某鞍山式磁铁矿工艺优化应用研究

张国胜，禹朝群，赵淑芳，王浩明

（1.河钢集团矿业有限公司，河北 唐山 063000；2.河钢集团矿山设计有限公司，河北 滦州 063700）

河北东部某磁铁矿根据矿石结晶粒度特点，设计磨选工艺流程采用三段湿式粗磁选，一 段（磁选柱）精选，设计选矿产品指标为原矿TFe26.67%，精矿TFe66%，回收率81%，选矿比3.06。生产过程中发现精矿TFe63%～ 65%之间，较设计值品位偏低1%～ 3%，无法满足市场需求，影响选厂经济效益[1-5]。为了解决这一问题，自2013 年至今，对磁铁矿选矿工艺开展了边生产边研究的工艺优化工作，系列举措提高了铁精矿品位，这对充分利用铁矿资源有着战略性意义。

1 矿石性质

该铁矿属“鞍山式”沉积变质铁矿床。矿石类型主要为磁铁石英岩，深部为磁铁矿石，有少量的半假象赤铁矿，偶尔见到黄铁矿和褐铁矿，矿石的铁物相分析结果见表1。矿石中以磁铁矿形式存在的铁占全铁的85.234%，以赤褐铁矿形式存在的铁占全铁的3.81%，以硅酸铁形式存在的铁占全铁的7.61%，碳酸铁2.81%，少量硫化铁。脉石矿物以石英为主，其次为阳起石、透闪石及少量的角闪石和辉石[6]。

表1 矿石的铁物相分析结果Table 1 Analysis results of iron phase of the ore

矿物组成中的磁铁矿多为半自形—自形晶，部分为他形晶，镜下鉴定见图1。

图1 磁铁矿与其他矿毗连镶嵌Fig.1 Mosaic of magnetite adjacent to other mines

粒度嵌布较细，大部分小于0.15 mm，一般在0.04～ 0.15 mm 之间，部分重晶后粒度增大至0.5～1 mm，属细粒不均匀嵌布[6]。根据矿石结晶特点，采用阶段磨矿、阶段选别、阶段抛尾可降低选矿成本，从整体嵌布粒度细，也证实矿物需在较细的磨矿粒度下才能得到充分解离。

2 原工艺流程分析

原磨选流程见图2，原流程考察指标见表2。

表2 原流程考察指标Table 2 Inspection indicators of the original process

图2 原磨选流程Fig.2 Flow chart of original grinding and separation

原流程在生产过程中磨矿效率偏低；旋流器出现“反富集”，分级作业效率偏低；精矿品位偏低且波动较大。针对流程中出现的问题，开展了对磁铁矿选矿工艺边生产边研究的工艺优化。

3 实验研究

3.1 磨矿效率优化研究

对磁铁矿系列进行了全流程考查，根据考察结果,对系统设备进行了扩能改造，改造后磨机台时处理量提高了10 t 左右，在此条件下进行合理粒级湿式预选[7]，对充分发挥选厂潜能，是一个合理有效地途径。

3.1.1 原矿粒度组成

取入碎矿物料50 kg,经烘干、混匀后缩分出五份,每份按不同粒级进行筛分。原矿及每份粒度组成、各粒级的产率、品位见表3、4。

表3 原矿粒度组成Table 3 Grain size composition of the raw ore

表4 各粒级筛分分析Table 4 Screening analysis of each particle

3.1.2 合理粒级湿式预选

分别对表4 筛下物料用CCTS 0503 型永磁筒式磁选机（318.47 kA/m）进行湿式粗粒预选实验。预选工艺流程见图3，预选实验结果见表5。

图3 预选流程Fig.3 pre-concentration flow chart

表5 不同粒级物料湿式预选实验结果Table 5 Test results of wet pre-concentration of different particles

从表5 可以看出，-3 mm 预选尾矿中TFe 含量为7.94%较其他值偏高，6 mm，10 mm，12 mm筛下物料预选所得尾矿综合产率分别是35.29%、35.44%、35.62%，甩尾产率区别不明显，而6 mm、10 mm、12 mm 物料进入预选前需要的处理量见表4，分别是60.51%、68.08%、85.52%。根据实施场地面积及预选设备考虑，提出合理粒级-6 mm 进行湿式预选。采用6 mm 粒级的湿式预选,可以在入磨前抛除产率为35.29%,品位6.99%的尾矿，且入磨品位提高6.39 个百分点，磨矿效率得到改善,从而降低选矿各种消耗，为提高选矿经济效益打下良好基础。

通过磨矿分级作业指标对湿式改造前后进行q 值（新生成-0.074 mm）前后对比，见表6。

表6 湿式预选改造前后q 值对比Table 6 Comparison of Q value before and after wet preconcentration transformation

湿式预选前，二段磨机、三段磨机效率较设计值偏低，实施后，三段磨机磨矿能力都有提高，二段磨矿效率增加36%，三段磨矿效率提高3 倍。并接近设计q 值，磨矿效率得到优化。

3.2 二、三段磨矿分级工艺优化研究

合理粒级湿式预选后，一磁精矿品位高于预选前；二磁、三磁精矿品位都低于预选前考查水平，也低于设计品位，见表7。

表7 预选前后各级磁选产品品位对比Table 7 Grade comparison of magnetic separation products at all levels before and after pre-concentration

分析原因，这与矿石性质分不开，嵌布粒度细、单体解离不充分有关，再因预选后处理量变大，无法有效去除夹杂的脉石有关。对分级设备旋流器给矿、沉砂、溢流进行筛分分析，结果见表8。对分级设备效率进行分析，结果见表9。

表8 旋流器分级产品粒度分析Table 8 Particle size analysis of hydrocyclone classification products

表9 分级设备效率对比Table 9 Comparison of classification equipment efficiency

旋流器给矿、沉砂和溢流-0.074 mm 细度分别为94.45%，87.11%和98.54%，由此计算出旋流器分级效率为50.10%。旋流器的给矿、沉砂和溢流TFe 品位分别为63.87%，66.69%和56.34%，说明二段旋流器存在严重的“反富集”现象[6]，即细粒级产物的TFe 品位低于粗粒级产物TFe 品位。

从表9 中可以看出，螺旋分级机和高频细筛的分级效率较上次考查有所提高，但是旋流器的分级效率比较低。

旋流器的工作原理为离心沉降，流程中有一些较轻的贫连生体或杂质进入溢流，而较重的单体颗粒进入沉砂，是造成旋流器反富集的主要原因。基于以上数据，提出二将段闭路磨矿的分级设备高频细筛放置在二磨后，并将高频细筛由单层筛全部更换为叠层振动筛，见图4。

图4 分级工艺流程Fig.4 Classification process flow chart

一磁精直接进二磨充分磨矿后再经细筛分级，从而减少旋流器溢流中粗粒级较轻的连生体进入到目标流程，提高旋流器分级效率，保证细度和品位的要求。

3.4 精选工艺优化研究

选用精选设备磁选柱得到精矿品位63.37%，较三磁精品位61.26%仅提高2 个百分点，分析原因：1）磁选柱给矿精矿0.045 mm 粒级品位只有43.38%，矿石嵌布粒度细有关。2）各段磁选因处理量变大（增加湿式预选）导致选别效果变差有关。由此提出将精选设备更换为全自动淘洗磁选机，淘洗磁选机作为国内近年研发的新型高效精选设备，具有独特的结构设计，科学的磁场设置，能够有效提升铁精矿的品位，近年来淘洗磁选机作为高效精选设备在提升铁精矿品位，优化缩短选别工艺流程起到了重要作用[8]。

固定冲洗水量为700 L/h，固定磁场、循环磁场、补偿磁场磁场强度分别为64、52、48 kA/m[6-7]，经工艺优化，现场生产指标见表10。

表10 工艺优化后生产指标Table 10 Production index after process optimization

精矿指标有优化前63.37%增加到66.69%，尾矿TFe5.79%，指标稳定，且实现了设计目标。

5 尾矿再选再利用工艺研究

流程中的各个尾矿物相分析结果见表11。

表11 主要产品物相分析Table 11 Phase analysis of main products

从上表可见，各尾矿中损失最多的为磁性较弱的赤褐铁矿，预选尾矿中磁性铁损失较多，达到22.40%。另外，硅酸铁和硫酸铁的含量也比较高。对预选尾矿进行再选工艺流程见图5。

图5 尾矿再选工艺流程Fig.5 Process flow of tailings re-concentration

对预选尾矿进行了旋流器、细筛分级，细筛筛上+0.5 mm 作为建筑石料直接出售，-0.5 mm 进入中强磁机再选系统，此举增加了选厂非矿经济收益，减少细粒尾矿的产出量，缓解尾矿库库容压力[9-11]。

4 结 语

（1）磨矿效率优化，磨前增加湿式预选，入磨品位提高6.39 个百分点，为后续分选提供较高质量的入料，提前抛出品位较低的连生体和脉石矿物。三段磨机磨矿能力都有提高，二段磨矿效率增加36%，三段磨矿效率提高3 倍，并接近设计q 值，磨矿效率得到优化。

（2）分级工艺优化，二段闭路磨矿的分级设备高频细筛放置在二磨后，将高频细筛由单层筛全部更换为叠层振动筛，降低“反富集”现象对最终精矿品位的影响，先磨后筛工艺减少了较轻的贫连生体或杂质进入旋流器溢流，提高旋流器效率，保证了目标流程对细度和品位的要求。

（3）淘洗机代替磁选柱使精选工艺精矿TFe品位由63.37%增加到66.69%，尾矿TFe5.79%，回收率85.08%，实现原设计指标，企业经济效益增加明显。

（4）对预选尾矿进行再选再利用，+0.5 mm作为建筑石料销售，-0.5 mm 进入中强磁再选，以中矿进入其他选矿流程系列再选，使资源得到最大化利用。