制备出各单元试验所需代表性试样，其加工制备流程如图2所示。

图2 矿样加工制备流程

2.1 干选试验

由于矿石在开采过程中会混入一定量的夹石和围岩，为提高磨矿效率，降低磨选成本，达到节能降耗的目的，在磨矿选别之前应尽可能地将废石除掉。试验基于此进行了干式预选抛尾可行性研究。结合试验矿样特点及现场生产实践，对-10 mm粒级的原矿进行了磁滑轮干式预选，在胶带表面磁感应强度198.943 kA/m、筒体转速为16 r/min的条件下进行了干选试验，试验结果见表3。

表3 块矿干选试验结果(质量分数) %

表3结果表明，经磁滑轮抛尾后，可以去除产率为34.51%，MFe含量为0.30%的脉石矿物，同时可获得TFe品位为28.70%，回收率为91.90%的铁精矿。将干选后的精矿继续破碎至-2 mm，对该精矿进行了粒度筛析试验，试验结果见表4。

表4 -2 mm干选精矿粒度筛析结果

从表4结果可以看出，随着粒级的降低，各粒级品位基本呈上升趋势，由粒级-2.0+1.18 mm至粒级-0.106+0.074 mm，品位由27.12%增加至34.33%，但-0.074 mm粒级品位略有所降低。

2.2 相对可磨度试验

考虑到石人沟铁矿生产实际，以更好地指导后续设备选型，在进行相对可磨度试验时，选定河北钢铁集团矿业有限公司石人沟铁矿选矿厂第一段磨矿的给矿为标准石，对标准矿石与试验矿石(磁滑轮干选精矿)进行磨矿对比试验，将两种矿石用同样的工艺和设备处理，即均碎至-2 mm，用100目标准筛筛除-0.15 mm粒级，各自混匀缩分出待磨矿样，每份0.5 kg，加水300 mL，用同一球磨机(锥形250×90)进行不同时间的系列磨矿，磨矿浓度62.50%。将每一磨矿产品用200目标准筛检查细度，其分析结果如图3所示。

图3 可磨度对比曲线图

由图3得知，当磨矿细度为-200目占45%时，试验矿石相对于石人沟原矿矿石的可磨度系数为：K1=T01/T1 =3.0/2.8=1.07；当磨矿细度为-200目占85%时试验矿石相对于石人沟原矿矿石的可磨度系数为：K2=T02/T2=7.5/7.8=0.96；可见，该矿石与所选用的石人沟原矿矿石相比，磨矿难易程度相当。

2.3 磨矿时间条件试验

取干选精矿矿样6份，用B160×200型智能棒磨机进行湿式磨矿，磨矿浓度为60%。磨矿时间分别为5、7.5、10、15、20、25 min。将磨矿产物烘干后，各自缩分出50 g，用200目标准筛进行湿筛，筛上部分烘干后再干筛，最后将筛上产物称重，计算-0.074 mm含量，其结果如图4所示。

图4 磨矿时间与磨矿产品中-0.074 mm含量关系

试验结果表明，当细度-200目占35%～80%时，磨矿细度随磨矿时间的增长而迅速增长，-200目含量由5min时的35.30%增加至20 min的90.56%，磨矿时间由20 min增长至25 min时，-0.074 mm含量增长缓慢，仅由90.56%增至95.47%。

2.4 磨矿细度条件试验

从磨矿细度各为-200目占35.30%、45.01%、50.70%、72.54%、90.56%、95.47%的干选精矿磨矿产物中分别缩取样品，采用XCS-73型Ф50 mm磁选管，在磁场强度79.577 kA/m(1000奥斯特)的条件下进行磁选试验。试验流程见图5，结果见表5，并绘制了精矿品位和回收率随磨矿细度变化的曲线图，见图6。

图5 原矿磁选管试验流程

图6 精矿品位和回收率随磨矿细度变化曲线图

表5 不同磨矿细度下磁选管试验结果(质量分数) %

续表

从表5中可以看出：随着磨矿细度的增加，铁精矿的品位呈逐渐增加的趋势，但精矿回收率呈降低的趋势。当磨矿细度为-200目占95.47%时，精矿品位可达67.02%，说明矿石中磁铁矿嵌布粒度较细，比较难选。综合分析各种因素，第一段磨矿细度范围-200目30%～50%，本试验中第一段磨矿细度定为-200目45.01%，既可以抛掉较多的尾矿，又能得到较高品位的粗精矿，而且磨矿时间相对较短。因此，选择-200目占45.01%作为一段磨矿细度，此时可以抛去作业产率为56.03%，品位为4.96%，回收率为9.68%的铁尾矿，同时也可获得作业产率为43.97%，品位为58.93%，回收率为90.32%的铁精矿。

2.5 一段磨矿磁选试验

取原矿50份，每份0.5，磨矿至细度为-200目占45.00%，采用Φ327×180型鼓筒式磁选机，在磁场强度119.366kA/m的条件下进行磁选，试验流程如图7所示，试验结果见表6。

图7 原矿磁选流程

表6 原矿磁选试验结果(质量分数) %

从表6结果可以得知，原矿在-200目占45.00%的条件下，经两次磁选后可获得产率为44.10%，品位为58.85%，回收率为90.43%的粗精矿。

将上述磁选得到的粗精矿混匀缩分，用B160×200型智能棒磨机进行湿式磨矿，分别磨矿2、4、6、8min。将磨矿产物烘干后，各自缩分出试验样品，用200目标准筛湿式筛分，筛上部分烘干后再干筛，至筛分终点后称重，并计算出-200目百分含量。试验结果见表7 ，并绘制磨矿细度曲线见图8。

图8 磨矿时间与磨矿产品中-200目含量关系

表7 磨矿时间与磨矿产品中-200目含量关系

试验结果表明，当磨矿时间由0增加至8分钟时，磨矿细度增长迅速，磨矿产品中-200目含量由43.25%增加至80.70%，随后磨矿细度增长缓慢，磨矿时间由8分钟增加至15分钟时， 磨矿产品中-200目含量仅由80.70%增加至93.04%。

2.6 第二段磨矿磁选试验

将粗精矿磨到-200目占70.00%，采用Ф327×180鼓式磁选机，在磁场强度119.366kA/m、分选浓度30%的条件下进行两次磁选。试验流程见图11，试验结果见表9。

图9 粗精矿磁选试验流程

表9 粗精矿磁选试验结果(质量分数) %

从表9中可以看出，粗精矿在磨矿细度为-200目占70.00%的条件下，在磁场强度119.366kA/m、分选浓度30%的条件下进行两次磁选，可以获得作业产率为86.25%，品位为67.23%，作业回收率为98.52%的最终铁精矿。

2.7 试验总流程及技术指标

选矿试验研究总流程见图11，试验最终产品指标见表10。

图10 试验总流程图

图11 推荐工艺流程

表10 流程试验结果(质量分数) %

从试验总流程和表10结果中可以看出，石人沟高泥低品位铁矿经一次脱泥、破碎干选抛尾后，采用阶段磨矿、阶段磁选后，可以获得产率为24.49%，品位为67.27%，回收率为81.32%的铁精矿以及产率为75.51%，品位为5.01%，回收率为18.68%的铁尾矿。并为未来选矿厂推荐如图12所示的工艺流程，供选矿厂设计时参考。

3 结语

(1)经原矿X射线光谱分析及多元素分析表明，全铁品位TFe 为20.26%，MFe为17.79%，含磷P2O5为0.32%。

(2)干式预选试验结果表明，块矿-10 mm在磁场强度为198.943 kA/m、筒体转速为16 r/min条件下，经磁滑轮干式预选后废石产率为34.51%，精矿品位为28.70%，磁性铁回收率为99.42%。

(3)根据磨矿细度试验表明，要想获得高品位的精矿，必须进行阶段磨矿、阶段选别的流程实验。块矿在第一段磨矿细度为-200目占45.00%，采用Φ327×180型鼓筒式磁选机，在磁场强度119.366kA/m条件下进行两段磁选后，可获得产率为27.12%，品位为58.85%，回收率为78.78%的粗精矿；粗精矿再经第二段磨矿，当磨矿细度为-200目占75.00%，经两次磁选后可获得产率为23.39%，品位为67.23%，回收率为77.62%的铁精矿。