某低品位難選菱鐵礦磁化焙燒?磁選試驗研究①

劉 旭

（長沙礦冶研究院有限責任公司，湖南 長沙410012）

我國鐵礦查明資源儲量852.19億噸［1］，大規模開發利用國內鐵礦資源可緩解對進口鐵礦石依存度長期超過80%的不利局面。我國鐵礦資源“貧”“細”“雜”“散”的資源特點，導致97%以上的國產鐵礦石資源需經選礦處理才能進入煉鐵工序。菱鐵礦作為典型的低品位難選鐵礦資源，理論品位僅48.20%［2］，同時因存在Mg、Mn類質同象現象［3］，采用常規物理選礦方法難以獲得高品質鐵精礦［4］；而通過磁化焙燒將其轉化為人工磁鐵礦，可將目的礦物理論品位由48.20%提高至72.36%，實現“低品位礦石”向“高品位礦石”的轉化［5］，是處理菱鐵礦的有效途徑［6-10］。本文采用磁化焙燒?階段磨礦?階段弱磁選工藝對新疆某低品位復雜難選菱鐵礦進行提鐵降雜試驗研究。

1 試 驗

1.1 原料性質

試驗礦樣為新疆某低品位菱鐵礦，鐵礦物主要為菱鐵礦，還含有少量褐鐵礦；脈石礦物主要是石英和白云母，次為方解石和少量綠泥石。菱鐵礦主要為自形、半自形粒狀，部分為不規則狀，晶體粒度細小者小于0.05 mm，粗者大于1.5 mm，一般為0.1～0.8 mm，局部由于交代作用，粒間常夾雜少量石英、白云母等雜質礦物而發生細化。褐鐵礦呈微細脈狀、網脈狀、樹枝狀或不規則狀沿菱鐵礦解理、粒間、裂隙及邊緣充填交代，隨著交代程度增強，褐鐵礦細脈由細變粗，直至不規則彌散狀。

試樣化學多元素分析和鐵物相分析結果分別見表1和表2。

表1 試樣化學多元素分析結果（質量分數）／%

表2 試樣鐵物相分析結果

由表1和表2可知：礦石中可供選礦回收的主要元素是鐵，含量為34.12%；礦石TFe／FeO比0.89，堿性系數0.28，屬酸性菱鐵礦礦石；需要選礦排除的脈石組分主要是SiO2，而Al2O3、CaO和MgO等含量都較低，磷和硫含量分別為0.02%和0.03%，預計對鐵精礦質量影響甚微；礦石中呈碳酸鹽產出的鐵占86.93%，加上分布在磁鐵礦和赤（褐）鐵礦中的鐵，合計分布率達98.39%，這即為選鐵的最大理論回收率。

1.2 試驗方法

將原礦破碎至-2 mm后混勻，取一定量破碎產品混勻后平鋪于密封的金屬容器內，待馬弗爐爐溫升至設定溫度后將盛有礦樣的金屬容器迅速送入爐膛中，待爐溫再次回升至設定溫度后開始計時，進行磁化焙燒，保溫預期時間后出爐水冷，完成磁化焙燒反應過程。為考查樣品的磁化焙燒效果，將水冷后的焙燒礦在磨礦濃度50%條件下磨礦，隨后將磨礦產品在弱磁選機中進行弱磁選，獲得鐵精礦產品。

2 試驗結果及討論

2.1 磁化焙燒試驗

菱鐵礦在加熱過程中可按式（1）發生自磁化反應，生成具有強磁性的磁鐵礦：

2.1.1 焙燒溫度試驗

焙燒溫度對磁化焙燒效果具有重要影響。溫度過低還原反應動力學條件不足，反應速度偏慢；溫度過高則易過還原，生成弱磁性的富氏體，降低磁選過程的鐵回收率。在焙燒時間60 min、磨礦細度-0.038 mm粒級占87.60%、磁選機場強0.15 T條件下，進行了磁化焙燒溫度條件試驗，結果見圖1。

圖1 磁化焙燒溫度試驗結果

從圖1可知，焙燒溫度600～800℃范圍內，隨著焙燒溫度提高，弱磁選鐵精礦品位和回收率逐漸提高；但焙燒溫度超過850℃后，在鐵精礦品位略有降低的同時鐵回收率下降趨勢明顯。最佳的磁化焙燒溫度為800℃，在此焙燒溫度下能獲得鐵精礦TFe品位63.59%、鐵回收率93.44%的分選指標。

2.1.2 焙燒時間試驗

焙燒時間過短，同一溫度下焙燒礦還原反應不充分，礦粒中心可能未完全轉化成磁鐵礦，導致磁選回收率偏低；焙燒時間過長，礦粒表面將產生大量弱磁性的富氏體，同樣導致磁選回收率偏低。焙燒溫度800℃、磨礦細度-0.038 mm粒級占87.60%、磁選機場強0.15 T條件下進行了焙燒時間條件試驗，結果見圖2。

從圖2可知，在試驗范圍內，隨著焙燒時間延長，弱磁選精礦TFe品位在62.58%～63.34%范圍內波動，而鐵回收率則略有升高，但焙燒時間過長將導致能耗增加。綜合考慮，選擇焙燒時間45 min。

圖2 磁化焙燒時間試驗結果

2.1.3 焙燒礦質量檢測

800℃下焙燒45 min所得焙燒礦XRD分析結果見圖3。

圖3 焙燒礦XRD分析結果

從圖3可知，焙燒礦中鐵基本以磁鐵礦形式存在，未檢測到殘余菱鐵礦峰，表明在焙燒溫度800℃、焙燒時間45 min條件下菱鐵礦磁性轉化效果良好。

2.2 焙燒礦磁選試驗

對焙燒溫度800℃、焙燒時間45 min條件下獲得的焙燒產品進行了磨礦細度、弱磁選磁場強度試驗及條件優化后的全流程試驗。

2.2.1 焙燒礦磨礦細度試驗

礦物分選的前提是目的礦物盡量單體解離。磁場強度0.15 T條件下進行了焙燒礦磨礦細度試驗，結果如圖4所示。

圖4 焙燒礦磨礦細度試驗結果

從圖4可知，隨著焙燒礦磨礦細度逐漸變細，弱磁選精礦品位逐漸上升，鐵回收率逐漸下降。物料粒度較粗時弱磁選鐵精礦品位低，但粒度太細將大幅度增加磨礦費用。磨礦細度為-0.075 mm粒級占55.00%時，可以拋出產率29.27%、TFe品位8.06%、鐵損失率僅5.22%的尾礦，在拋尾量較大的同時鐵損失較低?？紤]到國內典型選礦廠工業生產一段磨礦細度為-0.075 mm粒級含量50%～60%，選擇一段磨礦細度-0.075 mm粒級占55.00%進行后續試驗。

2.2.2 一段弱磁選磁場強度試驗

磨礦細度-0.075 mm粒級占55.00%條件下，進行了一段弱磁選磁場強度試驗，結果見圖5。

圖5 焙燒礦一段弱磁選磁場強度試驗結果

從圖5可知，隨著磁場強度由0.09 T增至0.20 T，弱磁精礦TFe品位由61.84%減至60.78%，回收率由94.26%增至95.56%。綜合考慮鐵精礦品位及回收率，選擇一段弱磁選磁場強度0.15 T進行后續試驗。

2.2.3 粗精礦再磨細度試驗

為考查進一步提高鐵精礦品位的可能性，針對一段弱磁粗精礦在固定二段磁場強度0.12 T條件下進行了二段磨礦細度試驗，結果見圖6。

圖6 焙燒礦二段磨礦細度試驗結果

從圖6可知，隨著二段磨礦細度-0.045 mm粒級含量從67.00%增至90.20%，二段弱磁選作業鐵精礦TFe品位由62.72%增至64.11%，鐵回收率由97.19%降至94.97%。綜合考慮分選指標及磨礦成本，選擇二段磨礦細度-0.045 mm粒級占72.00%（-0.075 mm粒級占91.60%），此時弱磁選可以獲得作業產率94.22%、TFe品位63.06%、鐵作業回收率96.73%的弱磁精礦。

2.2.4 二段弱磁選磁場強度試驗

在二段磨礦細度-0.045 mm粒級占72.00%條件下，進行了二段弱磁選磁場強度試驗，結果見圖7。

圖7 焙燒礦二段弱磁選磁場強度試驗結果

從圖7可知，隨著弱磁選磁場強度提高，精礦TFe品位在63%左右略有波動，而鐵回收率在場強超過0.12 T后基本保持不變。為在保證鐵精礦品位的前提下盡可能提高鐵回收率，需適當提高弱磁選磁場強度。綜合考慮，選擇二段弱磁選磁場強度0.12 T。

2.3 全流程試驗

為驗證篩選的適宜條件及在該條件下可獲得的分選指標，進行了磁化焙燒?階段磨礦?階段弱磁選全流程試驗，試驗條件和數質量流程見圖8。

圖8 磁化焙燒?階段磨礦?階段弱磁選數質量流程

從圖8可知，該低品位菱鐵礦采用磁化焙燒?弱磁選工藝處理，在焙燒溫度800℃、焙燒時間45 min、一段磨礦細度-0.075 mm粒級占55.00%、一段弱磁選場強0.15 T、二段磨礦細度-0.075 mm粒級占91.60%、二段弱磁粗選場強0.12 T、二段弱磁精選場強0.12 T條件下，可獲得鐵精礦產率49.32%、TFe品位63.02%、鐵回收率91.36%的選別指標。

2.4 產品質量檢測

對磁化焙燒?階段磨礦?階段弱磁選工藝獲得的鐵精礦產品進行了化學多元素分析，結果見表3。由表3可知，鐵精礦TFe品位63.09%，SiO2、Al2O3、S和P等雜質含量低。依據GB／T 360704—2018［11］對鐵精礦級別的劃分，試驗所得鐵精礦完全符合磁鐵精礦C63級別質量要求。

表3 鐵精礦化學多元素分析結果（質量分數）／%

3 結 論

1）工藝礦物學研究表明，試驗所用礦石礦物組成較為簡單，可供選礦回收的主要元素是鐵。以菱鐵礦形式存在的鐵分布率為86.93%，選鐵最高理論回收率為98.39%。脈石礦物以石英和白云母為主。

2）在焙燒溫度800℃、焙燒時間45 min條件下所得焙燒礦XRD分析未檢測到殘余的菱鐵礦衍射峰，表明采用磁化焙燒工藝處理該菱鐵礦，磁性轉化效果良好。

3）焙燒礦經階段磨礦?階段弱磁選工藝處理，在一段磨礦細度-0.075 mm粒級占55.00%、一段弱磁選場強0.15 T、二段磨礦細度-0.075 mm粒級占91.60%、二段弱磁粗選場強0.12 T、二段弱磁精選場強0.12 T條件下，可獲得產率49.32%、TFe品位63.02%、鐵回收率91.36%的鐵精礦，且該鐵精礦中SiO2、Al2O3、S和P雜質含量低，依據GB／T 36704—2018對鐵精礦級別的劃分，完全符合磁鐵精礦C63級別質量要求。