白云鄂博西矿闪石型低品位铁矿利用研究

　　摘要：为充分开发利用白云鄂博西矿闪石型低品位铁矿，在矿石性质研究的基础上，系统考察了磁辊筒转速、抛尾粒度、抛尾段数、磨矿细度等因素对干式抛尾、粗磨-弱磁选和细磨-弱磁选工艺的影响。结果表明：该矿石TFe含量为25.78%，铁元素主要赋存于磁铁矿中;通过干式抛尾、粗磨-弱磁选、细磨-弱磁选工艺可获得TFe品位66.56%、回收率48.54%、MFe回收率74.81%的铁精矿。

　　关键词：白云鄂博;低品位铁矿;干式抛尾;弱磁选;磨矿细度

　　郭春雷1，周志广2;矿业研究与开发第41卷第10期

　　0引言

　　钢铁工业是我国国民经济的重要基础产业，是建设现代化强国的重要支撑，是实现绿色低碳发展的重要领域，而铁矿石是钢铁生产企业的必需原料[1]。然而，我国铁矿石对外依存度达80%以上，海关总署统计数据显示，2020年，我国进口铁矿石约11.7亿t，同比上涨7.2%[2]。在全球地缘政治风险和政策不确定性加大，逆全球化和贸易保护主义持续发酵的大背景下，提高我国铁资源自给率显得尤为重要。但是，根据地质科研部门对铁矿资源的预测，我国铁矿后备资源潜力并不大，应用前景不容乐观。据统计，我国已探明保有铁矿石储量达600亿t，其中90%以上铁矿石为贫矿[3-4]。因此，充分开发利用低品位铁矿石对我国铁矿石资源安全具有重要意义。

　　根据“多碎少磨，能抛早抛”的选矿原则，通过磁滑轮及筒式磁选机对贫磁铁矿进行抛尾及预选的技术已相对成熟，在国内外已普遍推广使用[5-8]。崔宁等[9]采用磁辊筒对大红山低品位铁矿进行抛废，可预先抛除TFe品位小于14%的废石，有效提高了半自磨处理量，降低了磨矿能耗。陈福林等[10]针对攀西地区白马辉长岩型超低品位钒钛磁铁矿，采用多磁场梯度干式磁选抛尾-阶段磨矿-阶段选别工艺，获得了TFe57.78%、TiO27.72%、V2O50.69%的铁精矿;智利的卡罗拉铁矿采用辊压机-湿式磁选技术，我国的本钢歪头山和鞍钢弓长岭铁矿采用破碎-干式磁选工艺进行铁矿石预选，提高入选矿石品位[11]。

　　随着白云鄂博铁矿主、东矿矿石资源的消耗殆尽，西矿逐渐成为包钢集团公司的主要原料基地。除拥有4.4亿t铁品位30%以上的矿石资源，西矿还拥有铁品位小于30%的贫磁铁矿资源未能实现开发利用[12-13]。本文针对该部分矿石，采用干式抛尾、粗磨-弱磁选、细磨-弱磁选工艺进行了系统的试验研究，为低品位铁矿资源开发利用提供技术支撑。

　　1矿石性质

　　1.1矿石的物质组成

　　矿石样品取自白云鄂博西矿低品位含铁岩，对其主要元素含量及赋存状态进行了测定，化学多元素和铁物相分析结果见表1、表2。

　　由表1可知，该矿石属于白云鄂博闪石型低品位铁矿石，矿石中铁元素含量为25.78%;主要杂质元素SiO2、CaO、MgO、Al2O3的含量分别为22.03%、6.29%、7.81%、5.44%;有害元素主要为S、P、F，其含量分别为1.77%、0.55%、0.1%;另外稀土元素La、Ce、Nd含量较低，本文暂不考虑回收。

　　由表2可知，该矿石中铁元素主要赋存在磁铁矿中，分布率为64.31%;其次，碳酸盐、硅酸盐中铁元素含量也较高，分布率分别为14.28%、16.33%，而赤、(褐)铁矿、硫化物中铁元素含量较低。由于白云鄂博矿石中含铁碳酸盐、硅酸盐主要存在于铁白云石、云母、闪石中，难以回收[14-15]，故主要回收该矿石中的磁铁矿。

　　1.2主要铁矿物的嵌布状态

　　镜下检测表明，矿石样品呈深灰绿色片状构造，脉石矿物主要为黑云母、角闪石、长石等硅酸盐矿物，含量约为80%;金属矿物呈浸染状-细脉状构造分布，含量约为20%，主要为磁铁矿、黄铁矿、赤铁矿、方铅矿及闪锌矿，少量磁黄铁矿等。

　　(1)磁铁矿。含量约为10%，半自形-它形粒状结构分布于透明矿物中，受构造应力作用，矿物颗粒具定向排列，分为粗粒及细粒两种。可见粗粒磁铁矿被黄铁矿、闪锌矿、方铅矿及磁黄铁矿等沿颗粒边缘及裂隙交代，呈尖角状结构，局部黄铁矿及闪锌矿交代磁铁矿较为强烈，呈残余结构或包含结构;细粒磁铁矿分布于黄铁矿中，并呈尖角状交代黄铁矿，粒径为0.002～0.2mm。

　　(2)黄铁矿。含量约为5%，它形粒状结构，可分为两种：一是早期黄铁矿，分布于透明矿物颗粒裂隙及间隙中，构造应力作用下呈定向结构，可见其尖角状、细脉状交代粗粒磁铁矿，局部包裹粗粒磁铁矿颗粒呈包含结构，或被方铅矿及细粒磁铁矿沿其裂隙交代呈尖角状结构;二是晚期黄铁矿沿闪锌矿颗粒边缘及交代分布呈尖角状结构或镶边结构，粒径为0.01～0.6mm。

　　(3)赤铁矿。含量约为2%，呈半自形-自形粒状结构分布于透明矿物中，可见其针状自形晶体截面，长轴定向分布，颗粒粒径为0.01～0.2mm

　　(4)磁黄铁矿。少量，呈不规则粒状，沿磁铁矿及闪锌矿等颗粒边缘及裂隙交代呈尖角状结构，粒径为0.002～0.06mm。

　　2试验结果与讨论

　　2.1干式抛尾试验

　　为提高该矿石的入选品位，减少入磨矿石量，降低磨矿成本，同时增加工艺流程的处理能力，采用磁辊筒(BXФ400mm)对原矿直接进行弱磁选干式抛尾试验。

　　2.1.1一段抛尾试验

　　原矿样为粒度-178mm的块状，采用控制磁辊筒转速的方法调节抛尾的矿石量，难以操作。因此，根据生产现场实践经验，直接进行一段抛尾试验，磁辊筒转速为2.2r/s，磁场强度为120mT，结果见表3。

　　由表3可知，通过一段抛尾后，该矿石铁品位由25.78%提高至30.70%，回收率为74.46%，可抛除产率、品位分别为37.47%、17.52%的尾矿;由于抛除尾矿铁品位相对较高，因此，铁元素损失率达25.54%。

　　2.1.2二段抛尾试验

　　一段干选精矿和尾矿产品经颚式破碎机(XPC-200×150mm、XPC-100×60mm)粗、中碎至-15mm后，在磁场强度为120mT时，考察磁辊筒转速对二段抛尾效果的影响，结果如图1所示。

　　由图1可知，随着磁辊筒转速的增加，一段抛尾精矿和尾矿经二段抛尾后，铁精矿品位均逐渐升高，而回收率则逐渐下降。综合考虑，二段抛尾时适宜的磁辊筒转速均确定为2.4r/s，后续抛尾试验磁辊筒均采用此转速。此时，一段抛尾精矿经二段抛尾后，精矿品位、作业回收率分别为32.69%、91.37%;一段抛尾尾矿经二段抛尾后，精矿品位、作业回收率分别为19.22%、27.57%。

　　2.1.3抛尾平行试验

　　为降低抛尾尾矿的品位，减少铁元素的损失率，原矿直接经过弱磁选得到精矿和尾矿，再经同样的破碎处理条件进行再次抛尾试验，如图2所示，即每次抛尾所得精矿与尾矿都进行平行抛尾试验，磁选场强为120mT，结果见表4。

　　由表4可知，经三段抛尾后，原矿铁品位提高至36.85%，回收率为58.38%，可抛除产率59.16%的尾矿，抛尾效果明显;一段抛尾尾矿1再经过二段抛尾后获得精矿6，铁品位为19.90%，回收率为3.44%，相对原矿回收率较低，而且精矿品位不高，但却增加破碎处理量37.47%，从节约成本的角度出发，尾矿1继续破碎磁选作业是不经济的;而尾矿2再经过一段抛尾后获得精矿5，铁品位为21.81%，回收率为2.01%，相对原矿回收率太低，而精矿品位也不太理想，故对尾矿2继续进行破碎-抛尾意义不大。综上所述，对一段抛尾尾矿1和二段抛尾尾矿2不继续进行破碎-抛尾。

　　2.1.4抛尾粒度试验

　　考察抛尾粒度对抛尾效果的影响，根据图2，原矿样品直接抛尾看作第一种粒度的抛尾;第二种粒度的抛尾则是在第一种粒度抛尾试验的基础上，分别将第一次抛尾的精矿1和尾矿1进行破碎和抛尾富集，其结果是把精矿2和精矿3合并为第二粒度抛尾后的精矿，相应地把尾矿2和尾矿3合并成抛尾后的尾矿;第三粒度抛尾的结果按照第二粒度的方法类推，磁场强度为120mT，试验结果如图3所示。

　　由图3可知，随着抛尾粒度的减小，原矿铁品位逐渐提高，但提升幅度不大;而回收率和产率却显著下降;当抛尾粒度减小至-4mm时，铁品位提高至33.83%，回收率降至65.51%。为了尽可能抛除尾矿，提高铁品位，确定适宜的抛尾粒度为-4mm。

　　2.1.5抛尾段数试验

　　为考察抛尾段数对抛尾效果的影响，直接将矿样破碎至相应粒度后抛尾，对所获得的精矿再破碎至下一段抛尾相应粒度后抛尾，依此类推，进行不同抛尾段数的对比试验，磁场强度为120mT，结果见表5。

　　由表5可知，原矿经一段抛尾后，可抛除产率为50.35%，品位为17.82%的尾矿，铁损失率为34.81%，而铁品位可提高至33.85%，总体抛尾效果明显，但是粗碎和中细碎的处理量比较大;原矿经二段抛尾后，铁品位提高至34.99%、回收率为60.81%，与一段抛尾相比铁品位提高了1.14个百分点，回收率下降了4.38个百分点，但细碎处理量可减少37.02%，能耗降低明显，故采用两段抛尾是有必要的;原矿经三段抛尾后，铁品位提高至36.85%，回收率为58.38%，与两段抛尾流程相比，铁品位只提高了1.86个百分点，而产率和回收率分别下降4.56个百分点、2.43个百分点，但是粗碎处理量减少37.47%，破碎能耗的减少虽可以抵消增加工艺的成本，但是生产管理较复杂;另外，三段抛尾时，在第二段-15mm粒度下抛尾所得到的精矿指标与二段抛尾流程所得的精矿指标相比较，虽然铁品位降低2.29个百分点，但产率和回收率却分别高出8.29、7.29个百分点，而且可降低约37.47%的粗碎处理量。综合考虑，采用两段抛尾的工艺流程，抛尾粒度分别为-200mm、-15mm;此时，可抛除产率46.31%的尾矿，铁损失率为31.90%。

　　2.2粗磨-弱磁选试验

　　根据上述干式抛尾试验结果可知，原矿经过抛尾后，可以大幅度地降低后续磨矿作业量，对降低磨矿成本具有重要意义。但是精矿品位达不到生产利用的要求，因此，对抛尾精矿进行对辊(XPSФ250mm×150mm)处理，模拟工业生产的粗磨过程，控制粒度为-2mm(-0.074mm含量占31.20%)，采用湿式弱磁选机(CRIMMФ400×300)进行粗磨-弱磁选试验，磁场强度为120mT，结果见表6。

　　由表6可知，干式抛尾精矿经过粗磨-弱磁选后，可抛除产率为41.81%的尾矿，而铁损失率高达17.89%;但获得的铁精矿品位仅为46.14%，仍不能满足生产要求，因此，需要对精矿进行细磨再磁选。

　　2.3细磨-弱磁选试验

　　考察磨矿细度对弱磁选效果的影响，进行了磨矿细度试验，磁场强度为120mT，结果如图4所示。

　　由图4可知，当磨矿细度-0.074mm含量增加至86.90%时，精矿铁品位逐渐提高至66.53%，作业回收率缓慢降至86.48%;再继续增加磨矿细度，作业回收率呈大幅降低的趋势。综合考虑，适宜的磨矿细度确定为-0.074mm含量占86.90%。

　　2.4全流程试验

　　在矿石性质、干式抛尾、粗磨-弱磁选和细磨-弱磁选试验的基础上，按图5所示流程进行了全流程试验，结果见表7。

　　由表7可知，该矿石在TFe品位为25.78%的条件下，经过两段干式和粗磨-弱磁选后，可抛除产率68.76%的尾矿，TFe和MFe损失率分别为44.10%、23.76%;粗磨-弱磁选精矿再经细磨-弱磁选后，可抛除产率12.44%的尾矿，TFe和MFe损失率分别为7.36%、1.43%，最终获得了TFe品位为66.56%的合格铁精矿，但回收率仅为48.54%，这主要与强磁性矿物的含量较低和复杂的白云鄂博矿石性质有关。

　　3结论

　　(1)该矿石中TFe含量为25.78%，属于低品位闪石型铁矿石，主要的铁矿物为磁铁矿，分布率为64.31%;

　　(2)原矿经过两段干式抛尾后，TFe品位提高至32.70%，可抛除产率46.31%的尾矿，铁损失率为31.90%，有效减少了矿石的入磨量;

　　(3)抛尾后的粗精矿经两段湿式弱磁选后，可获得TFe品位66.56%、回收率48.54%、MFe回收率74.81%的铁精矿。