鞍钢某选厂混磁精矿矿物特征及其低温反浮选捕收剂的研究.pdf

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鞍钢某选厂混磁精矿矿物特征及其低温反浮选捕收剂 的研究 ① 索明名, 姜永良, 辛思奇, 金明鉴, 姜效军 (辽宁科技大学 矿业学院,辽宁 鞍山 114051) 摘 要 对鞍钢某选厂混磁精矿的矿物特征进行了测定。 并根据矿物特性,利用表面活性剂和脂肪酸研制了新的反浮选捕收剂, 该捕收剂适宜的矿浆温度可从 28 ℃降到 18~20 ℃。 实验室浮选试验结果表明,18 ℃下,开路一粗一精浮选,可获得精矿全铁品位 68.24%、回收率 68.29%;闭路一粗一精三扫浮选,可获得精矿全铁品位 68.65%、回收率 90.54%。 16~18 ℃下工业现场试验可获得 精矿全铁品位 68.14%、尾矿全铁品位 15.38%,与原来 28 ℃分选指标相当。 试验结果可为选厂降低成本、节省能耗、增加效益提供 技术支撑。 关键词 节能降耗; 低温反浮选; 捕收剂; 表面活性剂; 铁精矿 中图分类号 TD95文献标识码 Adoi10.3969/ j.issn.0253-6099.2020.01.013 文章编号 0253-6099(2020)01-0058-04 Mineral Characteristics of a Mixed Magnetic Concentrate in Angang Dressing Plant and Its Low⁃temperature Reverse Flotation Collector SUO Ming⁃ming, JIANG Yong⁃liang, XIN Si⁃qi, JIN Ming⁃jian, JIANG Xiao⁃jun (School of Mining Engineering, University of Science and Technology Liaoning, Anshan 114051, Liaoning, China) Abstract The mineral characteristics of the mixed magnetic concentrates in the dressing plant in Anshan Iron and Steel Co Ltd were identified. Based on that, a new reverse flotation collector was developed by use of surfactants and fatty acids. It is shown that with this collector, the pulp temperature can be reduced from 28 ℃ to 18~20 ℃. Laboratory test at 18 ℃ results show that, an open⁃circuit flotation by adopting one roughing and one cleaning can achieve 68.29% recovery into a concentrate with grade of 68.24% TFe, and a closed⁃circuit flotation adopting one roughing, one cleaning and three scavenging can achieve 90.54% recovery into a concentrate grading 68.65% TFe. The on⁃site commercial tests at 16~18 ℃ results in the concentrate with TFe content of 68.14% and tailings with TFe content of 15.38%, which are equal to the results obtained from the traditional beneficiation at 28 ℃. It is concluded that such test results can be taken as the technical reference for dressing plant for the purpose of cost reduction, energy conservation and profit improvement. Key words energy conservation and consumption reduction; low temperature reverse flotation; collector; surfactant; iron concentrate 中国铁矿资源储量丰富,约 230 亿吨,其中贫矿储 量占总储量 97.3%,而富矿只有 2.7%[1]。 鞍山式贫赤 铁矿中磁铁矿较多,脉石矿物中闪石型脉石较多,这种 硅酸盐脉石嵌布粒度细易泥化[2]。 鞍钢某选矿厂采 用阶段磨矿、粗细分级、重选⁃磁选⁃阴离子反浮选流 程,从前使用普通脂肪酸阴离子捕收剂,药剂价格贵, 浮选温度高,生产环节多,带来更多的可变因素[3]。 近 年有以地沟油为原料,经过磺化、皂化制备可用于铁矿 石、萤石矿浮选的阴离子捕收剂,在铁精矿生产实践中 发挥了一定作用,但组成不稳定[4]。 文献[5]研制的 阴离子捕收剂在齐大山闭路浮选流程中获得了浮选精 矿全铁品位 65.38%、铁回收率 89.56%的指标,但未能 达到品位不低于 68%的要求。 文献[6]研究得出,电 动电位在 pH=10~12 时,捕收剂可在石英表面发生吸 ①收稿日期 2019-08-27 作者简介 索明名(1996-),女,内蒙古赤峰人,主要研究方向为矿物加工。 通讯作者 姜效军(1961-),男,山东济宁人,教授,博士研究生导师,主要研究方向为矿物浮选药剂及浮选工艺研究。 第 40 卷第 1 期 2020 年 02 月 矿矿 冶冶 工工 程程 MINING AND METALLURGICAL ENGINEERING Vol.40 №1 February 2020 万方数据 附,此时石英的疏水性增强,与赤铁矿分离效果最佳。 文献[7-8]中合成的表面活性剂 Twen⁃1.3,以工业环 烷酸和油酸为主要原料,通过表面张力和接触角的测 定,确定环烷酸钠的加入可提高氧化钙活化后 SiO2界 面上的疏水性,进而提高氧化钙活化后 SiO2在气泡上 的吸附能力,使其可浮性增强,分选效果良好。 鞍钢某选矿厂地处北纬 39,冬季漫长寒冷,平均 气温-5 ℃,整个冬季选厂燃煤加热生产,不仅浮选能 耗大,还对环境造成污染。 针对这一问题,本文开展了 低温捕收剂研究,利用酯类表面活性剂和副产脂肪酸 所研制的捕收剂,在实验室和工业现场 16~18 ℃环境 下取得了良好的反浮选效果。 1 实 验 1.1 试样及药剂 试样取自鞍钢某选矿厂强磁选和弱磁选的混合精 矿,铁品位 43.52%。 试验药剂包括氢氧化钠(2.5%)、淀粉(2.5%)、石 灰(2.5%),均为工业品,取自选矿厂。 自制新型低温 反浮选捕收剂,它由脂肪酸和表面活性剂按一定比例 复合而成,其中脂肪酸为工业品,来自农产品加工副产 品,酸值158 mgKOH/ g,碘值83 gI2/ g,凝点23 ℃;表面 活性剂为非离子表面活性剂,结构为聚氧乙烯及聚氧 丙烯多枝嵌段共聚物,为流动性液体,溶于水。 采用 BT-9300S 型激光粒度仪对试样进行了粒度 分析,结果如图 1 所示。 试样-0.074 mm 粒级占 85%, -0.043 mm 粒级占 47%,基本达到完全解离状态; -0.02 mm 粒级占1.79%,+0.1 mm 粒级占3.18%,基本 不存在过粉碎或粒度过粗现象,达到常规浮选要求。 铁元素主要分布于磁铁矿和赤铁矿中。 42μm 100 80 60 40 20 0 10 8 6 4 2 0 0.10.01.010.0100.01000.0 /4 30/4 42 μm /4  0.500 1.000 2.000 5.000 10.00 20.00 45.00 75.00 100.0 200.0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1.79 49.35 86.71 96.82 100.00 图 1 试样粒度分析 1.2 仪器和设备 仪器德国蔡司 sigma500 扫描电子显微镜;澳大 利亚 AMICS 矿物自动分析系统;丹东百特仪器有限公 司生产的 BT-9300S 激光粒度分析仪。 设备长沙顺泽矿冶机械制造有限公司生产的 XFD-III 变频调速单槽浮选机,槽体积 500 mL。 1.3 实验方法 1) AMICS 测试样品制备取试样 3 g,用环氧树脂 和三乙醇胺固化;在烘箱 105 ℃下烘 4 h,固化后,研磨 抛光样品表面 45 min,使样品表面平整光滑。 将样品 置于离子溅射仪中,进行喷金处理,扫描测试各种矿物 的形貌和连生、镶嵌定量关系。 2) 浮选试验称取200 g 矿样,加入约400 mL 水, 设定叶轮转速1 800 r/ min,自动温控加热,降温则使用 冰调整至 16~18 ℃。 加入捕收剂质量 20%的 NaOH, 在90 ℃下水浴皂化 45 min。 依次加入浓度 2.5%的氢 氧化钠溶液、2.5%淀粉溶液、2.5%氢氧化钙溶液和 2.5%捕收剂溶液,每次加药间隔 3 min,通气浮选,粗 选时间 3 min,精选时间 2 min。 2 结果与讨论 2.1 AMICS 全分析结果 AMICS 自动全分析软件对样品的分析结果分别 如图 2 和表 1 所示。 图 2 矿物颗粒嵌布图像 表 1 矿物组成全分析结果 矿物 名称 质量含量 / % 面积含量 / % 面积 / μm2 颗粒 数 矿物 相数 磁铁矿39.2027.591 510 5246 9228 050 赤铁矿9.566.11334 6931 9602 205 菱铁矿0.660.5731 217181194 石英42.5655.023 012 3811 8891 965 角闪石6.648.88485 9712 4282 893 绿泥石0.490.5228 4848085 黑云母0.260.3016 2632424 铁白云石0.240.2714 6061313 方解石0.150.1910 5761717 斜长石0.120.158 2333333 钾长石0.010.0157111 磷灰石0.050.052 8561212 石榴石0.010.0144711 钛铁矿0.000.0013211 黄铁矿0.000.001811 其他0.040.0737104242 总计100.00100.005 460 68213 60515 537 95第 1 期索明名等 鞍钢某选厂混磁精矿矿物特征及其低温反浮选捕收剂的研究 万方数据 由 AMICS 自动全分析软件得到的样品元素分析数 据见表 2。 由表 2 可知,样品中,铁元素占比 34.10%,由 石英、角闪石、绿泥石、云母等矿物赋存的 Si 元素占比 21.64%,其次是 C、Ca、Mg、Mn、Al 元素。 表 2 试样元素分析结果(质量分数) / % OFeSiCCaMgMnAl其他 41.2934.1021.641.020.800.520.430.130.07 研究发现,试样由 15 种矿物组成,待富集的目标 矿物为 Fe2O3和 Fe3O4,欲反浮选分离的主要矿物含 量顺序为石英、角闪石、绿泥石、黑白云母、方解石、斜 长石等。 试样中主要铁矿物为磁铁矿(占比 39.2%),其次 是赤铁矿(占比 9.56%)和少量菱铁矿(占比 0.66%); 脉石矿物主要为石英(占比 42.56%),其次是角闪石 (占比 6.64%)和少量绿泥石、黑云母、碳酸盐及长石 等。 鞍山式赤铁矿难选的主要原因与菱铁矿和绿泥石 的含量直接相关,该铁矿菱铁矿和绿泥石含量分别为 0.66%和 0.49%,低于 1%,属于易选铁矿[9]。 2.2 18 ℃开路浮选试验 18 ℃下在实验室进行一粗一精三扫开路浮选试 验,试样 200 g,矿浆浓度 400 g/ L,药剂条件见表 3。 表 3 低温开路浮选加药量 作业名称 药剂用量/ mL 氢氧化钠淀粉氧化钙捕收剂 粗选6.55.563.2 精选1.00.8 扫选 11.2 扫选 21.0 扫选 30.8 在固定捕收剂用量不变的条件下,进行了表面活 性剂占比开路分选条件试验,结果见表 4。 表 4 不同捕收剂浮选试验结果 脂肪酸∶表面活性剂产品名称质量/ g品位/ %回收率/ % 精矿77.067.1059.36 95∶5精选尾矿27.547.65 尾矿95.523.32 精矿69.069.0054.70 93∶7精选尾矿24.849.32 尾矿106.225.61 精矿61.571.4150.46 88∶12精选尾矿21.152.08 尾矿117.427.37 16~18 ℃ 下,随着表面活性剂配比增加,浮选精 矿全铁品位增加,脂肪酸与表面活性剂的配比为 95 ∶5 时,精矿全铁品位没有达到一级品(全铁品位不低于 68.0%)的要求。 配比为 88 ∶12 时,虽然铁精矿品位达 到了70.41%,但铁回收率低。 为保证精矿品位在不低 于 68%的前提下尽可能提高铁回收率,以配比 93 ∶7 为宜。 2.3 低温一粗一精三扫浮选闭路试验 在开路试验的基础上进行了一粗一精三扫低温闭 路浮选试验,药剂条件见表 5,结果见表 6。 表 5 低温闭路浮选试验加药量 作业 名称 药剂 名称 药剂用量/ mL 1 次2 次3 次4 次 粗选 氢氧化钠6555 淀粉5.75.285.285.28 氧化钙6.04.84.84.8 捕收剂 93∶72.62.62.62.6 精选 氢氧化钠0.80.60.60.6 捕收剂 93∶70.80.80.80.8 扫选 1氢氧化钠1.61.31.31.3 扫选 2氢氧化钠1.41.11.11.1 扫选 3氢氧化钠1.31.01.01.0 表 6 闭路浮选试验结果 循环 次数 精矿产率 / % 尾矿产率 / % 精矿品位 / % 尾矿品位 / % 精矿回收率 / % 149.254.0568.207.8277.19 253.5055.3568.688.1384.43 354.7550.7069.1910.6087.04 456.7542.7068.3510.8689.13 557.4042.6068.659.0890.54 依据表5 数据,按入浮原料计算药剂单耗为氢氧化 钠 1125 g/ t,淀粉660 g/ t,石灰600 g/ t,捕收剂425 g/ t, 在5 次循环后,精矿和尾矿产率和回收率接近100.00%, 实现闭合。 精矿全铁品位始终在 68%以上,符合现场 精矿指标要求。 数质量流程见图 3。 2.4 工业试验 按照上述研究结果,在鞍钢某选矿厂进行了工业试 验,浮选给矿平均浓度 560 kg/ m3,入浮平均全铁品位 40.5%,浮选矿浆温度 17 ℃,药剂单耗氢氧化钠 918 g/ t, 淀粉 574 g/ t,石灰 460 g/ t,捕收剂 206.6 g/ t。 产品化 验结果见表 7。 经 6 d 浮选取样测试,得出浮选精矿平均全铁品 位 68.15%,浮选尾矿平均全铁品位 15.14%。 现场原 生产浮选尾矿平均全铁品位 17% ~18%,新药剂浮选 尾矿品位降低约 2 个百分点,既降低了浮选温度、节约 能源,又提高了铁精矿回收率,效果理想。 06矿 冶 工 程第 40 卷 万方数据 -3 * 8;5 /;5 3 43.52;100.00 100.00 67.71;59.95 93.27 68.65;57.40 90.54 46.52;2.55 2.73 45.67;9.29 19.50 24.29;51.89 28.96 15.44;51.14 18.14 44.23;8.54 8.68 9.08;42.60 9.46 31.02;6.13 4.37 12.35;48.73 13.83 323 1 2 3 2 图 3 闭路浮选数质量流程 表 7 工业试验产品化验结果 日期 全铁品位/ % 浮选精矿浮选尾矿 11-2370.3117.10 11-2468.5617.35 11-2568.5617.24 11-2665.4610.90 11-2767.5313.01 11-2868.2015.21 平均68.1515.14 2.5 效益分析 鞍山年平均气温 9 ℃,该捕收剂使浮选温度由 28 ℃降低到 18 ℃,新药剂加温所需温度占比原药剂 加热温度为(18-9) / (28-9)= 47.37%,可节煤 100%- 47.37%=52.63%。 该选厂一年选矿加温矿浆需煤 11 000 t,冬季加温 节煤 11 00052.63% = 5 700 t,按动力煤价 550 元/ t 计,节煤 313 万元。 选矿厂年处理原矿 1 000 万吨,浮选给矿 330 万 吨,产出浮选精矿 165 万吨,浮选尾矿品位降低 2 个百 分点,可多回收精矿 1652%/68%=4.85 万吨,按精矿 单价 700 元/ t 计,精矿增收创效 4.85700 = 3 395 万 元,经济效益巨大。 3 机理分析 捕收剂由脂肪酸和表面活性剂配制而成,表面活 性剂为聚氧乙烯和聚氧丙烯嵌段聚合酯类化合物,由 于特殊的结构具有耐强碱、高温皂化不分解、低泡沫等 特性,在水中可分散脂肪酸钠,增大脂肪酸钠的临界胶 束浓度,降低脂肪酸钠生成胶束的程度[7],提高捕收 剂的捕收性能,吸附大部分硅石连生体,进入尾矿中。 脂肪酸在 pH=11.5 条件下以脂肪酸钠存在,在低温条 件下会在矿浆中形成胶束,不易分散,自由舒展的浓度 降低,阴离子捕收剂与带正电荷的活化的硅石的缔合 能力变差,酸根离子在脉石矿物表面的吸附量减小,直 接导致硅石矿物的疏水性变差,不能与有用矿物彻底 分离,浮选精矿质量变差[8,10]。 枝型嵌段聚氧乙烯聚氧丙烯醚分散油酸钠过程如 图 4 所示。 嵌段聚醚分散脂肪油酸钠模型为先生成内 核为疏水段 PO、核外壳为油酸钠,外冠为亲水段 EO (Ⅰ区),当油酸钠浓度接近或超过 CMC(Ⅲ区),油酸 钠均匀分散在枝状表面活性剂的周围,实现低温分散。 CMC PO, A67, Ag/t Mo-F ;4 4 Mo-B1 2A 80 1000 150 1000 20 Mo-F ;4 4 Mo-B1 2A 40 500 75 500 10 Mo-F ;4 43 2 5 min63 图 3 胶硫钼矿浮选闭路试验流程 为分散剂,主要成分为磷酸类物质,浮选捕收剂采用 Mo⁃B1,主要成分为油类物质。 从表 4 可以看出,使用清水,可以得到 Mo 品位 10.55%、回收率 84.06%的精矿;直接使用废水进行浮 选试验,得到精矿品位及回收率均低于清水浮选指标。 使用处理后废水进行浮选试验,镍钼矿浮选品位及回 收率变化不大,说明处理后废水对镍钼矿浮选指标影 响不大,完全符合回用标准。 4 结 论 1) 通过不同种类絮凝剂 NHX、PAC、聚合硫酸铁 对镍钼矿选矿废水沉降试验可知,NHX 沉降效果最 好,沉降时间短,沉降后固体悬浮物含量由839.6 mg/ L 降为 17.7 mg/ L,COD 也有一定降低。 2) 镍钼矿选矿废水经絮凝剂 NHX 沉降后回用于 浮选,对镍钼矿浮选试验指标影响不大,完全符合回用 标准。 参考文献 [1] 陈如凤,缪建成,赵志强,等. 铅锌多金属矿分段浓缩选别技术的 研究与应用[J]. 有色金属(选矿部分), 2018(2)38-44. 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