王麗明 劉 濤 白春霞 關(guān) 迪 李宏靜

（包鋼集團(tuán)礦山研究院）

內(nèi)蒙古東部某多金屬礦是內(nèi)蒙古自治區(qū)最重要的多金屬礦山之一，該礦擁有1個(gè)綜合回收選廠，主要用于回收鐵、鋅、錫和鎢等資源。目前，該選廠生產(chǎn)出的鐵精礦全鐵品位很高，但其中的鋅含量約為0.20%，無法直接作為入爐原料使用。這是由于鋅的還原溫度和液態(tài)鋅的沸點(diǎn)均較低，在高爐煉鐵過程中幾乎不能被渣鐵吸收，從而對(duì)高爐爐況產(chǎn)生不利影響［1］。

鋅含量偏高對(duì)高爐的影響主要體現(xiàn)在：①影響高爐使用壽命，爐內(nèi)富集的鋅蒸汽可滲入爐墻內(nèi)與爐襯結(jié)合，形成低熔點(diǎn)化合物而軟化爐襯，加快爐襯的腐蝕速度［2］；②影響高爐穩(wěn)定生產(chǎn)，當(dāng)鋅的富集加劇時(shí)，爐內(nèi)黏結(jié)嚴(yán)重，頻繁產(chǎn)生懸料現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致高爐停產(chǎn)［3］。

對(duì)于鋅含量超標(biāo)的鐵精礦，一種利用方式是通過選礦提鐵降鋅，將其中的鋅含量降至0.1%以下，成為符合鐵精礦質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求的主流鐵精礦銷售；另一種利用方式是與鋅含量低的高品質(zhì)鐵精礦進(jìn)行配礦使用［4］。當(dāng)作為配礦使用時(shí)，鋅含量高的鐵精礦的消納量將嚴(yán)重受限。因此，通過選礦工藝進(jìn)行提鐵降鋅，使其轉(zhuǎn)化為雜質(zhì)含量符合鐵精礦質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求的鐵精礦產(chǎn)品是處理該類鐵精礦的首選方法。

該選廠生產(chǎn)的鐵精礦與具有相同全鐵品位但鋅含量在0.10%以下的鐵精礦比較，其銷售價(jià)格低約100元/t，嚴(yán)重影響該廠鐵精礦的經(jīng)營(yíng)利潤(rùn)。因此，為有效降低鐵精礦產(chǎn)品中的鋅含量，提高產(chǎn)品銷售價(jià)格，以該選廠生產(chǎn)出的鐵精礦為試驗(yàn)原料，開展了詳細(xì)的化學(xué)元素分析和工藝礦物學(xué)研究，以此為基礎(chǔ)開展鐵精礦降鋅工藝試驗(yàn)研究。

1 原礦性質(zhì)

試樣為內(nèi)蒙東部某多金屬礦山鐵精礦，其化學(xué)成分分析結(jié)果見表1。對(duì)原礦進(jìn)行篩分分析，化驗(yàn)各粒級(jí)全鐵和鋅元素含量并計(jì)算其在各粒級(jí)的分布率，結(jié)果見表2。

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由表1可知，原礦中全鐵含量65.70%、磁性鐵含量65.20%，氧化鈣含量2.26%，鋅含量0.20%。

由表2可知，原礦中+0.045 mm和-0.025 mm粒級(jí)產(chǎn)率較高，占比近90%，鋅元素在這2個(gè)粒級(jí)中的分布率也超過了75%；在所有粒級(jí)鐵和鋅的分布率基本同步，說明鐵和鋅的相關(guān)度較高。

對(duì)原礦采用顯微鏡進(jìn)行初步觀察分析，結(jié)果表明，原礦主要由磁鐵礦和輝石、石榴石、石英、螢石、碳酸鹽等脈石礦物組成。其中磁鐵礦占79.7%，脈石礦物占20.3%。磁鐵礦粒度懸殊，最大粒徑200μm，最小粒徑5μm以下，50～75μm居多。較大的磁鐵礦顆粒棱角分明，5μm以下的微粒多呈長(zhǎng)條狀（圖1a）。鐵精礦中的鋅礦物有閃鋅礦、鋅尖晶石和日光榴石，數(shù)量較少。原礦中獨(dú)立鋅礦物的數(shù)量較少，還含有極少量鋅尖晶石，主要以包裹體形式存在（圖1b），其中微細(xì)粒鋅尖晶石包裹體大部分嵌布粒度為10～50 μm，也有部分為1～10μm。顯然，磁鐵礦中微細(xì)粒的鋅尖晶石難以采取磨礦方式從磁鐵礦中完全解離出來，再通過機(jī)械選礦去除，要降低原礦中的鋅含量只能通過磨礦打開較粗粒級(jí)的鋅尖晶石包裹體，將鋅尖晶石充分暴露后再采用弱磁選工藝將其拋掉。

采用MLA測(cè)定原礦中磁鐵礦和主要雜質(zhì)礦物的粒度分布，結(jié)果見表3。

由表3可知，原礦中磁鐵礦的粒度相對(duì)較細(xì)，而雜質(zhì)礦物的粒度相對(duì)較粗，但鋅鐵尖晶石和錫石仍是以微細(xì)粒為主。

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采用MLA礦物自動(dòng)定量檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)定原礦礦物組成和含量，結(jié)果見表4。

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由表4可知，原礦中磁鐵礦含量為89.105%。雜質(zhì)礦物種類較復(fù)雜，主要有螢石、黑云母、鈣鐵榴石、符山石、綠泥石及硫砷礦物（包括磁黃鐵礦、毒砂、斜方砷鐵礦）等；原礦中鋅礦物的種類有閃鋅礦和鋅尖晶石，含量均較低，獨(dú)立鋅礦物的數(shù)量極少，不是引起鐵精礦含鋅高的主要因素。

2 原礦中的鋅礦物賦存狀態(tài)

原礦MLA檢測(cè)結(jié)果表明，鐵精礦中蘊(yùn)含的鋅礦物主要有閃鋅礦和鋅尖晶石。閃鋅礦莫氏硬度為3～4.5，密度為3.9～4.2 g/cm3［5］。鏡頭下閃鋅礦顏色變化較大，從淺黃到棕紅、棕褐至黑色，金剛光澤至半金屬光澤，采用掃描電鏡能譜儀對(duì)原礦中的閃鋅礦進(jìn)行微區(qū)化學(xué)成分檢測(cè)，結(jié)果見表5。

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由表5可知，該閃鋅礦中大部分含鐵較低，最低全鐵含量1.31%，平均鋅含量62.57%。閃鋅礦主要與硫化礦物和脈石的嵌布關(guān)系較密切，多見浸染嵌布于脈石中，常與毒砂伴生。礦樣中閃鋅礦主要與云母、毒砂連生，閃鋅礦掃描電鏡BSE圖見圖2。

原礦中鋅礦物除閃鋅礦外，還有鋅尖晶石。鋅尖晶石屬于尖晶石亞族，晶體結(jié)構(gòu)為正尖晶石型，晶體常呈八面體，少量菱形十二面體和立方體，晶體較完整，顏色為暗綠、灰綠和黑綠色。半透明，玻璃光澤，硬度7.5～8，密度4～4.6 g/cm3［6］。在鋅尖晶石晶體結(jié)構(gòu)中，鋅常被Fe2+、Mn2+、Mg2+類質(zhì)同象代替，鐵精礦中鋅尖晶石的化學(xué)成分見表6。

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由表6可知，鋅尖晶石中鋅被鐵、錳和鎂等代替，氧化鋅含量11.31%，折算成鋅含量為9.08%。

采用能譜儀隨機(jī)測(cè)定原礦中23顆磁鐵礦微區(qū)化學(xué)成分見表7。

由表7可知，一半以上的磁鐵礦中不含鋅尖晶石包裹體，鋅含量為0.00%～0.75%，平均鋅含量0.18%。

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采用掃描電鏡能譜儀對(duì)鐵精礦中的磁鐵礦進(jìn)行特征X射線面掃描觀察，掃描照片見圖3。特征X射線面掃描照片顯示，在鐵精礦中磁鐵礦顆粒包含鋅尖晶石包裹體，這些包裹體部位具有富鋅、鋁而貧鐵的特征。

磁鐵礦屬于強(qiáng)磁性礦物，比磁化系數(shù)為9.2×l0-2cm3/g，而鋅尖晶石屬于尖晶石類礦物，磁性隨含鐵量增加磁性變大，比磁化系數(shù)為4.6×l0-5～2.0×l0-4cm3/g［4］。顯然，磁鐵礦與鋅尖晶石之間具有較大的磁性差，可通過調(diào)整合適的磁場(chǎng)強(qiáng)度采用弱磁選工藝對(duì)磁鐵礦與鋅尖晶石進(jìn)行分選，在弱磁選工藝中已解離的鋅尖晶石不易進(jìn)入鐵精礦，未解離的鋅尖晶石應(yīng)磨礦以使其達(dá)到單體解離，然后再通過弱磁選使磁鐵礦與鋅尖晶石分離。

3 磨礦—磁選試驗(yàn)

原礦通過選取不同的磨礦細(xì)度進(jìn)行不同磁場(chǎng)強(qiáng)度條件下的弱磁選試驗(yàn)，磨礦—弱磁選工藝流程見圖4。

3.1 磨礦—磁選試驗(yàn)

取300 g原礦，采用武漢洛克粉磨設(shè)備制造有限公司生產(chǎn)的RK/ZQM-160×60型智能球磨機(jī)進(jìn)行磨礦粒度試驗(yàn)，磨礦粒度與時(shí)間關(guān)系曲線見圖5。

3.2 磁選試驗(yàn)

將原礦磨至不同細(xì)度，采用磁選管進(jìn)行弱磁選試驗(yàn)。首先，將原礦磨至-0.074 mm71.84%，采用不同磁場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行弱磁選試驗(yàn)，結(jié)果見表8。

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由表8可知，隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加，弱磁選精礦產(chǎn)率升高，精礦中全鐵品位降低，全鐵回收率升高，但鋅在精礦中的品位和回收率未有明顯變化；在該細(xì)度條件下，無論磁場(chǎng)強(qiáng)度如何變化，均不能將原礦中的鋅有效降低。

將原礦磨至-0.074 mm82.01%，采用不同磁場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行弱磁選試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表9。

由表9可知，隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加，弱磁選精礦產(chǎn)率升高，精礦全鐵品位降低，全鐵回收率升高；鋅在磁選精礦中的品位及回收率均降低，說明隨著磨礦粒度變細(xì)，原礦中的鋅雜質(zhì)逐漸暴露，此時(shí)采用弱磁選即可降低原礦中的鋅含量，但此時(shí)弱磁選精礦中的鋅含量仍較高，需要繼續(xù)磨礦進(jìn)行弱磁選試驗(yàn)。

將原礦磨至-0.074 mm92.71%，采用不同磁場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行弱磁選試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表10。

由表10可知，將原礦磨至-0.074 mm92.71%時(shí)，隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加，弱磁選精礦產(chǎn)率升高，全鐵品位降低，全鐵回收率升高；鋅在磁選精礦中的品位下降，鋅回收率降低；在磁場(chǎng)強(qiáng)度143.28 kA/m時(shí)，弱磁選精礦中的鋅含量降至0.08%，再升高磁場(chǎng)強(qiáng)度精礦中的全鐵和鋅指標(biāo)基本不變；因此選擇最佳磨礦—弱磁選試驗(yàn)條件為磨礦細(xì)度-0.074 mm92.71%，磁場(chǎng)強(qiáng)度143.28 kA/m。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）內(nèi)蒙古某原礦中全鐵含量65.70%、鋅含量0.20%，通過篩分分析及顯微鏡下分析可知，原礦中獨(dú)立鋅礦物的數(shù)量較少，包含有極少量鋅尖晶石，主要以包裹體形式存在。原礦MLA檢測(cè)結(jié)果表明，原礦中蘊(yùn)含的鋅礦物主要由閃鋅礦和鋅尖晶石組成，其中閃鋅礦主要與云母、毒砂連生，鋅尖晶石大多在磁鐵礦顆粒內(nèi)以包裹體形式存在，需通過磨礦使包裹體內(nèi)的鋅尖晶石暴露，再通過弱磁選除去。

（2）將原礦磨至-0.074 mm92.71%，在磁場(chǎng)強(qiáng)度143.28 kA/m的條件下進(jìn)行弱磁選別，得到的弱磁選精礦全鐵品位為68.10%，全鐵回收率98.99%，弱磁選精礦含鋅0.08%。與原礦比較，全鐵品位提高了2.4個(gè)百分點(diǎn)，同時(shí)鋅含量降低了0.12個(gè)百分點(diǎn)，有效提高了鐵精礦質(zhì)量，可以不用配礦直接用作球團(tuán)原料入爐冶煉，相應(yīng)的產(chǎn)品價(jià)格也可得到大幅提高，經(jīng)濟(jì)效益顯著。