国外某铁矿石试验室选矿试验及中试验证.pdf

*“十四五”国家重点研发计划项目（编号：2021YFC2902400）。张永（1972），男，高级工程师，243000 安徽省马鞍山市。国外某铁矿石试验室选矿试验及中试验证*张永1，2林小凤1，2刘军1，2陈洲1，2（1.中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司；2.国家金属矿山固体废物处理与处置工程技术研究中心）摘要为高效回收利用国外某铁矿石资源，对该矿石进行了工艺矿物学研究，并进行了不同磨矿细度、强磁选磁场强度条件试验和中试试验。试验结果表明：采用原矿湿式预选阶段磨矿磁选重选联合分选流程，可获得铁品位66.53%、铁回收率74.86%的铁精矿；应用XMQL-420450格子型球磨机、JM-260立式搅拌塔磨机、Slon-750 mm立环脉动高梯度强磁选机，在1 t/d的中试线实现了选矿工艺的放大，并带矿连续运行，中试试验获得了铁品位66.43%、铁回收率74.93%的铁精矿，该研究可为同类型铁矿提供经验借鉴。关键词铁矿石工艺矿物学磁选重选中试DOI：10.3969/j.issn.1674-6082.2023.09.048Laboratory Beneficiation Test and Pilot Test Verification of a Foreign Iron OreZHANG Yong1，2LIN Xiaofeng1，2LIU Jun1，2CHEN Zhou1，2（1.Sinosteel Maanshan General Institute of Mining Research Co.，Ltd.；2.National Metal Mine Solid WasteTreatment and Disposal Engineering Technology Research Center）AbstractIn order to efficiently recover and utilize a foreign iron ore resource，the process mineralogyof the ore was studied，the condition test of different grinding fineness，magnetic field intensity of strongmagnetic separation and pilot test were carried out.The test results showed that the iron concentrate withiron grade of 66.53%and iron recovery rate of 74.86%could be obtained by adopting the combined separation process of raw ore wet preconcentration-stage grinding-magnetic separation-gravity separation.The application of XMQL-420450 lattice ball mill，JM-260 vertical stirring tower mill and Slon-750 mm vertical ring pulsating high gradient high intensity magnetic separator has realized the amplification of the beneficiation process and the continuous operation with the ore in the 1 t/d pilot line.The iron concentrate withiron grade of 66.43%and iron recovery rate of 74.93%was obtained in the pilot test.The study can provideexperience for the same type of iron ore.Keywordsiron ore，process mineralogy，magnetic separation，gravity concentration，pilot test总第 653 期2023 年 9 月第 9 期现代矿业MODERN MININGSerial No.653September.2023铁是世界上发现最早、利用最广、用量最多的一种金属，其消耗量约占金属总消耗量的95%1。2016年 11 月国务院批复通过的 全国矿产资源规划（20162020年）将铁等24种矿产资源列入了战略性矿产目录2，但我国铁矿石资源丰而不富，约97%为贫矿。近年来，印度、印度尼西亚、巴西等地的铁矿石逐渐进入中国市场3-5，结合我国铁矿产资源总体概况以及世界铁矿石价格偏低的环境，我国充分利用国外铁矿石资源仍具有必要性6-8。为合理利用国外某铁矿石，针对其工艺矿物学特征，考察了磨矿细度和磁场强度对分选指标的影响，并构建了中试系统进行了中试试验研究。1矿石性质1.1矿石的化学成分及物相分析矿石的主要化学成分分析、铁物相分析及主要矿物组成见表1表3。206现代矿业2023 年 9 月第 9 期总第 653 期由表1可知，矿石的化学成分较为简单，铁是可供选矿回收的唯一有用元素，铁品位为35.12%，磁性率为32.12%，为原生铁矿石9；主要杂质为SiO2，含量达 44.90%，其他有害元素硫、磷含量较低，仅为0.046%和 0.045%；矿石碱性系数为 0.055，为酸性铁矿石。由表2可知，矿石中的铁主要为磁性铁，分布率达68.11%，其次为赤褐铁矿物，分布率为26.03%，碳酸铁、硅酸铁矿物及硫化铁矿物中铁含量相对较少，分布率分别为1.91%，3.81%和0.14%；其中磁性铁和赤褐铁矿是主要回收的目标矿物，碳酸铁和硅酸铁矿物则较难回收。由表3可知，矿石中的主要含铁矿物为磁铁矿、赤铁矿，含量分别为 33.85%和 13.15%，另有少量黄铁矿；矿石中的非金属矿物主要为石英，含量为35.63%，其他脉石矿物有角闪石、云母和铁铝榴石等。1.2矿石的矿物组成及主要矿物的赋存状态矿石中的主要有用铁矿物为磁铁矿，次为赤铁矿（镜铁矿和假象矿）；脉石主要为石英，次为角闪石（普通角闪石、阳起石）、云母、铁铝榴石、滑石、方解石、长石。矿石结构及矿物嵌布特征见图1。由图1可见，矿石中的磁铁矿以聚集成条带状形式构成铁质条带的主要组成部分与脉石条带相间排列（图1（a）；部分磁铁矿呈细粒浸染状嵌布于脉石中，嵌布粒度分布在-50 um（图1（b）。赤铁矿主要为镜铁矿，少量为假象、半假象赤铁矿。镜铁矿主要呈片状与磁铁矿共生嵌布于脉石中（图1（c），镜铁矿呈片状集合体并形成条带状与脉石条带相间排列，假象赤铁矿大多呈与磁铁矿连晶或混晶状态，在磁铁矿的外缘或沿其内部结构的晶面以交代的形式出现（图1（d）。矿石中石英主要呈他形粒状集合体嵌布，一般铁矿物沿其粒间充填分布（图1（e），部分石英呈粒状集合体并形成条带状与铁矿物条带相间排列。矿石中角闪石主要呈板状嵌布，与石英、铁矿物紧密共生（图1（f）。1.3矿石结构构造1.3.1矿石构造结合光学显微镜及矿石破碎后原矿样的观察6，可以发现矿石呈灰黑色或灰白色。灰黑色的铁矿物和灰白色的石英等脉石矿物交互组成条带状构造。脉石矿物石英和铁矿物等组成块状构造。1.3.2矿石结构矿石中各矿物颗粒的自身形态特征对矿物的解207张永林小凤等：国外某铁矿石试验室选矿试验及中试验证2023 年 9 月第 9 期离有重要的影响10，该矿石中主要有5种结构：粒状结构。磁铁矿呈粒状集合体嵌布并形成条带状与脉石条带相间排列，磁铁矿呈自形、半自形粒状嵌布于脉石中，石英呈他形粒状集合体嵌布，角闪石呈不规则粒状与石英、铁矿物共生嵌布，铁铝榴石呈不规则粒状与石英、铁矿物共生嵌布。浸染状结构。粒状磁铁矿呈浸染状与镜铁矿共生嵌布于脉石中。斑状结构。矿石中磁铁矿在较细粒的基质中呈巨大的斑晶，这些斑晶具有一定程度的自形。片状结构。镜铁矿呈片状与细粒磁铁矿共生嵌布于脉石中，镜铁矿呈片状集合体并形成条带状与脉石条带相间排列，黑云母呈片状集合体嵌布，并与铁矿物紧密共生。假象结构。矿石中赤铁矿交代原生磁铁矿生成假象赤铁矿，假象赤铁矿呈磁铁矿晶体外形嵌布在脉石中。1.4矿石主要矿物粒度组成分析对矿石中主要铁矿物磁铁矿、赤铁矿和主要脉石矿物石英进行粒度组成特性分析，矿石中主要矿物的嵌布粒度结果见表4。由表4可知，3种矿物粒度嵌布粗细不均匀，以中细粒嵌布为主，粒度范围较宽；磁铁矿和赤铁矿的嵌布粒度均较细，而赤铁矿的粒度相对磁铁矿略粗，在-0.07 mm粒级，磁铁矿和赤铁矿的分布率分别为68.77%和57.86%；主要脉石矿物石英嵌布粒度相对铁矿物较粗，主要分布在+0.07 mm 粒级，分布率为55.84%。2试验样品及试验方案2.1试样制备试样采自国外某铁矿山，首先将矿石采用 PE-150250颚式破碎机进行粗破碎，破碎产品经25 mm筛孔筛分，筛上产品返回颚式破碎机，然后采用YGM80高压辊磨机超细碎至-3 mm，混匀、缩分、取样进行选矿试验。试样制备流程见图2。原矿粒度筛析结果见表5。由表 5 可知，该铁矿石铁矿物在各粒级分布比较均匀，铁品位均在 35%左右，具有较高的回收价值；-0.074 mm 含 量 为 30.92%，其 中 铁 占 有 率31.76%，铁品位相对其他粒级含量要高，可见铁矿物的嵌布粒度较细。2.2试验方案试样中主要回收的有用矿物为磁铁矿、赤铁矿，为达到富集铁矿物的目的，需要选矿排除的脉石矿物主要为石英，通常采用磨矿磁选工艺、磨矿磁选重选联合工艺、磨矿磁选重选浮选工艺。根据该矿石的工艺矿物学特性，确定选矿原则流程为原矿湿式预选阶段磨矿磁选重选工艺流程（图3）。3试验结果与讨论3.1原矿中磁预选试验将03 mm原矿进行粗粒湿式中磁预选试验，磁场强度318.3 kA/m，试验结果见表6。208现代矿业2023 年 9 月第 9 期总第 653 期由表6可知，采用湿式中磁预选可预先抛除产率21.11%、铁品位13.86%的尾矿。3.2一段磨矿与磁选试验3.2.1磨矿细度试验磨矿细度是直接影响选矿指标和选矿成本的重要因素，磨矿细度过细会导致成本增加，过粗影响精矿品位与产品回收率11。试验采用XMQ24090球磨机、固定弱磁选磁场强度 159.15 kA/m、强磁选磁场强度 636.62 kA/m，按图 3试验流程将预选粗精矿进行一段磨矿不同磨矿细度磁选试验，试验结果见图4。由图4可见，随着磨矿细度的增加，弱磁精矿、强磁精矿铁品位增加，弱磁精矿、强磁精矿铁回收率小幅降低；当磨矿细度为-0.074 mm65%时，弱磁、强磁精矿指标均较好；综合考虑，确定适宜的磨矿细度为-0.074 mm65%。3.2.2一段强磁选磁场强度试验固定磨矿细度为-0.074 mm65%，在弱磁选磁场强度159.15 kA/m的条件下，考察强磁选不同磁场强度对选矿指标的影响，试验结果见表7。由表 7 可知，磁场强度对选别指标有一定的影响，在相同细度和弱磁选条件下；随着磁场强度的增加，强磁精矿铁品位从 31.22%降低到 27.63%，铁回收率从12.65%增加到14.39%；考虑到节能降耗和原矿的适应性12，选择强磁选磁场强度为 636.62kA/m。3.3二段磨矿与磁选试验3.3.1二段磨矿细度试验经过一段磨矿与弱磁选，弱磁精矿铁品位达56.12%，为进一步提高铁精矿品位，一段弱磁精矿进行二段磨矿弱磁选1粗1精试验，弱磁选磁场强度粗选159.15 kA/m、精选143.24 kA/m，试验结果见表8。由表8可知，随着磨矿细度的增加，弱磁精矿品位增加，但铁回收率下降；当磨矿细度为-0.045mm75%时，弱磁铁精矿品位达 66.98%，弱磁铁精矿回收率达88.50%；磨矿细度继续增加，弱磁铁精矿品位略有提高，弱磁铁精矿回收率继续下降；综合考虑，确定二段磨矿细度为-0.045 mm75%。3.3.2二段强磁选磁场强度试验固定二段磨矿细度为-0.045 mm75%，进行二段弱磁尾矿强磁选磁场强度试验，试验结果见表9。由表9可知，当强磁磁场强度由397.89 kA/m增至795.77 kA/m时，铁精矿品位由40.96%降至39.53%，铁回收率由83.99%提高至87.78%；综合考虑，确定二段强磁选适宜的磁场强度为636.62 kA/m，此时二段强磁铁精矿品位为40.83%，铁回收率为86.12%。3.4重选试验将一段和二段强磁精矿按2.4 1.0配成混合强磁精矿进行螺旋溜槽重选试验，重选设备采用600 mm螺旋溜槽，流程为1粗1精，试验结果见表10。由表10可知，混合强磁精矿经螺旋溜槽1粗1精重选，可获得产率17.26%、铁品位62.25%的铁精矿。3.5试验数质量流程通过前期阶段磨矿阶段磁选条件试验，初步确定了适合该矿石的选矿工艺参数，在最佳工艺参数条件下13，对原矿高压辊磨产品（03 mm）进行湿209式预选阶段磨矿磁选重选联合流程试验，试验数质量流程见图5。由图5可见，该工艺可得到铁品位66.53%、铁回收率74.86%的铁精矿。4中试试验方案及结果分析4.1中试试验采用原矿湿式预选阶段磨矿磁选重选联合工艺流程构建了中试系统，同时为提高铁精矿品位，在三段磁选后增加一段淘洗作业，给矿量为4550 kg/h，连续稳定运行24 h，以流程取样测定不同作业铁精矿含量、品位和中矿、尾矿的指标，通过中试试验进一步验证试验室选矿试验技术指标和工艺参数。中试试验设备联系见图 6，试验结果见图7。张永林小凤等：国外某铁矿石试验室选矿试验及中试验证2023 年 9 月第 9 期（下转第221页）210现代矿业2023 年 9 月第 9 期总第 653 期参考文献1余永富，陈雯.我国金属矿铁矿山走出低谷摆脱困境的发展方向 J.矿冶工程，2003（1）：8-9.2崔少文，郭小飞，郝悦，等.高压辊磨超细碎在贫磁铁矿石预选中的应用 J.金属矿山，2018（12）:115-118.3王海亮，侯更合，高春庆，等.国外某微细粒磁铁矿石选矿试验J.现代矿业，2015（8）:54-55，4王陆新.某极贫磁铁矿石选矿工艺研究 J.现代矿业，2009（11）:47-51.5王一鸣，高瑶，吴凡，等.塔磨机的磨矿机理概述及关键部件的设计思路 J.现代矿业，2017（3）:182-184.6王志东，汤复华，吴凡，等.某极微细磁铁矿高效碎磨磁选工艺的应用验 J.现代矿业，2020（11）:148-150.（收稿日期 2023-02-26）4.2影响中试系统指标因素及分析由试验室单批次试验扩大到中试试验，首先面临的是指标稳定性、达标性的难题，对比试验室小型试验和中试试验，小型试验阶段再磨细度为-0.045mm75%时，弱磁精铁矿品位可达 66%以上，但中试试验筛下产品细度为-0.045 mm81.64%时，弱磁精矿铁品位仅为64.90%。对两者磨矿产品和磁选精矿进行光学显微镜分析，分析结果如下。（1）小型试验弱磁精矿和中试试验弱磁精矿中的脉石均主要以连生体形式存在，少量以单体形式分布，部分脉石单体由于机械夹进入精矿中。通过光学显微镜对2种精矿样进行观察及分析，中试弱磁精矿中脉石单体含量相对较高，说明中试试验中机械夹带相对较多。（2）对小型试验再磨产品和中试再磨产品分别进行单体解离度测定，测定结果见表8。由表11可知，小型试验再磨产品中铁矿物单体解离度为85.78%，中试再磨产品中铁矿物单体解离度为88.53%。结合磁选精矿光学显微镜分析和再磨产品磁铁矿单体解离度测定可知，中试再磨细度较小型试验更细才能获得更高品位的精矿，主要原因为中试试验磁选精矿中的单体脉石较多，选别过程中机械夹杂较严重。5结论（1）国 外 某 铁 矿 石 铁 含 量 35.12%，磁 性 率32.12%，为原生矿石；主要杂质为SiO2，其他有害元素硫、磷含量较低，为低磷低硫单一酸性磁铁矿-赤铁矿混合型铁矿石。矿石中的主要有用铁矿物为磁铁矿，次为赤铁矿（镜铁矿和假象矿）；脉石主要为石英，次为角闪石（普通角闪石、阳起石）、云母、铁铝榴石、滑石、方解石、长石。（2）根据该矿石性质特点，采用原矿湿式预选阶段磨矿磁选重选联合分选流程，在一段磨矿细度-0.074 mm65%、二段磨矿细度-0.045 mm75%、强磁选磁场强度636.62 kA/m的条件下，获得了铁品位66.53%、回收率74.86%的铁精矿。（3）确保选别指标稳定性、达标性是中试试验的首要问题，通过优化磨矿分级溢流细度、三段磁选后增加一段淘洗作业的方式，提高了中试试验选矿指标。中试试验获得了铁品位 66.43%、铁回收率74.93%的铁精矿，该试验结果可为同类矿山工业试验提供理论支撑。参考文献1张裕书，陈炳炎，毛益林.铁矿矿产资源保护和综合利用 M.北京：中国科学技术出版社，2009.2程少逸，高正波，曹建.我国战略性矿产资源供应安全的挑战与应对 J.矿冶，2022，31（1）：126-130.3秦彩霞，秦丽娜.国外某高铝赤褐铁矿选矿试验研究 J.矿冶工程，2017，37（6）：57-59.4赵立群，王春女，张敏，等.中国铁矿资源勘查开发现状及供需形势分析 J.地质与勘探，2020，56（3）：635-643.5张子瑞，辛百军.从某钼尾矿中回收铁的选矿试验及工业实践J.矿业研究与开发，2022，42（7）：51-55.6张剑廷，李志明.马来西亚某褐铁矿石工艺矿物学研究 J.金属矿山，2022（8）：146-150.7李培亮，谢英亮.充分利用国外铁矿石资源的对策研究 J.中国资源综合利用，2002，20（9）：26-29.8郑瑞芳.中国利用国外铁矿石资源策略研究 D.北京：北京林业大学，2007.9汤智雄，曹贵杰.磁性率在南芬露天铁矿的应用 J.矿山地质，1990（2）：69-76.10 宫贵臣，韩跃新，李艳军.辽宁某铁矿石工艺矿物学研究 J.矿产综合利用，2018（2）：77-80.11 王朝，杨延宙，谢兰馨，等.提高铜锌铁矿石中伴生金银指标的试验研究 J.金属矿山，2023（1）：194-198.12 马崇振，张建文，聊乾，等.国外某难选钛铁矿选矿试验研究 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