孫洪碩 高澤賓 韓躍新 王建雄 祁生亮 梁金鵬

(1.酒鋼集團(tuán)宏興股份公司選礦廠,甘肅 嘉峪關(guān) 735100;2.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院,遼寧 沈陽(yáng) 110819;3.難采選鐵礦資源高效開(kāi)發(fā)利用技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心,遼寧 沈陽(yáng) 110819)

鋼鐵材料是現(xiàn)代社會(huì)中最為重要的結(jié)構(gòu)性材料和功能性材料之一,其主要生產(chǎn)原料為鐵礦石,然而國(guó)產(chǎn)鐵礦石卻難以滿(mǎn)足我國(guó)的鋼鐵生產(chǎn)需求,鐵礦石大部分依賴(lài)于進(jìn)口,對(duì)外依存度過(guò)高[1-3]。為保障中國(guó)鐵礦石的供應(yīng)安全,亟需高效開(kāi)發(fā)利用國(guó)產(chǎn)鐵礦石。但我國(guó)鐵礦床以中小型居多,大型和超大型鐵礦床少;此外我國(guó)鐵礦石鐵資源稟賦差,礦物結(jié)晶粒度細(xì)、組成成分復(fù)雜、礦石鐵品位低,大部分屬?gòu)?fù)雜難選鐵礦資源,常與釩、鈦、鋅、硫和砷等元素伴生,平均鐵品位僅有33%。隨著優(yōu)質(zhì)礦石資源的日益消耗,復(fù)雜難選鐵礦石的開(kāi)發(fā)利用逐漸引發(fā)關(guān)注。研究表明,懸浮磁化焙燒—磁選是處理復(fù)雜難選鐵礦資源的有效工藝路線(xiàn)之一[1-3]。但在處理某些復(fù)雜難選鐵礦石時(shí),單一懸浮磁化焙燒—磁選工藝所獲得的產(chǎn)品難以滿(mǎn)足鋼鐵冶煉的生產(chǎn)要求,因此有必要在此基礎(chǔ)之上進(jìn)一步對(duì)懸浮磁化焙燒磁選精礦進(jìn)行提質(zhì)降雜[4-6]。

本文以酒鋼鏡鐵山粉礦的懸浮焙燒磁選精礦為研究對(duì)象,探究捕收劑用量、抑制劑用量、礦漿pH值及浮選溫度對(duì)磁選精礦浮選的影響,確定適宜的浮選工藝參數(shù),并采用紅外光譜分析對(duì)浮選機(jī)理進(jìn)行了研究。研究成果將進(jìn)一步豐富懸浮磁化焙燒分選理論體系。

1 試驗(yàn)原料與藥劑

1.1 試驗(yàn)原料及藥劑

將粒度為-1 mm的酒鋼鏡鐵山粉礦在焙燒溫度570℃、焙燒時(shí)間10 min、CO濃度20%條件下進(jìn)行懸浮磁化焙燒;然后將焙燒產(chǎn)品磨至-0.045 mm占90%,使用磁選管在磁場(chǎng)強(qiáng)度為139.26 kA/m的條件下對(duì)其進(jìn)行選別,以磁選獲得的磁選精礦作為反浮選給礦。磁選精礦的化學(xué)多元素分析結(jié)果如表1所示。

表1 磁選精礦化學(xué)成分分析結(jié)果Table 1 Chemical composition analysis results of the magnetic separation concentrate %

由表1可知,磁選精礦鐵品位為55.00%,主要的雜質(zhì)為SiO2,其含量為10.45%;此外還含有少量的Al2O3、CaO和 MgO,含量分別為 0.99%、0.43%和2.82%;有害元素 S和 P的含量分別為0.28%和0.01%。

為了確定磁選精礦中鐵元素賦存狀態(tài),對(duì)礦石行了鐵物相分析,結(jié)果如表2所示。

由表2可知,磁選精礦中鐵主要以磁性鐵的形式存在,分布率為95.38%,其次,以赤褐鐵礦和碳酸鐵形式存在,鐵分布率分別為2.33%和1.75%,而以硫化鐵和硅酸鐵形式存在的鐵分布率很低。

表2 磁選精礦鐵物相分析結(jié)果Table 2 Iron phase analysis results of the magnetic separation concentrate %

磁選精礦中磁鐵礦與脈石的嵌布關(guān)系如圖1所示。磁鐵礦解離度如圖2所示。由圖1及圖2可知,磁鐵礦主要以單體形式存在,單體占有率為84.34%,其連生體主要為富連生體,磁鐵礦及富連生體的含量合計(jì)達(dá)到96.46%,貧連生體含量很低。脈石礦物主要以單體形式產(chǎn)出,少量與磁鐵礦連生,故采取反浮選進(jìn)一步脫除脈石礦物。

圖1 磁鐵礦與脈石礦物嵌布關(guān)系Fig.1 Embedded relationship between magnetite and gangue

圖2 磁鐵礦單體解離度分析Fig.2 Analysis results of liberation degree of magnetite

1.2 試驗(yàn)藥劑

試驗(yàn)所用試劑胺類(lèi)捕收劑為YG-328B。抑制劑苛性淀粉制備方法:將可溶性淀粉和氫氧化鈉按質(zhì)量比5∶1在水溶液中混合,然后在90℃下恒溫水浴30 min,即得到試驗(yàn)用苛性淀粉溶液。pH調(diào)整劑為稀硫酸。

2 試驗(yàn)方法

2.1 反浮選試驗(yàn)

浮選試驗(yàn)采用XFGII型掛槽浮選機(jī),主軸攪拌轉(zhuǎn)速為1 992 r/min。量取70 mL去離子水加入浮選槽中,然后加入50 g磁選精礦礦樣,攪拌3 min后依次加入抑制劑苛性淀粉、捕收劑YG-328B和pH調(diào)整劑,每種藥劑加入后攪拌3min;粗選時(shí)間5min,精選時(shí)間3min,浮選濃度33.33%。浮選結(jié)束后將所得產(chǎn)品烘干、稱(chēng)重,化驗(yàn)品位并計(jì)算回收率,浮選條件試驗(yàn)流程如圖3所示。

圖3 浮選條件試驗(yàn)流程Fig.3 Flow sheet of flotation condition experiments

2.2 紅外光譜測(cè)試

取2.00 g粒度為-0.15 mm的礦樣,加入20 mL蒸餾水以及對(duì)應(yīng)用量的藥劑,充分?jǐn)嚢韬箪o止10 min,進(jìn)行抽濾并將礦樣置于真空干燥箱中低溫烘干。檢測(cè)時(shí),取1 mg礦樣與100 mg光譜純的溴化鉀置于瑪瑙研缽中進(jìn)行充分研磨、混合,用專(zhuān)門(mén)的壓片模具進(jìn)行壓片,然后測(cè)量。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 浮選溫度試驗(yàn)

浮選溫度對(duì)精礦指標(biāo)有較大的影響,一般情況下,一定范圍內(nèi)升高溫度,浮選藥劑活性增強(qiáng),利于浮選分離。然而需要考慮經(jīng)濟(jì)成本等問(wèn)題,故選取適宜浮選溫度具有重要意義。在pH=7.50、YG-328B用量為300 g/t、苛性淀粉用量為400 g/t的條件下,探討了浮選溫度對(duì)精礦指標(biāo)的影響,試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 浮選溫度對(duì)精礦指標(biāo)的影響Fig.4 Effect of flotation temperature on the concentrate indexes

從圖4可知,隨著浮選溫度的升高,鐵品位和鐵回收率均呈現(xiàn)升高的趨勢(shì)。當(dāng)浮選溫度由25℃提升至30℃時(shí),鐵品位由57.64%提升至58.82%,鐵回收率由89.53%提高至91.08%。繼續(xù)升高浮選溫度至35℃時(shí),鐵品位升高至59.00%,鐵回收率提升為91.30%,鐵品位及回收率提升均很低。綜合考慮,確定適宜的浮選溫度為30℃,此時(shí)浮選精礦鐵品位為58.82%、回收率為91.08%。

3.2 YG-328B用量試驗(yàn)

在浮選溫度為30℃、pH=7.50、苛性淀粉用量400 g/t的條件下,考察了YG-328B用量對(duì)精礦指標(biāo)的影響,試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

從圖5可知,隨著YG-328B用量的增加,反浮選精礦的鐵回收率先保持穩(wěn)定之后降低,鐵品位呈現(xiàn)先略微降低后持續(xù)提高的趨勢(shì)。YG-328B用量由180 g/t提升至300 g/t時(shí),反浮選精礦鐵品位由57.61%提升至58.35%,而反浮選精礦鐵回收率穩(wěn)定在91.24%～92.16%。在YG-328B用量繼續(xù)提高至420 g/t時(shí),鐵品位持續(xù)提升至60.17%,而鐵回收率迅速降低至75.97%。綜合考慮,確定YG-328B用量為300 g/t,此時(shí)浮選精礦鐵品位為58.35%、回收率為92.17%。

圖5 YG-328B用量對(duì)精礦指標(biāo)的影響Fig.5 Effect of YG-328B dosage on the concentrate indexes

3.3 苛性淀粉用量試驗(yàn)

在浮選溫度為30℃、pH=7.50、YG-328B 用量300 g/t的條件下,研究苛性淀粉用量對(duì)精礦指標(biāo)的影響,試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

圖6 苛性淀粉用量對(duì)精礦指標(biāo)的影響Fig.6 Effect of cautic starch dosage on the concentrate indexes

從圖6可知,隨著苛性淀粉用量的增加,反浮選精礦的回收率呈現(xiàn)持續(xù)升高的趨勢(shì),鐵品位呈現(xiàn)先升高后降低最后略微提升的趨勢(shì)。苛性淀粉用量由100 g/t提升至400 g/t時(shí),反浮選精礦鐵品位由57.97%提升至58.82%,而鐵回收率由85.93%提升為91.08%。當(dāng)苛性淀粉用量由400 g/t提升至1 000 g/t時(shí),反浮選精礦鐵品位降低為57.22%,鐵回收率提升至92.54%。繼續(xù)提升苛性淀粉用量,鐵品位略微提高至57.56%,鐵回收率提高至93.84%。試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明苛性淀粉用量偏高或偏低都不利于鐵礦物與石英的分離。綜合考慮,確定苛性淀粉用量為400 g/t,此時(shí)浮選精礦鐵品位為58.82%、鐵回收率為91.08%。

3.4 礦漿pH值試驗(yàn)

在浮選溫度為30℃、YG-328B用量為300 g/t、苛性淀粉用量為400 g/t的條件下,探討了礦漿pH值對(duì)精礦指標(biāo)的影響,試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。

從圖7可知,隨著pH值的升高,鐵品位呈現(xiàn)先提高后降低的趨勢(shì),而鐵回收率呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)。礦漿pH值由4.10提升至7.50時(shí),鐵品位由58.11%提升至58.82%,鐵回收率由94.88%降低為91.08%。繼續(xù)提升pH值至11.89時(shí),鐵品位降低至57.42%,鐵回收率提升為95.63%。綜合考慮,確定適宜的礦漿pH值為7.50,此時(shí)浮選精礦鐵品位為58.82%、回收率為91.08%。

圖7 礦漿pH值對(duì)精礦指標(biāo)的影響Fig.7 Effect of pulp pH value on the concentrate indexes

3.5 反浮選閉路試驗(yàn)

采用1粗1精3掃的試驗(yàn)流程,在浮選溫度為30℃、pH值為7.50、苛性淀粉用量為400 g/t、粗選 YG-328B用量為300 g/t、精選 YG-328B用量為150 g/t的條件下,對(duì)磁化焙燒產(chǎn)品磁選精礦進(jìn)行反浮選閉路試驗(yàn)。反浮選閉路試驗(yàn)數(shù)質(zhì)量流程如圖8所示。由圖8可知,反浮選精礦的鐵品位為58.02%、鐵回收率為98.39%;而尾礦的鐵品位為13.10%、鐵回收率為1.61%。試驗(yàn)結(jié)果表明通過(guò)對(duì)懸浮焙燒產(chǎn)品磁選精礦進(jìn)行反浮選,實(shí)現(xiàn)了提質(zhì)降雜的目的,實(shí)現(xiàn)了鐵資源的高效回收利用。

圖8 反浮選閉路試驗(yàn)數(shù)質(zhì)量流程Fig.8 Quantity and quality flow sheet of closed circuit reverse flotation test

3.6 紅外光譜分析

紅外光譜分析不僅在有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)分析與表征中起重要作用,也常用于研究?jī)煞N物質(zhì)之間的相互作用。在浮選領(lǐng)域里,紅外光譜分析廣泛地用于浮選藥劑與礦物表面相互作用的機(jī)理研究。為了更好地了解所用浮選藥劑與焙燒產(chǎn)品磁選精礦表面的作用機(jī)理,對(duì)與苛性淀粉作用前后的磁選精礦和與YG-328B作用前后經(jīng)苛性淀粉作用的磁選精礦進(jìn)行了紅外光譜檢測(cè)。

在礦漿pH值為7.5條件下,與苛性淀粉作用前后磁選精礦的紅外光譜分析如圖9所示。

圖9 苛性淀粉作用磁選精礦前后的紅外光譜分析Fig.9 IR of magnetic separation concentrate both before and after interacting with caustic starch

由圖9可知:磁選精礦1 436.82 cm-1處對(duì)應(yīng)的是CaCO3的振動(dòng)吸收峰,1 081.61 cm-1處對(duì)應(yīng)的是石英Si—O—Si反對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)吸收峰,797.24 cm-1處對(duì)應(yīng)的是石英Si—O—Si對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)吸收峰,1 031.54 cm-1、880.06 cm-1及778.28 cm-1處對(duì)應(yīng)的是硫酸根的振動(dòng)吸收峰,566.02 cm-1處對(duì)應(yīng)的是磁鐵礦振動(dòng)吸收峰;苛性淀粉3 580.62 cm-1至3 100.56 cm-1處對(duì)應(yīng)的是糖類(lèi)O—H伸縮振動(dòng)吸收峰,形成寬的吸收帶,1 655.51 cm-1處對(duì)應(yīng)的是羰基C=O伸縮振動(dòng)吸收峰,850 cm-1至1 150 cm-1處主要對(duì)應(yīng)的是C—O振動(dòng)吸收峰;苛性淀粉作用后,在3 134.42 cm-1處新增了苛性淀粉O—H伸縮振動(dòng)吸收峰,且峰值發(fā)生偏移,可能是由于氫鍵作用;562.49 cm-1處的Fe—O振動(dòng)吸收峰峰向高頻漂移至566.41 cm-1,表明磁鐵礦中的Fe—O參與吸附作用,且以化學(xué)吸附為主[7-9]。

在礦漿pH值為7.5條件下,YG-328B作用前后磁選精礦的紅外光譜如圖10所示。

由圖10可知:YG-328B中2 957.05 cm-1處對(duì)應(yīng)的是CH3反對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)吸收峰,2 928.54 cm-1處對(duì)應(yīng)的是 CH2反對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)吸收峰,2 858.95 cm-1處對(duì)應(yīng)的是CH2的伸縮振動(dòng)吸收峰,1 632.80 cm-1處對(duì)應(yīng)的是NH2的振動(dòng)吸收峰,1 466.37 cm-1處對(duì)應(yīng)CH2的振動(dòng)吸收峰。在磁選精礦與YG-328B作用后,在1 432.78 cm-1處新增了YG-328B的振動(dòng)吸收峰,表明YG-328B吸附于苛性淀粉處理后的磁選精礦中石英表面,且為靜電吸附[10]。

圖10 YG-328B作用磁選精礦前后的紅外光譜分析Fig.10 IR analysis of magnetic separation concentrate both before and after interacting with YG-328B

4 結(jié) 論

(1)對(duì)酒鋼鏡鐵山粉礦懸浮磁化焙燒產(chǎn)品的磁選精礦進(jìn)行了反浮選條件試驗(yàn),結(jié)果表明其最佳粗選工藝條件為:浮選溫度為30℃、YG-328B用量300 g/t、苛性淀粉用量400 g/t、礦漿 pH值7.5。采用 1粗1精3掃的試驗(yàn)流程,反浮選閉路試驗(yàn)獲得的精礦鐵品位為58.02%、鐵回收率為98.37%。反浮選實(shí)現(xiàn)了對(duì)磁選精礦的提質(zhì)降雜。

(2)紅外光譜分析表明,在反浮選過(guò)程中,抑制劑苛性淀粉吸附于磁鐵礦表面,吸附方式主要為化學(xué)吸附和氫鍵吸附;而捕收劑YG-328B吸附于石英表面,主要以靜電吸附方式實(shí)現(xiàn)。