巫山桃花高磷鲕状赤铁矿联合选矿脱磷工艺研究.pdf

S e r i e s N o ． 3 9 3 Ma r c h 2 0 09 金 属 矿 山 METAL MI NE 总 第 3 9 3期 2 0 0 9 年 第 3期 巫山桃花 高磷鲕状赤铁矿 联合 选矿 脱磷工艺研 究 陈文祥胡万明 王 兵 贵州省地质矿产中心实验室 摘要为了经济有效地降低巫山桃花高磷鲡状赤铁矿中磷的含量 ， 以获得合格铁精矿， 根据矿石性质研究 结果， 试验研究了物理选矿、 化学选矿以及物理选矿与化学选矿联合选矿工艺。研究结果表明， 重选 一化学选矿脱 磷可以把高磷鲕状赤铁矿中磷从 1 ． 1 3 ％降低至 0 ． 0 7 7 ％， 达到国家标准对铁矿中磷含量的要求 ， 而且脱磷成本较 低 ， 脱磷溶液可以通过回收得到利用， 不会对环境形成污染， 是高磷鲕状赤铁矿降磷的有效方法。 关键词 高磷 赤铁矿脱磷化 学选矿 Re s e a r c h on t he Co m b i n e d Be n e fic i afio n Pr o c e s s f o r De ph os p ho r i z a t i o n o f Hi Pho s p ho r us Oo U tic He m a tit e Or e f r o m W us h a n，Ta o hu a Co u nt y Che n W e n x i a n g Hu W a n mi n g W a n g Bi ng G u iz h o u C e n t e r L a b o r a t o r y o fG e o l o g i c a l ＆Mi n e r a l R e s o u r c e Ab s t r a c t T o e c o n o mi c a l l y a n d e ff i c i e n t l y r e d u c e t h e p h o s p h o r o u s c o n t e n t i n h i g h p h o s p h o r u s o o l i t i c h e ma t i t e o r e o f wu s h a n，t a o h u a c o u n t y S O a s t o g a i n a q u a l i fi e d i r o n c o n c e n t r a t e ，b a s e d o n t h e s t u d y o f t h e o r e p r o p e r t i e s ， t e s t s w e r e ma d e o n i t s b e n e fic i a t i o n b y p h y s i c al p r o c e s s ，c h e mi c al p r o c e s s an d b y t h e i r c o mb i n e d p r o c e s s ．T h e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t a c o mb i n a t i o n o f g r a v i t y s e p ara t i o n a n d c h e mi c a l p roc e s s e s c an r e d u c e t h e p h o s p h o rou s c o n t e n t o f the o r e f r o m 1 ． 1 3 ％t o 0 ． 0 7 7 ％ ， wh i c h me e t s t h e s t a t e s t a n d a r d o n t h e p h o s p h o r o u s c o n t e n t i n i ron o r e a t a l o w c o s t ． Mo r e o v e r ，t h e d e p h o s p h o r i z a t i o n s o l u t i o n c a n be r e c y c l e d an d wi l l c a us e no po l l ut i o n t o t he e n v i r o n me n t ．Th e r e f o r e，i t i s a n e ffi c i e n t me t h o d f o r ph o s ph o r o u s r e d u c t i o n o f h i g h p h o s p h o r u s o o l i t i c h e ma t i t e o r e ． Ke y wo r d s Hi g h p h o s p h o rus i r o n o r e，De p h o s p h o r i z a t i 0 n ，C h e mi c al b e n e fi c i a t i o n 赤铁矿是炼铁的主要原料之一 ， 若铁矿石 中含 磷过高 ， 在炼铁过程 ， 磷进入金属 中， 会增加生铁和 钢铁的冷脆性 ， 严重影响生铁和钢的质量 。因此 ， 高 磷铁矿石一般不能直接应用 ， 只有将矿石 中磷含量 降低到 0 ． 2 0 ％_ l 以下 ， 才能作为炼铁原料 。 由于高磷铁矿石矿物组成 比较复杂 ， 磷矿物嵌 布粒度细小 ， 因此高磷铁矿脱磷技术难度非常大 ， 一 直是国内外选冶技术难题。近年来 ， 由于 国外铁矿 石价格一路攀升 ， 导致我 国钢铁企业生产成本居高 不下 ， 严重影响我国钢铁企业的效益 ， 已成为我国钢 铁工业经济安全 的重大隐患 。因此 ， 依靠科学技术 进步 ， 研究高磷铁矿石脱磷工艺 ， 对保障我国钢铁工 业原料的供给具有十分重要 的理论意 义和现实意 义 。 目前 ， 国 内主 要 采 用 的 方 法 有 物 理 选 矿 脱 磷 4 。 ， 化学选矿脱磷 引， 冶炼脱磷 和微生物脱 磷 等方法 。物理选矿脱磷存在 的问题是脱磷率 ． 5 0 低 ， 难 以达到要求 ， 而且磨矿成本高 ， 铁 回收率低 ， 很 难达到满意的效果 。化学选矿脱磷效果 明显 ， 但成 本较高。冶炼脱磷效果好 ， 但成本高。微生物脱磷 存在脱磷效率低、 生产周期长 ， 微生物繁殖受环境温 度的影响大。因此 ， 至今还没有从根本上解决高磷 铁矿石脱磷的好方法 ， 开发经济实用 的脱磷技术是 高磷铁矿石开发利用 的主要发展方向。 巫山县桃花高磷鲕状 赤铁矿探 明 3 3 3 3 3 4资 源量达 1 ． 1 亿 t ， 达到了大型矿床规模 ， 但矿石中磷 的平均含量达到 1 ％左右 ， 高者超过 1 ． 2 ％ ， 严重限 制了该铁矿的开发利用。根据巫山高磷鲕状赤铁矿 石性质研究结果 ， 进行了物理选矿提铁脱磷 、 化学选 矿脱磷 以及物理选矿提铁与化学选矿脱磷联合选矿 工艺研究。 陈文祥 1 9 6 6 一 ， 男 ， 贵州省 地质矿 产 中心 实验室 岩矿选 冶技术 研 究研发 中心 ， 主任 ， 高级工程师 ， 5 5 0 0 1 8贵州 省贵 阳市 国家 高新 技 术产业开发 区地质实验基地。 陈文祥等 巫山桃花高磷鲕状赤铁矿联合选矿脱磷工艺研究 2 0 0 9年第 3期 1 矿石性质 1 ． 1 矿石的化学组成 原矿多元素化学分析结果见表 1 。 表 1 原矿石多元素化学分析结果 ％ 元 素T F e S i O 2 A 1 2 0 3 C a O M g O S P 含 量4 5 ． 4 3 1 1 ． 9 0 6 ． 2 1 6 ． 7 6 1 ． 5 0 0 ． 0 3 4 1 ． 1 3 从 表 1可看 出， 原 矿 中主要 脉石 成分 S i O ， A 1 0 ， C a O和 Mg O， 是影响铁品位的主要因素， 磷含 量达 1 ． 1 3 ％ ， 是该矿石最主要的有害杂质， 都是需 要通过选矿降低的成分 。 1 ． 2 铁的物相分析 原矿铁物相分析结果见表 2 。 表 2 原矿铁物相分析结果 ％ 从表 2可看 出， 该铁矿石 中 9 8 ． 8 0 ％的铁以赤 铁矿和褐铁矿的形式存在， 其次是菱铁矿和硅酸铁 ， 其他铁矿物的铁分布率非常少 。 1 ． 3 矿石的矿物组成及其相互关系 试验矿石中矿物主要是赤铁矿 ， 另有少量黄铁 矿等； 脉石矿物有白云石 ， 石英 ， 方解石 ， 胶磷矿 ， 绿 泥石 ， 粘土质等 。 该赤铁矿主要为高磷鲡状赤铁矿 ， 另有少量的 以填隙物形式存在的非晶质赤铁矿， 它们与矿石中 所有脉石矿物以不同的方式共生， 其中鲡粒赤铁矿 和绿泥石关系极为密切 ， 隐晶质赤铁矿和白云石、 石 英 、 方解石 、 胶磷矿等矿物共生关系十分密切。矿石 中磷主要以胶磷矿形式存在， 胶磷矿为非晶质 ， 在矿 石中呈粒屑或鲕粒 出现， 边界 圆滑， 粒 径 0 ． 2～0 ． 5 m m， 最大粒径达 2 m m， 与赤铁矿鲕粒混杂分布。 由于隐晶质赤铁矿和其他脉石矿物的解离难度 较大 ， 将会制约赤铁矿， 尤其是隐晶质赤铁矿的有效 回收 ， 致使赤铁矿品位难以提高。 2 物理选矿脱磷试验 2 ． 1 重选试验 原矿石中主要含铁矿物为赤铁矿 ， 密度5 ． 0～ 5 ． 3 g ／ c m ， 与矿石 中脉石矿物 白云石、 石英 、 方解 石、 胶磷矿、 绿泥石、 粘土质以及黄铁矿等都有一定 的差异 ， 故采用重选工艺进行提高铁品位 ， 降低磷的 含量的试验。 重选试验流程见图 1 ， 试验结果见图2 。 原矿 精矿1 中矿 尾矿 精矿2 图 1 重选试验流 程 堡 瓣 匿 图 2 入选粒度与铁精矿品位和回收率关 系 _一 铁品位； ◆一 铁回收率 从图 2可看 出， 重选人料粒度越细 ， 铁的品位越 高 ， 回收率越低 。综合考虑 ， 选择 0 ． 3 m m作为重选 磨矿细度。此时 ， 铁精矿 中磷的含量为 0 ． 9 7 ％ ， 较 原矿有所降低， 但远达不到铁精矿对磷含量的要求。 2 ． 2 磁选试验 原矿石 中目的矿物赤铁矿为弱磁性矿物 ， 而脉 石矿物白云石 ， 石英 ， 方解石， 绿泥石和胶磷矿均为 无磁性矿物 ， 故采用强磁选工艺提高铁精矿品位 ， 降 低磷的含量。磁选试验流程见图3 。 原 矿 精矿 中矿 尾矿 图 3 磁选试验流程 2 ． 2 ． 1 磨矿细度的影响 磨矿细度的影响试验结果见图 4 。 图4 入选粒度与铁精矿品位和回收率关系 一铁品位 ； ◆一铁 回收率 堡 静 娶 画 蜒 ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ 鹅 钉 ∞ ∞∞ ∞∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ 钳旺 总第 3 9 3期 金 属 矿 山 2 0 0 9年第 3期 从图 4可看出， 磨矿细度越细 ， 回收率也越低 ， 图7 。 铁精矿品位虽略有提高 ， 但升幅不大。这可能是因 为磁场强度太高 ， 矿物夹带严重所致 。综合考虑 ， 选 择 一 0 ． 6 m m作为强磁选磨矿细度。 誊 2 ． 2 ． 2 磁 场 强度 的影 响 磁场强度影响试验结果见 图5 。 ’ 磁 场 强 度 ／ k A ／ m 图 5 磁场强度与铁精矿品位和回收率关系 -一铁品位 ； ◆一铁回收率 从图 5可看 出， 随着磁场强度降低 ， 铁精矿的品 位并没有 明显提高 ， 而 回收率却 出现较明显降低。 磁场强度过高时 ， 回收率也有所降低。磁场强度在 1 2 7 3 ． 2 k A ／ m时 ， 回收率 出现最大值 ， 因此选择磁选 磁 场 强 度 为 1 2 7 3 ． 2 k A ／ m。此时 铁 精 矿 中 含 P 0 ． 9 5 ％ ， 较原矿有所降低 ， 但远达不到铁精矿对磷含 量要求。 3 化学选矿脱磷试验 重选和磁选试验结果表明， 物理选矿脱磷仅能 将铁矿石样品中的磷由 1 ． 1 3 ％降低至 0 ． 9 5 ％左右 ， 不能达到铁矿石对磷含量的要求 ， 而铁矿石 中的胶 磷矿能和某些化学药剂作用 ， 转化成可溶性物质进 入溶液而和铁矿分离。因此 ， 进行化学选矿脱磷试 验 研究 。 3 ． 1 脱磷药剂探索试验 对多种脱磷药剂进行了试验 ， 从脱磷效果 、 药剂 成本、 对铁精矿产品影响等几个方面进行对 比评估 ， 最终选择 了组合药剂 C X作为脱磷药剂。 3 ． 2 化学选矿脱磷试验流程 化学选矿脱磷试验流程如图 6 。 原矿 F] 筛分 I 化 学 选 堕 f 厂] 精矿 脱磷溶 液 图 6 化学选矿脱磷试验流程 3 ． 3 磨矿细度对化学选矿脱磷效果影响试验 磨矿细度对化学选矿脱磷效果影响试验结果见 52 32 ． o o 3 0． 0o 28 ． 00 2 600 2 4． f o 2 2． 00 2 0． 0o l 8． 00 磨矿 细腰 ／ mm 图 7 磨矿细 度与化 学选矿精矿磷含量和磷 回收率关 系 -一磷含量； ◆一 磷 回收率 从图 7可见 ， 随着磨矿细度减小 ， 铁精矿 中磷的 含量逐渐降低。磨矿细度达到 0 ． 1 5 mm后 ， 化学选 矿脱磷效果不再提高 ， 因此磨矿细度选择0 ． 1 5 m m。 3 ． 4 化学选矿脱磷药剂用量试验 化学选矿脱磷药剂用量试验结果见图 8 。 药刑州量 l k g ／ t 图 8 化 学选矿药剂 用量 与磷 含量 和磷 回收 率关 系 一磷含量 ； ◆一磷回收率 从图 8可看 出， 化学选矿脱磷药剂用量低于1 2 0 k g ／ t 时， 脱磷效果达不到铁精矿对磷含量的要求。为 了保证脱磷效果 ， 脱磷药剂用量选择1 2 0 k g ／ t 。 3 ． 5 化学选矿脱磷时间试验 化学选矿脱磷时间试验结果见图 9 。 脱 磷 时 1日 J ／ mi n 图9 脱磷时间与磷含量和磷回收率关系 _一磷含量 ； ◆一 磷 回收率 从图 9可看 出， 脱磷 浸出时间超过 1 5 mi n后 ， 精矿中磷含量受浸 出时间影响逐渐下降， 为便 于生 产操作 和保证 脱磷效果 ， 脱磷浸 出时间选择为 3 O mi n 的 ∞ 如 如 如 m 0 0 O O 0 0 O O O m m m m m m mⅪ 呈 H m 陈文祥等 巫山桃花高磷鲕状赤铁矿联合选矿脱磷工艺研 究 2 0 0 9年第 3期 4 联合流程脱磷试验 上述试验结果表明， 物理选矿提铁效果较好 ， 但 脱磷效果不明显 ， 化学选矿脱磷效果 明显。为 了在 获得合格铁精矿的同时， 降低生产成本 ， 进行物理选 矿提铁 一化学选矿脱磷联合流程试验 。 4 ． 1 重选提铁 一化学选矿脱磷试验 对图 1 流程所得的重选精矿进行化学选矿脱磷 试 验 ， 试验 结果 如下 。 4 ． 1 ． 1 脱磷药剂用量试验 重选提铁 一化学选矿脱磷药剂用量试验结果见 图 l 0。 药刑用量 ／ k g ／ O 图1 0 重选精矿脱磷药剂用量与磷含量和磷回收率关系 _一磷含量 ； ◆一磷回收率 从图 1 0可看 出， 重选精 矿脱 磷药剂用量达 到 7 0 k g ／ t 时， 能够获得合格铁精矿 ， 保险起见， 重选精 矿药剂用量选择 8 0 k g ／ t 。 4 ． 1 ． 2重选提铁 一化学选矿脱磷试验结果 重选提铁 一化学选矿脱磷试验结果见表 3 。 表3 重选提铁 一化学选矿脱磷试验结果 ％ 从表 3可看出， 重选提铁 一化学选矿脱磷试验 获得铁精 矿产 率 5 5 ． 3 7 ％ ， 品位 5 5 ． 1 0 ％ ， 回收率 6 7 ． 1 5 ％， 磷含量降低至 0 ． 0 9 2 ％。 4 ． 2 磁选提铁 一化学选矿脱磷试验 对图 3流程所得的磁选精矿磨至 一 0 ． 3 m m后 ， 进行化学选矿脱磷试验 ， 结果如下 。 4 ． 2 ． 1 脱磷药剂用量试验 磁选提铁 一化学选矿脱磷药剂用量试验结果见 图 1 1 。 从图 1 1 可看 出， 重选精矿脱磷药剂用量 达到 8 0 k g ／ t 试样时， 能够获得合格铁精矿。 4 ． 2 ． 2 磁选提铁 一化学选矿脱磷试验结果 磁选提铁 一化学选矿脱磷试验结果见表 4 。 堡 静 量 整 药剂用量 ／ k g ／ O 图 1 1 重选精矿脱磷药剂用■与磷含量和磷回收率关系 -一磷含量 ； ◆一 磷 回收率 表 4 重选提铁 一化学选矿脱磷试验结果 ％ 从表 4可看出， 磁选提铁 一化学选矿脱磷试验 获得铁精矿 产率 6 2 ． 5 2 ％ ， 品位 5 2 ． 7 0 ％ ， 回收率 6 4 ． 7 6 ％， 磷含量降低至 0 ． 1 7 ％。 5 化学选矿脱磷溶液回收利用 经过化学选矿 ， 矿石 中磷 、 钙 、 镁等元素部分进 入了溶液， 脱磷溶液补加脱磷药剂后重复使用 ， 直至 溶液中 c a 盐 、 Mg 盐和 P盐饱和后 ， 用石灰沉淀磷 回 收磷酸钙作为制取磷肥的原料， 再冷冻溶液结 晶析 出钙盐和镁盐 ， 重结 晶分离钙盐和镁盐作为产品出 售。 化学选矿脱磷溶液回收利用流程见图 1 2 。 化学脱磷溶液 C a 0 一 淀 _ _ _ _ _ _ _ _ _ 一 过滤 厂] 冷冻结晶 滤渣 厂 ] 磷 酸 钙 ， 化 肥 原 料 ， 溶 l液 { 钙、 镁 盐 结 晶 鍪 哿 器 簇 ． 重 查 曼 ． 返 回 脱 磷 工 段 ． 皇 笙 盐 ． I I 钙盐产品 镁盐产品 图 l 2 化学选 矿脱磷溶液 回收利用流程 从图 1 2流程可见 ， 化学选矿脱磷溶液中主要成 分可以通过 回收得到利用 ， 溶液可以返 回使用 ， 化学 选矿工艺不会对环境形成污染。 6 结论 I 巫山桃花赤铁矿 为高磷鲕状赤铁矿 ， 铁矿 石中矿物成分相对简单 ， 主要为赤铁矿、 白云石 、 石 英 、 方解石、 绿泥石和胶磷矿等几种 ，但共生关系较 下转第 1 3 6页 5 3 ． m肿 m m m 的 l l l l l 8 6 4 2 8 6 4 2 O 如 加 m 兮 O O O 0 O 0 0 O 、 捌啦餐 m m m m m Ⅺ 的 l l l 1 l 8 6 4 2 8 6 4 2 O工工 ∞ ∞ m 0 0 0 0 0 0 0 0 0 总第3 9 3期 金 鬣 砖 2 0 0 9年第 3期 杂地层中钻孔共 1 5个 ， 累计进尺 1 3 5 6 m， 完成钻孔 中， 最大孔深 8 8 ． 6 m， 最浅的孔深 为 4 7 ． 0 r n 。钻孔 质量好 ， 完全满足设计 的要求。 此外 ， 利用反循环方 法采取的岩矿样的采取率 高 ， 品味 、 位置正确， 取得了良好的应用效果 。 1 钻进效率高。正常钻进时平均机械钻速约 为 7～1 1 m ／ h ， 最高机械钻速可达 2 0 m ／ h ， 钻进效率 远高于其他钻孔方法。 2 采用贯通式潜孔锤实现反循环连续取芯 ， 反循环排渣干净 ， 岩矿样采取率在 9 8 ％以上。岩矿 样为大颗粒状 ， 并能够取出片状和短柱状的岩芯 ， 能 够有效地反映孔底岩层的变化 ， 样 品真实度高。岩 矿样反循环排出， 与孔壁无接触和交换 ， 无污染。 3 双壁钻杆为流体介质反循环提供 了运输通 道 ， 使流体介质不冲刷外孔壁 ， 有效地保证 了孑 L 壁 的 完整性 ， 有效地防止 了掉块、 卡钻、 埋钻等事故 的发 生 。 4 潜孔锤钻进能够震动解卡 ， 从而实现 了钻 进过程中不提 钻连续取芯 ， 减 少 了提钻 、 下 钻等工 序 ， 大幅度提高了钻进效率 。 5 由于矿区地层漏失严重 ， 存在着大量 的盲 空区和大裂隙 ， 采用 内喷射孔钻头能够 良好 的反循 环效果 ， 岩芯采取率可达 9 5 ％ 以上。 5结论 1 贯通式潜孔锤反循环取芯技术完全适用于 上接第 5 3页 为复杂 ， 其 中鲕粒赤铁矿和绿泥石关系极为密切 ， 隐 晶质赤铁矿和 白云石 ， 石英 ， 方解石 ， 胶磷矿等矿物 共生关系十分密切 ， 增大 了隐晶质赤铁矿和其他 脉 石矿物的解离难度 ， 致使赤铁矿品位难以提高。 2 重选提铁 一 化学选矿脱磷工艺为巫 山桃花 赤铁 矿 开 发利 用 的最佳 选 矿 流程。原 矿铁 品位 4 5 ． 4 3 ％ ， 含磷 1 ． 1 3 ％ ， 通过重选提铁 一化学选矿脱 磷联合流程选矿 ， 获得铁精矿品位 5 5 ． 1 0 ％、 铁 回收 率 6 7 ． 1 5 ％ 、 磷含量降至 0 ． 0 9 2 ％的良好试验结果。 3 化学选矿脱磷溶液 中主要成分可以通过 回 收得到利用 ， 脱磷溶液可以返回使用 ， 化学选矿工艺 不会对环境形成污染。 地层破碎的露 天矿区地层 ， 能够解决地层复杂 、 破 碎 、 漏失严重 、 易坍塌等问题。 2 专用的反循环钻头能够钻进破碎和裂隙发 育的地层 ， 尽管充满裂隙的孔底泄露部分风 ， 但反循 环 的空气有足够大的风量携带岩矿样上返 ， 试验 中 遇到空区， 当钻具 传过空 区后 ， 钻头一旦接触 到孔 底 ， 反循环立 即恢复。 3 与其他潜孔锤反循环技术只能获取碎屑状 岩样相 比， 贯通式潜孔锤 能够获取片状 和短柱状岩 芯 ， 能够保留更多的地质信息 ， 更具有优越性。 实践证 明， 贯通式潜孔锤反循环钻进技术在复 杂地层 中钻进具有 明显 的优点 ， 能够广泛地在露天 矿 区极复杂地层和干旱缺水地区使用。 参考文献 [ 1 ] 张祖 培 ， 殷琨 ．岩土钻掘工 程新技术 [ M] ． 北京 地质 出版 社 ， 2 0 0 3 ． [ 2 鄢泰宁．岩土工程钻掘工程学 [ M] ． 北 京 中 国地 质大学 出版 社 ， 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