新型磁选装置的研制及其应用于分离超贫磁铁矿中的磁性铁_黄瑞成.pdf

2015 年 3 月 March 2015 岩矿测试 ROCK AND MINERAL ANALYSIS Vol． 34，No． 2 213 ～217 收稿日期 2014 －10 －21;修回日期 2015 －03 －05;接受日期 2015 －03 －08 基金项目中国地质大调查项目 地质实验测试技术研发示范与应用 12120113014300， 12120113015800 作者简介黄瑞成， 硕士， 助理工程师， 主要从事岩石矿物分析工作。E- mailhailiehao126． com。 文章编号 02545357 2015 02021305 DOI 10． 15898/j． cnki． 11 －2131/td． 2015． 02． 010 新型磁选装置的研制及其应用于分离超贫磁铁矿中的磁性铁 黄瑞成1，肖洁1， 2，魏灵巧1， 2，罗磊1，付胜波1 1． 湖北省地质局第六地质大队，湖北 孝感 432000; 2． 中国地质大学 武汉 材料与化学学院，湖北 武汉 430074 摘要磁性铁是超贫磁铁矿勘查中的基本分析项目之一， 为准确测定磁性铁的含量， 首先需要实现磁性铁的 定量分离。目前常用的手工内磁选法由于所用磁铁的有效磁场强度难以保证， 而且受人为操作的影响较大， 导致分析结果的重现性差。本文应用 50 mL 滴定管、 电磁铁和三相异步电动机， 研制了一种新型磁选装 置 电磁式磁性铁分选装置， 实现了超贫磁铁矿中磁性铁与非磁性铁的定量分离， 结合重铬酸钾容量法建 立了超贫磁铁矿中磁性铁的分析方法。在选定的磁选条件下 电流 2． 5 A， 磁选管运动频率 40 r/min， 磁选 时间 5 min 分析铁矿石标准物质， 磁性铁的测定值与标准值的相对误差小于 1． 0; 分析采自实际矿区的超 贫磁铁矿样品， 磁性铁的测定结果与手工内磁选法一致， 且相对标准偏差 RSD， n 5 小于 1． 0， 优于手工 内磁选法的精密度。本方法采用的电磁式磁性铁分选装置有效地控制了磁场强度的强弱， 避免永磁铁出现 磁损失， 同时可以量化磁性铁分离的参数， 提高了磁性铁的分析精度。 关键词超贫磁铁矿; 磁性铁; 电磁式磁性铁分选装置; 重铬酸钾容量法 中图分类号O655． 2文献标识码A 超贫磁铁矿是一个较新的概念 ［1 ］ ， 超贫磁铁 矿勘查技术规范 DB13/T 13492010 规定超贫 磁铁矿为达不到现行铁矿地质勘查规范边界品位 TFe ＜20 要求， 但其磁性铁边界品位达到 6、 工业品位达到 8以上， 在当前技术经济条件下， 通 过选矿富集可以开发利用的含铁岩石的总称。我国 超贫磁铁矿资源储量丰富， 其中河北省、 辽宁省的超 贫磁铁矿预计储量均超过 10 亿吨 ［2 ］。超贫磁铁矿 的开发利用能够有效地缓解铁矿石后备资源的不 足， 同时拓宽传统铁矿资源的概念， 对认识和开发非 传统矿产资源具有重要的意义［3 ］。 磁性铁是超贫磁铁矿勘查中的基本分析项目之 一， 准确测定超贫磁铁矿中磁性铁的含量对于圈定 矿体、 划分矿石类型及进行资源储量估算具有重要 作用。在测定超贫磁铁矿中的磁性铁时， 首先要定 量分离其中的磁性铁。磁性铁分析属于化学物相分 析， 相关研究比较少 ［4 ］， 而且目前国内外尚无铁矿 石中磁性铁分析的标准方法。在磁性铁的分析中， 目前应用较多的分离方法是磁选法， 包括手工内磁 选法、 手工外磁选法、 WFC 型磁选仪法等。手工内 磁选法由于操作简便， 已被广泛应用于铁矿石中磁 性铁的测定， 也有学者建议将其作为测定磁性铁的 基准方法 ［5 ］， 但是所用磁铁的有效磁场强度难以保 证， 而且受人为操作的影响较大， 使得分析结果的准 确度和精密度较差。手工外磁选法的适用性较差， 不能分离被严重氧化的磁铁矿石中的磁性铁， 此外， 在使用该方法时， 还应先与手工内磁选法的结果进 行对比， 无系统误差后才能使用［5 ］， 限制了该方法 的实际应用。WFC 型磁选仪法在一定程度上可以 降低人为操作因素的影响， 提高了铁矿石中磁性铁 分析结果的重现性 ［6 －7 ］， 但是操作相对繁琐， 而且 WFC 型磁选仪使用的是永磁铁， 其磁场强度一旦发 生变化， 永磁铁与磁选管之间的距离就需要仔细调 整， 目前已很少使用。此外， 班俊生等 ［8 ］借鉴选煤 用磁铁矿粉试验方法 GB/T 187112002 中磁性 物含量的测定方法 磁选管法 对磁铁矿样品进行 磁选分离， 分析结果与手工内磁选法无明显差异， 然 而磁选管法所需样品的用量大、 操作相对复杂， 不适 312 ChaoXing 合应用于大批量地质样品的分析实验。 本文设计了一种新型磁选装置 电磁式磁性 铁分选装置， 可以有效地控制磁场强度的强弱及有 无， 通过对电磁式磁性铁分选装置的工作条件进行 优化， 实现了超贫磁铁矿中磁性铁与非磁性铁成分 的定量分离， 结合重铬酸钾容量法， 建立了准确测定 磁性铁含量的分析方法。 1电磁式磁性铁分选装置 电磁式磁性铁分选装置主要由电磁铁、 50 mL 滴定管和三相异步电动机组成， 实验所用的磁选装 置如图 1 所示。用 50 mL 滴定管作为磁选管， 通过 夹子固定， 由三相异步电动机带动在垂直方向做往 复运动; 电磁铁磁极的间距固定为 14． 5 mm， 通过改 变电流的大小来调整磁选强度的强弱。电流越大， 电磁铁产生的磁场强度越大。 图 1电磁式磁性铁分选装置示意图 Fig． 1Schematic diagram of electromagnetic separation device 与 WFC 型磁选仪的工作原理类似， 磁选管装在 电磁铁的两极之间， 并在垂直方向做往复运动。当 磁选管中的试样通过磁场区时， 磁性铁即附着于管 壁， 非磁性铁在机械运动中由于重力作用逐渐下沉， 从而实现了磁性铁与非磁性铁的分离。 WFC 型磁选仪使用的是永磁铁， 在永磁铁的周 围会长期存在一定强度的磁场， 使得磁选结束后需 要取下磁选管远离永磁铁后才能转移管内的磁性铁 矿物， 此外， 永磁铁在长期使用过程中会出现不同程 度的磁损失而导致磁场强度减弱， 进而影响分离。 因此在 WFC 型磁选仪的基础上， 以电磁铁替代永磁 铁， 断电即消磁， 磁选结束后无须将磁选管取下即可 进行磁性铁矿物的转移， 提高了工作效率。该装置 拥有两套独立的激磁和传动系统， 工作时互不干扰。 2磁选铁的分离和滴定分析方法 2． 1磁性铁的分离 向磁选管中注水至 2/3 管长处， 打开磁选装置 开关; 准确称取 0． 2000 g 或 0． 5000 g 样品 视样品 含量而定 于 10 mL 烧杯中， 加水使样品混合均匀， 转移至磁选管中开始磁选; 磁选 5 min 后结束， 用水 冲洗磁选管 3 ～5 次， 取下橡胶管， 断电， 用水将吸附 在管壁上的磁性铁转移至 250 mL 锥形瓶中。 2． 2磁性铁的滴定 2． 2． 1滴定分析仪器及主要试剂 铁矿石物相分析标准物质 GBW 07271、 GBW 07274 和 GBW 07275。 重铬酸钾标准溶液 2 mg/mL 准 确 称 取 3． 5119 g 在150℃烘干2 h 的基准物质重铬酸钾， 加 水溶解后移入 2000 mL 容量瓶中。此溶液 1 mL 相 当于 2 mg 铁。 钨酸钠溶液 30 g/L 称取 3 g 钨酸钠溶于适 量水中， 然后稀释至 100 mL。 三氯化钛溶液 75 g/L 将 50 的盐酸和三氯 化钛溶液等体积混合， 现配现用。 硫酸铜溶液 20 g/L 将 2 g 硫酸铜溶于适量 水中， 然后稀释至 100 mL。 二苯胺磺酸钠溶液 8 g/L 将 4 g 二苯胺磺酸 钠溶于适量水中， 然后稀释至 500 mL。 50的盐酸 将浓盐酸与去离子水等体积混合， 现配现用。 除特别注明外试剂均为分析纯， 水为去离子水。 2． 2． 2磁性铁的滴定分析 向锥形瓶中加50的盐酸25 mL， 盖上表面皿， 置于电热板上低温加热至磁性铁全部溶解， 取下冷 却至室温后加入1 mL 钨酸钠溶液， 快速滴加三氯化 钛溶液至溶液刚好变为蓝色， 滴加 1 滴硫酸铜溶液， 加水至 100 mL 左右， 振摇锥形瓶至蓝色褪去， 加入 2 滴二苯胺磺酸钠溶液， 用重铬酸钾标准溶液滴定 至紫色出现为终点。 3结果与讨论 3． 1磁性铁测定方法的选择 磁性铁的测定方法与铁矿石中全铁含量的测定 方法相同， 通常是样品溶解后先用氯化亚锡溶液还 原， 再用三氯化钛溶液还原， 最后用重铬酸钾标准溶 液滴定 ［9 －10 ］。为简化实验步骤， 直接用三氯化钛溶 412 第 2 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2015 年 ChaoXing 液还原铁 Ⅲ→Ⅱ ， 加入 Cu Ⅱ 盐催化试液中的 溶解氧以及空气中的游离氧等氧化少量的过量 Ti Ⅲ ， 继而用重铬酸钾标准溶液滴定［11 －13 ］。 3． 2磁性铁分离条件的优化 影响电磁式磁性铁分选装置分离效果的因素主 要有电流 磁场强度 、 磁选管运动频率以及磁选时 间。磁性铁矿物的比磁化系数大于 3000 10 －6 cm3/g， 非磁性铁矿物的比磁化系数通常不超过 300 10 －6 cm3/g［6， 14 ］。在适当的电流下， 电磁铁产生 的磁力只能够吸住磁性铁矿物从而实现磁性铁与非 磁性铁矿物的定量分离。样品通过磁选管时， 磁性 铁矿物在磁极附近聚集， 因此必须使磁选管运动， 才 有利于加速磁性铁矿物的分离。此外， 磁选时间的 长短影响磁性铁矿物是否彻底分离。 3． 2． 1磁场强度的确定 按照实验方法， 考察了电流强度在 0． 5 ～3． 0 A 范围内铁矿石物相分析标准物质 GBW 07271 中磁 性铁 磁性铁标准值为 10 的分离效果。从表 1 可以看出， 随着电流的增大， 分离出的磁性铁的含量 逐渐增大。当电流强度为 2． 5 A 时， 分离出的磁性 铁的含量为10． 03， 相对误差为 0． 28， 低于地 质矿产实验室测试质量管理规范 DZ/T 0130． 1 2006 所规定的磁性铁分析的相对误差允许限 4． 36 ， 表明磁性铁基本分离完全。当电流强度 为 3． 0 A 时， 分离出的磁性铁的含量为 10． 58， 相 对误差为5． 79， 高于 规范 所规定的相对误差允 许限， 这可能是因为此时电磁铁所产生的磁场强度 过强， 而 GBW 07271 为磁铁赤铁矿石 ［15 ］， 含有氧化 程度不等的半假象赤铁矿， 其中部分的比磁化系数 在 500 10 －6 ～3000 10 －6 cm3/g 之间的半假象赤 铁矿也被吸附在管壁上， 导致分析结果偏高。因此， 本文确定磁场强度为 2． 5 A 进行后续的实验研究。 3． 2． 2磁选管运动频率的确定 按照实验方法， 考察了磁选管运动频率在 0 ～ 80 r/min 范围内 GBW 07271 中磁性铁的分离情况。 从表 1 可以看出， 当磁选管静止时， 分离出的磁性铁 的含量远远高于标准值， 这是因为磁选管静止时不 能对吸附的磁性铁进行清洗， 造成样品大量聚集从 而形成夹带作用， 导致分析结果偏高; 当磁选管开始 运动时， 在 20 ～ 80 r/min 范围内， 分离出的磁性铁 的含量随着运动频率的增大而减小， 但变化幅度不 大， 其相对误差 0． 68 ～3． 87 小于相应的相对 误差允许限 4． 36 ， 符合 规范 要求。考虑到低 频率运行有利于减小装置的损耗， 本文确定磁选管 运动频率为 40 r/min 进行后续的实验研究。 3． 2． 3磁选时间的确定 按照实验方法， 考察了磁选时间在 1 ～6 min 范 围内 GBW 07271 中磁性铁的分离情况。从表 1 结 果可以看出， 磁选时间在 5 min 以上时磁性铁基本 分离完全， 相对误差为 0． 57 ～ 0． 75， 小于相应 的相对误差允许限 4． 36 ， 符合规范 要求。本 文选择磁选时间为 5 min。 表 1电流强度、 磁选管运动频率和磁选时间对磁性铁分离 的影响 Table 1Effect of current intensity，magnetic tube’ s motion frequency and magnetic separation time on separation of magnetic iron 电流 强度 A 磁性铁 测定值 相对 误差 磁选管 运动频率 r/min 磁性铁 测定值 相对 误差 磁选 时间 min 磁性铁 测定值 相对 误差 0．54．8851．17033．97 239．67112．25 22．48 1．07．7422．632010．393．87211．29 12．89 1．58．4015．994010．070．68310．646．35 2．08．9510．47609．891．12410．565．55 2．510．030．28809．683．19510．070．75 3．010．585．7969．940．57 3． 3方法准确度和精密度 在优化的实验条件下， 对 GBW 07274 和 GBW 07275 平行分析 11 次， 结果列于表 2。磁性铁分析 的相对误差分别为 0． 63和 0． 49， 相对标准偏差 RSD 分别为 1． 2和 0． 7， 表明本分析方法能满 足超贫磁铁矿中磁性铁测定的要求。 表 2方法准确度和精密度 Table 2Accuracy and precision tests of the 标准物质 编号 磁性铁含量 标准值11 次分次测定值平均值 相对 误差 相对误差 允许限 RSD GBW 072740．80 0．810．810．80 0．800．790．80 0．830．800．80 0．810．81 0．810．6310．071．2 GBW 07275 18．50 18．5218．2018．47 18．2418．5118．29 18．5918．4318．40 18．3818．46 18．410．493．230．7 4实际矿区磁铁矿样品分析 按照优化的实验方法， 对我国某矿区的 3 个超 贫磁铁矿样品进行 5 次平行分析， 并将结果与手工 内磁选法进行对比。从表 3 可以看出， 本方法的测 定值与手工磁选法基本吻合， 而且精密度优于手工 512 第 2 期黄瑞成， 等 新型磁选装置的研制及其应用于分离超贫磁铁矿中的磁性铁第 34 卷 ChaoXing 表 3本法与手工内磁选法的分析结果对比 Table 3A comparson of analytical results of magnetic iron in ultra- low- grade magnetite samples using this and artificial magnetic separation 样品 编号 本法手工内磁选法 磁性铁测定 平均值 RSD 磁性铁测定 平均值 RSD 相对偏差 相对偏差 允许限 样品17．88 0．27．523．62．356．89 样品211．14 0．411．391．31．135．85 样品315．09 0．914．881．50．725．10 内磁选法， 相对标准偏差 RSD， n 5 小于 1． 0， 说明该方法满足实际样品的分析要求。 5结语 采用电磁式磁性铁分选装置分离超贫磁铁矿中 的磁性铁， 能够有效地控制磁场强度， 避免永磁铁在 使用过程中出现磁损失的情况， 实现了低含量磁性 铁的定量分离。相比于传统的手工内磁选法， 本研 究方法量化了分离磁性铁的参数， 降低了人为因素 的影响， 提高了分析结果的准确性和重现性， 为规范 磁性铁的分析流程、 促进铁矿石中磁性铁标准分析 方法的建立提供了一定的参考。今后需要进一步提 高磁选装置的自动化程度， 以期能够更加快速、 准确 地测定磁性铁的含量。 6参考文献 ［ 1］谢承祥， 张晓华， 王少波， 等． 承德市超贫 钒钛 磁铁 矿特征［ J］ ． 矿床地质， 2006， 25 增刊 487 －490． Xie C X， Zhang X H， Wang S B， et al． Characteristics of the Extremely Poor Vanado- Titanomagnetite Deposit in Chengde City， Hebei Province［J］ ． Mineral Deposits， 2006， 25 Supplement 487 －490． ［ 2］李厚民， 王瑞江， 肖克炎， 等． 中国超贫磁铁矿资源的特 征、 利用现状及勘查开发建议 以河北和辽宁的超贫 磁铁矿资源为例 ［ J］ ． 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magnetic separation is poor due to the human factors and the difficulty of guaranteeing effective magnetic field intensity． A new magnetic separation device electromagnetic separation devicewas developed by using 50 mL burette，electromagnet and a three- phase asynchronous motor． Magnetic iron and nonmagnetic iron in ultra- low- grade magnetite was quantitatively separated by optimizing the working conditions．Determination of magnetic iron was proposed by combining the potassium bichromate titrimetric with a magnetic separation technique． When the current was 2． 5 A，the motion frequency of the magnetic tube was 40 times/min，and the time of magnetic separation was 5 min． The relative error was lower than 1． 0 for the reference material． For the practical samples，the analysis results completed by the proposed were in agreement with those determined by artificial magnetic separation with the RSD of the proposed being lower than 1． 0，which was an improvement over the precision of artificial magnetic separation． For the new ，the magnetic field intensity was effectively controlled，the parameters for the separation of magnetic iron were quantized，and the measurement accuracy was improved for magnetic iron． Key wordsultra- low- grade magnetite;magnetic iron;electromagnetic separation device;potassium bichromate titrimetric 712 第 2 期黄瑞成， 等 新型磁选装置的研制及其应用于分离超贫磁铁矿中的磁性铁第 34 卷 ChaoXing