白云鄂博西礦閃石型低品位鐵礦利用研究

　　摘要：為充分開發(fā)利用白云鄂博西礦閃石型低品位鐵礦，在礦石性質(zhì)研究的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)考察了磁輥筒轉(zhuǎn)速、拋尾粒度、拋尾段數(shù)、磨礦細(xì)度等因素對干式拋尾、粗磨-弱磁選和細(xì)磨-弱磁選工藝的影響。結(jié)果表明：該礦石TFe含量為25.78%，鐵元素主要賦存于磁鐵礦中;通過干式拋尾、粗磨-弱磁選、細(xì)磨-弱磁選工藝可獲得TFe品位66.56%、回收率48.54%、MFe回收率74.81%的鐵精礦。

　　關(guān)鍵詞：白云鄂博;低品位鐵礦;干式拋尾;弱磁選;磨礦細(xì)度

　　郭春雷1，周志廣2;礦業(yè)研究與開發(fā)第41卷第10期

　　0引言

　　鋼鐵工業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是建設(shè)現(xiàn)代化強(qiáng)國的重要支撐，是實(shí)現(xiàn)綠色低碳發(fā)展的重要領(lǐng)域，而鐵礦石是鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)的必需原料[1]。然而，我國鐵礦石對外依存度達(dá)80%以上，海關(guān)總署統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2020年，我國進(jìn)口鐵礦石約11.7億t，同比上漲7.2%[2]。在全球地緣政治風(fēng)險(xiǎn)和政策不確定性加大，逆全球化和貿(mào)易保護(hù)主義持續(xù)發(fā)酵的大背景下，提高我國鐵資源自給率顯得尤為重要。但是，根據(jù)地質(zhì)科研部門對鐵礦資源的預(yù)測，我國鐵礦后備資源潛力并不大，應(yīng)用前景不容樂觀。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國已探明保有鐵礦石儲(chǔ)量達(dá)600億t，其中90%以上鐵礦石為貧礦[3-4]。因此，充分開發(fā)利用低品位鐵礦石對我國鐵礦石資源安全具有重要意義。

　　根據(jù)“多碎少磨，能拋早拋”的選礦原則，通過磁滑輪及筒式磁選機(jī)對貧磁鐵礦進(jìn)行拋尾及預(yù)選的技術(shù)已相對成熟，在國內(nèi)外已普遍推廣使用[5-8]。崔寧等[9]采用磁輥筒對大紅山低品位鐵礦進(jìn)行拋廢，可預(yù)先拋除TFe品位小于14%的廢石，有效提高了半自磨處理量，降低了磨礦能耗。陳福林等[10]針對攀西地區(qū)白馬輝長巖型超低品位釩鈦磁鐵礦，采用多磁場梯度干式磁選拋尾-階段磨礦-階段選別工藝，獲得了TFe57.78%、TiO27.72%、V2O50.69%的鐵精礦;智利的卡羅拉鐵礦采用輥壓機(jī)-濕式磁選技術(shù)，我國的本鋼歪頭山和鞍鋼弓長嶺鐵礦采用破碎-干式磁選工藝進(jìn)行鐵礦石預(yù)選，提高入選礦石品位[11]。

　　隨著白云鄂博鐵礦主、東礦礦石資源的消耗殆盡，西礦逐漸成為包鋼集團(tuán)公司的主要原料基地。除擁有4.4億t鐵品位30%以上的礦石資源，西礦還擁有鐵品位小于30%的貧磁鐵礦資源未能實(shí)現(xiàn)開發(fā)利用[12-13]。本文針對該部分礦石，采用干式拋尾、粗磨-弱磁選、細(xì)磨-弱磁選工藝進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn)研究，為低品位鐵礦資源開發(fā)利用提供技術(shù)支撐。

　　1礦石性質(zhì)

　　1.1礦石的物質(zhì)組成

　　礦石樣品取自白云鄂博西礦低品位含鐵巖，對其主要元素含量及賦存狀態(tài)進(jìn)行了測定，化學(xué)多元素和鐵物相分析結(jié)果見表1、表2。

　　由表1可知，該礦石屬于白云鄂博閃石型低品位鐵礦石，礦石中鐵元素含量為25.78%;主要雜質(zhì)元素SiO2、CaO、MgO、Al2O3的含量分別為22.03%、6.29%、7.81%、5.44%;有害元素主要為S、P、F，其含量分別為1.77%、0.55%、0.1%;另外稀土元素La、Ce、Nd含量較低，本文暫不考慮回收。

　　由表2可知，該礦石中鐵元素主要賦存在磁鐵礦中，分布率為64.31%;其次，碳酸鹽、硅酸鹽中鐵元素含量也較高，分布率分別為14.28%、16.33%，而赤、(褐)鐵礦、硫化物中鐵元素含量較低。由于白云鄂博礦石中含鐵碳酸鹽、硅酸鹽主要存在于鐵白云石、云母、閃石中，難以回收[14-15]，故主要回收該礦石中的磁鐵礦。

　　1.2主要鐵礦物的嵌布狀態(tài)

　　鏡下檢測表明，礦石樣品呈深灰綠色片狀構(gòu)造，脈石礦物主要為黑云母、角閃石、長石等硅酸鹽礦物，含量約為80%;金屬礦物呈浸染狀-細(xì)脈狀構(gòu)造分布，含量約為20%，主要為磁鐵礦、黃鐵礦、赤鐵礦、方鉛礦及閃鋅礦，少量磁黃鐵礦等。

　　(1)磁鐵礦。含量約為10%，半自形-它形粒狀結(jié)構(gòu)分布于透明礦物中，受構(gòu)造應(yīng)力作用，礦物顆粒具定向排列，分為粗粒及細(xì)粒兩種。可見粗粒磁鐵礦被黃鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦及磁黃鐵礦等沿顆粒邊緣及裂隙交代，呈尖角狀結(jié)構(gòu)，局部黃鐵礦及閃鋅礦交代磁鐵礦較為強(qiáng)烈，呈殘余結(jié)構(gòu)或包含結(jié)構(gòu);細(xì)粒磁鐵礦分布于黃鐵礦中，并呈尖角狀交代黃鐵礦，粒徑為0.002～0.2mm。

　　(2)黃鐵礦。含量約為5%，它形粒狀結(jié)構(gòu)，可分為兩種：一是早期黃鐵礦，分布于透明礦物顆粒裂隙及間隙中，構(gòu)造應(yīng)力作用下呈定向結(jié)構(gòu)，可見其尖角狀、細(xì)脈狀交代粗粒磁鐵礦，局部包裹粗粒磁鐵礦顆粒呈包含結(jié)構(gòu)，或被方鉛礦及細(xì)粒磁鐵礦沿其裂隙交代呈尖角狀結(jié)構(gòu);二是晚期黃鐵礦沿閃鋅礦顆粒邊緣及交代分布呈尖角狀結(jié)構(gòu)或鑲邊結(jié)構(gòu)，粒徑為0.01～0.6mm。

　　(3)赤鐵礦。含量約為2%，呈半自形-自形粒狀結(jié)構(gòu)分布于透明礦物中，可見其針狀自形晶體截面，長軸定向分布，顆粒粒徑為0.01～0.2mm

　　(4)磁黃鐵礦。少量，呈不規(guī)則粒狀，沿磁鐵礦及閃鋅礦等顆粒邊緣及裂隙交代呈尖角狀結(jié)構(gòu)，粒徑為0.002～0.06mm。

　　2試驗(yàn)結(jié)果與討論

　　2.1干式拋尾試驗(yàn)

　　為提高該礦石的入選品位，減少入磨礦石量，降低磨礦成本，同時(shí)增加工藝流程的處理能力，采用磁輥筒(BXФ400mm)對原礦直接進(jìn)行弱磁選干式拋尾試驗(yàn)。

　　2.1.1一段拋尾試驗(yàn)

　　原礦樣為粒度-178mm的塊狀，采用控制磁輥筒轉(zhuǎn)速的方法調(diào)節(jié)拋尾的礦石量，難以操作。因此，根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，直接進(jìn)行一段拋尾試驗(yàn)，磁輥筒轉(zhuǎn)速為2.2r/s，磁場強(qiáng)度為120mT，結(jié)果見表3。

　　由表3可知，通過一段拋尾后，該礦石鐵品位由25.78%提高至30.70%，回收率為74.46%，可拋除產(chǎn)率、品位分別為37.47%、17.52%的尾礦;由于拋除尾礦鐵品位相對較高，因此，鐵元素?fù)p失率達(dá)25.54%。

　　2.1.2二段拋尾試驗(yàn)

　　一段干選精礦和尾礦產(chǎn)品經(jīng)顎式破碎機(jī)(XPC-200×150mm、XPC-100×60mm)粗、中碎至-15mm后，在磁場強(qiáng)度為120mT時(shí)，考察磁輥筒轉(zhuǎn)速對二段拋尾效果的影響，結(jié)果如圖1所示。

　　由圖1可知，隨著磁輥筒轉(zhuǎn)速的增加，一段拋尾精礦和尾礦經(jīng)二段拋尾后，鐵精礦品位均逐漸升高，而回收率則逐漸下降。綜合考慮，二段拋尾時(shí)適宜的磁輥筒轉(zhuǎn)速均確定為2.4r/s，后續(xù)拋尾試驗(yàn)磁輥筒均采用此轉(zhuǎn)速。此時(shí)，一段拋尾精礦經(jīng)二段拋尾后，精礦品位、作業(yè)回收率分別為32.69%、91.37%;一段拋尾尾礦經(jīng)二段拋尾后，精礦品位、作業(yè)回收率分別為19.22%、27.57%。

　　2.1.3拋尾平行試驗(yàn)

　　為降低拋尾尾礦的品位，減少鐵元素的損失率，原礦直接經(jīng)過弱磁選得到精礦和尾礦，再經(jīng)同樣的破碎處理?xiàng)l件進(jìn)行再次拋尾試驗(yàn)，如圖2所示，即每次拋尾所得精礦與尾礦都進(jìn)行平行拋尾試驗(yàn)，磁選場強(qiáng)為120mT，結(jié)果見表4。

　　由表4可知，經(jīng)三段拋尾后，原礦鐵品位提高至36.85%，回收率為58.38%，可拋除產(chǎn)率59.16%的尾礦，拋尾效果明顯;一段拋尾尾礦1再經(jīng)過二段拋尾后獲得精礦6，鐵品位為19.90%，回收率為3.44%，相對原礦回收率較低，而且精礦品位不高，但卻增加破碎處理量37.47%，從節(jié)約成本的角度出發(fā)，尾礦1繼續(xù)破碎磁選作業(yè)是不經(jīng)濟(jì)的;而尾礦2再經(jīng)過一段拋尾后獲得精礦5，鐵品位為21.81%，回收率為2.01%，相對原礦回收率太低，而精礦品位也不太理想，故對尾礦2繼續(xù)進(jìn)行破碎-拋尾意義不大。綜上所述，對一段拋尾尾礦1和二段拋尾尾礦2不繼續(xù)進(jìn)行破碎-拋尾。

　　2.1.4拋尾粒度試驗(yàn)

　　考察拋尾粒度對拋尾效果的影響，根據(jù)圖2，原礦樣品直接拋尾看作第一種粒度的拋尾;第二種粒度的拋尾則是在第一種粒度拋尾試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，分別將第一次拋尾的精礦1和尾礦1進(jìn)行破碎和拋尾富集，其結(jié)果是把精礦2和精礦3合并為第二粒度拋尾后的精礦，相應(yīng)地把尾礦2和尾礦3合并成拋尾后的尾礦;第三粒度拋尾的結(jié)果按照第二粒度的方法類推，磁場強(qiáng)度為120mT，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

　　由圖3可知，隨著拋尾粒度的減小，原礦鐵品位逐漸提高，但提升幅度不大;而回收率和產(chǎn)率卻顯著下降;當(dāng)拋尾粒度減小至-4mm時(shí)，鐵品位提高至33.83%，回收率降至65.51%。為了盡可能拋除尾礦，提高鐵品位，確定適宜的拋尾粒度為-4mm。

　　2.1.5拋尾段數(shù)試驗(yàn)

　　為考察拋尾段數(shù)對拋尾效果的影響，直接將礦樣破碎至相應(yīng)粒度后拋尾，對所獲得的精礦再破碎至下一段拋尾相應(yīng)粒度后拋尾，依此類推，進(jìn)行不同拋尾段數(shù)的對比試驗(yàn)，磁場強(qiáng)度為120mT，結(jié)果見表5。

　　由表5可知，原礦經(jīng)一段拋尾后，可拋除產(chǎn)率為50.35%，品位為17.82%的尾礦，鐵損失率為34.81%，而鐵品位可提高至33.85%，總體拋尾效果明顯，但是粗碎和中細(xì)碎的處理量比較大;原礦經(jīng)二段拋尾后，鐵品位提高至34.99%、回收率為60.81%，與一段拋尾相比鐵品位提高了1.14個(gè)百分點(diǎn)，回收率下降了4.38個(gè)百分點(diǎn)，但細(xì)碎處理量可減少37.02%，能耗降低明顯，故采用兩段拋尾是有必要的;原礦經(jīng)三段拋尾后，鐵品位提高至36.85%，回收率為58.38%，與兩段拋尾流程相比，鐵品位只提高了1.86個(gè)百分點(diǎn)，而產(chǎn)率和回收率分別下降4.56個(gè)百分點(diǎn)、2.43個(gè)百分點(diǎn)，但是粗碎處理量減少37.47%，破碎能耗的減少雖可以抵消增加工藝的成本，但是生產(chǎn)管理較復(fù)雜;另外，三段拋尾時(shí)，在第二段-15mm粒度下拋尾所得到的精礦指標(biāo)與二段拋尾流程所得的精礦指標(biāo)相比較，雖然鐵品位降低2.29個(gè)百分點(diǎn)，但產(chǎn)率和回收率卻分別高出8.29、7.29個(gè)百分點(diǎn)，而且可降低約37.47%的粗碎處理量。綜合考慮，采用兩段拋尾的工藝流程，拋尾粒度分別為-200mm、-15mm;此時(shí)，可拋除產(chǎn)率46.31%的尾礦，鐵損失率為31.90%。

　　2.2粗磨-弱磁選試驗(yàn)

　　根據(jù)上述干式拋尾試驗(yàn)結(jié)果可知，原礦經(jīng)過拋尾后，可以大幅度地降低后續(xù)磨礦作業(yè)量，對降低磨礦成本具有重要意義。但是精礦品位達(dá)不到生產(chǎn)利用的要求，因此，對拋尾精礦進(jìn)行對輥(XPSФ250mm×150mm)處理，模擬工業(yè)生產(chǎn)的粗磨過程，控制粒度為-2mm(-0.074mm含量占31.20%)，采用濕式弱磁選機(jī)(CRIMMФ400×300)進(jìn)行粗磨-弱磁選試驗(yàn)，磁場強(qiáng)度為120mT，結(jié)果見表6。

　　由表6可知，干式拋尾精礦經(jīng)過粗磨-弱磁選后，可拋除產(chǎn)率為41.81%的尾礦，而鐵損失率高達(dá)17.89%;但獲得的鐵精礦品位僅為46.14%，仍不能滿足生產(chǎn)要求，因此，需要對精礦進(jìn)行細(xì)磨再磁選。

　　2.3細(xì)磨-弱磁選試驗(yàn)

　　考察磨礦細(xì)度對弱磁選效果的影響，進(jìn)行了磨礦細(xì)度試驗(yàn)，磁場強(qiáng)度為120mT，結(jié)果如圖4所示。

　　由圖4可知，當(dāng)磨礦細(xì)度-0.074mm含量增加至86.90%時(shí)，精礦鐵品位逐漸提高至66.53%，作業(yè)回收率緩慢降至86.48%;再繼續(xù)增加磨礦細(xì)度，作業(yè)回收率呈大幅降低的趨勢。綜合考慮，適宜的磨礦細(xì)度確定為-0.074mm含量占86.90%。

　　2.4全流程試驗(yàn)

　　在礦石性質(zhì)、干式拋尾、粗磨-弱磁選和細(xì)磨-弱磁選試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，按圖5所示流程進(jìn)行了全流程試驗(yàn)，結(jié)果見表7。

　　由表7可知，該礦石在TFe品位為25.78%的條件下，經(jīng)過兩段干式和粗磨-弱磁選后，可拋除產(chǎn)率68.76%的尾礦，TFe和MFe損失率分別為44.10%、23.76%;粗磨-弱磁選精礦再經(jīng)細(xì)磨-弱磁選后，可拋除產(chǎn)率12.44%的尾礦，TFe和MFe損失率分別為7.36%、1.43%，最終獲得了TFe品位為66.56%的合格鐵精礦，但回收率僅為48.54%，這主要與強(qiáng)磁性礦物的含量較低和復(fù)雜的白云鄂博礦石性質(zhì)有關(guān)。

　　3結(jié)論

　　(1)該礦石中TFe含量為25.78%，屬于低品位閃石型鐵礦石，主要的鐵礦物為磁鐵礦，分布率為64.31%;

　　(2)原礦經(jīng)過兩段干式拋尾后，TFe品位提高至32.70%，可拋除產(chǎn)率46.31%的尾礦，鐵損失率為31.90%，有效減少了礦石的入磨量;

　　(3)拋尾后的粗精礦經(jīng)兩段濕式弱磁選后，可獲得TFe品位66.56%、回收率48.54%、MFe回收率74.81%的鐵精礦。