基于矿物基因的某鞍山式磁铁矿高压辊磨—干式预选新工艺系统研究_丁亚卓.pdf

收稿日期2020-04-21 基金项目四川省科技厅科技支撑项目 （编号 2014GZ0127） 。 作者简介丁亚卓 （1982） ， 男， 副总经理， 总工程师， 博士。 总第 528 期 2020 年第 6 期 金属矿山 METAL MINE 基于矿物基因的某鞍山式磁铁矿高压辊磨 干式预选新工艺系统研究 丁亚卓 1 丁海峰 2 杨海鹏 31 （1. 成都利君实业股份有限公司， 四川 成都 610045； 2. 中国科学院空天信息创新研究院， 北京 海淀 100089； 3. 本溪东方三家子矿业有限公司， 辽宁 本溪 117000） 摘要研究了沉积变质岩型磁铁矿的主要地质背景和矿物基因的关系， 认为矿石的矿物组分、 结构构造、 嵌 布特性、 矿物共生关系等信息是矿物基因的内在表达； 矿石力学特性、 解离特性和分选特性是矿物基因的外在表 达； 而各种地质作用的交互式影响， 是造成不同类型矿石甚至同类型矿石分选差异大的主要原因。利用MLA对本 溪某超贫超细磁铁矿进行了矿物基因学研究， 初步解释了该鞍山式沉积变质岩型磁铁矿形成过程中前期的各沉积 作用及后期的各变质作用与该矿石的矿物基因表达之间的关系。针对该矿石的矿物基因特性， 创新性地设计出高 压辊解离调控碎磨精准分选的新工艺和新装备， 分选指标比传统高压辊湿筛湿选具有明显的优势。新系统装备 在1 000万t/a的新建项目应后， 顺利达产达标， 取得了可观的经济效益。基于矿物基因特性的高压辊磨解离调控 分选系统解决方案对其它鞍山式沉积变质岩型磁铁矿的大规模低成本开发利用具有重要推广价值， 为中国钢铁行 业合理开发和利用低品位难选铁矿资源、 保障铁矿石国内供给提供了有力的技术支撑。 关键词基因矿物加工沉积变质岩鞍山式磁铁矿MLA高压辊磁力分级干选机中矿循环解离 中图分类号TD924文献标志码A文章编号1001-1250 （2020） -06-122-09 DOI10.19614/ki.jsks.202006019 Systematic Process Development and Production Practice of a Novel High Pressure Roller Dry Preconcentration for Anshan Type Magnetite Based on Mineral Gene Ding Yazhuo1Ding Haifeng2Yang Haipeng3 （1. Chengdu Leejun Industrial Co. Ltd.， Chengdu 610045， China； 2. Institute of Space and Sky Ination Innovation， Chinese Academy of Sciences， Beijing 100098， China； 3. Benxi Oriental Sanjiazi Mining Co.， Ltd， Benxi 117000， China） AbstractThe relationship between the main geological background and mineral genes of sedimentary metamorphic magnetite is studied． It is considered that the ination of mineral composition，structure，mineral distribution characteris⁃ tics and symbiosis relationship are the intrinsic expression of mineral genes；the mechanical properties，dissociation charac⁃ teristics and sorting characteristics of ore are the extrinsic expression of mineral genes；and the interactive effects of various geological processes are the main reasons for the great difference in separation of different types of ore or even the same types of ore．Based on the MLA，a super-poor superfine magnetite in Benxi was studied． The relationship between the pre-de⁃ position and post-metamorphism in the ation of this type of sedimentary metamorphic magnetite and the expression of mineral gene in this ore was explained． In view of the mineral genetic characteristics of the ore，a new technology and equip⁃ ment with dissociating controlled grinding by HPGR and precised separation were designed． Compared with the traditional HPGR-wet screening process，the sorting index has obvious advantages． After the new system equipment in 10 million t/a of new projects was successfully up to the standard，achieved considerable economic benefits． Based on mineral genetic char⁃ acteristics the HPGR dry systematic solution of dissociation control and separation is of great value for the large-scale and low-cost development and utilization of other Anshan sedimentary metamorphic magnetite，and provides a strong technical support for the rational development and utilization of low-grade refractory iron ore resources in China′s iron and steel indus⁃ try to ensure the domestic supply of iron ore． Series No． 528 June 2020 122 ChaoXing KeywordsGene mineral processing， Metasediment， Anshan type magnetite， MLA， High pressure roller， Magnetic grad⁃ ing dry separator， Middling circulation dissociation 孙传尧院士在研究硫化矿浮选基础理论时， 发 现某些区域黄铁矿的可浮性明显好于闪锌矿， 提出 了不强拉、 不强压、 充分利用矿物天然可浮性实现和 谐选矿的异步等可浮工艺 ［1］。孙院士和印万忠教授 合著的 硅酸盐矿物浮选原理 利用矿物晶体化学理 论和鲍林键价规则系统研究了五大类硅酸盐矿物的 解离特性和浮选特性 ［2］， 后来他们又带领团队分别研 究了硫酸盐矿物、 碳酸盐矿物、 磷酸盐矿物和含钙含 镁矿物的解离特性和浮选特性； 这些矿物是三大类 岩石岩浆岩、 沉积岩和变质岩的主要造岩矿物。 这些研究内容和方法为基因矿物加工学的创立奠定 了坚实的理论基础。孙院士提出尽管矿石千差万 别， 但它与矿床成因、 矿床类型和矿石、 矿物等固有 的基因有内在的联系， 因此矿床、 矿石和矿物的基因 特征应是决定矿物分选的最本质因素， 包括矿物组 成、 嵌布特性、 结晶粒度、 矿物的晶体结构、 元素信 息、 化学键信息、 晶格信息、 缺陷信息等， 是由矿床成 因及工业类型、 矿石的结构构造、 物质组成、 矿物的 共伴生和相嵌特性决定的， 并将最终影响矿石碎磨 和分选等加工特性 ［3］。 东北大学徐小荷教授1984年所著 岩石破碎学 中系统总结和评价了普洛托齐雅克诺夫、 苏哈诺夫、 巴隆和史莱涅尔等前苏联科学家们关于岩石坚固性 的观点， 并提出了根据每一类别的岩石破碎方法制 作相应的实验设备对岩石坚固性进行评级， 不仅能 很好地表征具体采掘方法的难易程度， 又能揭示不 同采掘方法的不同本质。而揭露岩石坚固性的实质 是为了说明岩石为什么具有统一坚固性、 阐明影响 岩石坚固性的因素、 采矿过程的机械化和采矿工作 的科学化。徐小荷教授明确指出， 从岩相学方面研 究矿石组成和结构跟坚固性的关系还不充分， 尤其 对岩浆岩和变质岩， 几乎理不出头绪， 但仍就总结了 部分研究成果 煤的变质程度和坚固性的关系， 石英 聚集岩的坚固性和孔隙率、 胶结物、 颗粒粗细之间的 关系， 碳酸盐的种类、 成分和结构与坚固性的关系， 花岗岩的风化程度对坚固性的影响 ［4］。这些工作现 在看来尤其珍贵， 其研究方法和成果为基因矿物加 工工程中的碎磨机理和能耗评级部分提供了非常有 益的方向性指导。但在选矿领域， 碎磨理论一直局 限在矿石的能量-粒度方程求解和大数据积累范围 内， 其与矿石基因特性的内在关系始终没有人涉足， 没有再出现理论及应用方面的突破。 北京矿冶研究总院贾木欣系统研究了不同铁矿 床与选矿分离特性之间的关系， 发现对于变质成因 的铁矿床， 变质程度和氧化程度是影响可选性的主 要因素， 年代越久远， 变质程度越高的矿石磁铁矿含 量越高， 铁矿物结晶粒度越粗， 矿石越易选； 年代较 近， 变质程度低或后期氧化的矿石中赤铁矿含量高， 需要强磁和浮选分离； 火山作用未受变质作用影响， 常形成镜铁矿， 需要强磁或焙烧后磁选； 如果沉积岩 中出现碳酸盐成分， 常可形成菱铁矿矿床， 导致分选 难度增加 ［3］。这些工作初步总结了沉积变质岩型铁 矿的可选性分类， 但是基因矿物加工学要指导具体 的矿山开发利用， 需要对具体的个例进行深入系统 研究， 例如时代久远但变质程度较浅的沉积岩往往 形成硬度较高 （f＞16） 、 微细粒嵌布的大型贫磁铁矿 床， 诸如澳大利亚中信泰富Sino铁矿， 该客户采用了 自磨顽石破碎球磨阶磨阶选工艺， 投产8年未 达到设计产能， 这是对基因矿物加工学研究不充分， 工艺路线选择严重误判导致投资重大损失的案例之 一。后来冯定伍和何明照带领Sino团队开展了详细 的矿物基因研究， 在充分掌握了选矿流程各阶段产 品解离特性后， 三段磁选应用石家庄金垦的节水型 电磁淘洗机， 在不影响精矿品位的条件下， 放粗磨矿 细度， 提高了系统产量， 2019年全年完成了2 000万t 湿基铁精粉的产量目标， 创造了历史。 矿石的解离特性和分选特性与碎磨方法和分选 工艺密切相关， 众多文献都提到高压辊磨可以使矿 石沿不同矿物结合力最脆弱的界面解离， 或沿同种 矿物结合力最弱的解理面碎裂， 是较优的碎磨方式， 因此将矿物基因与碎磨方式结合起来就非常重要。 成都利君实业股份有限公司 （以下简称 “利君股 份” ） ， 自2010年起与东北大学、 福州大学开展这方面 研究， 10余年的持续研究取得了许多研究成果 针对 鞍山式贫磁铁矿开展了常规碎磨磁选和高压辊碎 磨磁选的对比研究， 揭示了高压辊磨产生的大量 微裂纹是精矿获得较高品位和回收率的主要原因； 针对攀枝花钒钛磁铁矿开展了常规碎磨和高压辊碎 磨工艺对比研究， 提出了高压辊-3 mm闭路碎磨弱 磁、 强磁抛尾的工艺流程， 提高了钛资源的回收效 果； 针对鞍山式赤磁混合矿进行了常规碎磨和高压 辊碎磨工艺分别对重、 磁、 浮联合分选工艺指标影响 的对比研究， 提出了高压辊磨分质分选的理论； 针 对某铜钼矿和某铜银矿进行了常规碎磨和高压辊碎 2020年第6期丁亚卓等 基于矿物基因的某鞍山式磁铁矿高压辊干式预选新工艺系统研究 123 ChaoXing 磨-浮选工艺的对比研究， 发现合理选择高压辊球 磨工艺可大幅提高有用矿物在高效浮选粒度区间的 比例， 减少过磨和欠磨， 提出高压辊磨选择性快速 磨矿理论， 可降低药剂消耗， 提高浮选回收率； 在金 矿堆浸和铜矿堆浸方面， 高压辊产生的微裂纹可以 显著提高浸出速度或浸出率。 沉积变质岩型铁矿床占全球铁矿储量的90 ［5］， 我国大型铁矿总开发量的50以上都是这类铁矿， 如鞍钢矿业公司、 本钢矿业公司、 首钢矿业公司、 河 钢矿业公司、 太钢矿业公司、 济钢矿业公司、 舞钢矿 业公司、 新余钢铁矿业公司等。利用基因矿物加工 的方法研究我国最主要的铁矿资源， 对保障钢铁行 业原料自给率， 构建一条绿色、 节能、 低碳、 可持续的 矿业制造价值链体系， 具有重要的战略意义。首先， 基因矿物加工研究有利于探清矿石力学参数性能的 实质， 从而选择成本最优的碎磨工艺路线； 其次， 基 因矿物加工研究有利于预测矿石的解离特性， 从而 选择最合理的分选工艺路线； 第三， 基因矿物加工研 究有利于揭示矿石的分选特性， 从而开发最适合的 分选装备。 本文首先分析了鞍山式沉积变质岩型铁矿床和 矿物基因的关系， 然后针对本溪东方三家子矿业公 司该类型超贫超细磁铁矿， 利用MLA研究了矿石的 基因矿物学信息， 并基于矿物基因结果， 开发了高压 辊解离调控碎磨、 精准分选的新型碎磨分选工艺及 系统装备， 并成功应用于工业生产， 取得了较好的效 果， 为客户创造了可观的经济效益。本文提出的研 究方法和整体系统解决方案， 应用到其它类型的铁 矿资源开发利用中， 对超贫超细难选磁铁矿走出一 条创新发展的道路具有积极意义。 1鞍山式沉积变质岩型铁矿床的主要地质背 景与矿物基因的关系 鞍山式沉积变质岩型铁矿床主要是海底火山碎 屑沉积岩经过后期复杂变质作用形成的 ［5］， 沉积期主 要于前寒武纪， 距今38亿～19亿年， 变质期可延续到 距今1亿年左右的晚侏罗纪。在这个地质时期， 全球 范围内生成了众多大型铁矿床， 主要有阿尔戈马型、 苏必列湖型、 拉匹坦型及其之间的过渡类型， 在国内 也分为杏山型、 新余型、 大栗子型等亚型， 在鞍本片 区， 也存在这些亚型的过渡带 ［6］。地质学主流观点认 为， 沉积期间的火山热液活动与铁建造 （IF） 密切相 关， 往往火山热液活动强， 铁矿规模也大 ［7］； 而后期的 重结晶、 交代充填、 褶皱断裂、 挤压破碎等变质作用 ［8］ 的交互式影响最终产生了这些不同的沉积变质岩铁 矿床的亚型， 各亚型铁矿床的矿石可选性有比较大 的差异， 但它仍具有一定的规律性。变质作用是如 此复杂， 五大类硅酸盐矿物、 碳酸盐矿物、 磷酸盐矿 物包括含铁矿物在有O2、 CO2和H2O参与的变质反应 在一定热力学条件下是可逆的平衡反应， 反应进程 与反应物、 反应产物的浓度变化、 气体分压、 温度、 湿 度、 压力等条件均都相关， 所以徐小荷教授的评价 “理不出头绪” 颇为无奈， 但他仍罗列了苏氏岩石坚 固性评级法中不同变质结果的各类型岩石的坚固性 数据。而基因矿物加工的方法可以使变质过程造成 的复杂岩石特性简单化， 孙院士提出从矿石与矿物 基因信息层面研究， 即无论变质作用如何复杂， 矿物 加工对象的各类矿物现存的晶体化学特征是有普遍 规律的， 通过结晶粒度信息、 化学键信息、 缺陷信息 是可以得到有规律的矿石力学特性、 解离特性和分 选特性， 从而预测结果。 基于上述研究可以做出初步总结 矿石的矿物 组分、 结构构造、 嵌布特性、 矿物共生关系等信息是 矿物基因的内在表达； 矿石力学特性、 解离特性和分 选特性是矿物基因的外在表达； 而各种地质作用的 交互式影响， 是造成不同类型矿石甚至同类型矿石 分选差异大的主要原因。 2东方三家子磁铁矿矿物基因研究 2. 1区域地质概述 ［9］ 矿区位于中朝准地台、 胶辽台隆， 次级单元包 括 太子河浑江台陷和辽阳本溪凹陷。区域广 泛发育有太古界鞍山群、 下元古界辽河群、 上元古界 青白口系、 震旦系及古生界地层， 岩浆活动频繁， 鞍 山群地层混合岩化作用强烈， 褶皱构造形态复杂， 地 层经历了漫长的变质地质作用， 岩石变质程度较深。 2. 2矿区地质及矿床概述 ［9］ 区内出露地层主要为太古界鞍山群， 以黑云母 变粒岩为主， 夹石英云母片岩、 磁铁角闪石英片岩， 在磁铁角闪石英片岩中赋存有鞍山式铁矿体。区内 褶皱构造以少量单斜形式出现， 断裂构造也不发育， 主要表现为层间挤压破碎， 层间挤压破碎带内发育 片理化和石墨化， 规模小， 对矿体走向和倾向两个方 向的连续性未有破坏作用， 仅局部节理、 裂隙较为发 育。区内岩浆岩出露较少， 主要为小规模岩脉类， 包 括石英细脉、 方解石细脉、 闪长岩脉等。在黑云母变 粒岩和磁铁角闪石英片岩中沿层理局部可见有混合 花岗岩脉体出现。黑云母变粒岩与石英云母片岩接 触部的磁铁角闪石英片岩中， 包含Fe1和Fe2两条主 矿体。Fe1矿石TFe品位在22.20～28.80， TFe平均 品位 20.50， 品位变化系数 21.70； mFe 品位在 5.00～23.10， mFe平均品位11.77， 品位变化系数 金属矿山2020年第6期总第528期 124 ChaoXing 47.55。Fe1矿体铁矿类型为含磁铁角闪石英片岩 型， 矿体围岩为磁铁角闪石英片岩， 矿体形态为层状。 金属矿物主要为磁铁矿及少量赤铁矿， 非金属矿物主 要为长石、 石英、 角闪石及少量云母。该矿体由地表 至深部以矿化体为主体， 仅局部构成工业矿体。似层 状、 波状产出， 具膨缩现象， 夹层较多， 且矿体TFe、 mFe 品位、 厚度变化较大， 稳定性较差， 致使工业矿体与非 工业矿体频繁交替出现。Fe2矿体矿石 TFe品位在 17.4～35.1， TFe 平均品位 18.14， 品位变化系数 20.36。mFe 品位在 5.00～30.90， mFe 平均品位 8.30， 品位变化系数46.43。Fe2矿体铁矿类型为 含磁铁黑云石英片岩型。矿体围岩为磁铁绿泥石英 片岩， 矿体形态为层状。金属矿物主要为磁铁矿及少 量赤铁矿， 非金属矿物主要为长石、 石英、 绿泥石及黑 云母。该层铁矿体品位、 厚度变化较小， 似层状、 波状 产出， 无论是走向延长还是倾斜延深均较稳定。 这些围岩和矿体特征表明该区的矿石变质程度 较浅， 与整个鞍本区域的沉积变质岩型铁矿床有一 定的差异， 该结论对矿石的力学特性、 解离特性和分 选特性都有明确的指导意义。 2. 3基于MLA的矿物基因分析 MLA是mineral liberation analysis的简称， 也称为 矿物解离度分析仪， 是利用扫描电镜、 能谱仪和矿物 解离度分析软件的技术组合， 将矿石切片或制成一 定细度的粉样， 经过树脂镶嵌固定喷碳后， 不同矿物 在扫描电镜背散射图像下呈现不同的灰度值， 对不 同灰度值的矿物打能谱得到不同的结果， 对比矿物 能谱数据库， 决定是何种矿物的自动定量矿物分析 手段， 目前广泛应用于工艺矿物学基础研究， 大大提 高了工艺矿物学研究的效率。当然该方法也有一定 局限性， 例如无法判断结构相似、 元素相近， 晶体化 学特征不同的矿物， 如单链状的辉石族和有OH-的双 链状角闪石族矿物、 岛状的橄榄石族和石榴子石族、 层状的云母和绿泥石等， 这时候往往还需要薄光片 对照鉴定。表1和图1为东方三家子两条主矿体矿 石切片的MLA分析结果， 图中亮白色是磁铁矿、 灰白 色是阳起石或黑云母、 深灰色是长石和石英。 注 *经镜下校核部分为黑云母， 经镜下校核为阳起石。 从表1和图1可以看出 矿石属低磷含硫单一低 品位微细粒不均匀嵌布的酸性原生磁铁矿； 矿石的 主要组成矿物种类较为简单， 铁矿物为单一磁铁矿； 脉石矿物以石英、 长石、 黑云母、 绿泥石和阳起石居 多。矿石中磁铁矿主要以浸染条带状产出， 根据浸 染的疏密又可进一步分为稠密浸染结构、 中等浸染 结构和稀疏浸染结构等不同类型。磁铁矿分散度 高、 粒度细小， 仅有少部分粗粒磁铁矿产出。 2. 4沉积过程对矿物基因的影响分析 从不同磁铁矿浸染特性可以反演并推测沉积过 程及其对矿物基因的影响机制 火山碎屑从海底喷 发后， 在海水的搬运作用下， 基本规律是等速沉降原 理， 即粗粒低密度的长石、 石英碎屑和细粒高密度的 磁铁矿碎屑有相同的沉降速度； 搬运至沉积矿区过 程中， 海水的流速、 温度乃至不同火山含铁质碎屑的 喷发量和海水混合后的矿浆密度复杂多变， 因而在 铁质碎屑量大、 海水流速快、 矿浆密度大的微观时空 范围形成了铁质颗粒稠密混合硅质颗粒区； 在铁质 碎屑量小、 海水流速慢、 矿浆密度小的微观时空范围 形成了铁质颗粒稀疏混合硅颗粒区， 造成了硅铁条 带状建造稠密程度不均匀的矿物基因内在表达， 这 对分析和预测该矿石的解离特性和分选特性都有重 要的指导意义。 将部分图片放大观察矿石构造的微观细节， 又 有新的发现， 见图2。 从图2可以明显地看出， 矿石是由众多颗粒细小 的火山碎屑物经过数亿年甚至数十亿年沉积、 压实、 2020年第6期丁亚卓等 基于矿物基因的某鞍山式磁铁矿高压辊干式预选新工艺系统研究 125 ChaoXing 胶结和成岩作用形成的。从图1和图2中基本找不 到基底胶结和孔隙胶结等沉积岩中常见胶结方式， 而几乎全部是细小沉积颗粒的接触胶结。沉积过程 中， 由于压实作用和压溶作用强度增大出现了以颗 粒支撑、 颗粒连接、 无胶结物式的成岩过程， 而且磁 铁矿颗粒和脉石颗粒往往形成了点接触、 线接触、 凸 凹接触， 在石英与石英颗粒间还形成了众多缝合接 触。这些成岩形式因胶结物极少， 颗粒接触不完全， 留有众多颗粒间的孔隙。可以预测火山碎屑沉积物 的颗粒越细， 比表面积越大， 沉积成岩后的孔隙越少 或越小， 导致岩石的坚固性越高。从化学键的角度 分析， 火山碎屑沉积物粒度越细， 颗粒接触成岩过程 的新生化学键越稳定， 颗粒边界晶体共格强度越强， 晶体缺陷就越少。这与该矿区颗粒细、 埋藏深度深 与矿石硬度高有一定的正相关性。 2. 5变质过程对矿物基因内在表达的影响 从MLA图片结果判断， 磁铁矿晶体重结晶长大 现象很少见， 基本都是原生的火山喷发时期的磁铁 矿碎屑颗粒； 石英和长石颗粒仅有少部分在线接触 的基础上发生了重结晶， 颗粒边界消失， 小颗粒融合 为较大颗粒。在第一次变质期 （约25亿年左右） ， 经 过火山热液交代的作用， 首先产生了绿泥石、 云母等 初级变质产物； 在第二次变质期 （约1.5亿年左右） ， 火山热液侵入又产生了阳起石等中级变质产物， 这 对矿物基因产生了较大的影响； 另一方面， 由于矿区 内的褶皱、 断裂等构造不发育， 挤压碎裂的变质作用 也不发育， 仅有局部有岩石节理和破碎， 因此这些变 质过程较弱， 没有产生鞍本地区该类矿石常见的混 合岩化作用， 因此对矿石和矿物基因的影响不大。 2. 6各地质作用对矿物基因外在表达的影响 （1） 细粒级火山碎屑的沉积作用导致矿石坚固 性极高， 但众多接触胶结作用留下的孔隙可以加以 利用成为碎磨过程的裂隙源。选择高压辊磨的碎磨 方式， 可以实现矿石沿沉积碎屑颗粒边界的高效粉 碎以及沿不同矿物边界的快速解离， 高压辊干选精 矿MLA微观图片见图3。这些微裂纹尤其是沉积碎 屑颗粒间的微裂纹可大幅改善预选精矿的可磨度， 降低碎磨系统能耗。 （2） 矿石破碎解离至-3 mm左右时， 会产生磁铁 矿稠密浸染结构聚集颗粒、 稀疏浸染结构聚集颗粒 和脉石聚集颗粒， 在分选设备的开发中， 可以利用该 特点， 将这3部分一次性分开 稠密浸染结构聚集部 分多为半精矿进入后续的再磨再选工序， 稀疏浸染 结构部分作为中矿返回碎磨工序循环解离， 脉石聚 集部分作为尾矿抛弃。 （3） 磁铁矿的重结晶很少， 对后续磨选带来较 大的难度， 即需要细磨才能使磁铁矿充分解离； 脉 石矿物的重结晶对矿石的坚固性起了一定的增强 作用， 但比例较少， 对碎磨过程影响不大； 而变质作 用产生的层状硅酸盐矿物云母、 绿泥石和链状硅酸 盐矿物阳起石， 均降低了矿石的坚固性， 使矿石更 易碎磨， 但也容易出现次生矿泥， 产生更严重的磁 性夹杂和机械夹带， 影响磁选的指标， 需要在工艺 流程制定中选择合适的分选工艺及装备。嵌布粒度 显示， 矿石中磁铁矿具微细粒不均匀嵌布的特征。 为保证90％以上的磁铁矿获得解离， 处理本矿石时 以选择-0.037 mm95％左右的磨矿细度较为适宜。 2. 7基于矿物基因的分选工艺设计 根据矿物基因的研究结果， 作者带领团队开发 了专利产品磁力分级干式磁选机 ［10］， 结构简图见图 4。制定了高压辊3 mm干筛磁力分级干式磁选机 抛尾中矿循环解离整体系统解决方案 ［11］， 工艺 流程图见图5。 基于矿石细粒嵌布的基因特征， 入磨前要想大量 抛尾， 需要对-3 mm粒级以下进行初次分选， 在使用 金属矿山2020年第6期总第528期 126 ChaoXing 高压辊做细碎设备后， -3 mm粒级下会产生大量的细 粒级物料， 往往循环平衡时-3 mm粒级中-0.074 mm 粒级物料量大于20， 细粒级越多， 采用传统干式磁 选工艺时磁性夹杂和机械夹杂就越严重。而磁力分 级干式磁选机利用360旋转交变磁场的作用原理， 最 大程度地减少了细粒磁性夹杂和机械夹杂， 让已充分 解离的脉石颗粒部分进入尾矿； 其次， 新型磁选机巧 妙地设计出360旋转磁场和不同心外滚筒的技术组 合， 构建了独特的交变渐弱分选磁场， 这就让具有不 同比磁化系数的磁铁矿稠密浸染结构颗粒和稀疏浸 染结构颗粒实现了有效分离， 即中贫连生体和富连生 体可以通过渐弱磁场依次进入中矿和精矿， 在提高干 选精矿品位的同时， 让未完全解离的贫连生体返回高 压辊磨循环辊压， 通过辊筒和磁系的转速组合调整， 即改变磁场的N/S极交变频率以及调整离心力的大 小， 同时调整分矿板的位置， 可以调节富连生体和中 贫连生体在精矿和中矿的分配比例， 实现高压辊对中 矿循环解离的调控与磁力分级干选机的精准分选。 对Fe1与Fe2矿石按质量比为1 ∶ 1组成的混合矿 样采用高压辊破碎至-3 mm的产品进行磁力分级磁 选机分选的结果见表2， 对精中尾三产品MLA解离度 分析结果见表2、 图7和表3。可以看出， 干选精矿和 中矿在单体磁铁矿含量和富连生体含量都有明显的 差异， 尾矿中磁性铁含量不高， 可直接抛尾。 2020年第6期丁亚卓等 基于矿物基因的某鞍山式磁铁矿高压辊干式预选新工艺系统研究 3传统高压辊工艺和基于矿物基因的高压辊 解离调控精准分选工艺对比 3. 1传统高压辊工艺 根据图7的流程将Fe1和Fe2矿体按质量比1 ∶ 1 混合矿样高压辊磨机破碎至-3 mm产品在磁场强度 为240 kA/m进行湿式预选 （武汉洛克CZS450/540） ， 得到湿选抛尾结果见表4。 表4可以看出， 对混合矿样采用传统高压辊磨 湿式闭路筛分湿选抛尾工艺可以抛去 21.91 的尾 矿。对预选精矿再磨至-0.037 mm 占 95.7， 在 96 kA/m的磁场强度下湿选可以得到产率12.96、 铁品 位65.43的最终精矿。 127 ChaoXing 金属矿山2020年第6期总第528期 3. 2基于矿物基因的高压辊解离调控精准分选工艺 根据图6的工艺将原矿进行高压辊磨机3 mm干 筛、 磁力分级磁选机抛尾、 中矿循环解离， 得到预选 抛尾结果见表5。 从表5可以看出， 对混合矿样采用新型高压辊磨 干筛磁力分级干选抛尾中矿循环解离再磨 再选工艺可以抛去53.82的尾矿。将预选精矿再磨 至-0.037 mm占94.9， 在96 kA/m的场强下， 得到产 率16.64、 铁品位65.76的最终精矿。 可以看出， 新工艺具有明显的指标分选优势。根 据矿石的基因特性基本可以判断， 因为干选抛尾率 高， 提前把容易泥化的阳起石、 黑云母和绿泥石等矿 物提前抛出， 大幅减少了后续再磨再选中的磁性夹杂 和机械夹杂作用； 传统方案抛尾率低， 较多的易泥化 矿物进入球磨工序， 往往引起磨机内料浆粘度的变 化， 更易造成有用矿物的过磨， 造成尾矿损失加大。 3. 3干/湿抛尾精矿后续磨矿参数对比 对两种工艺的预选精矿进行了可磨度对比， 结 果见图9。 由图9可以计算得到， 以-0.074 mm计的湿选精 矿球磨功指数为12.95 kWh/t， 干选精矿球磨功指数 为9.45 kWh/t； 磨矿细度-0.074 mm占90时， 以湿选 精矿新工艺的干选精矿相对磨矿时间比常规高压辊 湿选精矿降低了 32， 0.074 mm 球磨功指数降低了 27。从2种高压辊预选效果和后续再磨再选对比 可以看出， 新工艺可以实现更高的抛尾率和入磨品 位， 预选精矿的易磨性也显著改善， 这对超细超贫磁 铁矿的整体系统节能降耗带来巨大的优势。尤其对 没有尾矿库的矿山， 实现干尾的低成本干堆或干法 制砂综合利用具有重要意义。当然对于干选过程中 的除尘问题， 工艺设计时要仔细借鉴水泥行业除尘 系统丰富成熟的经验， 在密封措施和风路设计、 生产 中的维护管理方面也都提出了更高的要求。 4新工艺的生产实践 东方三家子矿业公司于 2018 年年初启动 1000 万吨/年新建选厂建设， 因矿区水资源短缺、 尾矿库资 源无法满足正常的湿选流程， 因此采用了利君股份 提出的高压辊3 mm干筛磁力分级干选抛尾再磨 再选工艺系统。主要设备选型见表6。 2019年3月， 项目完工进入调试， 为克服Fe1矿体 夹层多、 矿石品位波动大、 剥采比大、 废石量大的先天 不足， 根据矿体基因特征， 加大Fe2矿体出矿量， Fe1和 Fe2矿体按采出矿量1 ∶ 3组织生产， 从而降低了剥采 比， 降低了采矿成本。由于Fe2矿体嵌布粒度更细， 品 位更低， 因此采取了如下措施 加大破碎量和大块抛 尾能力， 调整高压辊干选系统运转参数， 减少干选抛 尾量， 提高入磨量以满足后续球磨机选型负荷的生产 需要， 增加了塔磨机台数和电磁淘洗机进行更细磨矿 和强化精选作业， 更换压滤机作为精矿脱水设备， 最 终在-0.037 mm占98的细度条件下， 顺利达到了年 产铁品位65精粉100万t的产能目标。 2019 年 4月， 利君股份组织团队对高压辊干磨 干选工序进行了为期3 d的流程考察， 结果见图9和 128 ChaoXing 表7。 2019年10月至2020年3月， 东方三家子矿业公 司对该项目进行了连续5个月的成本考察， 得到如下 结果 采矿 （剥岩） 成本4.5 元/t （含运输） ， 剥采比2， 总 选比10， 直接采矿成本135 元/t精矿， 直接选矿成本 145 元/t 精矿， 直接总成本 280 元/t， 目前销售价格 610 元/t （湿基不含税出厂价） ， 该系统的成功运行， 为 客户创造了可观的经济价值， 也为同类型鞍山式贫 磁铁矿开发提供了成功的实施案例。 5结论 （1） MLA可以作为基因矿物加工研究的重要手 段， 对反演矿床生成过程的地质作用提供了清晰直 观的图片资料。 （2） 鞍山式沉积变质岩型磁铁矿的沉积作用和 变质作用都对矿石的基因产生了巨大的影响， 主要 包括矿石的力学性能参数、 解离特性和分选特性。 利用沉积作用和变质作用对有用矿物和脉石矿物基 因特性的影响机制， 可为分选工艺和装备的选择与 开发提供有益的信息。利君股份针对本溪东方三家 子矿业的超贫超细磁铁矿开发了高压辊干式筛分 磁力分级干选抛尾中矿循环解离再磨再选整体 系统解决方案， 并成功应用于1 000 万t/a规模的新建 2020年第6期丁亚卓等 基于矿物基因的某鞍山式磁铁矿高压辊干式预选新工艺系统研究 129 ChaoXing 工程中， 取得了可观的经济效益。 （3） 本文提出的基因矿物加工的研究方法和技 术路线可以推广到其余同类型矿山的提产节能改造 或资源综合利用项目中， 为增加矿山效益、 提高我国 铁矿资源保障能力提供了一条低成本、 高效益、 节能 降耗、 环保节水的技术路线。 参 考 文 献 陈经华． 会泽铅锌矿硫化矿等可浮异步浮选及氧化矿浮选基础 研究 ［D］ ． 沈阳东北大学， 2006． Chen Jinghua． Basic Research on Iso-Asynchronous Flotation of Sulfide Ore and Oxidized Ore in Huize Lead-Zinc Ore［D］ ． Shenyang Northeastern University， 2006． 孙传尧， 印万忠． 硅酸盐矿物浮选原理 ［M］ ． 北京科学出版社， 2001． Sun Chuanyao，Yin Wanzhong． Flotation Principle of Silicate Min⁃ erals ［M］ ． Beijing Science Press， 2001． 孙传尧， 周俊武， 贾木欣， 等， 基因矿物加工工程研究 ［J］ ．有色金 属 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