磁铁矿矿石选矿流程中的浮选工艺精.docx

1、磁铁矿矿石选矿流程中的浮选工艺精磁铁矿矿石选矿流程中的浮选工艺辛杰莫娃摘 要 采用浮选工艺对磁选过程中产出的磁铁矿精矿进行精选,能达到降低磁铁矿精矿中的S iO2和S的含量,以生产出能适用于高炉熔炼和直接还原铁所需的磁铁矿精矿。采用浮选工艺后就能在较早的磨矿阶段,获得所需质量的最终精矿,因而就能达到减少磨矿物料的数量和降低电能消耗。关键词 磁选-浮选联合流程 分选 磁铁矿矿石 节能 提高生产能力处理细粒浸染状磁铁矿矿石的一些选矿厂,是俄罗斯铁精矿的主要生产企业。如在美国的明尼苏达州和密执安州、加拿大安大略省的许多大型采矿公司都在开采铁燧岩矿石,它们是矿物成分接近细粒浸染的磁铁矿石英岩矿石。俄罗

2、斯和这些国家处理这些矿石的很多大型采选公司,多数都是在20世纪6080年代建成的。磁铁石英岩和铁燧岩矿石中大约含有30% 35%的铁。俄罗斯国内的一些采选公司生产的精矿的铁品位基本上都在65%66%之间,少数达到了68 0%68 5%。目前世界黑色金属产量中,大约97%都是进入高炉熔炼成铸铁。对于高炉熔炼过程来说,对铁矿石原料的基本要求之一,就是在尽可能降低硫、磷、锌、砷和其它杂质以及合适的造渣组分含量的条件下,达到很高的含铁量。此外,运输较富的精矿和球团矿,也会节省运输费用。提高精矿铁品位基本上都是通过降低精矿中的SiO2含量而实现的。铁矿石原料中的SiO2含量降低1%,就能使焦炭的消耗量大

3、约减少3%,并能提高高炉的生产能力。力求达到更合理地利用燃料-动力资源和不断提高的对金属质量的要求,这些都决定了需要开发非高炉冶金法,以及扩大适于炉外炼铁的矿物原料基地。在俄罗斯的一些采选公司中,分选磁铁石英岩的原则工艺流程包括三到四段破碎和三段磨矿。分选过程是通过在每段磨矿以后进行湿式磁选以获取最终尾矿,在最后阶段才获取精矿。在某些采选公司中,有少量(3%7%的尾矿采用干式磁选法分离出的。用于生产金属化球团和团块的,铁品位达到70%、SiO2含量达到2 4%的高质量精矿,目前在俄罗斯只有列别金斯克采选公司一家生产,通过对普通精矿再磨到98%-44m,随后再进行脱泥和磁选而得到的。正如先前已指

4、出过的那样,在俄罗斯的一些选矿厂中,磁选是分选磁铁矿的一种主要方法。采用磁场磁感应强度为8096kA/m的湿式磁选机,能确保磁铁矿与单体的石英以及部分的铁的硅酸盐矿物有效分离,但不能使那些,由磁铁矿与这些矿物形成的富连生体达到分离。因此,为了通过湿式磁选制取高质量的精矿,就应将矿石磨细到85%95% -44m粒级。在这种条件下就能使磁铁矿达到几乎完全解离。在对精矿进行分级(或细筛时,细颗粒(7444m就被分离到溢流(筛下产品中,而矿砂(筛上产品又重新返回再磨。在其它国家的一些选矿厂中,除了进行两段磨矿和磁选外,还采用多种精选作业以获取富精矿和中矿,后者又返回再磨。磁选-浮选流程已用于美国的Mi

5、nntac、Em pir e和Northshore、加拿大的Gr iffith、Adams和Sher man、挪威的Kirkiness、瑞典的Kiruna以及中国和其它国家的一些选矿厂中。浮选给矿的粒度为60%-44m或者更细。在美国、加拿大、巴西的很多选矿厂中,都安装了Der rick型振动筛,目的是为了分级或分离出成品精矿。在俄罗斯的一些磁铁矿选矿厂中,目前的电能消耗约占选矿成本的42%48%,其中60%70%都消耗在磨矿工序中。由于近年来电能价格不断提高(与2000年相比已提高了5倍,因此必须制定节能工艺,并且还应改进一些设备和完善那些在20 40年前制定的工艺流程。降低选矿厂电能消耗的

6、方向之一,就是随着矿物的解离和产生足够数量的单体磁铁矿时,及时地分离出精矿,以减少进入细磨工序的物料数量。采用浮选方法降低精矿中的二氧化硅、硫、磷和其它杂质的含量,就有可能提高成品精矿的质量。浮选方法也已用于那些处理含有钛、铜、硫、钴、磷和其它伴生元素的铁矿石的综合利用工艺流程中。本文详细介绍了应用浮选方法提高磁铁矿精矿的品位,以及分段获取磁铁矿精矿的实验室和半工业研究结果。1 提高铁精矿品位在研究俄罗斯很多选矿厂的精矿物质组成时已经查明,精矿中50%60%的脉石矿物是石英,并且细粒(3010m石英基本上都是呈单体形式存在的,而比较粗粒(2050m的石英,则是以与磁铁矿的连生体形式存在。除石英

7、以外,还存在有铁的硅酸盐矿物(闪石、云母和阳起石等。各粒级精矿中铁的分布率分析结果表明,大量的磁铁矿与石英的连生体集中在少量的+44m粒级中,它们都是在磁选时被回收到磁性产品中的。因此在+44m粒级中铁的含量大大低于在-44 m粒级中的含量。在浮选生产实践中,常采用以下三种主要方法:使用阴离子捕收剂在酸性介质中浮选铁矿物(正浮选法;使用阴离子捕收剂在碱性介质中浮选脉石矿物(硅石(阴离子反浮选法;或是使用阳离子捕收剂浮选脉石矿物(阳离子反浮选法。在磁铁矿精矿和中矿以及少量的矿泥中,铁品位高是有利于使用阳离子反浮选法以降低精矿中SiO2含量的一个重要因素。在俄罗斯,阳离子反浮选工艺常用于分选可溶性

8、盐,以及在浮选长石时使用。为了在俄罗斯的选矿厂中能生产出高质量的铁精矿,必须使精矿中的SiO2含量降低到5 0%(用于高炉熔炼和2 8%3 0%(用于直接还原铁。阳离子反浮选工艺的效果是由很多相互关联的因素所决定的,其中很重要的因素之一就是阳离子捕收剂的选择。对于较早期的一些研究工作来说,使用的阳离子捕收剂多数都是 !类捕收剂(以碳原子数1315的石蜡为原料经还原硝化后获得的伯胺。近年来已研制出多种新型阳离子捕收剂,例如由德国、瑞典、美国和其它国家生产的阳离子捕收剂。为了评价阳离子捕收剂在浮选各种磁铁矿精矿过程中的效果,已试验过如下几种捕收剂:瑞典研制的Lilaflo t(烷胺的乙酸盐和二乙酸

9、盐、醚胺、醚二胺等,德国研制的Flotigam(烷基伯胺的乙酸盐、俄罗斯研制的伯胺的乙酸盐和氯化物和其它牌号的捕收剂。在考虑了被试验的几种捕收剂的用量和概算费用的基础上,最后选用了Lilaflot捕收剂。在实验室条件下为获得所需质量的精矿,Lilaflot捕收剂的用量一般都在2050g/t。用纯矿物进行的阳离子反浮选法研究结果表明,从石英与磁铁矿的混合物(两者的含量分别为10%和90%中,在中性和弱碱性介质中浮选回收石英最为有效,这是由于在这样条件下磁铁矿与石英对阳离子捕收剂有着不同的浮选活性。通过加入石灰或氢氧化钠提高矿浆的碱性时,就能提高精矿铁回收率,并且加入石灰提高矿浆碱性时,这个指标还

10、要稍高一些。在碱性介质中磁铁矿能有效地吸附钙离子,并从磁铁矿表面置换出胺,而对于石英吸附钙来说,则需要更高的碱性。淀粉能抑制磁铁矿,但不影响石英的浮选。在实验室条件下,在浮选含有68 0%67 0% Fe和5 1%6 2%SiO2的磁铁矿精矿时,获得了含有69 3%69 4%Fe和3 7%3 1%SiO2的精矿,在开路回路中铁的回收率达到94 8% 92 0%。浮选过程中只使用了Lilaflo t捕收剂,用量为20%40g/t(见表1。磁铁矿精矿阳离子反浮选的试验结果表明,在Lilaflo t捕收剂的用量增加到30%50g/t时,产出了含有69 9%Fe和2 8%SiO2的适于直接还原的铁精矿

11、。俄罗斯北方采选公司生产的精矿,其特点是磨矿粒度很细(81%-20m。显然,这就解释了在pH9 6的条件下进行浮选时捕收剂的用量很高(200g/t的原因。在对列别金斯克采选公司的磁铁矿精矿进行浮选精选,以获取适用于直接还原的高品位铁精矿时,铁的作业回收率为89 5%(表1。在国外也存在着这样的看法,认为在以磁铁矿精矿中浮选除去硅石(SiO2的过程中,与叶轮式浮选机相比,浮选柱是一种更合适的设备。在米哈伊洛夫斯克采选公司选矿厂的一个系列中,已安装了一套半工业装置,在高6m、直径15 2cm的Com inco牌号的浮选柱中浮选磁铁矿精矿。85%-44 m粒级的磁铁矿精矿,未经再磨就给入这套装置中进

12、行分选。磁铁矿精矿中的含铁量为66 0%66 2%。表1 磁铁矿精矿在开路循环中阳离子反浮选的结果生产企业原始产品粒 度含量/%Fe SiO2浮选条件药剂用量/g t-1NaOH Lilaflo tpH精矿产率/%对作业对原矿精矿含量/%Fe SiO2精矿铁回收率/%对作业对原矿提高精矿品位卡列利斯克球团矿厂93%-50m68 05 1-206 093 032 869 33 794 875 4斯托伊连斯克采选公司同上67 06 2-408 288 837 469 43 192 075 8列别金斯克采选公司77%-44m65 08 5-308 675 529 470 22 281 764 0 9

13、4%-44m68 54 4-308 395 835 469 92 697 876 5斯托伊连斯克采选公司89%-44m66 96 2-508 287 837 069 92 891 675 8卡列利斯克球团矿厂93%-50m68 25 1-308 091 832 469 92 994 175 2米哈依伊洛斯克夫采选公司89%-44m66 07 260509 470 424 569 92 874 643 3北方采选公司91%-44m65 08 22002009 689 969 72 896 4分段获取精矿列别金斯克采选公司77%-44m64 59 0-208 684 332 868 44 689

14、569 5卡列利斯克球团矿厂70%-50m60 012 5-4010 253 820 968 54 561 447 5在pH8 7、硬度为4 5m g当量/L的水中,不使用介质调整剂进行半工业试验时,米哈伊洛夫斯克采选公司生产的磁铁矿精矿的含铁量从66 3%提高到70%,而SiO2的含量则从7 0%降到2 7%。试验发现,随着矿浆pH的提高,精矿铁回收率从74%提高到85 4%(在开路循环中,而浮选精矿的品位稍有降低。浮选过程的工艺指标可由pH值调控。淀粉对浮选过程的作用是不一样的。淀粉能抑制磁铁矿和提高它在槽内产品中的回收率。但与此同时,淀粉又会抑制含铁硅酸盐矿物和降低槽内产品的质量。在工业

15、生产的条件下,随着矿浆中的钙和镁离子数量的增加,淀粉对浮选过程的影响情况也更加复杂化了。在米哈伊洛夫斯克采选公司用浮选柱对磁铁矿精矿进行浮选精选的试验过程中,作者也采用过经氢氧化钠改性的淀粉(苛化淀粉的浮选制度。发现在这种情况下有可能减少捕收剂的用量和提高槽内产品的质量。所有进行过的试验都证实了利用浮选柱对磁铁矿精矿进行浮选精选的有效性。根据试验结果采用按比例放大系数就可确定工业用浮选柱的规格和工作参数。2 制取超纯铁精矿为了用于粉末冶金和蓄电池工业,不仅要求磁铁矿精矿只能含有规定量的SiO2,而且还应限制其它杂质含量。为制取这种精矿,需要应用具有纯净晶格的磁铁矿作为原料。在对经再磨后的奥列涅

16、戈尔斯克矿床的磁铁矿精矿进行浮选精选时,获得了SiO2含量为0 15% 0 10%的高质量铁粉。提出了一种在碱性介质(0 3kg/t Na2CO3中进行的阳离子反浮选工艺,并在半工业条件下进行了验证。试验结果证明该工艺对奥列涅戈尔斯克矿床的其它矿段和基洛夫戈尔斯克矿床的矿石都是普遍适用的。为了获取可用于电池工业部门的高纯氧化铁,建议采用列别金斯克采选公司生产的精矿。它们的浮选精选也是采用阳离子捕收剂在pH9的碱性介质中进行的。浮选精矿中含有71 4%Fe和0 75% SiO2,其它杂质的含量也合乎要求。制定的这种工艺已进行过工业试验。3 浮选铁矿石中的硫化矿物磁铁矿精矿中的含硫量是精矿质量的重

17、要技术指标之一。为生产出适用于直接还原铁的球团矿,要求精矿中达到最低的含硫量(0 03%。在对磁铁矿精矿进行造球过程中常能除去一部分硫,但在这种情况下为避免污染环境,又必须建造一些脱硫设施。以黄铁矿形式存在的硫,以及六角形的磁黄铁矿(非磁性的,在弱磁场中进行湿式磁选时都会被排除到尾矿中。而残留在磁铁矿精矿中的,基本上都是存在于强磁性的单斜磁黄铁矿中的硫。单斜磁黄铁矿与磁铁矿有着相近的密度,并且它们的磁性的差别也不太大。在有大量磁铁矿存在的情况下,甚至是在降低磁场磁感应强度的条件下对精矿进行磁选精选以后,仍有一部分磁黄铁矿残留在精矿中。而且单斜磁黄铁矿又会很快地被氧化,因而就使得从磁铁矿精矿中浮

18、选除去单斜磁黄铁矿变得更加困难。为除去磁黄铁矿而制定的一种浮选工艺,已被用于处理科夫多尔斯克采选公司和卡列利斯克球团矿厂的含有0 30%0 35%S的磁铁矿精矿。作为捕收剂使用了己基黄药,并使用硫酸铜作为磁黄铁矿的活化剂。在硫化矿浮选过程中硫的含量能降低到0 13%0 06%。硫的脱除率为80%-74%。4 分段获取精矿为了分段获取精矿,已对列别金斯克采选公司、斯托伊连斯克采选公司、米哈伊洛夫斯克采选公司和卡列利斯克球团矿厂第二段磨矿后的磁选精矿进行了研究。由于在第二段磨矿以后磁铁矿仍没达到完全解离,因而通过阳离子反浮选也只能使米哈伊洛夫斯克和斯托连斯克采选公司的精矿中的含铁量,分别从58 5

19、%提高到65 1%和从60 6%提高到64 2%。在对列别金斯克采选公司的77%-44m粒级的精矿进行阳离子反浮选时,获得了含有68 4% Fe和4 6%SiO2的精矿,产率为32 8%(见表1。在开路循环中采用阳离子反浮选工艺,从卡列利斯克球团矿厂第二段磨矿后的磁选精矿中,获得了含有68 5%Fe和4 5%SiO2的精矿,产率为20 9%。先前已对列别金斯克采选公司的79%-44m 粒级的磁铁矿精矿,和粒度为72%-44m的第三段磨矿的循环负荷,按74m级别进行过细筛试验。筛下产品的产率为22 2%(筛分效率为72%。在对卡列利斯克球团矿厂第二段磨矿后的磁选精矿(粒度为75%-53m按53m

20、级别进行细筛时,获得了含67%Fe的精矿,精矿产率为9 7%(筛分效率为40%(表2。表2 分段分离出精矿的研究结果生产企业产 品采用细筛工艺产率/%Fe品位/%Fe回收率/%采用浮选工艺产率/%Fe品位/%Fe回收率/%第二段精矿22 232 868 469 5第三段精矿14 44 168 58 7列别金斯克采选公司总精矿36 669 078 2736 968 4578 2尾 矿5 411 31 895 112 72 0原矿(含砾石42 061 780 242 061 780 2第二段精矿9 7067 021 5620 968 547 50第三段精矿25 5468 457 9612 868

21、429 03卡列利斯克球团矿厂总精矿35 2468 079 5233 768 476 53尾 矿3 5611 51 366 310 42 17原 矿38 8062 8380 8840 059 378 7与采用细筛的方法相比,采用浮选方法时获得更高的精矿产率的原因,可解释为在槽内产品中不仅回收了如在细筛时回收的那些细粒级产品,而且还回收了含有在原矿中的较粗粒度的磁铁矿。而在进行细筛时粗粒的磁铁矿是不能通过筛子的。此外,筛分效率较低决定了有一部分细粒级物料损失在筛上产品中,并且必须从筛上产品中对它们进行回收。表3 列别金斯克采选公司3号选矿厂用细筛或浮选方法分段分离出精矿节能效果的概算结果指标现行

22、的生产能力建议采用的方案带细筛作业带浮选作业按原矿计的生产能力/百万t/a15 715 715 7按精矿计的生产能力/百万t/a6 16 16 1精矿产率/%36 8636 6436 9包括分段回收的产率/%-22 232 8精矿铁品位/%68 669 068 45腾出的第三段磨矿机台数-34节省的电能/kWh a-14590061200增加的电能消耗量/k Wh a-169806930减少的电能消耗量/k Wh-3892054270每吨精矿减少的电能消耗/k Wh-5 78 9表3中列出了以列别金斯克采选公司为例,采用分段分离出精矿的工艺时节省电能的概略计算结果。在列别金斯克采选公司第二段磨

23、矿后采用浮选方法分离出精矿时,所需的磨矿机的数目从五台减少到一台。为了进行浮选需要使用带两台鼓风机的11台OK-50型浮选机、泵、给药机和配制药剂用的溶液槽。在采用细筛方法分离出精矿时,所需的磨矿机数目从五台减少到两台。在采用细筛方法分段分离出精矿时,每吨精矿可节省电能5 7kWh,而采用浮选方法时可节省电能8 9kWh(见表3。5 结 论铁矿石选矿厂的生产量很大,决定了推广使用高效经济的选矿方法的合理性。在磁铁矿矿石选矿流程中的浮选精选工艺,可用于降低精矿中的二氧化硅含量,以便能获取高质量的磁铁矿精矿。磁铁矿精矿阳离子反浮选工艺的特点是,药剂制度简单,捕收剂和介质调整剂的用量都很少。使用抑制

24、剂的合理性主要取决于在原始产品中的矿物的物质组成,以及对欲获取精矿的具体要求。水的硬度(钙、镁离子的含量不会对浮选过程产生不利的影响。除了叶轮搅拌式浮选机以外,也可采用浮选柱,它能灵活控制工艺指标,并能减少精选泡沫产品的数量。在俄罗斯的一些采选公司中,都能达到在没有对原始精矿进行预先磨矿的条件下获得高质量的精矿,而制取超纯精矿时则必须进行再磨矿。在磁铁矿矿石选矿流程中采用浮选精选工艺,就能为获取所需质量的磁铁矿精矿开创一种新的可能性。在俄罗斯的一些选矿厂中,在第二段磨矿以后就有可能获得一部分成品精矿。减少第三段的磨矿量,减少能耗和提高生产利润。在采用浮选工艺对磁选精矿进行精选处理时,节省的电能

25、要高于采用细筛工艺精选时节省的电能。这是由于补充回收了一些粗粒解离的磁铁矿颗粒进入磁选精矿,以及浮选过程能达到更高的分选效率所决定的。采用本文中所提出的磁选-浮选联合流程分选磁铁矿矿石,既符合现代社会节能要求,又能生产出具有竞争力的产品。(张兴仁;雨 田(080202(上接第37页的Al2O3和1 5%2 5%的Fe2O3(均为重量百分数,并且具有高的一水硬铝石含量。国际市场上这种铝土矿产品绝大部分来自中国,在中国约有300个铝土矿矿山正在生产,尤其是在山西省和贵州省。近年来为了应对中国铝土矿产品日益增长的价格,南美选矿厂的生产重新活跃起来,甚至启动了一些已被关闭的选矿厂。对于用于冶金生产的铝

26、土矿,选矿过程的研究是面向未来。为此下面描述一个带有重选分离的南美选矿厂,典型的流程是原矿经过粉碎和洗选,分成几个粒级,然后分别给到不同的下游重选作业。重选过程适合于从铝土矿原矿中分离出富铁组分。从颜色可以很容易看出重选效果,暗红色产品是被除去的含富铁组分的高密度产品。4 展 望长期以来,用于非冶金铝土矿选矿的加工过程(如重选等无疑将用于不久将来的金属铝生产中。除了重选外,磁选(弱磁选和强磁选在铝土矿选矿方面具有很大的潜力。技术更加复杂、费用更高的加工过程(如浮选也已成功地被试验证实,可用于降低铝土矿中的二氧化硅含量。较高的铝土矿原矿选矿费用会降低拜耳法的费用,并减小对环境的影响。可以预料,越来越多的铝土矿矿山,将会响应市场发展需求,在不久的将来对铝土矿原矿进行选矿。这尤其适合于位于印度、西澳大利亚和中国的铝土矿矿床。(刘建远*;李长根(080207*北京矿冶研究总院