2000～2004年铁矿选矿技术进展评述.pdf

第 2 5 卷第 6 期 2 0 0 5年 l 2月 矿 冶 工 程 M I NI NG A]N D M TAI J l t GI CAL EI N]E l t D G V0 】 ． 2 5 № 6 D e c e mb e r 2 0 o 5 2 0 0 0～2 0 0 4年铁 矿选矿技术进展评 述 沈慧庭 ， 黄晓燕 1 ． 广西大学， 广西 南宁5 3 0 0 0 4 ； 2 ． 长沙矿冶研究院， 湖南 长沙 4 1 0 0 1 2 摘要 评述了2 0 0 02 0 0 4 年铁矿选矿技术的进展。介绍了采用反浮选技术及高效捕收剂、 细粒磁选深选设备、 细筛技术和浮选 柱等关键技术， 实施“ 提铁降杂” 战略所取得的重大进展。综述了针对脉石为含铁硅酸盐的细粒嵌布磁赤铁矿、 菱铁矿、 褐铁矿、 鲕 状矿等复杂难处理铁矿石， 研究开发高效节能选矿新技术所取得的进展。同时介绍了国内外破碎设备的研制进展情况、 生物选矿 技术在铁矿选矿领域的应用状况。 关键词 铁矿石； 选矿技术； 2 0 0 0 2 0 0 4 年 进展； 评述 中图分类号 T D 9 2 文献标识码 A 文章编号 0 2 5 36 0 9 9 2 o o 5 o 6 0 0 2 6 0 5 A R e v i e w o f T e c h n i c a l P r o g r e s s i n I r o n Or e P r o c e s s i n g 2 0 0 02 0 0 4 S H E N H u i t i n g ， H U A N G X i a o y a I l 2 1 。G u a n g x i U n i v e r s i t y ，N a n n i n g 5 3 0 O O 4 ，G u a n g x i ，C h i n a；2 ．C h a n g s h a R e s e a r c h I n s t i t u t e o fn i n g a n d M e t a l l u n g， C h a n g s h a 4 1 0 0 1 2 ，H u nan，C h i na A b s t r a c t T h e t e c h n i c a l p r o g r e s s i n i ron o r e p r o c e s s i n g h a s r e v i e w e d f r o m t h e y e a r o f 2 0 0 0 t o 2 0 0 4 ． S o m e k e y t e c hno l o e s a r e i n t r o d u c e d i n r e v e r s e f l o t a t i o n o f i ron o r e ，h i g h e f fi c i e n t c o l l e c t o r s ，ma g n e t i c s e p a r a t i o n e q u i p me n t a n d f u r t h e r s e p a r a t i o n e q u i p me n t f o r fi n e g r a i n o r e s ，fi n e s i e v i n g t e c hno l o g y ，as w e l l as fl o t a t i o n c o l u mn e t c and r e ma r k a b l e p rog r e s s o b t a i n ed a f t e r i mp l e me n t i n g t h e s t r a t e gy o f “ i mp rov i n g i ron c o n t e n t w h i l e d e c r e asi n g i mp u ri t i e s ” ．I t c o mp r e h e n s i v e l y d e s c ri b e s the p rogre s s i n s o me n e w mi n e d p r o c e s s i n g t echno l o g i e s w i th h i g h e f f i c i e n c y and e n e r g y - s a v i n g a d v a n t a g es ．s p e c i a l l y f o r i ron O reS be i n g c o m p l i c a t e d i n the s t r u c t u r e and d i f fi c u l t t o b e p r o c e s s ed ， d u e t o fi n e l y d i s s e mi n a t ed ma g n e t i c h e m a t i t e be i n g i n t e r g r o w n i n the s i l i c a t e g ang u e s c o n t a i n i n g i ron，as w e l l as s i d e ri t e ，l i mo n i t e and o o l i t i c O re e t c ．T h e p rog r e s s i n the d e v e l o p me n t o f c r u s h e r a t h o me and a b r o a d and the印p l i c a t i o n o f mi c rob i o l o g i c al a p p r o a c h e s t o the p r o c e s s i n g of i ron O re a r e a l l p r e s e n t ed i n thi s p a p e r ． Ke y wo r d s i ron o re ；p r o c ess i n g t e c hn o l o gy ；f r o m the y e ar o f 2 0 0 0 t o 2 0 0 4；p rog r e s s；rev i e w 中国作为世界第一铁矿石生产与消费大国， 加上 其铁矿资源“ 贫 、 细 、 杂 、 散 ” ， 开发利用难度大的特点 ， 近几年已成为世界铁矿选矿技术研究开发的中心， 其 工艺技术达到 了国际领先水平。2 0 0 0～2 0 0 4年 ， 中国 铁矿选矿技术研究进展主要集 中在 以下 2个方面 ① 实施“ 提铁降杂” 战略； ② 针对脉石为含铁硅酸盐的细 粒嵌布磁赤铁矿、 菱铁矿、 褐铁矿、 鲕状矿等复杂难处 理铁矿石， 研究开发高效节能选矿新技术。 1 实施“ 提铁降杂” 战略的关键技术 提高高炉人炉料的含铁品位， 降低杂质含量， 可以 提高高炉利用系数、 降低能耗， 是高效率、 低成本炼铁 的基础。进入 2 0 0 0年 ， 长沙矿冶研究 院余永 富院士与 鞍钢一道， 提出了“ 提铁降杂， 实现企业整体效益最大 化” 的学术思想， 推动了为实现这一学术思想的新技术 的研究开发与应用。 1 ． 1 反浮选技术及高效捕收剂【 l 鞍山式贫赤 磁 铁矿石的特点是需回收的铁矿物 种类多， 其磁性能和可浮性均有较大差异， 但 9 o ％以 上的脉石为石英， 以抑制铁矿物、 活化浮出脉石为核心 的反浮选技术的研发成功及工业应用， 是经济合理地 提高这类矿石选矿技术指标的关键之一。我国铁矿反 浮选技术研发始于 2 0世纪 7 0 年代末期 ， 长沙矿冶研 究院对包钢选矿厂含氟 萤石 弱磁精矿和鞍钢齐大山 强磁精矿进行了近十年的反浮选研究， 从小试、 扩试、 分流试验 、 工业试验直至工业生产 ， 于 1 9 9 8年在鞍钢 调军台首次将阴离子反浮选技术应用于工业生产 。长 沙矿冶研究 院的 R A系列反浮选捕收剂、 马鞍山矿山 研究院的 Ⅲ 系列和鞍钢 自主研 发的 L K Y系列反浮选 捕收剂均是具有 自主知识产权 的新 品种药剂 ， 具有选 ①收稿 IS 期 2 0 0 5 1 0 1 0 作者简介 沈慧庭 1 9 5 9 一 ， 男， 福建人， 博士， 主要研究方向为铁、 锰选矿技术、 固体废弃物资源化技术。 维普资讯 第 6期 沈慧庭等 2 O O 02 0 0 4 年铁矿选矿技术进展评述 别效率高、 对矿泥的适应性较好、 泡沫脆、 流动性好、 浮 选生产操作稳定的特点； 药剂原料来源广泛， 生产工艺 简单， 产品价廉且无毒。武汉理工大学研制的 G E 6 0 1 和鞍钢自主研发的 Y s 一 7 3 阳离子捕收剂较好地解决 了阳离捕收剂通常存在的不耐低温、 泡沫流动差、 对矿 泥敏感的弱点， 在低温 1 5℃ 条件下得到了工业应 用。国内相关单位在反浮选药剂方面的不懈努力， 是 反浮选技术能在中国成功工业应用的关键。但是， 在 降低阴离子药剂的使用成本和提高阳离子药剂的稳定 性方面仍然需要继续努力。 1 ． 2 细粒磁选深选设备- 8 除反浮选外， 近年发展的一些细粒磁选深选设备 也是提高铁精矿质量的有效手段， 机型多种多样， 可谓 百花齐放 ， 各领风骚， 但一个共同点是 为解决选择性 差和介质易堵塞的难题 ， 近年研发 的这些细粒磁选设 备都引人了反向水流冲洗的概念。 鞍山科技大学研制的磁选柱是近年在磁性矿物深 选方面较有前途的设备。该装备采用特殊的电源供电 方式， 在磁选区间内产生特殊的磁场变换机制， 对矿浆 进行反复多次的磁聚合． 分散． 磁聚合作用， 从而充分 分离出磁性矿物中夹杂的中、 贫连生体及单体脉石， 生 产出高品位磁精矿。该设备已在鞍钢、 包钢、 本钢等十 多家大型铁矿选矿厂得到工业应用 ， 可以获得铁 品位 6 7 ％以上的铁精矿。但是， 该设备耗水量较大， 处理能 力偏小， 如果在这两方面没有实质上的进步， 将阻碍其 大规模的工业应用 。 郑州矿产资源综合利用研究所和首钢矿业公司合 作的磁聚机近年也有新的进展， 它在原有的利用较低 的不连续非均匀永磁磁场作用下， 使磁铁矿颗粒形成 的磁团聚时时紧时松 ， 当磁团处于松散状态时 ， 在上升 水流的作用下， 使夹杂的脉石矿物和贫连生体被清洗 出的原理的基础上， 引进了变径的概念， 强化了磁团的 “ 松紧” 频率和强度， 可将峨口铁矿 一 0 ． 0 7 4 m n 3 粒级占 9 6 ％的磁选精矿的品位提高到 6 6 ％以上。 马鞍山矿山研究院研制的 G D型低强场脉动筒式 磁选机是在圆筒旋转时， 圆筒表面形成脉动磁场， 使磁 团松散， 排出其中夹杂的脉石矿物及贫连生体。在庙 沟铁矿应用时， 从普通筒式磁选机两次精选的最终精 矿品位提高了 1 ． 1 9 个百分点。 东北大学研制的脉冲振动磁场磁选柱， 是利用充 电和放电过程产生的较高的磁场， 并采用控制电路使 充电和放电过程强制中断， 产生一定频率的振动磁场， 位于选别区间的磁矿颗粒产生磁团聚， 而后又分散， 交 替进行， 上升水流在其团聚分散时将脉石矿物及贫连 生体冲洗出来。选别本钢南芬磁选精矿， 品位可提高 3 ． 5 4～8 ． 2 7个百分点 。 包头新材料应用设计研究所研制的 B X新磁系永 磁磁选机具有多磁极、 高场强、 大磁系包角、 合理磁场梯 度和深度的特点， 该设备已在酒钢、 包钢、 河南舞阳、 鞍 钢大孤山选矿厂应用， 在酒钢的应用表明， 在尾矿品位 基本不变的情况下， 精矿品位提高了 1 ． 6 8 个百分点。 长沙矿冶研究院在 D P M S 机型基础上研制的广义 分选空间湿式永磁强磁选机充分利用了新型稀土永磁 材料的进步和水介质分散的原理， 可有效选别 6～ 0 ． 0 7 4／ ／ 1 ／ ／ 1 的弱磁性矿物。 国外磁选设备的进展一直是我国磁选设备研发的 源泉。国外几个重要的磁力设备公司 如德国 K I- ID公 司、 美国 E r i e s 公司 是该领域的领头羊， 创新能力很 强， 几乎每一项新的技术都来源于这几大公司的原始 创新。主流机型有 美国 E r i e s 公司的圆筒型稀土永磁 磁选机、 辊带式稀土永磁强磁选机、 铁轮式稀土永磁磁 选机， 德国洪堡公司的J o n s D P湿式强磁选机、 S o l 平环 高梯度磁选机， 瑞典 S a l a 公司的 S a la 平环高梯度磁选 机， 俄罗斯的脉冲梯度磁场磁选机， 捷克的 V M S 、 V M K S 立环高梯度磁选机等。 值得注意的是， 世界几大顶级磁力设备公司在美 国高能物理专项资金和一些财 团的支持下 ， 已开发出 工业应用的低温超导磁选机 背景磁场5 ， 0 T ， 其工业 应用将可能带来微细粒磁性矿物回收 或除杂 的革命 性变化。 1 ． 3 细筛技术n 细筛技术在铁矿选矿 中的主要应用是 1 用细筛控制铁精矿中含硅高的粗粒连生体， 筛 上部分返回再磨， 筛下铁精矿的铁品位一般可提高 1 ～ 1 ． 5 个百分点， s i o 2 含量可降低 0 ． 5 ～ 2 个百分点。 2 用细筛控制浮选给矿粒度 ， 改善浮选效果。 3 提高磨矿分级效率。一般生产中螺旋分级机 的分级效率只有 2 0 ％ ～ 3 0 ％， 水力旋流器的分级效率 也只有 3 0 ％ ～ 4 0 ％， 并常伴有反富集现象， 在阶磨阶 选流程中， 由于存在磁团聚， 分级效果更差。在磨矿分 级系统中引入 细筛， 可使分级效率提高到 5 0 ％ ～ 6 0％ 。 美国德瑞克细筛自1 9 5 1 年问世以来， 以其出色的 高效耐磨防堵筛网技术和重复造浆、 强力脱水等技术 在分级和脱水以及通过控制粒度来降硅提铁等方面得 到了广泛的应用。但在引人中国的应用过程中， 也出 维普资讯 矿冶工程 第 2 5 卷 现了因油膜堵塞现象严重不能达到预期处理能力和分 级效率的问题。近几年， 为满足市场对性价比高的细 粒、 微细粒筛分设备的强劲需求， 长沙矿冶研究院 G P S 系列和唐山陆凯公司的电磁振动细筛发展十分迅速。 G P S 系列在筛网寿命、 开孑 L 率及筛网维护更换技术方 面有重大进展， 攀枝花选矿厂“ 九五” 期间研发成功的 组合分级工艺在筛分设备选型方面进行了 4 年的对比 选型试验， 于2 0 0 5 年确定选择新型 G P S 系列高频振动 细筛进行全厂 1 6 个系列 年处理能力达 1 3 5 0 万 t 的 技术改造。但是， 不论是哪种细筛， 国内筛网技术与国 外都存在一定的差距， 它的开孔率和磨损寿命远低于 德瑞克公司公布的数据。 1 ． 4 在铁精矿反浮选中广泛使用的浮选柱⋯ 工业试验表明， 浮选柱用于反浮选脱硅较传统浮 选机好。由于浮选柱的特定几何形状， 单位体积容量 占地面积小， 泡沫密集， 泡沫高度可达 1 2 m， 当冲洗 水冲洗泡沫时， 能降低铁精矿中硅含量， 同时又能使铁 的损失率保持最低， 回收率高， 浮选回路简单， 建设投 资低 2 o ％一 3 0 ％， 运营费用低。近年， 国外一些大型 铁矿反浮选厂普遍采用浮选柱取代浮选机。 巴西萨马尔库矿业公司最早于 1 9 9 0年在铁矿浮 选中采用浮选柱用以提高生产能力 。为降低浮选尾矿 品位， 又先后安装使用了粗选、 扫选和精选作业用的 1 5 台浮选柱。印度库德雷克铁矿有限公司采用 8台 浮选柱处理铁品位 6 7 ％， S iO 2 含量 4 ． 5 ％的精矿， 使 s i 0 2 含量降到了 2 ％， 满足了球团用铁精矿的质量要 求。目 前， 巴西、 加拿大、 美国、 委内瑞拉和印度等国的 铁矿选矿厂已安装使用了约 5 0台浮选柱。长沙矿冶 研究院将中国矿业大学研制的、 并已在选煤行业工业 应用的微泡旋流浮选柱引入铁矿反浮选 ， 自2 0 0 3 年开 始在鞍钢弓长岭选矿厂进行 3 t／ h 规模的工业分流试 验， 与普通浮选机相比， 精矿品位提高 1 1 ． 5 个百分 点， s io 2 含量降低 1 个百分点， 回收率提高 1 0 个百分 点。目前正在进行规模 为 6 5 t ， h的工业试 验， 如能达 到预期目 标， 将在全厂进行技术改造， 这将极大地推动 大型浮选柱在铁矿领域的应用。 2 复杂难处理铁矿石选矿技术进展l l 屹] 脉石为含铁硅酸盐的细粒嵌布赤 磁 铁矿、 菱铁 矿、 褐铁矿、 鲕状矿等复杂难处理铁矿石选矿技术近年 得到长足发展。 长沙矿冶研究院对新疆切勒克其和陕西大西沟的 菱铁矿、 褐铁矿采用“ 全粒级回转窑焙烧一 弱磁 一 反浮 选 ” 流程， 基本解决了焙烧设备炉内结圈、 微细粒铁矿 反浮选 一 4 3肿 粒级含量大于 9 8 ％ 等技术难题。对 新疆切勒克其矿， 在原矿品位 4 3 ％左右的条件下， 实 验室动态连续试验取得了精矿品位 6 4 ％， 回收率 9 0 ％ 以上的优良指标， 目 前， 由长沙矿冶研究院承建其年处 理量 2 0 0 万 t 的选矿厂回转窑焙烧系统， 在还原性气 氛回转窑的设计和加工制造方面都有重要创新， 这套 系统将于2 0 0 6 年 7 月建成投产， 其技术和成本方面的 进步值得期待。对陕西大西沟矿， 在原矿品位 2 5 ％的 情况下， 工业试验取得了铁精矿品位 6 4 ％， 回收率 7 2 ％的良好指标， 目前正在建设年处理量 9 0 万 t 的选 矿厂， 二期规模是年处理量 8 0 0万 t 。 长沙矿冶研究院针对选矿过程中产生的大量“ 用 之不能， 弃之可惜” 的含铁硅酸盐的细粒嵌布赤 磁 铁 矿、 菱铁矿、 褐铁矿、 鲕状矿等复杂难处理矿中， 研究开 发了闪速磁化焙烧技术， 可在十几秒时间内完成用其 它方法需几十分钟才能完成的还原反应 ， 节能 1 ／ 3以 一k， 目前已完成 5 0 0 k g ／ h 的连续试验。 重庆大学对威远菱铁矿进行了研究， 采用“ 破碎一 水洗或筛分选矿一 烧结” 流程， 可以经济合理地利用威 远菱铁矿资源。 黑龙江科技学院对菱铁矿的综合利用进行了研究 并指出， 菱铁矿在高温氧化分解过程中会发生分解， 放 出 c 0 2 ， 同时生 成 F e 3 0 4 ， y - F e O 3和 a 一 0 。其 中 F e 3 o 4 ， y F e 2 0 3 具有 良好的磁学性 能 ， 此外 ， 这 3种物 质在一定条件下又会呈现出不同的颜色。因而从菱铁 矿热分解的产物看， 除了作为传统的冶炼钢铁原料外， 还具有其它极大应用价值。如用作磁粉原料、 用作磁 性 日用陶瓷的主要原料、 磁性肥料和颜料工业的原料。 同时长沙矿冶研究院、 武汉理工大学一直没有放 弃对铁与含铁硅酸盐分离的基础理论方面的研究。结 果发现水玻璃经 H 2 S O 4 ，A l 2 S O 4 3 ， F e N O 活化 以 后， 在赤铁矿的浮选中对含铁硅酸盐脉石矿物具有 良 好的选择性抑制作用。所制得的聚合硅酸胶体溶液中 荷正电的组分由于静电作用而选择性地吸附在荷负电 的硅酸盐矿物表面， 从而导致辉石 、 闪石等含铁硅酸盐 矿物的浮选受到抑制。 针对我国目前已经突显， 并在全面实现小康社会 进程中不可逾越的资源供应短缺和紧张状况， 研究开 发高效节能的处理这类复杂铁矿石的选冶技术将越来 越受到关注 。 3 破碎设备的进展 j 提高破碎效率， 实现“ 多碎少磨” ， 一直是铁矿选矿 维普资讯 第 6 期 沈慧庭等 2 0 0 0 ～ 2 0 0 4 年铁矿选矿技术进展评述 节能降耗努力的方向， 2 0 0 1 年， N o r d b e r g 诺德伯格 和 S v e d a l a 斯 维达 拉 合 并 成 为 Me t s o Mi n e r a l s 美卓 矿 机 ， 其生产的 N o r d b e r g H P系列圆锥破碎机采用现代 液压和高能破碎技术 ， 破碎能力强 ， 破碎 比大。鞍钢调 军台选矿厂、 齐大山选矿厂 、 太钢尖 山选矿厂、 包钢选 矿厂、 武钢程潮选矿厂、 马钢凹山选矿厂等引进使用了 该设备 ， 最终入磨矿石粒度达到 一1 2 m l-t l 粒级 占9 5 ％， ～ 9 n l n l 粒 级 占 8 0 ％。此外 ， S a n d v i k公 司的圆锥破碎 机在中国应用也取得了较好的效果。 德国洪堡公司研制的高压辊磨机是进一步降低入 磨粒度的有效措施 ， 智利洛斯科罗拉多斯铁矿安装 了 洪堡公司的 1 7 0 0 ／ 1 8 0 0型高压辊磨机， 结果表明， 辊压 机排料平均粒度为 一2 ． 5 n l n l 粒级 占 8 0 ％， 辊压机可替 代两段破碎 ， 如果不用辊压机 ， 在时处理量为 1 2 0 t 、 破 碎粒度 一 6 ． 5 n l n l 时， 需安装第三段 用短头型圆锥破 碎机 和第 四段破碎 用 C y r a d i s k型 圆锥破碎机 ， 同 时， 用辊压机将矿石磨 碎到所需细度的功指数 比用圆 锥破碎机时要低， 其原因一方面是前者破碎产品中细 粒级产率高， 另一方面是其中粗颗粒产生了更多的裂 隙。该设备在中国水泥行业已得到较好应用。东北大 学在消化吸收的基础上 ， 为其在 中国铁矿选矿行业的 应用作了一些有益的研究开发工作， 他们研制的工业 机型 1 0 0 0 2 0 0 在马钢姑山应用表明， 可使球磨给矿 由原来的 1 2 0 r I1m下降为 一5 r I1m粒级占8 0 ％的粉 饼， 从而大幅度提高生产中球磨的台时能力。但是， 辊 面材料 网格柱钉型衬板 损坏后只能采用表面焊接法 修补， 因而不能形成自生磨损层， 国产机型的表面材质 更是难以满足要求。所需工作压力大， 矿石中混杂的 铁质杂质 钢纤、 铁钉等 都将对辊面材质产生致命的 损伤， 因而阻碍了该设备在铁矿选矿领域的推广应用。 4 生物选矿在铁矿选矿领域的发展 ] 矿物与微生物作用会使矿物的表面化学性质发生 很大变化， 进而扩大需分离矿物的表面化学性质差异， 实现环境友好的分离。拉塔拉扬研究认为， 多黏芽胞 杆菌及其代谢产物可有效地提高石英和高岭石的可浮 性 ， 选择性地絮凝或抑制赤铁矿。迪梅斯 克特将非病 源性疏水暗红球细菌作为赤铁矿 一 石英体系中的浮选 药剂 ， 赤铁矿与石英混合物的微量浮选试验表明， 通过 生物处理 ， 浮选赤铁矿颗粒和抑制石英颗粒是可能的。 胡芳仁在高磷铁矿生物脱磷研究 中， 系统地进行了 T f 氧化黄铁矿生产浸 出液及 以此浸 出液浸矿脱磷 的研 究， 可使梅山铁矿中磷含量由 0 ． 4 9 3 ％降至 0 ． 1 6 0 ％。 黄剑胯申请了一项“ 铁矿物微生物． 化学联合脱磷方 法” 的专利， 先将含有硫杆菌 T h i o b a c i ll u s 的培养液与 铁矿粉进行一段时间有生物处理至自反应基本停止， 然后加入含有单宁的化学处理液， 搅拌、 过滤后， 大量 含磷杂质被分离至废液中， 可将高磷铁矿粉中的磷含 量降到0 ． 2 ％以下。杨慧芬研究认为在中性 p H时， 在 煤、 赤铁矿和磷灰石体系中， 草分枝杆菌内对赤铁矿有 絮凝作用， 当 p H3时， 获得的赤铁矿絮团含水量最 少 ， 絮凝效果最好 。 参考文献 [ 1 ] 余永富． 国内外铁矿选矿技术进展[ J ] ． 矿业工程， 2 O 0 4 ， 2 5 2 5 2 9 ． [ 2 ] 余永富． 从炼铁工业发展现状讨论我国铁矿石选矿值得注意的若 干问题[ J ] ． 国外金属矿山， 2 0 o l 5 l 0 一l 5 ． [ 3 ] 樊绍良， 段其福 ． 铁精矿提质降杂技术研究[ J ] 1 金属矿山， 2 0 0 2 4 3 8～ 4 1 ． [ 4 ] 张光烈． 我国铁矿选矿技术的进展[ J ] ． 有色矿冶， 2 O O 5 增刊 2 9 3 6． [ 5 ] 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