资源描述：
分类号⋯⋯⋯⋯⋯ U DC ⋯⋯⋯⋯⋯ 密级⋯⋯⋯⋯⋯ 编号⋯⋯⋯⋯⋯ 十- 初大擎 C E N T R A LS O U T HU N I V E R S I T Y 硕士学位论文 论文题目纽粒级弱磁性铁矿物分散 磁选研究 学科、专业⋯⋯⋯．亚物加王王程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯． 研究生姓名许鹏云 导师姓名及 专业技术职务⋯⋯⋯鱼喜庆⋯副教援⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 分类号V D C 硕士学位论文 细粒级弱磁性铁矿物分散一磁选研究 S t u d y o nd i s p e r s i o n - - - - m a g n e t i cs e p a r a t i o no f f i n e l y - g r a i n e dw e a k l y m a g n e t i ci r o nm i n e r a l s 作者姓名许鹏云 学科专业矿物加工工程 二级学院资源加工与生物工程学院 指导教师伍喜庆副教授 论文答辩日期丛 兰哆。 答辩委员会主席 中南大学 二。一二年五月 Ⅲm；㈣8㈣1 吣7呲哪e q㈣吣㈣9 删1㈣2 mUr， 删Y殳 I刁密 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共 同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名 E la n 诬 年』月堑日 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有 权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允 许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 日期趁生年[ 月互 摘要 我国正面临日益严峻的铁矿资源形势，大量铁矿资源都具有贫、 细、杂的特点，因此处理细粒级弱磁性的铁矿资源具有重要的意义。 本论文在总结和分析大量国内外相关文献的基础上，开展了镜铁 矿的纯矿物和实际矿石的分散磁选研究工作。系统地考查了不同种类 的分散剂的分散效果，以及p H 值、搅拌、粒度等因素对分散剂的分 散效果带来的影响；借助于表面动电位测试、X R D 测试、红外光谱 测试等手段充分论证分散剂的作用机理；同时，以电负性为基础从分 子结构上判定不同分散剂效果的根源，为进一步开展处理细粒级弱磁 性的铁矿资源的研究工作提供技术支持。 纯矿物实验表明聚合物分散剂对石英和镜铁矿的分散效果优于 无机分散剂，但对p H 较为敏感，耐碱性不如无机分散剂；比较三个 不同粒度的分散效果，发现分散剂对粒度为0 ．0 7 5 m m d 0 ．0 4 4 m m 的颗粒分散差异性最明显。同时，获得最佳的实验浓度条件约为 3 3 ．3 ％，最佳的搅拌方式是l m i n ，7 0 0r ／m i n 。 对实际矿石进行调浆一磁选实验，结果证明六偏磷酸钠，W P V P ， 聚乙烯醇，聚丙烯醇有利于实现镜铁矿精矿品位的提升；而碳酸钠、 硫代磷酸钠也能一定程度上提升精矿品位，但回收率下降较为明显； 淀粉则不能提高精矿品位。 动电位测试表明淀粉能够将镜铁矿的零点电左移到p H 4 ．0 ， 并且石英和镜铁矿表面电位在淀粉作用下其表面电位绝对值变小；聚 乙烯醇、聚丙烯醇、W P V P 三种聚合物都能改变零点电，使零点电左 移到p H 4 ．8 左右，但零点电的改变差异性并不明显，三者导致镜铁 矿表面的绝对值增加量由大到小分别是聚乙烯醇 聚丙烯醇 W P V P 。而六偏磷酸钠则能将镜铁矿的零点电改变至p H 2 ．8 ，而且大 幅度增加石英和镜铁矿表面电位的绝对值。 红外光谱分析表明聚合物分散剂在石英表面均为物理吸附；在 镜铁矿表面除了聚丙烯醇和聚乙烯醇是物理吸附，其他分散剂在镜铁 矿表面均为化学吸附。 对分子结构进行分析，与镜铁矿表面三价铁离子键合的牢固程度 由大到小的排列顺序是W P V P 聚乙烯醇、聚丙烯醇和淀粉 六偏 磷酸钠。各分散剂溶化剂链的柔顺性优劣顺序是聚乙烯醇 聚丙烯 醇 W P V P 淀粉、六偏磷酸钠。键合的牢固程度和分子柔顺性是影 响分散剂效果的最主要因素。 关键词镜铁矿，石英，聚合物分散剂，动电位，分散磁选 A BS T R A C T C h i n ai sa tac r i t i c a lp e r i o d ，f a c i n gw o r s e n i n gs i t u a t i o no ft h ei r o n o r er e s o u r c e s ．M o s to fo u ri r o no r er e s o u r c e sh a v ec h a r a c t e r i s t i c so f l o w - g r a d e ，f m e l y g r a i n e d d i s s e m i n a t e da n d c o m p l e xc o m p o n e n t s ． T h e r e f o r e ，t h ep r o c e s s i n go ff i n ep a r t i c l e so fw e a k l ym a g n e t i ci r o no r e r e s o u r c e si so f g r e a ts i g n i f i c a n c e ． O nt h eb a s i so ft h es u m m a r ya n da n a l y s i so fm a n yr e l a t e dr e f e r e n c e s ， s o m es e t so fe x p e r i m e n t sh a db e e nc a r r i e do u tw i t hr e s p e c tt od i s p e r s e d m a g n e t i co fp u r em i n e r a la n dt h er e a lo r e ，D i s p e r s i n g e f f e c to ft h e d i f f e r e n td i s p e r s a n t sw e r er e s e a r c h e ds y s t e m a t i c a l l y ，A sw e l la sp H ， m i x i n g ，p a r t i c l es i z ea n do t h e rf a c t o r sw e r er e s e a r c h e d ．A n dt h ed i s p e r s e m e c h a n i s mw a ss u f f i c i e n t l yp r o v e db yZ e t ap o t e n t i a lm e a s u r e m e n t ，X - r a y p h o t o e l e c t r o ns p e c t r o s c o p yt e s t i n ga n a l y s i s a n di n f r a r e ds p e c t r o s c o p y ． M e a n w h i l e ，t h er o o tc a u s e so ft h ed i f f e r e n td i s p e r s i o nw e r ea n a l y z e d f r o mt h em o l e c u l a rs t r u c t u r eb ye l e c t r o - n e g a t i v i t y ． T h et e s tr e s u l t so fp u r em i n e r a l si n d i c a t et h a tt h ed i s p e r s i n ge f f e c to f h y p e r - d i s p e r s a n t sp r e c e d ei n o r g a n i cd i s p e r s a n t ．B u tt h ea l k a l ir e s i s t a n c e i st h eo p p o s i t e ．D i s p e r s i n ge f f e c to ft h r e ed i f f e r e n tp a r t i c l es i z ew e r e c o m p a r e d ．t h em o s to b v i o u so t h e m e s si St h ep a r t i c l es i z eo fO ．0 7 5 m m d 0 ．0 4 4 m m ．s i m u l t a n e o u s l y , t h eo p t i m u mc o n c e n t r a t i o nv a l u ei S3 3 ．3 ％， t h em o s te n e r g y e f f i c i e n tm i x i n gi slm i na n d7 0 0r ／m i n ． T h et e s tr e s u l t so ft h er e a lo r es h o wt h a ts o d i u mh e x a m e t a p h o s p h a t e ， p o l y v i n ga l c o h o l ，p o l y o x y a l k y l e n eg l y c o la n dp o l y v i n y l p y r r o l i d o n eh e l p t o i m p r o v et h e c o n c e n t r a t eg r a d e ，S o d i u mc a r b o n a t ea n dS o d i u m t h i o p h o s p h a t e C a ni m p r o v et h ec o n c e n t r a t e g r a d ew e a k l yw i t h t h e r e c o v e r yr e d u c e ds i g n i f i c a n t l y , a n dt h er o l eo f t h es t a r c hi so p p o s i t e ． T h eZ e t ap o t e n t i a lm e a s u r e m e n t si l l u s t r a t e dt h a ts t a r c hc o u l dm a k e t h eZ e t ap o t e n t i a lo fs p e c u l a r i t ea n dq u a r t zd e c r e a s e d ，a n ds h i f ℃t h eP Z C o fs p e c u l a r i t ef r o m6 ．6t o4 ．0 ．S o d i u mh e x a m e t a p h o s p h a t e ，p o l y v i n g a k o h o l ，p o l y o x y a l k y l e n eg l y c o la n dp o l y v i n y l p y r r o l i d o n ea l s o s h i f tt h e P Z C ．D i f f e r e n t l y ，s o d i u mh e x a m e t a p h o s p h a t em a k et h eZ e t ap o t e n t i a lo f s p e c u l a r i t e a n d q u a r t zg r e a t l y d e c r e a s e d ．P o l y v i n g a l c o h o l ， p o l y o x y a l k y l e n eg l y c o la n dW P V P s h i f tt h eP Z Co fs p e c u l a r i t ef r o m6 ．6 T I T t o4 ．8b u tt h eS o d i u m h e x a m e t a p h o s p h a t es h i t tP Z Cf r o m6 ．6t o2 ．8 ． T h er e s u l t so fi n f r a r e ds p e c t r o s c o p ys h o wt h a tt h em a i na d s o r p t i o n m a l l n e ro fd i s p e r s a n to nq u a r t zw a sp h y s i c a la d s o r p t i o n ．S i m u l t a n e o u s l y ， t h em a i n a d s o r p t i o nm a n n e ro fd i s p e r s a n to nq u a r t zw a sc h e m i c a l a d s o r p t i o ne x c e p tp o l y o x y a l k y l e n eg l y c o la n dp o l y v i n ga k o h 0 1 ． A n a l y s i so ft h em o l e c u l a rs t r u c t u r eo ft h ed i s p e r s a n t ，t h ec h e m i c a l b o n do fd i s p e r s a n t sa n ds p e c u l a r i t ea r ea r r a n g e db y i n t e n s i t ya sW P V P p o l y v i n g a k o h o l ，p o l y o x y a l k y ’l e n eg l y c o l ，s t a r c h S o d i u m h e x a m e t a p h o s p h a t e ．F l e x i b i l i t yo fd i s p e r s a n t s ’m o l e c u l ea r ea r r a n g e da s p o l y v i n ga l c o h o l p o l y o x y a l k y l e n eg l y c o l W P V P s t a r c h S o d i u m h e x a m e t a p h o s p h a t e ． K E Y W O R D S s p e c u l a r i t e ，q u a r t z ，h y p e r - d i s p e r s a n t s ，e l e c t r o k i n e t i c p o t e n t i a l ，d i s p e r s i o n - 一m a g n e t i cs e p a r a t i o n I V 目录 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I A B S T R A C T ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I I I 第一章文献综述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．1 世界铁矿资源分布、生产、贸易概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．1 ．1 世界铁矿资源的地理分布及其特点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1 ．2 世界铁矿石资源的生产情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．1 ．3 中国铁矿资源分布及其特点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 ．1 ．4 我国铁矿石生产和消费面临的严峻形势⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 1 ．2 国内外铁矿选矿新进展⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 ．2 ．1 铁矿选矿新设备的进展⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 1 ．2 ．2 铁矿选矿新药剂的进展⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 ．2 ．3 铁矿选矿新工艺⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 1 ．3 细粒级弱磁性铁矿物的分散絮凝磁选研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 1 ．3 ．1 细粒级弱磁性铁矿物分散絮凝磁选磁选设备的进展⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 1 ．3 ．2 分散及絮凝原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l0 1 ．3 ．3 分散在矿物加工学科的应用及其研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 1 ．3 ．4 选择性絮凝在矿物加工学科的应用及其研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 1 ．3 ．5 药剂 分散或絮凝 调浆后磁选在矿物加工中的应用现状⋯⋯．．1 6 1 ．4 本论文的研究目的、意义和内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 7 第二章试样、药剂、仪器设备及研究方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯18 2 ．1 纯矿物的制备方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．18 2 ．1 ．1 镜铁矿纯矿物的制备方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 8 2 ．1 ．2 石英纯矿物制备方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l8 2 ．1 ．3 镜铁矿的粗精矿的制备方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 8 2 ．2 实际矿石⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 9 2 ．3 试验药剂与仪器设备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯19 2 ．3 ．1 实验药剂⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 9 2 ．3 ．2 仪器设备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 0 2 ．4 实验研究方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 0 2 ．4 ．1 磁选实验方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 0 2 ．4 ．2 分散剂和絮凝剂的评价方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 1 2 ．4 ．3 红外光谱测试方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 1 2 ．4 ．4 表面动电位测试方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 2 V 第三章分散剂性能评价实验研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 3 ．1 不同分散剂对纯矿物的分散效果研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 3 3 ．1 ．1 六偏磷酸钠对镜铁矿和石英分散性能的研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 3 3 ．1 ．2 碳酸钠对镜铁矿和石英分散性能的研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 4 3 ．1 ．3 硫代磷酸钠对镜铁矿和石英分散性能的研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 6 3 ．1 ．4 醇的聚合物对镜铁矿和石英分散性能的研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 7 3 ．1 ．5W P V P 对镜铁矿和石英分散性能的研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 9 3 ．1 ．6 淀粉对镜铁矿和石英作用实验 对比试验 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 0 3 ．2 粒度对聚合物分散剂分散效果影响的实验研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 l 3 ．2 ．1 不同粒度下石英的分散效果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 3 ．2 ．2 不同粒度下镜铁矿的分散效果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 3 3 ．3 矿浆浓度对分散效果影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 5 3 ．4 搅拌转速和搅拌时间对分散的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 5 3 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 6 第四章分散对磁选的影响实验研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 7 4 ．1 矿石性质⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 7 4 ．1 ．1 矿石的化学组成⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 7 4 ．1 ．2 磨矿曲线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 7 4 ．1 ．3 实际粗精矿的制备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 8 4 ．2 磁场强度确定实验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 8 4 ．3 分散剂调浆后磁选实验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 9 4 ．3 ．1 W P V P 调浆实验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 0 4 ．3 ．2 六偏磷酸钠调浆实验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 4 ．3 ．3 聚丙烯醇调浆实验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 2 4 ．3 ．4 聚乙烯醇调浆实验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 3 4 ．3 ．5 碳酸钠调浆实验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 3 4 ．3 ．6 硫代磷酸钠调浆实验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 4 4 ．3 ．7 淀粉调浆实验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 5 4 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 6 第五章分散剂作用机理的研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 8 5 ．1 动电位测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 8 5 ．1 ．1 石英和镜铁矿的动电位与p H 值的关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 8 5 ．1 ．2 淀粉对镜铁矿和石英表面电位的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 9 5 ．1 ．3 聚合物分散剂对镜铁矿和石英表面电位的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 0 V 1 5 ．1 ．4 六偏磷酸钠对镜铁矿和石英表面电位的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 2 5 ．2 红外光谱测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 3 5 ．2 ．1 纯矿物的红外光谱图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 3 5 ．2 ．2 药剂的红外光谱图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 5 5 ．2 ．3 药剂与石英作用的红外光谱分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 6 5 ．2 ．4 药剂与镜铁矿作用的红外光谱分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 8 5 ．3 分子结构分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 1 5 ．3 ．1 分散剂锚固基团键合分析计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 5 ．3 ．2 溶剂化链分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 2 5 ．4D L V O 理论的分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 3 5 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 5 第六章结论与今后工作的建议⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 6 6 ．1 结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一6 6 6 ．2 不足之处与今后工作的建议⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 7 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 8 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。7 4 硕士期间所获奖励与研究成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 5 V I I 硕士学位论文第一章文献综述 第一章文献综述 1 ．1 世界铁矿资源分布、生产、贸易概况 1 ．1 ．1 世界铁矿资源的地理分布及其特点 钢铁，最重要的工业产品之一，是其他工业发展所必需的物质基础。作为钢 铁工业的上游基础产业，铁矿资源的分布影响着全世界钢铁工业的可持续发展。 地球上铁矿石的分布极为广泛，全球五大洲都有大型铁矿床的分布，全球 1 0 0 多个国家都不同程度地发现有铁矿的分布。铁元素在地壳中的含量也为丰富， 截止目前，在人类共发现1 1 2 种化学元素中，铁元素在地壳的含量排位第四，仅 靠后于氧、硅、铝三元素。 根据美国联邦地质调查局2 0 0 9 年最新报道，世界铁矿资源约为8 0 0 0 亿吨， 含铁量2 3 0 0 亿吨；其中，世界铁矿石的地质储量约为3 5 0 0 亿吨，含量铁量1 6 0 0 亿吨左右；可供开采的基础储量约为1 5 0 0 亿吨，含铁量7 3 0 亿吨。世界铁矿主 要分布在前苏联 包括俄罗斯、哈萨克斯坦、乌克兰等国家 、澳大利亚、巴 西、中国、美国、印度、加拿大、瑞典、委内瑞拉等1 2 个国家。表1 ．1 列出了 世界主要铁矿石资源大国的铁矿资源的储量【l ，3 J 。 表1 ．12 0 0 9 年世界主要铁矿资源大国铁矿储量和储量基础 亿吨 由上面的数据可以看出I 1 全球铁矿资源相比于其他矿石资源，属于储量较为丰富的矿种之一， 硕士学位论文 第一章文献综述 而且再找矿潜力巨大。 我们可以看到在勘探、选冶技术的不断进步的今天，铁矿资源的储量发展潜 力较大，例如在1 9 9 6 年到2 0 0 9 年的1 3 年间，铁矿资源储量不断取得新的增 长，新的铁矿资源不断被发现，铁矿资源由1 9 9 6 年估计的2 3 2 0 亿吨增加到2 0 0 9 年的3 5 0 0 亿吨，增幅达到5 0 ．9 ％。 2 虽然全球铁矿资源分布范围广，但优质资源相对集中。 目前，在全球1 0 0 多个国家都有不同程度的铁矿资源被发现，但仅有俄罗斯、 澳大利亚、巴西、南非、中国、美国、乌克兰等国是铁矿资源的储量大国，这些 国家储量之和占世界铁矿资源的7 0 ％以上。品位高、可选性好的优质铁矿资源更 是集中在少数的铁矿资源大国手中，巴西、澳大利亚等国的铁矿资源平均品位在 6 0 ％以上，属优质铁矿石资源大国；而中国、哈萨克斯坦、美国虽然储量丰富， 但品位较低，可选性差，有的甚至不具备开采价值。 1 ．1 ．2 世界铁矿石资源的生产情况 铁是世界上开发最早、利用最广、用量最多的金属，钢铁的消耗量约占金属 材料消耗总量的9 5 ％左右。从工业革命开始，铁矿石的生产就为钢铁工业提供了 源源不断的原材料，进入2 1 世纪以来，全球铁矿石的产销量增长势头更为强劲。 世界铁矿石的生产在2 0 0 3 年突破1 0 亿吨大关，并在随后的3 年里以1 0 ％的速度 一路攀升，在2 0 0 6 年达到1 6 ．8 6 亿吨，在2 0 0 7 年达到全球铁矿生产的最高峰1 7 ．6 1 亿吨，表1 ．2 是全球近年来世界铁矿石产量数据【2 引。 表1 - 22 0 0 0 年到2 0 1 0 年世界铁矿石产量数据 亿吨 世界铁矿石产量的不断攀升是源自于以中国为首的发展中国家钢铁工业的 大量需求。发展中国家处于基础建设和工业化并举的关键时期，强大的消费需求 刺激着铁矿资源大国和铁矿巨头公司不断扩大其产能，也刺激了铁矿石价格的狂 飙。表1 ．3 显示的是近年来世界铁矿石价格涨跌幅数据【4 1 。 表1 - 3 近年来世界铁矿石价格涨跌幅数据 年份2 0 0 32 0 0 42 0 0 52 0 0 62 0 0 72 0 0 82 0 0 92 010 涨跌幅度 ％91 8 ．67 1 ．51 99 ．56 5 ．3 52 8 ．5 澳大利亚、巴西、南非、印度、俄罗斯等铁矿资源大国控制着全球铁矿资源 的生产，而世界铁矿巨头必和必拓、淡水河谷、力拓三大公司则控制着全球铁矿 的贸易，有资料显示这三大巨头的铁矿产量占世界铁矿石产量的3 5 ％。一方面是 2 硕士学位论文第一章文献综述 铁矿巨头的垄断性生产，另外一方面是发展中国家巨大的消费需求，这两者的矛 盾导致了全球铁矿价格一路狂飙。 1 ．1 ．3 中国铁矿资源分布及其特点 新中国成立以来，我国对境内铁矿开展了全面系统、细致详尽的勘察，截止 目前最新数据，我国已经查明的铁矿石储量为6 2 4 亿吨1 5 J ，未探明储量估计在 2 0 0 0 亿吨左右，由此看来我国的铁矿储量潜力丰富。 中国境内的铁矿地理分布极为不均匀，呈现条带式的集中分布。从大行政区 来看，东北、华北、西南地区最多，西北地区仅占7 ％；从省市区分布情况来看， 我国半数以上的铁矿资源分布在辽宁、河北、四川、内蒙古、山西五省区，湖北、 河南、新疆、江西、湖南、山东等省区次之，浙江、宁夏等省区最少。从地质成 矿区域又可以将我国的铁矿资源分为1 0 大成矿带。表1 ．4 展现了我国排名前1 0 的铁矿成矿区的相关情况1 6 J 。 表1 ．4 我国的铁矿资源1 0 大成矿带 我国铁矿资源的形成的地质矿床多种多样，其中沉积变质岩型矿石占 5 7 ．7 ％，其次为岩浆型矿石占11 ．6 ％，接触代交型占1 0 ．4 ％，铁矿资源整体呈现 丰而不富的情况，即整体储量较大，但贫矿多，富矿少。总结我国铁矿资源的特 点有 1 贫品位低，禀赋差。我国近年来开采铁矿石品位仅为3 1 ．9 5 ％，比 世界平均品位低1 1 个百分点。己探明储量铁矿资源中9 4 ．3 ％为贫矿，绝大多数 硕士学位论文第一章文献综述 铁矿石必须经过选矿作业富集后才能入炉冶炼，而富矿中仅有1 ．8 2 ％能直接入炉 冶炼【7 1 。 2 杂性质多变，共生关系复杂。我国铁矿石种类繁杂，自然类型相 当复杂，目前发现的就有磁铁矿、钒钛磁铁矿、赤铁矿、菱铁矿、褐铁矿、镜铁 矿和各种类型的混合型矿石。我国一般把磁铁矿、钒钛磁铁矿作为主要的铁矿原 料，其他的矿石类型除富矿外很少得到有效利用，三分之一的铁矿资源都属于伴 生矿床。如攀枝花铁矿中伴生有钒、钛矿，大冶铁矿中伴生有铜矿，白云鄂博 铁矿中伴生有大量稀土矿等。这些伴生组分给铁矿选矿带来两大挑战，一方面， 伴生矿中铁精矿品位、回收率整体难以提升，选矿成本高，另外一方面有用的伴 生金属资源往往因难选而导致综合利用率低，难于与铁矿资源兼顾综合利用。 3 细我国的铁矿资源粒度分布较细，以我国最大的铁矿资源鞍山铁 矿为例，其主要矿点铁元素嵌布粒度数据如下表峭J 。 表1 ．5 鞍山铁矿主要采矿点铁元素嵌布粒度 由此看见鞍山铁矿资源的铁矿粒度分布较细，而且变化频繁复杂。鞍山地 区是我国铁矿资源最好的地区之一，其铁矿石粒度分布尚且如此，其他资源更不 用一提，整体看来我国的铁矿资源粒度分布细。由此看来，进一步加强细粒级铁 矿物的选矿效果很有必要，本文即是针对我国铁矿的这一特点，在增强细粒级铁 矿物的分选效果，尤其是增强细粒级的弱磁性铁矿物的分选效果上提出新的解决 办法。 1 ．1 ．4 我国铁矿石生产和消费面临的严峻形势 虽然我国是最早使用铁器的国家之一，但我国的钢铁工业起步较晚，尽管新 中国成立以来我国的钢铁工业在加速发展，并在1 9 9 6 年跃居世界第一产钢大国， 钢产量的急剧增长导致国内铁矿资源大额缺口，铁矿石年进口量呈不断上升趋 4 硕士学位论文 第一章文献综述 势，表1 - 6 为我国近年来铁矿石进口数据【9 1 。 从表中数据可以看出近些年来 除2 0 1 0 年因国际金融危机爆发，我国铁 矿石进口量略有下降外 我国铁矿石产量和进口量不断增加。我国钢铁行业对外 依存度形势严峻。 表1 - 6 我国近年来铁矿石进口数据 分析工业发达国家的工业化进程可知，钢铁消费达到饱和点必须具备三个基 本条件【9 J 1 国家基本实现工业化； 2 人均G D P 达到较高的水平，由欧美等发达国家经验来看，人均G D P 在3 0 0 0 “ - 6 0 0 0 美元之间，钢材需求达到饱和点； 3 产业结构发生根本性的转变，第三产业产值超过5 0 ％。 按照十七大报告中提出的宏伟设想2 0 2 0 年，我国人均G D P 将翻两番，届 时，国家基本实现工业化，人均G D P 达到3 0 0 0 “ - 6 0 0 0 美元之间。也就是说，我 国铁矿石的大量进口至少需要持续到2 0 2 0 年左右，因此铁矿资源将长期处于严 峻的形势下。 结合前面的分析可以知道我国铁矿资源存在贫、细、杂等特点，国外一些铁 矿石企业乘势漫天要价，而我国又处在一个对铁矿石需求急剧增长的时期。因此， 我国的钢铁工业具有诸多不利因素，因此很有必要重视和加强细粒级铁矿物资源 的利用和回收。 1 ．2 国内外铁矿选矿新进展 1 ．2 ．1 铁矿选矿新设备的进展 为了提高铁矿选矿作业的效率，近年来，许多的选矿工作者在选矿设备上作 出了不懈的努力。本文的研究对象是细粒级铁矿选矿，因此，在此将近年来铁矿 选矿最新设备做一个简单的介绍。 由于磁选设备和本论文密切相关，在本文1 ．3 节中有专门篇幅介绍磁选设备的最新进展，此小节内容主要介绍碎磨、筛分、浮 选、脱水作业的新设备 1 新型高压辊磨机 高压辊磨机首先是由德国S c h o n e r t 教授在2 0 世纪8 0 年代研发，并于1 9 8 5 年首先投入水泥行业生产的一种细碎设备，近年来逐渐为铁矿选矿细碎作业所采 硕士学位论文 第一章文献综述 用。其工作原理是采用层压粉碎将大量的物料颗粒聚集在一起，形成接触式的群 体粉碎，有实验表明，这种层压粉碎可以相互传递挤压应力，其能量传递的效率 比一般性的劈切、剪切、冲压要好。在用辊磨机处理后的的物料表面观察到许多 微细裂纹，这种具有微细裂纹的物料在后期的磨矿作业中更能被优先磨碎，其结 果是工业实践往往反而优于实验室一般计算所得的碎矿指标I l U ’1 1 J 。 2 高频振动筛 高频振动筛有很多型号，其中具有代表性的是长沙矿冶研究院装备公司研制 的G P S 型高频振动筛，该型号的振动筛因具有处理量大，能耗低，筛面耐磨等 优点，逐渐在国内矿山行业占领筛分设备市场。现场工业试验表明，采用该设备 能提高铁精矿品位0 ．5 ％- 3 ％，同时采用该设备能有效避免过磨现象，有利于节 能；过磨的细粒级的减少也有利于脱水作业条件的改善u 2 1 。 3 改进型新式浮选柱 浮选柱早在上世纪6 0 年代就已经被发明，但严格意义上来讲，它算不上是 一类新式浮选设备，但其后期的改进型在成功解决了气泡发生器易阻塞，易磨损 的缺点后，拥有结构简单、精矿品位稳定，占地面积小等优点而逐渐为国内国外 许多矿山所采用。其原理是安置于简体底部气泡发生器中产生的气泡和向下沉降 的矿物颗粒能充分接触，有效增大了气泡与矿物颗粒的接触面积，造成在分选区 域上部形成厚厚的泡沫层，达到精矿品位稳定的目的。实践证明该设备比普通浮 选机在同等药剂条件下更能提高精矿品位【l 引。 4 陶瓷过滤机 陶瓷过滤机的核心部件是带微孔 孔径≤2 ．0 p m 的亲水性陶瓷过滤板。在 矿浆中，由于这些特殊的微孔而产生的毛细力作用，微孔中始终充满过滤矿浆， 此时，保证滤板两边的压强差就可以有效进行过滤。董国胜等从现场工业试验数 据分析，结果表明采用陶瓷过滤机得到的滤饼含水量小于普通真空过滤机，而含 水量的减少有效了节省干燥作业中的电能【1 4 , 1 5 】。 1 ．2 ．2 铁矿选矿新药剂的进展 由于我国铁矿石资源日益枯竭，而国外进口铁矿石价格又水涨船高，
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