在选矿生产中, 碎磨作业能耗约占选矿厂总能耗的50%~60%^[1]。采用“多碎少磨, 预先抛尾”工艺可节能降耗, 提质增效, 同时该工艺也是低品位铁矿石资源开发利用的主要途径之一^[2-4]。而基于料层粉碎原理而设计的高压辊磨机, 可大幅度提高入磨物料的粉矿率和可磨性, 是实现多碎少磨、粗粒提前抛尾、提高后续磨机处理能力和效率的理想设备, 也是世界选矿技术发展的趋势之一, 在国内外得到广泛认可^[5-6]。同时, 处理低品位铁矿石时, 为了减少入磨量并使入选矿石品位有所提高, 干式磁滑轮和湿式弱磁选机也是预先抛除粗粒尾矿的常用设备。

白云鄂博西矿区铁矿石属低品位磁铁矿, 原矿铁品位较低, 具有储量大、低氟、低磷、低稀土的特点, 是包钢正在开发利用的重要原料基地。但该矿石存在选矿比大、利用成本高等缺点, 未能实现充分利用。为此, 针对该矿石特点, 采用干式磁选预先抛尾—高压辊磨—湿式磁选抛尾—湿式弱磁选工艺进行了系统的试验研究。

1 矿石性质 1.1 矿石物质组成

矿样取自白云鄂博西矿区。为确定该矿石中主要元素的含量及其赋存状态, 对原矿进行了化学多元素分析和铁物相分析, 结果如表 1、表 2所示。

由表 1可知, 该矿石中TFe含量为16.96%, 稀土元素Ce、La、Nd含量较低, 可考虑综合回收, 本文暂不做讨论。硫、磷、氟等元素含量均较低, 不具有回收价值, 脉石矿物主要为含钙、镁等碳酸盐矿物。因此, 该矿石主要考虑铁元素的有效回收。

由表 2可知, 该矿石中铁元素主要以磁铁矿形式存在, 分布率为63.68%, 部分铁赋存于赤褐铁矿中, 少量分布于黄铁矿和硅酸盐中。物相分析结果表明, 该矿石中以磁铁矿形式赋存的铁可通过磁选法进行回收, 而硅酸盐、赤褐铁矿和黄铁矿中的铁则较难回收。

1.2 主要矿物的嵌布特征

矿石中主要金属矿物为磁铁矿、黄铁矿, 少量赤铁矿、褐铁矿, 偶见方铅矿、黄铜矿、斑铜矿、辉钼矿等; 脉石矿物主要为白云石、方解石, 少量白云母(绢云母)、透闪石(阳起石)、绿帘石、石英等, 偶见角闪石。其中:

(1) 磁铁矿:含量约占15%左右, 呈半自形或不规则粒状, 多分布在碳酸盐矿物中或独立分布, 部分沿其裂隙交代, 磁铁矿中偶见黄铜矿包体分布, 可被黄铁矿包裹, 粒径在0.01~0.4 mm之间。

(2) 黄铁矿:含量约占3%左右, 呈半自形或它形粒状分布, 可见胶状黄铁矿分布, 胶黄铁矿多胶结交代黄铁矿, 偶见被褐铁矿交代, 黄铁矿可包裹磁铁矿晶粒, 粒径在0.02~0.9 mm之间。

(3) 赤铁矿:含量小于1%, 常呈细网脉状沿磁铁矿裂隙交代, 偶尔呈粒状独立分布, 粒径在0.001~0.05 mm之间。

(4) 褐铁矿:少量, 不规则粒状或交环状交代黄铁矿, 或呈土状分布在碳酸盐矿物裂隙中, 集合体粒径在0.1 mm左右。

(5) 白云石:含量约占50%左右, 不规则的颗粒状或碎屑状, 其中分布有磁铁矿、黄铁矿、褐铁矿等, 裂隙中可被方解石充填, 白云石碎屑中可见云母沿颗粒间分布, 线鳞片—中细粒粒状变晶结构, 粒径在0.05~0.7 mm之间。

(6) 方解石:含量约占10%左右, 多沿白云石颗粒间及裂隙分布, 粒径在0.02~0.2 mm之间。

另外, 对磁铁矿的嵌布粒度进行了测量, 结果如表 3所示。

由表 3可知, 磁铁矿的嵌布粒度在不同的粒级范围内分布均匀, 部分嵌布粒度较细。

2 选矿试验

矿石性质研究表明, 该矿石属于白云石型磁铁矿, 铁品位低, 钙镁含量较高, 如果直接通过破碎—磨矿—磁选的常规工艺进行分选, 则矿石处理量较大, 选别成本较高。根据“多碎少磨、预先抛尾”的指导方针, 本试验拟采用干式磁选预先抛尾—高压辊磨—湿式磁选抛尾—弱磁选工艺处理该矿石。

2.1 干式磁选预先抛尾试验

对原矿(-150 mm)采用干式磁选工艺进行抛尾试验。为了保证干选精矿的磁性铁回收率, 并抛弃低品位尾矿, 干选试验采用高场强磁滑轮干选机, 磁场强度为500 mT, 试验结果如表 4所示。

由表 4可知, 原矿在磁场强度为500 mT的条件下经过干选后, 可得到全铁和磁性铁品位分别为18.23%、12.47%, 全铁和磁性铁作业回收率分别为91.47%、98.26%的干选精矿, 抛尾产率为14.90%。

2.2 高压辊磨试验

高压辊磨机主要用于矿石的细碎、超细碎作业, 能够降低矿石的入磨粒度, 承担了磨机的部分粉碎任务, 破碎比大, 选择性破碎效果明显, 粉碎产品具有微裂纹多、细粒级含量高、Bond球磨功指数低等特点, 从而达到节能、降耗改善分选效果的目的^[7]。

将干选精矿经颚式破碎机粗碎至-25 mm, 采用GLGY0825型辊压机(辊径800 mm, 辊宽250 mm), 在液压工作压力4.5 MPa, 辊压机转速26 r/min, 辊压给料水分含量1.5%的条件下, 按图 1所示试验流程进行高压辊磨试验。当物料通过高压辊磨机后, 筛上产品N与新给料F(每次100 kg)一起进入二次辊压, 如此循环多次, 直至辊压过程平衡, 即筛下产品M和新给料质量相当, 试验结果如表 5所示。

由表 5可知, 辊压给料经5次循环后基本达到物料平衡, 振动筛返矿比为77.81%, -3 mm粒级产率为56.34%。

为考察物料入压前后的粒度特性, 对高压辊磨前后的产品进行粒度分析, 结果如表 6所示。

由表 6可知, 物料入压前粒度组成主要以粗粒为主, -1+0.074 mm、-0.074 mm粒级产率仅为5.24%、2.10%, 而入压后两个粒级产率增加至32.68%、25.38%。这是由于物料经过高压辊磨机受挤压时, 颗粒本身充当传压介质, 各个颗粒之间相互挤压产生巨大的压力导致其破碎或变形, 粉碎产品与传统破碎产品相比, 微裂纹明显增多, 破碎比大, 产品中细粒级含量显著增加^[8]。

2.3 湿式磁选抛尾试验

物料经过高压辊磨粉碎后形成大量的细粒和微细粒产品, 部分有用矿物已完成了初步解离, 因此具备了较好的粗粒抛尾条件^[9]。采用T-CCT1006型湿式磁选机(Φ1000 mm×600 mm), 将-3 mm辊压产品进行磁场强度试验, 结果如图 2所示。

由图 2可知, 辊压产品经过湿式磁选抛尾后, 后续作业的入选品位显著提高(全铁品位和磁性铁品位分别至少增加了6.33%、7.38%)。随着磁场强度的增加, 全铁和磁性铁作业回收率先大幅上升后基本保持不变, 而全铁品位和磁性铁品位则逐渐下降。当磁选场强为500 mT时, 磁性铁损失率仅为1.99%, 抛尾产率达40.11%。综合考虑, 确定适宜的湿式磁选抛尾的磁选场强为500 mT。

2.4 湿式弱磁选试验 2.4.1 磨矿细度试验

获得高品质的精矿产品要求有用矿物获得足够的单体解离度, 因此磨矿细度是影响试验结果的关键因素^[9]。为考察磨矿细度对磁选精矿产品质量的影响, 采用XMQ-67型锥形球磨机, 在液固比(质量比)为1:2、磁场强度为140 mT的条件下进行磨矿细度试验, 结果如图 3所示。

由图 3可知, 随着磨矿细度的增加, 磁选精矿全铁品位和磁性铁品位逐渐升高, 全铁作业回收率则不断下降, 而磁性铁作业回收率却小幅上升。原因在于矿石中铁矿物的单体解离度随着磨矿细度的增加而提高, 磁性铁在弱磁场中得到回收, 而非磁性铁则丢失于尾矿中。综合考虑, 确定适宜的磨矿细度为-0.038 mm含量占86.90%。

2.4.2 磁场强度试验

为考察磁场强度对磁选精矿产品质量的影响, 在磨矿细度-0.038 mm含量为86.90%的条件下进行磁场强度试验, 结果如图 4所示。

由图 4可知, 当磁场强度由80 mT增加至190 mT时, 磁选精矿全铁和磁性铁品位随着磁选场强的增加而逐渐下降, 而全铁回收率和磁性铁作业回收率则不断增加。当磁场强度为170 mT时, 精矿全铁品位为66.17%, 全铁作业回收率为80.36%, 而尾矿中磁性铁损失为1.35%;继续增加磁场强度, 虽然尾矿中磁性铁损失减小, 但精矿全铁品位也降至66.00%以下。综合考虑, 确定适宜的磁场强度为170 mT。

2.5 全流程试验

在上述条件试验的基础上, 采用图 5所示的全流程进行试验, 结果如表 7所示。

由表 7可知, 原矿干式预先抛尾后, 经高压辊磨碎至-3 mm, 再湿式磁选抛尾—湿式弱磁选, 可获得TFe品位66.09%、回收率63.25%、磁性铁回收率94.82%的合格铁精矿。

3 结论

(1) 矿石中铁元素含量仅为16.96%, 属于低品位白云石型磁铁矿石, 部分磁铁矿物嵌布粒度较细。

(2) 矿石经高压辊磨后, -1+0.074 mm和-0.074 mm粒级含量显著增加, 入磨粒度减小至-3 mm, 同时有助于后续作业抛尾, 减少矿石入磨量, 从而提高入磨矿石品位。

(3) 采用干式磁选预先抛尾—高压辊磨—湿式磁选抛尾—湿式弱磁选工艺处理该矿石, 可获得TFe品位66.09%、回收率63.25%、磁性铁回收率94.82%的合格铁精矿, 试验结果为该低品位铁矿的高效开发利用提供参考依据。