我國褐鐵礦浮選及其聯合選別的現狀及進展

陳偉麗　張鐵柱　趙德勝　郭志敏

摘 要：褐鐵礦是一種典型的難處理鐵礦石，具有品位低、易泥化等特點，但因其儲量豐富而成為解決鐵礦產資源匱乏的有利后盾。褐鐵礦的成分較為復雜，一些目標礦物可通過浮選或聯合浮選工藝達到其他工藝無法達到的回收效果。本文簡單的介紹了褐鐵礦的本身性質，并對浮選及聯合浮選分離褐鐵礦的優劣情況作了詳細的探討。研究發現，無論是單一浮選或者聯合浮選都具有一定的局限性，相對于焙燒磁化-磁選聯合選別，浮選效果雖具有一定的優越性，但并不是很理想。

關鍵詞：褐鐵礦；浮選；聯合浮選；工藝流程

Abstract：Limonite with characteristic of low grade， easy mudding is one of the typical intractable iron ores， and it has become beneficial backing for limitation of ore mineral due to abundant iron reserves. The recovery rate of some target minerals by flotation or combine flotation is well than other process. In this paper， the limonite nature was simply introduces， and the separation of limonite by the flotation and flotation was discussed in detail. Through the analysis， it was found that there was certain limitations for either the single flotation or combine one， with respect to the roasting magnetization - magnetic separation， flotation， although has certain advantages but it is not very satisfactory.

Key words：limonite；flotation；combine flotation；process flow

中圖分類號：TD92 文獻標識碼：A

褐鐵礦的儲量非常豐富，是鐵的氫氧化物，因其品位一般較低，對選礦帶來一定困難。褐鐵礦是隨著地質的變遷逐漸氧化所形成的，主要成因為沉積型和風化型，在地表十分常見。它通常是以Fe2O3·nH2O（n=0.5-3）形態存在的天然多礦物混合體，含鐵量隨分布區域不同而不同，但理論值為59.89%，常含S、P等有害雜質，脈石中多以SiO2為主，表面顏色一般呈黃褐色、暗褐至褐黑色，硬度變化較大（1～4），弱至中磁性。我國已探明其儲量在12.3億t左右，占全國鐵礦總量的2.3%。因褐鐵礦自身的性質，各地區對褐鐵礦的選礦工藝有所不同。目前，主要有單一選礦法和聯合選礦法處理褐鐵礦，如重選、磁選、浮選及磁化焙燒-磁選聯合、磁選-浮選聯合等方法。本文著重于浮選方法的現狀分析。

很早從事的時候人們就開始應用浮選的原理進行生產實踐，到19世紀末期，由于金屬需求的增加，浮選開始應用于礦石的分離以提取精礦。隨著工業的迅速發展，浮選工藝也受到越來越多的重視。浮選法是利用礦物表面物理化學性質的差異來分選目標礦石的一種方法。各種浮選工藝的理論基礎大體相同，即礦粒因自身表面的疏水特性或經浮選藥劑作用后獲得的疏水（親氣或油）特性，可在液-氣或水-油界面發生聚集。一般浮選分為三種：表層浮選、全油浮選和泡沫浮選。影響浮選法選別的因素有多種：礦物的晶體結構、表面的潤濕性、顆粒表面的氧化和溶解、固體顆粒表面的吸附等。在浮選過程中，給料粒度、浮選藥劑制度、礦漿濃度及浮選的水質、溫度、時間、速度也都對浮選的效果有直接的影響。針對不同的浮選工藝一般浮選藥劑不相同，用量也不盡相同。按用途浮選藥劑可分為捕收劑、起泡劑、調整劑。根據礦物組成的不同性質，一般選擇單一浮選法和聯合浮選。

1 單一浮選法的研究

根據去除目標礦物不同，單一浮選分為兩種：正浮選和反浮選。影響褐鐵礦單一浮選工藝的主要因素是礦物組成及細粒級礦泥。因礦石的不同性質，浮選的藥劑及用量都有所不同。

王毓華等針對礦相間共生關系相對簡單的褐鐵礦采用反浮選法進行了較為詳細的研究，經研究表明：對性質較為單一的褐鐵礦，先脫泥后反浮選，可得到含鐵品位達到57%以上且回收率達到70%以上的褐鐵礦精礦。張晉霞等采用單一浮選研究了原礦鐵品位為41.85%的難選礦石褐鐵礦，脈石礦物以石英、黑云母和方解石為主。試驗結果表明：通過反浮選試驗流程可獲得精礦產率48.69%，品位54.07%，回收率62.65%。對精礦產品檢測分析可知，多金屬礦物鉛、鋅、錳、銀等沒有實現較好分離，說明采用此類選礦工藝不能實現礦石中的多金屬礦物有效回收。該工藝只適用于性質比較單一的褐鐵礦，而且生產成本比較大，在預先脫泥的過程中，必須加入大量的藥劑，故該工藝推廣比較難。但并不是所有單一浮選的效果達不到理想指標。劉勇針對廣西某鐵品位49.31%低硫低磷高硅的褐鐵礦進行反浮選試驗，采用碳酸鈉做pH調整劑、變性淀粉做抑制劑，經過一磨一粗一精一掃，使得石英和褐鐵礦有效分離，最終得到鐵品位58.79%、回收率79.19%的良好指標。王祖旭等研究了云南鐵礦選廠生產的Fe品位為44.96%低硫低磷的鐵精礦，其中，SiO2品位12.33%。試驗過程中，分別以石灰、碳酸鈉和苛性鈉為調整劑。三者相比，石灰作為調整劑基本沒有分選效果，而后兩者相較，苛性鈉更勝一籌。在選擇捕收劑時，選油酸鈉、特效捕收劑YB和1631、十二烷基伯胺鹽進行硅酸鹽礦物浮選的條件試驗。四者相比較，選擇YB作為捕收劑進行用量試驗。最后選擇一粗一精的簡單開路反浮選脫硅試驗，其試驗流程如圖1所示。

綜上可見，并不是所有類型的褐鐵礦適用于單一浮選進行選別，單一浮選適用于性質比較單一的褐鐵礦，同時，它也是脫硅的重要手段。但是單一浮選還不能達到工業60%品位的要求，回收率也不是很高。因此，大多數的浮選是與其他選別方法聯合在一起運用才能達到良好效果。

2 聯合浮選法的研究

由于褐鐵礦分布的地域較廣，品位不高且雜質成分因不同地區而不同，故采取的選別流程也有所不同。針對去除不同有害物質多采用浮選和其他選別方法聯合一起運用，從而達到良好的選別效果。在浮選的工藝流程的過程中，很多研究者也對浮選劑、抑制劑及捕收劑進行了研究。

Rao等人采用一新的硅去除陽離子捕收劑——EM506來提高鮞狀的赤褐鐵礦的浮選效果，鐵品位由原來的49%提高為58%，回收TFe在96%以上。此工藝流程能夠很好的達到除硅提高鐵品位的目的。劉淑賢等對某地褐鐵礦進行了聯合浮選試驗研究。該礦中赤褐鐵礦占全鐵成分的99.0%以上，脈石為石英、黑云母和方解石等礦物。因褐鐵礦磁性較弱，脈石礦物石英無磁性且可浮性較好，結合礦石的特點采用強磁-反浮選的試驗方案進行了研究。最終獲得品位為52.25%、回收率為64.80%的鐵精礦。雖該礦石也包含鉛、鋅、錳、銀等金屬礦物，但都沒有得到很好的分離。李桂芹等對山東威海上夼鐵礦TFe品位19%的低品位地表礦進行反浮泥-浮選與常規脫泥-浮選的試驗研究。該礦含微量的針鐵礦和黃鐵礦，脈石以石英和重晶石為主，結構疏松，孔隙度大，易泥化。針對該褐鐵礦的性質，用低量石油磺酸鈉在弱堿性介質中反浮泥及弱酸性介質中浮選，可獲得較好的選別指標而且流程及設備簡單可行，在浮選前反浮泥有效地消除了礦泥影響，TFe品位提高明顯。裴業虎等通過聯合浮選對海南儋州鮞狀褐鐵礦礦石進行了研究，采用磨礦-強磁選-再磨-絮凝-反浮選-磁化焙燒-弱磁選工藝，該礦礦物主要為赤褐鐵礦和少量磁鐵礦，脈石主要含有石英和綠泥石等硅酸鹽礦物，有害元素S、P含量不高。礦石嵌布粒度較細，當粒度在-0.074mm85%～90%時，脈石與鐵礦物基本可單體解離，但在磨礦過程中礦粒粉化泥化對后續的分選造成一定困難。針對該礦石礦物學特征并探索合適的分選工藝，最終確定為磨礦-強磁選-絮凝-反浮選-磁化焙燒-弱磁選工藝流程，應用閉路流程最終可得鐵品位60.45%、回收率52.48%的最終精礦。高春慶等[14]針對寧夏某TFe品位為40.80%的褐鐵礦采用單一磁選和強磁選-反浮選兩種選別方式進行研究。該礦石中主要雜質為二氧化硅，有害元素硫含量為0.545%、磷含量低微。經單一強磁選只獲得產率25.98%、鐵品位53.21%、鐵回收率為33.96%的選別指標。相較于單一強磁選，原礦磨礦-強磁選-反浮選-反浮尾礦再選流程可以獲得產率為39.23%、鐵品位為55.34%、鐵回收率為53.42%的選別指標，選別效果較佳。從以往的經驗可得，該工藝也并不是很適合此礦石。艾光華等針對云南某嵌布粒度微細的含磷0.586%的難選赤褐鐵礦采用了還原焙燒-磁選-反浮選的工藝流程進行處理。該礦石中主要含有赤鐵礦和褐鐵礦礦物，還有少量的磁鐵礦。脈石是非磁性礦物：方解石、綠泥石及石英。該礦的鐵品位為42.66%，雖含磷較高但有害元素硫和砷的含量卻較低。這種礦石通過單一選礦的方式很難達到冶煉對鐵精礦的品位要求。文中提出了用還原焙燒-磁選-反浮選工藝流程處理該礦石，最終獲得了鐵品位為61.72%、磷含量為0.20%的鐵精礦，鐵回收率為67.48%。這一工藝流程給類似難選高磷赤褐鐵礦的開發利用提供了新的思路。陳雯在研究大西溝鐵礦時也指出，磁化焙燒再分選是提高鐵精礦品位的唯一途徑。張裕書等根據四川某TFe品位在32%左右的高磷低硫酸性微細嵌布難選褐、赤鐵礦的性質和特點，先采用單一工藝—重選和強磁選、強磁-反浮選聯合工藝，但鐵精礦品位和回收率都很低。隨后，采用了磁化焙燒-磁選-反浮選的工藝流程，此流程中采用淀粉作為鐵礦物抑制劑，以YL306為脫磷捕收劑，在室內溫度（20℃）下開展閉路試驗流程，最后獲得鐵品位60.59%、鐵精礦的回收率79.30%。該試驗研究為四川某褐鐵礦的開發利用奠定了基礎，同時對于其他類似鐵礦開發利用具有一定的參考價值和指導意義。

可見，在不同地區鐵礦石的成因不同，褐鐵礦中的礦物也有所不同，鐵礦石的含量及物相也同樣受到影響，脈石及有害元素也有所變化。要達到良好的選別效果，針對不同礦物性質所選的浮選聯合選別的各工藝流程有所不同，浮選劑、抑制劑、捕收劑所用的種類及用量也有所不同。適當的浮選劑是達到良好的選別效果的先決條件。但總體來看，要達到良好的選別指標，磁化焙燒會占有主要地位，而浮選是針對礦物性質而采取的必要手段。

3 浮選效果非理想的實例

隨著時間的推移，過去較為理想浮選聯合選礦工藝已不再滿足要求，研究者發現更好的品位及回收率都很高的褐鐵礦選別方式。但并不是所有的礦石選別的流程中含有浮選，比如高鋁礦石或者新疆的某褐鐵礦、陜西的某褐鐵礦等一些實例，采用浮選對品位的提高起到的作用并不大。新疆某褐鐵礦主要脈石為透閃石和角閃石。李永聰曾以新疆含脈石為鐵硅酸鹽的褐鐵礦為例采用閉路正浮選、開路反浮選、搖床磨礦、弱磁-強磁聯合、焙燒-磁選聯合等五種選別工藝進行了實驗研究。各選別的實驗結果對比見表1。

從表1可以看出，焙燒磁選法的各指標遠高于前四種選別方法的結果。不論正浮選還是反浮選的結果均不理想。這一結果的根本原因在于褐鐵礦是以針鐵礦和水鐵礦為主的礦石，該種礦石品位不高，易泥化，浮選時會吸附于礦粒表面，對浮選效果不利。此外，浮選過程中，溶液pH值對捕收劑性能及礦物表面電性能等的影響也不容忽視。而對礦石焙燒后，能使礦石的弱磁性轉變為強磁性，易于后續的磁選，提高鐵精礦的回收率。李俊寧針對河南某褐鐵礦的性質也才用了兩種工藝流程—階段磨礦-強磁選-反浮選、階段磨礦-單一強磁選進行選別。該礦中主要礦物為褐鐵礦、鎂菱鐵礦及錳菱鐵礦，TFe品位為44.14%，有害元素S和P含量分別為0.12%、0.082%，Mn含量較高，為3.05%。脈石中二氧化硅的含量較低，鋁、鋅等均以氧化礦的形式存在。經小型試驗研究可得，磨礦細度為-0.043mm占85%時，兩流程最終得到含鐵品位均在52%左右，磁、浮聯合流程與單一的磁選流程相比，前者得到的鐵回收率相對較高些，為58.45%，說明該褐鐵礦適合用磁、浮聯合流程選別，但效果不是很理想。對嵌布粒度不均勻且細粒級占有量較多的褐鐵礦而言，細磨、反浮選是提高鐵精礦品位的有效方法之一。由于該種褐鐵礦嵌布特性較為復雜，建議進行磁化焙燒試驗研究。劉興華等針對云南某褐鐵礦進行了強磁-陽離子反浮選和焙燒-弱磁選兩種工藝的詳細對比試驗研究。該礦石中鐵主要分布在赤褐鐵礦中，含量達到92.78%，賦存狀態比較簡單。脈石礦物中石英和長石較多，有害雜質磷的含量較高但的含量較低。通過一系列的試驗對比發現，采用強磁-陽離子反浮選工藝可以獲得TFe品位50.97%、回收率68.50%的鐵精礦；而采用焙燒-弱磁選工藝可以得到精礦TFe品位60.36%、回收率89.71%的良好技術指標，尾礦TFe品位僅為4.42%。兩者相比較可知，磁化焙燒-弱磁選工藝的選礦結果較為理想。這是因為褐鐵礦具有極易泥化和與脈石礦物共生關系復雜的特點，一般僅通過常規的物理選礦方法很難得到滿意的選礦技術指標；而磁化焙燒過程中，褐鐵礦經脫水后主要含有的成分是弱磁性的Fe2O3，當焙燒到一定溫度時將變為強磁性的Fe3O4，不僅能大幅提高褐鐵礦的理論品位和比磁化系數，也能使其與伴生脈石礦物之間的物理化學性質差異變大。Chen等用懸浮閃速磁化焙燒黃梅褐鐵礦時提到，根據湖北黃梅褐鐵礦的性質，傳統的物理工藝（即，磁選、重選、絮凝—脫泥—浮選，或三者結合）獲得鐵品位只有51.98%，回收率86.64%。但是若通過懸浮閃速磁化焙燒-磁選工藝流程，鐵品位提高到61.03%，其回收率可達91.17%。

可見，對性質較為復雜的褐鐵礦來說，通過磁化焙燒-弱磁選工藝處理較為合理，也是目前分選褐鐵礦的較為理想的方法。

結論

（1）浮選對于礦物處理的作用很強大，針對不同礦物性質采用浮選方法處理時需采用不同浮選劑才能顯現良好效果。如鐵礦物的種類，脈石的種類都是影響浮選效果的主要因素。故有些學者隨著對礦物的深入研究，捕收劑的效果及種類研究與開發也隨之增加。

（2）采用單一浮選具有局限性，一般對于礦物成分較為單一、品位較高、礦藏位于水源充裕的地區，例如，礦物以單一的褐鐵礦為主，脈石也比較單一，有害元素含量較少等因素。

（3）針對不同地區的礦物成分不同的特點，采用不同的浮選聯合選礦，同時針對礦物中雜質含量的不同采用不同的捕收劑和抑制劑能夠達到良好的選礦效果。

參考文獻

[1]魏德洲.固體物料分選學[M].北京：冶金工業出版社，2013.

[2]王毓華，任建偉.陰陽離子捕收劑反浮選褐鐵礦試驗研究[J].礦產保護與利用，2004（04）：33-35.

[3]王毓華，陳必華，黃傳兵.褐鐵礦反浮選脫硅新工藝試驗研究[J].金屬礦山，2005，349（07）：37-39，72.

[4]張晉霞，牛福生，劉淑賢，等.內蒙古某褐鐵礦浮選工藝流程試驗研究[J].礦山機械，2010，38（09）：105-108.

[5]劉勇.組合捕收劑作用于褐鐵礦強磁粗精礦提鐵降硅的試驗及機理研究[D].江西理工大學，2012.

[6]王祖旭，宋濤，湯優優.難選褐鐵礦的反浮選試驗研究[J].云南冶金，2013，5（42）：22-26.

[7]謝興中，王毓華.褐鐵礦浮選的有效捕收劑及其機理研究[J].礦冶工程，2011，31（02）：49-52.

[8]Zhiqiang R， Yushu Z， Yongchao J. Improved Flotation of Oolitic Hematite Ore Based on a Novel Cationic Collector[J]. Applied Mechanics and Materials. 2013（303-306）： 2713-2716.

[9]劉淑賢，牛福生，張晉霞，等.某褐鐵礦強磁-反浮選選礦試驗研究[J].礦山機械，2009，37（21）：84-87.

[10]李桂芹，蔣鎮銘.低品位難選褐鐵礦的浮選研究[J].金屬礦山，1996，238（04）：36-38.

[11]裴業虎，陳玉定，韓詩華，等.海南儋州鮞狀褐鐵礦選礦研究[J].現代礦業，2011，501（01）：87-88，101.

[12]高春慶，侯更合，鐘素姣，等.寧夏某褐鐵礦石選礦試驗研究[J].礦業快報，2007，463（11）：45-47.

[13]艾光華，余新陽，魏宗武.某難選高磷赤褐鐵礦提鐵降磷選礦試驗研究[J].礦冶工程，2009，29（02）：43-45，49.

[14]陳雯，李吉利，唐鑫，等.微細粒難處理菱褐鐵礦選礦技術研究及工業實踐大西溝低品位[C].中國北京：2009.

[15]張裕書，楊耀輝，龍運波.四川某難選褐鐵礦選礦試驗研究[J].中國礦業，2012，2（21）：60-62.

[16]李永沖，孫福印.新疆某褐鐵礦的選礦工藝研究[J].金屬礦山，2002，312（06）：29-41.

[17]李俊寧.某褐鐵礦的選礦工藝研究[J].現代礦業，2010（12）：90-93.

[18]劉興華，羅良飛，劉衛，等.某低品位褐鐵礦的選礦工藝研究[J].礦冶工程，2013，33（04）：70-73.

[19] Chen W， Liu X， Peng Z， et al. RECOVERY OF HUANGMEI LIMONITE BY FLASH MAGNETIC ROASTING TECHNIQUE[J]. 3RD INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON HIGH-TEMPERATURE METALLURGICAL PROCESSING. 2012， 48-58.