大西沟菱褐铁矿表面磁化焙烧⁃强磁选新工艺研究①

彭泽友，刘 旭，陈 雯，刘小银，瞿思思

（长沙矿冶研究院有限责任公司，湖南 长沙410012）

我国已探明铁矿资源中富矿仅占2.5%，97%以上铁矿石需要进行分选才能利用。在这些贫铁矿资源中，有百亿多吨为难选的弱磁性铁矿物：菱铁矿（主要为FeCO3）、褐铁矿（主要为含结晶水的Fe2O3）及其共生矿。采用传统的磁选、重选、浮选等物理选矿技术难以有效分选此类铁矿石［1-2］。

大西沟铁矿是迄今为止我国探明储量最大的菱铁矿矿床，储量达到3.02亿吨，位于陕西省商洛市柞水县境内。针对大西沟铁矿，采用“闪速磁化焙烧⁃弱磁选”流程可获得精矿产率31.59%、精矿TFe品位60.91%、TFe回收率81.44%、尾矿TFe品位7.86%的良好试验指标。但由于大西沟原矿含铁品位低，仅23%左右，选比高，按“闪速磁化焙烧⁃弱磁选”流程设计60万吨／年工业流程，简单的技术经济分析表明，铁精矿生产成本543.16元／t。在保证回收率的前提下，提高焙烧原矿品位、减少进入焙烧作业的矿石量、进一步降低铁精矿生产成本是经济合理利用大西沟铁矿面临的关键瓶颈。

本文通过干式磨矿⁃表面磁化焙烧⁃强磁选预富集新工艺，探索了减少大西沟铁矿进入焙烧作业矿石量的方案，为进一步降低闪速焙烧⁃弱磁选流程铁精矿成本提供了新的途径。

1 原料性质

试验所用原料为大西沟原矿，主要化学成分分析结果见表1，铁物相分析结果见表2。原矿TFe／FeO比1.10，碱性系数0.04。

表1 原料主要化学成分（质量分数）／%

表2 原料中铁物相分析结果

原矿肉眼下为黄褐色，镜下鉴定、X射线衍射分析研究表明，矿样组成矿物种类较为简单，铁矿物主要是菱铁矿，次为褐铁矿和磁铁矿，少量磁铁矿氧化产生假象赤铁矿；金属硫化物以黄铁矿为主，有黄铜矿和铜蓝零星分布；脉石矿物主要为石英和绢云石，其次为绿泥石，并有少量长石、铁白云石、重晶石等零星分布。主要矿物含量见表3。

表3 原料主要矿物含量（质量分数）／%

2 原理分析及试验方案

2.1 原理分析

目前弱磁性铁矿的磁化方法分为容积磁化和表面磁化两类。容积磁化法主要是在合适的温度（一般大于550℃）和气氛（还原或氧化）下把磁性较弱的铁矿物全部或绝大部分转化成强磁性的Fe3O4或γ⁃Fe2O3，最大缺点是需要把铁矿物和脉石矿物都加热至550℃以上，消耗的燃料较多，能耗相比于传统的重磁浮工艺要高［3］。

表面磁化法主要有以下3种。①针对菱铁矿的碱浸磁化法，包含2个阶段：FeCO3在OH-作用下溶解浸出，矿物表面形成亚稳态的Fe（OH）2，在氧化条件下，Fe（OH）2氧化转化为强磁性的Fe3O4或γ⁃Fe2O3，并覆盖于矿物表面；②针对赤褐铁矿的电化学处理磁化，通过电解矿浆放出氧气和氢气的方式使矿物表面产生氧化还原反应，形成的Fe（OH）3和Fe（OH）2相互作用形成Fe3O4，达到矿物表面磁化的目的；③磁种磁化法，通过预先加入强磁性粒子作为磁种，加入合适的选矿药剂，使磁种罩盖于弱磁性铁矿物表面，达到矿物表面磁化的目的。表面磁化的缺点是：选择性不高，产生的强磁性矿物不仅会罩盖在弱磁性铁矿物上，同时也会罩盖在脉石矿物上，铁矿物与脉石矿物难以有效分离［3-5］。

2.2 试验方案

将原矿干式磨矿至合理粒度，再采用表面磁化的方法，在较低温度、较少燃料消耗的条件下磁化焙烧，达到仅使难选弱磁性铁矿颗粒表面少量磁化、增强难选弱磁性铁矿颗粒磁化率的目的，然后通过常规强磁选流程获得品位和回收率都经济合理的铁精矿产品。试验方案原则流程见图1。

图1 试验原则流程

3 表面磁化焙烧⁃强磁选试验

3.1 焙烧温度试验

在磨矿细度-0.075 mm粒级占55.30%、焙烧时间40 min、不加还原剂条件下，进行了不同温度表面磁化焙烧试验，所得焙烧矿在磨矿细度-0.075 mm粒级占80%、磁场强度1.0 T下强磁选，结果见图2。由图2可见，一次强磁选精矿品位都在35%左右。未经表面磁化焙烧的原矿一次强磁选精矿回收率仅76.19%，尾矿中铁损失率达到了23.81%；经过表面磁化焙烧后，一次强磁选精矿回收率明显增加，当焙烧温度达到300℃以上时，回收率超过81%，可见经过表面磁化焙烧后菱褐铁矿磁性增强。

图2 焙烧温度试验结果

3.2 磨矿细度试验

焙烧温度300℃，其他条件不变，磨矿细度对铁精矿指标的影响见图3。从图3可见，不同磨矿细度下进行了表面磁化的样品一次强磁选精矿回收率达78%～81%。但随着磨矿细度变细，菱褐铁矿解离度增加，一次强磁选精矿品位显著增加，在磨矿细度-0.075 mm粒级含量大于80%后，精矿品位接近40%。

图3 磨矿细度试验结果

3.3 磁场强度试验

磨矿细度-0.075 mm粒级占80.95%，其他条件不变，强磁选磁场强度对铁回收的影响见图4。从图4可见，随着磁场强度增加，一次强磁选精矿品位有一定幅度降低，因为随着磁场强度增加，精矿夹杂的脉石矿物增加。强磁精矿回收率随着磁场强度增加显著增加，在磁场强度1.2 T条件下，强磁精矿回收率超过84%。

图4 磁场强度试验结果

3.4 强磁选流程试验

在上述单因素试验基础上，为提高强磁精矿铁品位，将原矿干式磨矿至-0.075 mm粒级占80.95%，在焙烧时间40 min、焙烧温度300℃、不加还原剂条件下，进行了表面磁化焙烧⁃强磁选一粗两精流程试验，粗选场强1.2 T，精选1场强1.0 T，精选2场强0.8 T；为提高强磁精矿回收率，进行了表面磁化焙烧⁃强磁选一粗两扫流程试验，粗选场强1.0 T，扫选1场强1.2 T，扫选2场强1.4 T，结果见表4。可见分段磁选强磁精矿品位可以提高至42.15%，回收率69.39%；总尾矿品位仅为11.44%。强磁选一粗两扫流程，在尾矿铁损失率仅10.30%的情况下，可以将菱褐铁矿品位从23.46%提高至33.89%，抛出产率36.68%、品位仅6.72%的尾矿。

表4 表面磁化焙烧⁃强磁选流程试验结果

4 表面磁化焙烧工业实施可行性探讨

在湖北黄梅铁矿建成“闪速（流态化）磁化焙烧⁃磁选”60万吨／年产业化工程，为降低原矿制粉成本，将辊式立磨技术应用于铁矿石的干式磨矿，高效地完成铁矿石制粉，同时利用焙烧系统尾气余热（温度200～350℃）进行物料干燥。在利用辊式立磨技术进行铁矿石干式磨矿的同时，完全可以适当控制物料温度和气氛使菱褐铁矿实现表面磁化。

5 结 语

1）针对大西沟铁矿进行表面磁化焙烧⁃强磁选预富集，在尾矿铁损失率仅10.30%的情况下，可将菱褐铁矿品位从23.93%提高至33.89%，抛出产率36.68%、品位仅6.72%的尾矿。

2）表面磁化焙烧⁃强磁选一粗两精流程，强磁精矿品位可以提高至42.15%、回收率69.39%。总尾矿品位仅11.44%。

3）本研究为菱褐铁矿简单经济利用提供了另一种可能的方案。