酒钢选矿厂3种铁矿石选矿试验研究

涂 威，张 楠

（1.酒钢集团选矿厂，甘肃 嘉峪关 735100；2.酒钢集团检验检测中心，甘肃 嘉峪关 735100）

0 引言

目前世界范围内已发现的铁矿物和含铁矿物大约300种，其中常见的有170多种[1]。在当前工业技术水平下，具有开发利用价值的主要是磁铁矿、赤铁矿、磁赤铁矿、钛铁矿、褐铁矿和菱铁矿[2]。比磁化系数介于700×10－6～30×10－6cm3/g的赤铁矿、镜铁矿、褐铁矿、菱铁矿等弱磁性铁矿石通常认为是难选铁矿石[3]。铁矿石常用联合分选工艺有3种：①重选-磁选-浮选联合工艺；②磁选-浮选联合工艺；③筛分、粗粒重选-电选、细粒磁选-浮选联合工艺[4]。酒钢选矿厂处理的铁矿石为桦树沟矿和黑沟矿[5]，选矿工艺分为2种，一种是-15 mm粉矿强磁选工艺，另一种是+15 mm 块矿竖炉还原焙烧-弱磁选工艺。一种高钙质铁白云石型铁矿石进入选厂后，重要生产指标选比上升明显，尾矿品位明显上升，回收困难，为查明原因，需对高钙质铁白云石型铁矿石进行可选性试验。

1 原矿性质

取3 种铁矿石进行对比试验，酒钢选矿厂黑沟铁矿石，编号为1#样，桦树沟铁矿石，编号为2#样，高钙质铁白云石型铁矿石，编号为3#样。

1.1 化学多元素分析

对3种矿样进行化学多元素分析，结果见表1。

表1 原矿化学多元素分析结果（%）

从表1 可以看出，3#样铁品位为31.90%，较1#样、2#样铁品位低约1.5个百分点，3#样主要脉石矿物SiO2含量20.99%，较1#样低1.0个百分点，较2#样低6.15个百分点。3种铁矿石呈现出CaO和MgO含量越高，烧损Ig 越高，铁品位越低，硅、铝含量越低的趋势。

1.2 高钙质铁白云石型铁矿石矿相及电子探针分析

将3#样破碎至-5 mm，采用胶熔加热法制成矿相光片，分别进行矿相分析、电子探针分析。

1.2.1 矿相分析

其显微镜下反射光照片见图1、图2。

图1 单偏光X200 图中亮色矿物为鳞片状镜铁矿，深灰色矿物为石英

图2 单偏光X200 图中亮色矿物为针状镜铁矿，深灰色矿物为石英

从图1、图2 可以看出，高钙质铁白云石型铁矿石中的主要铁矿物为镜铁矿、菱铁矿、褐铁矿，少见黄铁矿。脉石矿物为石英、碧玉、铁白云石、千枚岩、重晶石等。

镜铁矿（Fe2O3）：该矿样中镜铁矿呈鳞片状、细长针状结构，晶体粒度分布不均匀，鳞片状镜铁矿一般分布在10～35 μm，与石英、碧玉矿物伴生，结晶粒度相近，多呈斑点状构造，铁矿物分布密集；针状结构的镜铁矿粒度分布不均匀，针状镜铁矿粒度为宽3 μm×长20 μm，分布在石英、碧玉、千枚岩和碳酸盐矿物中，铁矿物分布稀疏，呈包含构造，粒度较大的针状镜铁矿在宽5 μm×长35 μm至宽10 μm×长90 μm之间，分布较为密集，与石英、碧玉共生。

菱铁矿（FeCO3）：呈不规则片状、粒状结构，单晶体粒度在25～75 μm，集合体中包含少量镜铁矿、黄铁矿和石英颗粒，大部分菱铁矿中无杂质。

褐铁矿（FeO·OH·H2O）：一种针铁矿、含硅氧化物的含水混合物、胶结物，是一种次生矿物，矿石表面疏松有孔隙，镜下观察常呈土状、钟乳状集合体结构，常包含有细小石英颗粒。

铁白云石（CaFe[CO3]）：呈致密块状、不规则粒状集合体，与菱铁矿伴生，少见包裹石英颗粒。

石英、碧玉：碧玉是一种含隐晶质铁矿物的红色氧化硅矿物，在镜铁矿矿床中常见。矿样中石英粒度分布不均匀，与镜铁矿共生的石英、碧玉粒度在35 μm左右，与绢云母、绿泥石共生的石英粒度在10 μm左右。

千枚岩类矿物：属于铝硅酸盐类矿物，是绢云母、绿泥石、石英的微细晶体形成的集合体，呈蠕虫状、鳞片状、细小粒状、板状结构。

根据显微镜下矿相照片，计算出各矿物百分含量，详见表2。

表2 主要矿物种类及百分含量（%）

由表2可以看出，主要铁矿物镜铁矿含量为26%，菱铁矿含量为11%，褐铁矿含量为20%，脉石矿物主要为石英含量为21%，铁白云石含量为10%，千枚岩含量为7%，重晶石与黄铁矿含量较少，分别为3%、2%。

1.2.2 电子探针分析

将3#样制成导电光片，使用电子探针进行成分分析。镜铁矿、菱铁矿、铁白云石电子探针针谱图分别见图3—图5。

图3 镜铁矿电子探针谱图

图4 菱铁矿电子探针谱图

图5 铁白云石电子探针谱图

对镜铁矿进行6个电子探针分析，结果见表3。

表3 镜铁矿电子探针微区成分分析结果（%）

由表3 可以看出，3#样中的镜铁矿Fe 含量在62.08%～65.89%，基本不含其他杂质。

对菱铁矿、脉石矿物铁白云石分别进行3 个电子探针分析，结果见表4。

表4 碳酸盐矿物电子探针微区成分分析结果（%）

由表4 可以看出，3#样中的菱铁矿有1.44%～9.66%的Fe元素被Mn、Mg元素置换，为此高钙质铁白云石型铁矿石中菱铁矿常为富锰菱铁矿和富镁菱铁矿。菱铁矿中Fe 含量在31.05%～42.89%，波动范围较大，影响精矿Fe品位。

由表4 可以看出，3#样中脉石矿物铁白云石Fe元素可以被Mn、Mg元素完全类质同象代替，此高钙质铁白云石型铁矿石中铁白云石成分复杂，其中，Ca 含量相对稳定为17.72%～19.54%，Mg 元素波动较大在3.67%～8.91%，铁白云石中Fe 元素波动也较大，在5.70%～15.46%，是尾矿Fe 品位偏高、回收率偏低的主要原因。

2 强磁选试验

对1#、2#、3#样，破碎至-3 mm，磨矿至-74 μm占70%、75%、80%。进行不同粒度条件下强磁选试验。强磁选流程为一粗二扫，粗选流程场强为8 000 Gs，一扫流程场强为10 000 Gs，二扫流程场强为12 000 Gs。试验结果见表5。

从表5可以看出，在磨矿细度-74 μm含量占75%的条件下，2#样桦树沟铁矿石，回收率达到87.78%，远高于1#样黑沟铁矿石、3#样高钙质铁白云石型铁矿石，表明2#样用强磁选方法相对容易回收，1#、3#样强磁选性质相近，回收率分别为76.06%、79.23%。

对3 种矿样-74 μm 目含量占80%磨矿细度条件下的强磁精矿进行化学多元素分析，结果见表6。

表6 -74 μm含量占80%磨矿细度条件下强磁精矿化学多元素分析结果（%）

从表6 可以看出，1#、2#、3#样强磁精矿铁含量相近在40.80%～41.72%，主要脉石矿物SiO2含量2#样最高，达到14.98%，3#样高钙质铁白云石型铁矿石SiO2含量为11.19%。通过精矿多元素分析，2#样桦树沟铁矿石，使用强磁选方法容易回收，但精矿中主要脉石矿物SiO2含量14.98%，远高于1#、3#样。酒钢选矿厂要求强磁精矿SiO2含量（11.50±0.5）%，可以看出3#样有进一步回收铁矿石的空间，需进一步提高磁场强度。2#样则需要降低磁场强度，加大抛尾量，以达到强磁精矿SiO2含量（11.50±0.5）%的质量标准。

3 马弗炉焙烧-磁选管试验

3种矿样破碎至-3 mm，对3种矿样进行马弗炉焙烧试验，进行配煤比还原剂用量、焙烧温度、焙烧时间条件试验。磁选管试验条件：场强0.125 T、冲洗水量1 250 mL/min、选别时间3 min。

3.1 还原剂用量试验

试验条件：焙烧温度550 ℃，焙烧时间50 min，进行了配煤比还原剂用量条件试验，结果见表7。

表7 不同配煤比马弗炉还原焙烧磁选管试验结果（%）

从表7可以看出，随着配煤比还原剂用量增大，3 种矿样回收率越高。配煤比为3%时，3 种矿样磁选管精矿铁品位在56.60%～57.40%之间，基本一致，但2#样桦树沟矿回收率高达83.03%，1#样黑沟矿为75.67%，3#样高钙质铁白云石型铁矿石回收率仅为64.34%。表明2#样使用马弗炉还原焙烧-弱磁选方法相对1#、3#样容易回收，1#、3#样需进一步增加配煤百分比以提高回收率。

3.2 焙烧时间条件试验

在焙烧温度550 ℃，将配煤比提至4%，焙烧时间延长至70 min进行试验，结果见表8。

表8 配煤比4%、焙烧时间70 min磁选管试验结果（%）

从表8可以看出，焙烧时间70 min，配煤比提至4%时，3 种矿样回收率均有提高，但3#样高钙质铁白云石型铁矿石回收率为69.26%，1#样黑沟矿回收率为76.18%，相对2#样桦树沟矿回收率87.33%，偏低。酒钢选矿厂竖炉还原焙烧-弱磁选要求回收率大于83%，1#、3#样仍不能满足质量要求。

3.3 焙烧温度条件试验

在焙烧时间60 min，配煤比4%条件下进行焙烧温度条件试验，结果见表9。

表9 不同焙烧温度磁选管试验结果（%）

从表9 可以看出，1#、3#样随着焙烧温度升高，回收率显著升高，当焙烧温度达到750 ℃时，3#样高钙质铁白云石型铁矿石回收率为87.08%，1#样黑沟矿回收率为85.20%，均达到酒钢选矿厂回收率大于83%的质量标准。在750 ℃时2#样桦树沟矿回收率有下降趋势，由650 ℃的87.88%下降至85.68%，下降了2.2 个百分点。表明对于原矿中SiO2含量较高的2#样桦树沟铁矿石，焙烧温度不能达到750 ℃，否则会出现过还原的现象，导致回收率下降。对于原矿中钙、镁含量较高的1#、3#样，还原焙烧温度需达到750 ℃，回收率才能显著提高。

4 结论

（1）高钙质铁白云石型铁矿石品位为31.90%，CaO 含量6.20%、MgO 含量4.30%，钙镁含量远高于酒钢常见的桦树沟铁矿石、黑沟铁矿石。镜下观察以及电子探针发现该矿石中菱铁矿有1.44%～9.66%的Fe 元素被Mn、Mg 元素置换，影响精矿Fe 品位。脉石矿物铁白云石成分复杂，Ca 含量相对稳定为17.72%～19.54%，Mg 元素波动较大在3.67%～8.91%，铁白云石中Fe 元素波动较大，在5.70%～15.46%，类质同象是造成尾矿Fe 品位偏高、回收率偏低的主要原因。

（2）通过强磁选试验发现，高钙质铁白云石型铁矿石强磁精矿中SiO2含量为11.19%，酒钢选矿厂要求强磁精矿SiO2含量（11.50±0.5）%，需进一步提高磁场强度以提高回收率。

（3）通过弱磁选焙烧试验发现，对于SiO2含量较高的桦树沟铁矿石，焙烧温度不能达到750 ℃，否则出现过还原现象，导致回收率下降。对于钙、镁含量较高的高钙质铁白云石型铁矿石，还原焙烧温度需达到750 ℃，回收率才会显著提高。