贵州菱锰矿高梯度磁选过程中矿物结构及其磁性能变化①_陈文祥.pdf

贵州菱锰矿高梯度磁选过程中矿物结构及其磁性能变化 ① 陈文祥1，2， 邓 强1， 张周位1， 杨 祥2， 严春杰2， 吴 艳2 1.贵州省地质矿产中心实验室,贵州 贵阳 550018； 2.中国地质大学 材料与化学学院 纳米矿物材料及应用教育部工程研究中心,湖北 武汉 430074 摘 要 通过一粗一扫高梯度磁选实验,讨论了磁选过程中贵州菱锰矿各阶段矿物的结构、磁性能与分选效果之间的关系,结果表 明,所有阶段产品均具环内顺磁行为,且在较小的局部区域内,它们具有不同的矫顽力。 磁滞回线的对比分析表明,铁磁性矿物黄 铁矿的氧化物在菱锰矿物磁选中交互作用,导致无法分离,也很好验证了总铁含量居高不下,其一直伴随着菱锰矿。 关键词 菱锰矿； 高梯度磁选； 矿物成分； 磁性能 中图分类号 TD924文献标识码 Adoi10.3969/ j.issn.0253-6099.2018.04.014 文章编号 0253-6099201804-0057-04 Variation of Mineral Structure and Magnetic Properties in the Process of High Gradient Magnetic Separation of Rhodochrosite Ore from Guizhou CHEN Wen-xiang1,2, DENG Qiang1, ZHANG Zhou-wei1, YANG Xiang2, YAN Chun-jie2, WU Yan2 1.Guizhou Central Laboratory of Geology and Mineral Resources, Guiyang 550018, Guizhou, China； 2.Engineering Research Center of NanoGeo Materials of Ministry of Education, Faculty of Materials Science and Chemistry, China University of Geosciences, Wuhan 430074, Hubei, China Abstract A rhodochrosite ore from Guizhou was processed using a high gradient magnetic separation flowsheet consisting of one roughing and one scavenging, and the relationships between mineral structure, magnetic properties and their separation efficiency for each processing stage were investigated. Results showed that all the minerals within the ring are of paramagnetic and possess varied coercive intensity in some local regions. The comparison of magnetic hysteresis loops showed that there was interaction between ferromagnetic minerals the oxidation products of pyrite and rhodochrosite minerals, resulting in the difficulty for their separation from each other, which thus contributed to the total iron content remaining high in rhodochrosite concentrate. Key words rhodochrosite ore； high intensity magnetic separation； mineral components； magnetic properties 锰矿是继铁矿、铝矿之后,排位第三的金属矿,属国 家战略紧缺矿产之一。 我国锰矿以沉积型菱锰矿为主, 锰矿成矿过程中矿床成因复杂、环境多变、范围狭窄并 伴有大量杂质,这是我国锰矿贫细杂化的根本原因［1-3］ 。 锰矿是贵州省的优势矿种之一,近几年来,贵州发现 4 个超亿吨锰矿床,新发现总量达到 6 亿多吨,超过了国 内原有 5 亿多吨的保有总量,占目前我国所有锰矿保有 资源量的 60％左右,但矿石中锰的品位较低,且其嵌布 粒度细微,因此提锰降磷降铁的分选难度很大［4-7］。 在 众多选矿工艺中,强磁选工艺简单,通过结合重选或焙 烧工艺,复合磁选锰品位一般能提高约 4～10 个百分 点［8-10］。 锰矿一般为弱磁性矿物,菱锰矿是反铁磁性 的,在尼尔温度32.2 K下具有弱的铁磁性,比磁化系 数为 6.6110 -8 m3/ kg；在尼尔温度之上显示为顺磁性, 比磁化系数为50～25010 -9 m3/ kg ［11］。 菱锰矿是一 种难磁化材料,需要较强磁场才能得到磁饱和。 在脉石 矿物中,石英是一种抗磁性材料,在室温下其比磁化系 数为-6.2910 -9 m3/ kg；而伊利石是一种顺磁性材料,在 室温下其比磁化系数为 15.2910 -8 m3/ kg。 因此,通过 高梯度强磁选有望对其分离［12-13］。 但目前的研究仅仅 局限于磁选参数对分选效果的影响,对其矿物成分结构 及其磁性能的变化相关的研究较少。 鉴于此,本文以贵 州典型的锰矿区遵义锰矿为研究对象,在工艺矿物学研 究基础上,对其进行了一粗一扫磁选工艺参数优化及放 ①收稿日期 2018-01-12 基金项目 贵州省科技计划项目黔科合 SY 字［2015］3003 号；国家自然科学基金51774259 作者简介 陈文祥1966-,男,贵州毕节人,研究员,硕士,主要从事矿产资源综合利用研究。 通讯作者 吴 艳1980-,女,湖北随州人,副教授,博士,主要从事矿物分离与提纯及矿物材料功能化研究。 第 38 卷第 4 期 2018 年 08 月 矿矿 冶冶 工工 程程 MINING AND METALLURGICAL ENGINEERING Vol.38 №4 August 2018 ChaoXing 大工业化实验,分析其分选过程中矿物成分及磁性能的 变化。 1 原矿性质及实验方法 1.1 原矿性质 实验所用低品位菱锰矿取自贵州省遵义锰矿。 遵 义锰矿来源于二叠系上统龙潭组底部及峨眉山玄武岩 之下的含锰岩系地层中。 原矿化学多元素分析结果见表 1。 原矿锰矿品位 25.49％,矿石中 Mn/ Fe 比 3.07,P/ Mn 比 0.004,是典型 的低磷中铁锰矿石。 为达到富集锰矿物的目的,需要选 矿排除的脉石组分主要为 SiO2,其次是 Al2O3和 CaO, 三者合计含量为 47.27％。 表 1 原矿化学多元素分析结果质量分数 / MnTFeSiO2Al2O3CaOCuOTiO2Na2O 25.498.3121.0714.9611.240.0210.700.058 MgO K2OV2O5SO3P2O5Co3O4 NiO As2O3 2.681.180.0826.740.240.0320.0260.007 原矿锰物相分析表明,矿石中有 93.45％的锰赋存 在碳酸锰矿物中,其次赋存在水褐锰矿、软锰矿中,占锰 总量的 6.55％。 碳酸锰矿物是主要的载锰矿物,为选冶 试验研究的主要对象。 X 射线衍射分析表明原矿以菱 锰矿为主,脉石成分主要为黄铁矿、石英和白云石。 1.2 实验方法及设备 将原矿破碎至-0.074 mm 粒级占 84％以上,给矿量 200 g, 使用 Slon100 脉动高梯度磁选机进行磁选,测定 磁选精矿、尾矿品位,并计算产率和回收率。 实验流程 如图 1 所示。 原矿 扫 选 扫精矿 粗精矿 尾矿 粗 选 磨矿-0.074 mm占84.56 0.8 T 1.0 T 图 1 实验流程 2 结果与讨论 2.1 强磁选效果分析 遵义菱锰矿的高梯度磁选结果如表 2 所示。 从表 2 可以看出,经过一粗一扫磁选,锰矿品位从 25.50％提 高到 31.84％,精矿回收率达到 95.16％,这比复合磁选及 疏水絮凝预处理的结果要好得多［8-9］。 此结果表明,适 宜条件下的高梯度磁选可以大幅度提高锰矿品位,为此 类型低品位锰矿通过磁选满足电解锰工业要求的工艺 提供了参考。 表 2 强磁选试验结果 产品名称产率/ ％品位/ ％回收率/ ％ 粗精矿70.5532.2389.17 粗尾矿29.459.3810.83 扫精矿5.6726.965.99 综合精矿76.2231.8495.16 尾矿23.785.194.84 原矿100.0025.50100.00 2.2 强磁选过程中矿物含量及结构特征分析 图 2 为各产品的 XRD 谱图。 由图 2 可知,磁选后 的粗精矿中有菱锰矿和少量白云石。 相比原矿的 XRD 图谱,黄铁矿和石英衍射峰消失。 粗尾矿 XRD 图谱显 示矿样中的菱锰矿和黄铁矿衍射峰明显减弱,伊利石和 白云石的衍射峰明显增强。 扫精矿 XRD 图谱显示矿样 中除了菱锰矿外,白云石的相对峰强增大,而且也有少 量伊利石的衍射峰出现。 尾矿 XRD 图谱显示,相比粗 尾矿谱图,尾矿中的石英和黄铁矿衍射峰明显增多,伊 利石和菱锰矿衍射峰显著减弱。 R P Q D I 菱锰矿 黄铁矿 石英 白云石 伊利石 302010406050708090 2 / θ D D Q QQ Q Q Q QQQ Q Q Q QQ QQ QQQ Q R R R P P P P P Q R R R P P P P P P P R D R D R D R D R D R D D R D R Q P Q P R D R D R D R D R D R D R D R D R DR D R D R D a b c d e I I I I D I I I I I I I 图 2 各产品 XRD 谱图 a 磁选粗精矿； b 粗尾矿； c 扫精矿； d 尾矿； e 原矿 各产品主要化学元素分析结果如表 3 所示。 当磁 场强度为0.8 T 时,粗精矿中 Mn 的品位提高到32.23％, SiO2含量由原矿中的 21.07％迅速降至 0.13％,Al2O3 85矿 冶 工 程第 38 卷 ChaoXing 含量也由14.96％降至9.42％,CaO 含量由11.24％陡降 到 0.39％。 TFe 变化不大,而元素 Mg 含量也略有提高。 联合图 2 分析在粗选过程中,脉石中的石英和伊利石 基本上全部进入粗尾矿中,粗精矿中的主要成分为菱锰 矿和白云石。 在扫选过程中,在磁场强度为 1.0 T 时,其 扫精矿中的 Mn 品位从 9.38％提高到 26.96％,SiO2含量 由 31.78％迅速降至 0.15％,Al2O3含量也由 21.20％降 至 9.77％；所对应的尾矿中 Mn 含量降至 5.19％,TFe 含量增至 10.88％,SiO2含量也提高到 34.08％。 表3 选矿过程中各产品主要化学元素分析结果质量分数/ 产品名称MnTFeSiO2Al2O3CaOMgO 原矿25.498.3121.0714.9611.242.68 扫精矿26.969.480.159.770.417.39 粗精矿32.238.030.139.420.393.56 粗尾矿9.3810.1631.7821.205.270.048 尾矿5.1910.8834.0822.283.890.044 2.3 分选过程中的矿物磁性能的变化 矿物磁分离行为揭示了锰富集的磁化率。 图 3 给 出了原始锰矿的室温磁矩与外加磁场的关系。 原锰矿 的环内顺磁行为显示磁场的完整周期为-3～3 T,在较 小的局部区域内,它们具有约 6.92 103A/ m 的矫顽 力,显示弱铁磁特性。 菱锰矿属于“硬磁性材料团聚” 的反铁磁物质,需要很高的外加磁场才能达到磁矩饱 和。 在其余矿物中,石英在 298 K 是反磁性的,而伊利 石是一种敏感的顺磁材料。 推断一些铁磁矿物也存在 于原锰矿中,这可能归因于黄铁矿的部分氧化。 磁场强度/T 磁场强度/T 2.0 1.0 0.0 -1.0 -2.0 -3-2-10123 磁矩/emu g-1 磁矩/emu g-1 0.2 0.1 0.0 -0.1 -0.2 -0.2-0.10.00.10.2 图 3 原矿 VSM 磁滞回线 各产品磁性能对比如图 4 所示。 对所有阶段矿 物,环内顺磁行为显示磁场的完整周期为-3～3 T,在 较小的局部区域内,它们具有不同的矫顽力。 粗精矿 的矫顽力最大,达到 1.34 104A/ m；扫精矿和粗尾矿 的矫顽力显著减少；而尾矿的矫顽力又与粗精矿矫顽 力相当。 此磁滞回线的对比分析表明,铁磁性的矿物 黄铁矿的氧化物在菱锰矿物磁选中交互作用,导致 无法分离,也很好验证了总铁含量居高不下,其一直伴 随菱锰矿。 磁场强度/T 磁场强度/T 0.8 0.4 0.0 -0.4 -0.8 -3-2-10123 磁矩/emu g-1 磁矩/emu g-1 0.15 0.10 0.05 0.00 -0.05 -0.10 -0.15 -0.2-0.10.00.10.2 磁场强度/T 磁矩/emu g-1 0.06 0.03 0.00 -0.03 -0.06 -0.2-0.10.00.10.2 磁场强度/T 0.6 0.3 0.0 -0.3 -0.6 -3-2-10123 磁矩/emu g-1 磁场强度/T 磁场强度/T 2 1 0 -1 -2 -3-2-10123 磁矩/emu g-1 磁矩/emu g-1 0.2 0.1 0.0 -0.1 -0.2 -0.2-0.10.00.10.2 磁场强度/T 磁场强度/T 2 1 0 -1 -2 -3-2-10123 磁矩/emu g-1 磁矩/emu g-1 0.3 0.2 0.1 0.0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.2-0.10.00.10.2 ab cd 图 4 各产品 VSM 磁滞回线 a 粗精矿； b 扫精矿； c 粗尾矿； d 尾矿 95第 4 期陈文祥等 贵州菱锰矿高梯度磁选过程中矿物结构及其磁性能变化 ChaoXing 3 结 论 通过一粗一扫高梯度磁选实验,讨论了磁选过程 中贵州菱锰矿各阶段矿物的结构、磁性能与分选效果 之间的关系。 采用 X 射线衍射仪、X 射线荧光光谱分 析仪和振动样品磁强计对原矿物性结构、成分及磁性 能进行了分析。 研究了矿物成分在分选过程中的磁性 能的变化。 所有阶段产品均具环内顺磁行为,且在较 小的局部区域内,它们具有不同的矫顽力。 磁滞回线 的对比分析表明,铁磁性的矿物黄铁矿的氧化物在 菱锰矿物磁选中交互作用,导致无法分离,也很好验证 了总铁含量居高不下,其一直伴随菱锰矿。 参考文献 ［1］ 姚敬劬. 我国沉积碳酸盐型锰矿中菱锰矿的成分特征［J］. 矿物 学报, 1991113-20. ［2］ 周 琦,杜远生,覃 英. 贵州松桃大塘坡地区南华纪早期冷泉碳 酸盐岩地质地球化学特征［J］. 地球科学中国地质大学学报, 20076845-852. ［3］ 朱祥坤,彭乾云,张仁彪,等. 贵州省松桃县道坨超大型锰矿床地 质地球化学特征［J］. 地质学报, 201391335-1348. ［4］ 姚希财,田景江,张平壹,等. 贵州松桃高地超大型锰矿床矿体空 间分布规律与找矿预测［J］. 贵州地质, 201719-17. ［5］ 王佳武,洪万华,姚希财,等. 黔东杨立掌 道坨南华纪“大塘 坡”式含锰盆地地质分析及找矿预测［J］. 地质找矿论丛, 2017 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