胡 芳，陳澤宗

（1.南華大學(xué) 資源環(huán)境與安全工程學(xué)院，湖南 衡陽(yáng)421001；2.長(zhǎng)沙礦冶研究院有限責(zé)任公司，湖南 長(zhǎng)沙410012）

目前，我國(guó)堆存的選鐵尾礦量高達(dá)十幾億噸，實(shí)現(xiàn)這些資源綜合利用是礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)的政策要求，也是變廢為寶、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、提高資源利用率、減少尾礦排放量、降低其對(duì)環(huán)境污染的途徑，具有巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益［1-4］。某鐵礦石采用“洗礦?分級(jí)?干式磁選?濕式磁選”工藝回收磁鐵礦和部分塊狀褐鐵礦，其中高達(dá)45%的微細(xì)粒級(jí)弱磁性礦物則沒(méi)有得到回收，而作為尾礦直接排放。本文采用磁化焙燒?弱磁選工藝從選鐵尾礦中綜合回收鐵資源。

1 原礦性質(zhì)

試驗(yàn)試樣為某微細(xì)粒難選鐵礦尾礦，其X射線(xiàn)熒光分析及鐵物相分析結(jié)果分別如表1和表2所示。由表1～2可以看出，試樣化學(xué)成分較為簡(jiǎn)單，鐵是可供選礦回收的主要有用元素，品位達(dá)42.36%。脈石礦物主要是Si，有害元素As含量較高，S、P含量較低；礦石中鐵的賦存形式較為簡(jiǎn)單，主要以赤褐鐵礦形式存在，其次是假象赤鐵礦和磁鐵礦，碳酸鐵、硫化鐵、硅酸鐵均含量較少。

表1 原礦X射線(xiàn)熒光分析結(jié)果（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）／%

表2 鐵物相分析結(jié)果

試樣肉眼下多顯紅褐色，少數(shù)為灰白色，具結(jié)構(gòu)極為松疏的土狀構(gòu)造。鏡下鑒定、X射線(xiàn)衍射分析和掃描電鏡分析綜合研究結(jié)果表明，試樣中鐵礦物主要是褐鐵礦，次為赤鐵礦和假象赤鐵礦；脈石礦物以石英和高嶺石為主，偶見(jiàn)玉髓、絹云母、綠泥石、磷灰石和鋯石。總體來(lái)看，試樣中大部分礦物的結(jié)晶程度較低。

褐鐵礦是選礦富集回收鐵的主要目的礦物，呈隱晶質(zhì)～微晶質(zhì)。歸納起來(lái)，試樣中褐鐵礦大致以2種形式產(chǎn)出：①呈團(tuán)塊狀集合體，特征是內(nèi)部相對(duì)較為潔凈，但膠狀環(huán)帶常見(jiàn)，顯微孔洞十分發(fā)育，部分甚至呈網(wǎng)格狀集合體，沿孔洞可見(jiàn)少量石英或黏土礦物充填。②呈浸染狀與脈石交生，多為中等稠密浸染狀，局部較為富集可過(guò)渡為稠密浸染狀，部分呈稀疏～星散浸染狀嵌布在脈石中，隨著浸染程度降低，褐鐵礦不僅粒度變細(xì)，而且與脈石之間的交生關(guān)系更趨復(fù)雜，多為不平直的鋸齒狀或港灣狀。總的來(lái)說(shuō)，試樣中褐鐵礦的嵌布特征是形態(tài)極不規(guī)則、粒度不均勻、部分與脈石之間的交生關(guān)系較為復(fù)雜。

對(duì)試樣進(jìn)行了粒度篩析試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可見(jiàn)，該試樣細(xì)粒級(jí)含量很高。

表3 粒度篩析結(jié)果

2 試驗(yàn)方法

由于赤、褐鐵礦比磁化系數(shù)等物理性能與主要脈石礦物石英非常接近，表面泥化嚴(yán)重，疏水性差，同時(shí)礦石成因復(fù)雜，賦存狀態(tài)多種多樣，其分選非常困難，而磁化焙燒法是處理赤、褐鐵礦等貧弱磁性氧化鐵礦石的有效方法［5-7］。本文擬采用磁化焙燒?弱磁選工藝處理該礦樣。試驗(yàn)方法為：將-2 mm試樣與不同用量的煤調(diào)漿、混勻后，經(jīng)低溫烘干后作為磁化焙燒試驗(yàn)樣品；將一定量磁化焙燒試驗(yàn)樣放入馬弗爐內(nèi)在一定溫度下焙燒一定時(shí)間，取出后水冷，磨礦至一定細(xì)度后，經(jīng)一粗一精弱磁選（磁場(chǎng)強(qiáng)度均為96 kA／m）獲得鐵精礦和尾礦。試驗(yàn)原則流程如圖1所示。

圖1 磁化焙燒?弱磁選原則流程

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 配煤量試驗(yàn)

在焙燒溫度800℃、焙燒時(shí)間30 min及磨礦細(xì)度-0.074 mm粒級(jí)占75.83%、一粗一精弱磁選（磁場(chǎng)強(qiáng)度均為96 kA／m）條件下進(jìn)行了配煤量條件試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖2。由圖2可知，鐵回收率隨配煤量增加而增加。這是由于隨著煤用量增加，褐鐵礦還原為磁鐵礦所需的還原氣氛逐漸充足。配煤量5%時(shí)，鐵精礦產(chǎn)率60.63%、品位56.84%、回收率73.74%。之后隨著配煤量進(jìn)一步增加，鐵精礦指標(biāo)基本不變。適宜的配煤量為5%。

圖2 配煤量對(duì)鐵回收的影響

3.2 焙燒時(shí)間試驗(yàn)

配煤量5%，其他條件不變，考察了焙燒時(shí)間對(duì)鐵回收率的影響，結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，隨著焙燒時(shí)間增加，鐵精礦品位增加，而回收率呈先增加后降低的趨勢(shì)。這是由于焙燒時(shí)間超過(guò)40 min后，出現(xiàn)了明顯的過(guò)還原現(xiàn)象，即赤褐鐵礦（Fe2O3）還原為磁鐵礦（Fe3O4）后，進(jìn)一步過(guò)還原為FeO?？梢?jiàn)，焙燒時(shí)間以30 min為宜。

圖3 焙燒時(shí)間對(duì)鐵回收的影響

3.3 焙燒溫度試驗(yàn)

焙燒時(shí)間30 min，其他條件不變，考察了焙燒溫度對(duì)鐵回收率的影響，結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，隨著焙燒溫度升高，鐵精礦品位和回收率均呈上升趨勢(shì)。由于磁化焙燒在工業(yè)實(shí)踐中溫度不宜過(guò)高，且當(dāng)焙燒溫度超過(guò)900℃時(shí)易出現(xiàn)過(guò)還原現(xiàn)象，故焙燒溫度選擇800℃。

圖4 焙燒溫度對(duì)鐵回收的影響

3.4 磨礦細(xì)度試驗(yàn)

在焙燒溫度800℃、焙燒時(shí)間30 min、配煤量5%條件下焙燒，所得焙燒礦經(jīng)磨礦、一粗一精弱磁選（磁場(chǎng)強(qiáng)度均為96 kA／m）處理，磨礦細(xì)度對(duì)鐵回收的影響見(jiàn)表4。由表4可知，磨礦細(xì)度增加，鐵精礦品位稍有提高，但回收率呈下降趨勢(shì)。當(dāng)磨礦細(xì)度為-0.074 mm粒級(jí)占75.83%時(shí)，鐵精礦品位56.84%、回收率73.74%。綜合考慮鐵精礦鐵回收率及磨礦成本等因素，磨礦細(xì)度以-0.074 mm粒級(jí)含量75%左右為宜。

表4 不同磨礦細(xì)度弱磁選試驗(yàn)結(jié)果

3.5 鐵精礦中磁鐵礦產(chǎn)出形式

對(duì)鐵精礦進(jìn)行了鏡下觀察，結(jié)果見(jiàn)圖5。鏡下觀察結(jié)果表明，樣品中磁鐵礦主要以2種形式產(chǎn)出：一是單體粒狀，經(jīng)MLA（礦物參數(shù)自動(dòng)分析系統(tǒng)）測(cè)定，樣品中呈單體產(chǎn)出的磁鐵礦占56.9%；二是呈微粒狀均勻分布在鐵質(zhì)黏土內(nèi)部而構(gòu)成鐵的貧連生體，其粒度基本在0.01 mm以下，顯云霧狀的嵌布特征。根據(jù)產(chǎn)出形式不難看出，第2種形式的磁鐵礦因?yàn)榱６冗^(guò)于細(xì)小、與鐵質(zhì)黏土的交生關(guān)系過(guò)于復(fù)雜，即使進(jìn)一步細(xì)磨也很難獲得較充分的解離，弱磁選過(guò)程中極易以連生體形式進(jìn)入鐵精礦而嚴(yán)重影響鐵精礦品位。樣品中石英多為粒狀，除少數(shù)作為包裹體嵌布在鐵質(zhì)黏土中以外，絕大部分均呈單體產(chǎn)出，粒度一般在0.02 mm以下。由于樣品中石英含量低，即使通過(guò)反復(fù)精選將其排入尾礦，鐵精礦品位提高幅度仍然較為有限。

圖5 鐵精礦鏡下形貌

4 結(jié)論及建議

1）某微細(xì)粒難選鐵礦尾礦可供選礦回收的主要元素是鐵，品位達(dá)42.36%，主要以赤褐鐵礦形式存在，其嵌布特征是形態(tài)極不規(guī)則、粒度不均勻、部分與脈石之間的交生關(guān)系較為復(fù)雜。其次，試樣粒度較細(xì)，-0.030 mm粒級(jí)含量達(dá)60.62%。

2）采用磁化焙燒?磁選工藝，在配煤量5%、焙燒溫度800℃、焙燒時(shí)間30 min條件下焙燒，焙燒礦磨礦至-0.074 mm粒級(jí)占75.83%，經(jīng)一粗一精弱磁選（磁場(chǎng)強(qiáng)度均為96 kA／m），可獲得品位56.84%、回收率73.74%的鐵精礦。

3）鐵精礦MLA分析結(jié)果表明，鐵精礦品位難以提高的原因是磁鐵礦粒度過(guò)于細(xì)小、與鐵質(zhì)黏土的交生關(guān)系過(guò)于復(fù)雜。