彭澤友，劉 旭，陳 雯，劉小銀，瞿思思

（長沙礦冶研究院有限責(zé)任公司，湖南 長沙410012）

我國已探明鐵礦資源中富礦僅占2.5%，97%以上鐵礦石需要進(jìn)行分選才能利用。在這些貧鐵礦資源中，有百億多噸為難選的弱磁性鐵礦物：菱鐵礦（主要為FeCO3）、褐鐵礦（主要為含結(jié)晶水的Fe2O3）及其共生礦。采用傳統(tǒng)的磁選、重選、浮選等物理選礦技術(shù)難以有效分選此類鐵礦石［1-2］。

大西溝鐵礦是迄今為止我國探明儲量最大的菱鐵礦礦床，儲量達(dá)到3.02億噸，位于陜西省商洛市柞水縣境內(nèi)。針對大西溝鐵礦，采用“閃速磁化焙燒?弱磁選”流程可獲得精礦產(chǎn)率31.59%、精礦TFe品位60.91%、TFe回收率81.44%、尾礦TFe品位7.86%的良好試驗(yàn)指標(biāo)。但由于大西溝原礦含鐵品位低，僅23%左右，選比高，按“閃速磁化焙燒?弱磁選”流程設(shè)計(jì)60萬噸／年工業(yè)流程，簡單的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析表明，鐵精礦生產(chǎn)成本543.16元／t。在保證回收率的前提下，提高焙燒原礦品位、減少進(jìn)入焙燒作業(yè)的礦石量、進(jìn)一步降低鐵精礦生產(chǎn)成本是經(jīng)濟(jì)合理利用大西溝鐵礦面臨的關(guān)鍵瓶頸。

本文通過干式磨礦?表面磁化焙燒?強(qiáng)磁選預(yù)富集新工藝，探索了減少大西溝鐵礦進(jìn)入焙燒作業(yè)礦石量的方案，為進(jìn)一步降低閃速焙燒?弱磁選流程鐵精礦成本提供了新的途徑。

1 原料性質(zhì)

試驗(yàn)所用原料為大西溝原礦，主要化學(xué)成分分析結(jié)果見表1，鐵物相分析結(jié)果見表2。原礦TFe／FeO比1.10，堿性系數(shù)0.04。

表1 原料主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）／%

表2 原料中鐵物相分析結(jié)果

原礦肉眼下為黃褐色，鏡下鑒定、X射線衍射分析研究表明，礦樣組成礦物種類較為簡單，鐵礦物主要是菱鐵礦，次為褐鐵礦和磁鐵礦，少量磁鐵礦氧化產(chǎn)生假象赤鐵礦；金屬硫化物以黃鐵礦為主，有黃銅礦和銅藍(lán)零星分布；脈石礦物主要為石英和絹云石，其次為綠泥石，并有少量長石、鐵白云石、重晶石等零星分布。主要礦物含量見表3。

表3 原料主要礦物含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）／%

2 原理分析及試驗(yàn)方案

2.1 原理分析

目前弱磁性鐵礦的磁化方法分為容積磁化和表面磁化兩類。容積磁化法主要是在合適的溫度（一般大于550℃）和氣氛（還原或氧化）下把磁性較弱的鐵礦物全部或絕大部分轉(zhuǎn)化成強(qiáng)磁性的Fe3O4或γ?Fe2O3，最大缺點(diǎn)是需要把鐵礦物和脈石礦物都加熱至550℃以上，消耗的燃料較多，能耗相比于傳統(tǒng)的重磁浮工藝要高［3］。

表面磁化法主要有以下3種。①針對菱鐵礦的堿浸磁化法，包含2個階段：FeCO3在OH-作用下溶解浸出，礦物表面形成亞穩(wěn)態(tài)的Fe（OH）2，在氧化條件下，F(xiàn)e（OH）2氧化轉(zhuǎn)化為強(qiáng)磁性的Fe3O4或γ?Fe2O3，并覆蓋于礦物表面；②針對赤褐鐵礦的電化學(xué)處理磁化，通過電解礦漿放出氧氣和氫氣的方式使礦物表面產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)，形成的Fe（OH）3和Fe（OH）2相互作用形成Fe3O4，達(dá)到礦物表面磁化的目的；③磁種磁化法，通過預(yù)先加入強(qiáng)磁性粒子作為磁種，加入合適的選礦藥劑，使磁種罩蓋于弱磁性鐵礦物表面，達(dá)到礦物表面磁化的目的。表面磁化的缺點(diǎn)是：選擇性不高，產(chǎn)生的強(qiáng)磁性礦物不僅會罩蓋在弱磁性鐵礦物上，同時也會罩蓋在脈石礦物上，鐵礦物與脈石礦物難以有效分離［3-5］。

2.2 試驗(yàn)方案

將原礦干式磨礦至合理粒度，再采用表面磁化的方法，在較低溫度、較少燃料消耗的條件下磁化焙燒，達(dá)到僅使難選弱磁性鐵礦顆粒表面少量磁化、增強(qiáng)難選弱磁性鐵礦顆粒磁化率的目的，然后通過常規(guī)強(qiáng)磁選流程獲得品位和回收率都經(jīng)濟(jì)合理的鐵精礦產(chǎn)品。試驗(yàn)方案原則流程見圖1。

圖1 試驗(yàn)原則流程

3 表面磁化焙燒?強(qiáng)磁選試驗(yàn)

3.1 焙燒溫度試驗(yàn)

在磨礦細(xì)度-0.075 mm粒級占55.30%、焙燒時間40 min、不加還原劑條件下，進(jìn)行了不同溫度表面磁化焙燒試驗(yàn)，所得焙燒礦在磨礦細(xì)度-0.075 mm粒級占80%、磁場強(qiáng)度1.0 T下強(qiáng)磁選，結(jié)果見圖2。由圖2可見，一次強(qiáng)磁選精礦品位都在35%左右。未經(jīng)表面磁化焙燒的原礦一次強(qiáng)磁選精礦回收率僅76.19%，尾礦中鐵損失率達(dá)到了23.81%；經(jīng)過表面磁化焙燒后，一次強(qiáng)磁選精礦回收率明顯增加，當(dāng)焙燒溫度達(dá)到300℃以上時，回收率超過81%，可見經(jīng)過表面磁化焙燒后菱褐鐵礦磁性增強(qiáng)。

圖2 焙燒溫度試驗(yàn)結(jié)果

3.2 磨礦細(xì)度試驗(yàn)

焙燒溫度300℃，其他條件不變，磨礦細(xì)度對鐵精礦指標(biāo)的影響見圖3。從圖3可見，不同磨礦細(xì)度下進(jìn)行了表面磁化的樣品一次強(qiáng)磁選精礦回收率達(dá)78%～81%。但隨著磨礦細(xì)度變細(xì)，菱褐鐵礦解離度增加，一次強(qiáng)磁選精礦品位顯著增加，在磨礦細(xì)度-0.075 mm粒級含量大于80%后，精礦品位接近40%。

圖3 磨礦細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果

3.3 磁場強(qiáng)度試驗(yàn)

磨礦細(xì)度-0.075 mm粒級占80.95%，其他條件不變，強(qiáng)磁選磁場強(qiáng)度對鐵回收的影響見圖4。從圖4可見，隨著磁場強(qiáng)度增加，一次強(qiáng)磁選精礦品位有一定幅度降低，因?yàn)殡S著磁場強(qiáng)度增加，精礦夾雜的脈石礦物增加。強(qiáng)磁精礦回收率隨著磁場強(qiáng)度增加顯著增加，在磁場強(qiáng)度1.2 T條件下，強(qiáng)磁精礦回收率超過84%。

圖4 磁場強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

3.4 強(qiáng)磁選流程試驗(yàn)

在上述單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，為提高強(qiáng)磁精礦鐵品位，將原礦干式磨礦至-0.075 mm粒級占80.95%，在焙燒時間40 min、焙燒溫度300℃、不加還原劑條件下，進(jìn)行了表面磁化焙燒?強(qiáng)磁選一粗兩精流程試驗(yàn)，粗選場強(qiáng)1.2 T，精選1場強(qiáng)1.0 T，精選2場強(qiáng)0.8 T；為提高強(qiáng)磁精礦回收率，進(jìn)行了表面磁化焙燒?強(qiáng)磁選一粗兩掃流程試驗(yàn)，粗選場強(qiáng)1.0 T，掃選1場強(qiáng)1.2 T，掃選2場強(qiáng)1.4 T，結(jié)果見表4。可見分段磁選強(qiáng)磁精礦品位可以提高至42.15%，回收率69.39%；總尾礦品位僅為11.44%。強(qiáng)磁選一粗兩掃流程，在尾礦鐵損失率僅10.30%的情況下，可以將菱褐鐵礦品位從23.46%提高至33.89%，拋出產(chǎn)率36.68%、品位僅6.72%的尾礦。

表4 表面磁化焙燒?強(qiáng)磁選流程試驗(yàn)結(jié)果

4 表面磁化焙燒工業(yè)實(shí)施可行性探討

在湖北黃梅鐵礦建成“閃速（流態(tài)化）磁化焙燒?磁選”60萬噸／年產(chǎn)業(yè)化工程，為降低原礦制粉成本，將輥式立磨技術(shù)應(yīng)用于鐵礦石的干式磨礦，高效地完成鐵礦石制粉，同時利用焙燒系統(tǒng)尾氣余熱（溫度200～350℃）進(jìn)行物料干燥。在利用輥式立磨技術(shù)進(jìn)行鐵礦石干式磨礦的同時，完全可以適當(dāng)控制物料溫度和氣氛使菱褐鐵礦實(shí)現(xiàn)表面磁化。

5 結(jié) 語

1）針對大西溝鐵礦進(jìn)行表面磁化焙燒?強(qiáng)磁選預(yù)富集，在尾礦鐵損失率僅10.30%的情況下，可將菱褐鐵礦品位從23.93%提高至33.89%，拋出產(chǎn)率36.68%、品位僅6.72%的尾礦。

2）表面磁化焙燒?強(qiáng)磁選一粗兩精流程，強(qiáng)磁精礦品位可以提高至42.15%、回收率69.39%?？偽驳V品位僅11.44%。

3）本研究為菱褐鐵礦簡單經(jīng)濟(jì)利用提供了另一種可能的方案。