我国贫红铁矿选矿技术进展.pdf

2 4 有色金属 选矿部分2 0 1 3 年增刊 d o i 1 0 3 9 6 9 7 j ．i s s n ．1 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 3 ．z 1 ．0 0 6 我国贫红铁矿选矿技术进展 李维兵 鞍钢股份有限公司科技质量部，辽宁鞍山1 1 4 0 2 1 摘 要分析我国工业应用规模较大或即将进入大规模工业应用的贫红铁矿齐大山、东鞍山、关宝山、司家营、祁 东、袁家村铁矿石工艺矿物学特征，介绍该系列矿石的重要选矿试验研究工作进展，剖析该系列贫红铁矿石选矿工艺技 术特点及存在的问题，提出加快我国贫红铁矿选矿技术进步的建议。 关键词贫红铁矿；连续磨矿；阶段磨矿；强磁选；反浮选 中图分类号T D 9 5 1 ；T D 9 2 3 ；T D 9 2 4文献标志码A文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 1 3 S 0 0 0 2 4 0 4 我国铁矿石探明资源量较大，但原矿品位低， 平均含铁品位为3 3 ％，先天禀赋较差，9 5 ％以上的 铁矿石需要经过选别才能得到应用。一些铁矿石处 理技术难度大，选矿成本高。特别是贫红铁矿石， 地质成因多变、结构构造复杂、嵌布粒度细，选矿 难度更大，成本更高。近些年来，随着我国钢铁工 业迅速发展，铁矿石供需矛盾日渐突出，为我国贫 红铁矿石开发带来了难得的机遇，广大选矿工作者 为此开展了大量的研究工作，取得了可喜的成果。 一些已经开发利用的贫红铁矿石选矿技术经济指标 得到持续改善，一些以前难以利用的贫红铁矿石选 矿技术研究工作取得较大的进展，有的已进人工业 开发阶段。在充分肯定我国贫红铁矿石选矿技术进 展的同时，还应该看到不足一些基础工作存在薄 弱环节，工艺流程系统效能有待加强，与“精细” 选矿工艺技术要求相比还存在较大差距。为比较准 确、全面了解我国贫红铁矿石选矿技术开发现状， 以我国目前工业应用规模较大或即将进入大规模工 业应用的齐大山、东鞍山、关宝山、司家营、祁 东、袁家村贫红铁矿石为典型代表，分析多年来选 矿技术研究的成果，以期总结经验、查找不足，为 今后我国贫红铁矿石选矿技术发展提出建议。 1 贫红铁矿石工艺矿物学特征 1 ．1 贫红铁矿石化学全分析 齐大山、东鞍山、关宝山、司家营、祁东、袁 家村贫红铁矿石化学全分析结果如表1 所示。 1 ．2 贫红铁矿石物相分析 表1我国重点开发贫红铁矿石化学全分析／％ 红铁矿石T F eF e OS i 0 2A 1 2 0 3C a OM s OM n O 烧减S P 齐大山2 9 ．2 85 ．6 65 2 ．9 41 ．6 5 1 ．O l 1 ．0 20 ．0 81 ．3 60 ．0 7 0 ．0 9 东鞍山3 2 ．8 61 ．9 15 1 ．3 30 ．9 30 ．0 40 ．2 3 0 ．0 61 ．3 10 ．0 6 1 0 ．0 7 4 关宝山3 2 ．4 81 ．7 l5 0 ．2 50 ．5 l0 ．1 1 0 ．2 2 0 ．0 81 ．2 30 ．0 1 6 0 ．0 3 3 司家营2 9 ．1 43 ．6 85 3 ．1 52 ．8 10 ．2 20 ．6 6 0 ．9 4 0 ．0 50 ．0 1 2 0 ．0 3 2 祁东2 8 ．3 44 ．7 44 5 ．0 33 ．1 4 0 ．6 51 ．8 8 2 ．5 00 ．0 4 10 ．1 0 袁家村”3 4 ．1 16 ．9 84 5 ．2 10 ．2 31 ．8 1 1 ．3 40 ．1 01 ．8 00 ．0 3 l 0 ．0 5 5 1 袁家村矿以石英型矿石为例。 齐大山、东鞍山、关宝山、司家营、祁东、袁 家村贫红铁矿石物相分析结果如表2 所示。 表2我国重点开发贫红铁矿石物相分析，％ 红铁矿石7 I F eF e 3 0 4 F e C 0 3F e S i 0 3假、半赤、褐 齐大山2 9 ．2 89 ．8 50 ．6 02 ．7 52 ．6 013 ．4 8 东鞍山3 2 ．9 31 ．5 81 ．0 21 ．5 92 7 ．4 91 ．2 8 关宝山 3 2 ．4 83 ．o o0 ．6 50 ．4 5 0 ．7 02 7 ．6 8 司家营 2 9 ．1 46 ．3 0 0 ．3 50 ．4 02 ．2 01 9 ．8 9 祁东2 8 ．3 47 ．1 30 ．6 81 ．6 11 8 ．6 2 袁家村”3 4 ．0 11 3 ．1 3O ．6 40 ．9 47 ．8 91 1 ．3 8 1 袁家村矿以石英型矿石为例。 1 ．3 贫红铁矿石结构构造特点 齐大山贫红铁矿石结构构造较为简单，主要为 条带状构造，伴有少量揉皱状和块状构造，矿石结 构赤铁矿多呈假象粒状、板条状、片状晶，假象赤 铁矿多为磁铁矿半自形晶，磁铁矿多呈他形一半自 形晶，铁矿物呈粗细不均匀嵌布。东鞍山贫红铁矿 石结构构造较为复杂，主要为条带状构造，其次为 隐条带状构造和块状构造，部分为揉皱状构造和角 砾状构造。矿石的结构主要为变晶结构，其余为鳞 片状变晶结构、交代结构、蜂窝状和土状结构、包 收稿日期2 0 1 3 1 0 2 0 作者简介李维兵 1 9 6 4 一 ，男，辽宁庄河人，教授级高级工程师，主要从事选矿科技规划与工程技术等方面的研究。 万方数据 2 0 1 3 年增刊李维兵我国贫红铁矿选矿技术进展 2 5 裹体结构。关宝山贫红铁矿石构造主要为致密块 状、条纹状和条带状。司家营贫红铁矿石构造以条带 状为主，结构以粒状变晶结构和交代结构为主[ 。 祁东贫红铁矿石呈灰黑色块状体，部分具有条纹状 构造，赤铁矿具有微细粒一极微粒的特点，多呈微 细的浸染状分布在脉石中。袁家村贫红铁矿石半假 象、假象赤铁矿分布广泛，矿物结构随氧化程度不 同发生改变，呈现出不规则状半假象赤铁矿、星散 状半假象赤铁矿分布。其铁矿物最主要的嵌布特征 有两点一是铁矿物嵌布粒度较细；二是赤铁矿、 磁铁矿与主要脉石矿物石英嵌布紧密。 2 贫红铁矿石选矿工艺的技术特点 2 ．1 贫红铁矿石选矿主要工艺流程 为准确反映出我国贫红铁矿石选矿技术研究现 状，将2 0 世纪8 0 年代以来齐大山、东鞍山、关宝 山、司家营、祁东、袁家村贫红铁矿石选矿技术研 究情况进行梳理，选取其中有代表性的2 7 个工艺 流程 不包括东鞍山含碳酸盐铁矿石分步浮选工 艺 进行分析，其主要工艺流程 名称以原研究报 告为主 及技术经济指标见表3 。 2 ．2 连续与阶段磨矿工艺均得到较好的应用 从表3 所示的2 7 个工艺流程可以看出，采用 连续磨矿和阶段磨矿工艺基本上各占一半。相对易 选的贫红铁矿石多采用阶段磨矿工艺，相对难选的 贫红铁矿石多采用连续磨矿工艺。连续磨矿工艺往 往具有工艺流程相对简单、生产易于稳定操作的特 点。阶段磨矿往往具有磨矿成本低、能有效实现窄 级别入选的特点。 2 ．3 多种选矿方法得到广泛应用 在我国贫红铁矿石选矿方法中，重选、磁选、 浮选等多种方法均得到较为广泛的采用。阶段选 别、多种选矿方法综合利用对于贫红铁矿石是十分 重要的。从相对易选贫红铁矿石应用的工艺流程 看，阶段磨矿、粗细分选、重一磁一阴离子反浮选 工艺得到比较广泛地应用。相对难选的贫红铁矿 石选矿工艺技术方面，脱泥一浮选工艺正成为发展 方向。 表3我国重点开发贫红铁矿石选矿主要研究工艺流程及指标旧3 1 ／％ 1 含碳酸盐铁矿石分步浮选流程入选矿石波动较大，暂不列技术指标。 万方数据 2 6 有色金属 选矿部分2 0 1 3 年增刊 2 ．4 窄级别入选有效提高选矿技术指标 从我国贫红铁矿石选矿总体状况看，窄级别入 选得到重视，这是十分合理的，也是未来进一步提 高我国贫红铁矿石选矿技术指标的重要途径之一。 在矿物的选别过程中，矿物的可选程度既与矿物本 身特性有关，也与矿物颗粒比表面积大小有关。浮 选力与药剂和矿物以及药剂与气泡间作用力的最小 值有关，与矿物比表面积大小有关，与药剂跟矿物 作用面积的比率有关。这使得影响矿物可浮性的因 素是多重的，容易导致比表面积大而相对难浮的矿 物与比表面积小而相对易浮的矿物具有相对一致的 可浮性，有时前者甚至比后者具有更好的可浮性。 窄级别入选能在一定程度上较好地解决浮选这种混 乱度的问题。显然，实现窄级别入选的选矿过程对 提高贫红铁矿石选矿指标是十分重要的。 2 ．5 反浮选技术成为提高精矿品位的有效手段 在表3 中，仅有少数几个流程没有采用浮选技 术，这说明浮选技术在贫红铁矿石选矿中具有压倒 性优势，这与我国贫红铁矿石大多结构构造复杂、 嵌布粒度细，需要细磨才能获得高品位精矿的特点 相一致。从浮选技术对比上看，反浮选技术具有明 显的优势。一方面，反浮选充分利用矿物的重力特 性。一般地，石英的密度在2 ．6 5g ／c m 3 左右，铁矿 物的密度在5g ／c m 3 左右，矿浆的密度在2g ／c m 3 左 右[ 4 1 ，这使得石英在矿浆中的有效重力远远低于铁 矿物在矿浆中的有效重力，表明石英在矿浆中比铁 矿物更容易上浮。另一方面，阴离子反浮选因为具 有高效可靠的药剂制度而使浮选效果更好。在阴离 子反浮选作业中，共有氢氧化钠、淀粉、氧化钙、 捕收剂4 种药剂在矿浆中发生作用，药剂种类多， 可以实现对浮选作业的精准控制。其中，仅就其中 的氢氧化钠而言，有调节矿浆p H 值、改变矿浆表 面电位、影响其他药剂赋存状态和作用效果的多种 作用。 2 ．6 强磁抛尾的作用巨大 表3 可见，在贫红铁矿石选矿研究中，除少部 分工艺流程采用絮凝脱泥技术抛尾外，强磁抛尾是 最关键的技术。从鞍山地区应用强磁抛尾的贫红铁 矿石选矿厂看，中强磁抛尾量占总尾矿量8 0 ％以 上。与强磁抛尾技术相比，絮凝脱泥抛尾技术多数 还处在研究层面，在工业上应用还不多。强磁抛尾 技术的应用，得益于S L o n 立环脉动高梯度强磁机 等高效设备的研发。由于S L o n 立环脉动高梯度强 磁选机具有独特的磁介质结构，不易堵塞，依靠有 效的脉动能使颗粒在选分过程中始终保持松散状 态，有效地消除非磁性颗粒的机械夹杂，能有效地 调整液位、冲程、冲次、激磁电流等可操作性强的特 点，使其在选别贫红铁矿时效果很好，作用巨大。 2 ．7 强磁一阴离子反浮选工艺组合精妙 在目前工业选别贫红铁矿工艺流程中，大都采 用强磁一阴离子反浮选工艺。这种组合选矿效果特 别理想。就强磁选而言，依靠其提高精矿品位效果 并不明显。但是，依靠强磁选脱泥抛尾为反浮选提 供理想的原料是十分有效的。同时，阴离子反浮选 受其自身工艺特点的影响，对细粒级相对高品位物 料选别效果特别好。强磁选与阴离子反浮选这种工 艺上的优势互补，实现了选矿过程的精妙组合，为 贫红铁矿提高选矿技术指标做出了突出的贡献。 3 贫红铁矿石选矿技术存在的问题 3 ．1 工艺矿物学研究深度有待加强 目前，在铁矿石的工艺矿物学研究中，对矿石 类型、原矿的化学组成、矿物组成含量和赋存状 态、矿石的结构构造、矿物的嵌布特性和粒度特性 及共生关系进行了比较深入的研究，效果比较明 显。然而，对矿物晶体化学特征研究不够，主要表 现在如何通过表面特性研究，深入了解矿物可浮 性；如何通过矿石解理、硬度、脆性、形状研究， 深人了解矿物磨矿特性；如何通过矿物结晶粒度研 究，解决絮凝、抛尾、剩磁等问题。 3 ．2 “精细”选矿的理念没有得到全面落实 近些年来，从破碎到磨矿、从磨矿到选别及选 别内部的工艺流程组合上，“精细”选矿的理念在 宏观上得到长足发展。然而，与面临日益难选的贫 红铁矿石相比，与现实贫红铁矿石选矿工艺一些微 观环节相比，“精细”选矿的理念还没有得到全面落 实。比如，在鞍山式贫红铁矿选矿中，一些不同种类 的矿物在粗选中已经实现了分选，但许多厂家在后 续工艺中又对此进行混合选别，恶化了选别效果。 3 ．3 旋流器按密度富集恶化选别效果 在重力分级中，铁矿物的分离粒度要远远小于 石英，使得其产品中铁矿物的粒度远远小于石英。 对于贫红铁矿石常用的“阶段磨矿、粗细分选、 重一磁一阴离子反浮选”工艺流程，粗细分级旋流 器这种按密度富集现象更为明显，使得进入阴离子 反浮选部分细粒中石英粒度要远远大于铁矿物，使 阴离子反浮选在选别中处于被动地位，潜力优势没 有得到很好的发挥，阻碍了阴离子反浮选工艺技术 万方数据 2 0 1 3 年增刊 ．李维兵我国贫红铁矿选矿技术进展 2 7 指标进一步提高。 3 ．4 浮选高效的作用有待提高 在一定意义上，我国贫红铁矿选矿，浮选起到 相对高效选别的作用，为提高精矿品位作出了突出 的贡献，但是，这并不代表浮选高效的选别优势得 到全面而充分的发挥。在针对不同矿物不同抑制 剂、活化剂、捕收剂的研发上，在实现复合、高 效、节能药剂综合开发上，在实现浮选工艺自主转 换上，与有色金属行业相比，还有很大差距。 3 ．5 选矿基础工作有待深入 目前，我国选矿技术应用水平较高，但许多基 础工作存在薄弱环节。以磨矿分级作业为例，不同 选矿厂间钢球消耗高低的评价是没有标准的。从根 本上看，决定钢球消耗大小的基本因素有三个方 面一是矿石自身结构构造等因素；二是磨矿过程 中粒度变化因素；三是磨矿工艺运转参数、结构参 数、工艺参数。这三种因素交会在一起，相互作 用、相互影响、相互制约，给正确评价各选厂钢球 消耗工作带来困难。因此，如何针对这三个因素建 立统一量化模式实现不同选矿厂间钢球消耗定量评 价是十分必要的。 4贫红铁矿选矿技术进步的建议 4 ．1 加强基础研究工作 我国贫红铁矿的工艺矿物特性差异较大，需要 研究的基础工作很多。要按照我国贫红铁矿石矿物 组成与结构构造复杂、矿物嵌布粒度细、品位较 低、可磨特征差的特点，通过加强矿物晶体特征研 究工作，综合应用浮选、磁选、重选等技术，搞好 不同矿石工艺技术研究工作。同时，还应该加强准 确评价不同选矿厂间钢球消耗等基础研究工作。当 然，这其中许多工作单靠一个企业、一个研究单位 去全面完成是不可能的，应以行业学会为龙头，联 合企业、科研单位，共同有计划搞好这项工作。 4 ．2 加快细粒红铁矿石选矿技术研究 目前，细粒级选别指标不高仍是困扰我国贫红 铁矿石高效利用的主要因素，也是一些贫红铁矿石 得不到开发的主要原因。要解决这个问题，一方面 应通过磁旋流器等设备研究，解决粒度高效控制和 铁矿物重力富集问题，另一方面，要向有色金属行 业学习，优化浮选作业结构，实现浮选作业自主转 换、自主控制，“精细”选矿。同时，要加快絮凝 脱泥工艺研究，加快脱泥斗和浮选柱等新型高效设 备的研究工作，用新工艺、新设备的突破带动贫红 铁矿选矿技术新突破。 4 ．3 加强贫红铁矿选矿新药剂的研究 贫红铁矿选矿新药剂的研究，特别是阴离子反 浮选捕收剂的研究，近些年取得了较大的进展。然 而，目前应用的捕收剂基本上仍以脂肪酸类捕收剂 为主。如何开发新型捕收剂，如何实现浮选药剂的 复合化，如何简化药剂的配制过程，如何实现药剂 绿色无毒、无污染、可降解，还有许多工作要做。 同时，还应加强针对不同矿物研究不同抑制剂与活 化剂等工作。 参考文献 [ 1 ] 李维兵，刘保平，陈占金，等．我国红铁矿选矿技术研究 现状及发展方向[ J ] ．金属矿山，2 0 0 5 3 1 - 6 ． [ 2 ] 孟光栋，薛敏，李维兵．鞍钢矿山铁矿石高效节能减 排选矿技术研究及应用[ J ] ．金属矿山，2 0 1 0 1 1 5 ． [ 3 ] 田嘉印，刘保平，陈占金，等．我国红铁矿选矿高效节能 技术及设备评述[ J ] ．金属矿山，2 0 0 5 9 4 一l O ． [ 4 ] 宋仁峰，李维兵．鞍钢矿山浮选技术发展综合评述[ J ] ． 金属矿山，2 0 0 8 9 1 - 6 ． 万方数据