某高氟铁矿脱氟工艺研究①

欧阳崇钟，刘兴华，马鸣泽，赵文坡，张 鹏

（长沙矿冶研究院有限责任公司，湖南 长沙410012）

氟是自然界普遍存在的元素，因性质活泼，多以化合物形式存在，它也是人体必需的微量元素，参与人体的新陈代谢、神经传导，但是摄入过量的氟及化合物对人体有较大危害，易造成“氟骨症”，影响生长发育，同时含氟废气也会恶化植物的光合作用，其危害是等量二氧化硫气体的20～300倍。因此氟污染的治理越来越受到重视［1－4］。

国内氟污染主要来源于冶炼钢铁、烧制水泥、含氟煤矿的燃烧等工业生产，而在钢铁冶炼过程中氟主要是在焙烧过程中以HF、SiF4的气态形式随烟尘进入大气中造成污染。钢铁冶炼过程中氟主要来源于：①助熔剂CaF2；②铁精矿原料；③燃煤［5］。为减少钢铁冶炼过程中造成的氟污染和冶炼废气的处理成本与难度，严格控制铁精矿中的氟含量显得极为重要。结合现场生产实际，通常要求铁精矿中氟含量不高于0.4%［6－11］。

本文对某高氟铁矿进行了脱氟工艺研究，以得到流程简单、经济可行的脱氟工艺。

1 原料性质

某高氟铁矿取自内蒙古，原矿主要化学成分分析结果如表1所示，铁物相分析结果见表2。

表1 矿石化学多元素分析结果（质量分数）／%

由表1可知，该矿石中铁品位为25.73%，F含量高达9.31%，主要脉石组分为SiO2、CaO等，其中P、S含量较高。

表2 矿石中铁化学物相分析结果

由表2可知，该铁矿石铁矿物主要以磁铁矿形式存在，同时还有少量的赤（褐）铁矿、黄铁矿等。

2 试验方法

由矿石性质分析结果可知，该矿石铁主要以磁铁矿形式存在，结合已有磁铁矿的选矿工艺可知，采用阶段磨矿-阶段弱磁选的工艺能有效回收磁铁矿，但是铁精矿中F含量较高，脱除困难，因此在阶磨阶选流程基础上，分别对磁选精矿进行了淘洗机除杂脱氟试验和浮选脱氟试验。

使用XMB-67Φ200 mm×240 mm棒磨机／球磨机进行磨矿试验，采用鼓形弱磁选机Φ400 mm×300 mm（筒体表面磁场强度不高于0.2 T）进行弱磁选试验，采用XFD系列实验室挂槽式浮选机进行浮选试验，采用Φ100 mm淘洗机进行淘洗试验。

采用化学分析和原子吸收方法对矿石中铁、氟等元素含量进行分析，通过MLA对各矿物赋存状态进行分析。

3 脱氟工艺研究

3.1 细磨⁃磁选脱氟工艺

结合已有研究成果可知，磁铁矿通过阶段磨矿-弱磁选工艺可以回收大部分铁，且工艺简单，易于实现。因此在一段磨矿细度为－0.053 mm粒级占80%时探索了不同二段磨矿细度条件下的弱磁选脱氟效果，试验流程如图1所示，结果如表3所示。由表3可知：随着磨矿粒度逐渐变细，磁选铁精矿品位逐渐提高、精矿回收率逐渐降低、精矿中杂质F含量逐渐减少。当二段磨矿细度达到－0.022 mm粒级占80%时，磁选铁精矿中F含量降至0.42%，此时精矿TFe品位为68.23%、回收率为68.65%；继续增加二段磨矿细度至－0.014 mm粒级占80%时，磁选铁精矿中F含量才可降至0.25%（小于0.4%），此时精矿TFe品位可达到69.10%、作业回收率为67.65%。

图1 细磨⁃磁选脱氟工艺流程

表3 不同再磨细度条件下细磨⁃磁选脱氟工艺试验结果

由上述结果可知，要使精矿中氟含量降至0.4%以下，磨矿细度需达到－0.021 mm粒级占80%及以下，在工业生产中该细度通过球磨难以达到，且磨矿成本过高，影响生产正常运行，通过阶段磨矿-磁选流程难以获得工业上经济可行、精矿氟含量符合要求的铁精矿，因此需要对该矿石中氟的赋存状态及嵌布关系进行进一步分析，为进一步研究脱氟工艺提供依据。

3.2 弱磁精矿中氟的赋存及嵌布关系

为查清弱磁选铁精矿中F含量偏高的原因，对TFe品位65%（P80＝0.042 mm）的弱磁选铁精矿通过MLA进行了镜下检测，结果如图2所示。

图2 萤石（F）颗粒中半包裹磁铁矿（M）、闪石（A）和氟碳铈矿（B）

MLA分析结果表明：铁精矿中矿物主要为磁铁矿，少量赤铁矿、黄铁矿、磁黄铁矿、萤石、辉石、闪石、菱铁矿、白云石、氟碳铈矿、独居石和石英等。

根据MLA初步统计，85%以上的氟赋存在萤石中，其次赋存在氟碳铈矿中，少量分布在氟碳铈钙矿和云母等矿物中。

造成铁精矿中氟含量较高的主要原因是萤石含量较高，样品中萤石解离度较低，仅10%左右，连生体大部分与磁铁矿交生，因而颗粒具有一定磁性而被选入铁精矿产品中，粒度较细，主要分布在0.007～0.07 mm之间。要进一步除去磁选精矿中的氟需要选择性分离该部分含氟连生体。

3.3 弱磁精矿淘洗磁选脱氟工艺试验

随着淘洗设备和工艺技术的发展，淘洗机在磁铁矿选矿中得到了广泛应用，它通过磁场和力场的组合作用，能有效分离磁选精矿中部分连生体，提高铁精矿品位，脱除部分有害杂质。本文通过淘洗机处理不同细度条件下的二段弱磁选精矿，研究其对提升磁精矿品位及脱除氟杂质的作用，工艺流程如图3所示，结果如表4所示。

图3 弱磁精矿淘洗磁选脱氟工艺流程

表4 不同再磨细度条件下弱磁精矿淘洗磁选脱氟工艺试验结果

由表4可知，随着磨矿细度增加，淘洗精矿品位逐渐升高，精矿铁回收率逐渐降低，杂质氟含量显著降低。当磨矿细度为－0.031 mm粒级占80%时，淘洗精矿TFe品位为68.15%，回收率为63.11%，氟含量为0.35%，铁精矿品质提升明显；继续提高磨矿细度，铁精矿回收率下降明显，造成大量铁进入淘洗尾矿中，铁损失严重。相比于相同细度条件下弱磁选精矿，通过淘洗磁选能够有效降低铁精矿中氟含量。但是采用淘洗磁选脱氟时，当铁精矿中氟含量降至0.4%以下时，需要磨矿细度为－0.031 mm粒级占80%，结合现场生产实际情况，该细度仍旧较细，磨矿成本较高，不利于生产。因此需要探索新的工艺流程在更粗的条件下实现氟矿物的有效脱除，以利于工业生产实践。

3.4 磁选精矿浮选脱氟工艺试验

结合化学成分分析结果可知，铁精矿中的含氟矿物大部分为萤石矿物，属于极性盐类矿物，其晶格上的钙离子极性较强，容易与阴离子捕收剂发生作用，因此使用脂肪酸类捕收剂极易使之浮游，而铁精矿中的铁矿物为磁铁矿，属于氧化物，通过调节矿浆离子环境能够有效改变其可浮性，使之不易受脂肪酸类捕收剂作用。因此本文采用水玻璃作抑制剂、脂肪酸类药剂CY-50作捕收剂，对铁精矿进行选择性脱氟试验。

在水玻璃用量1 500 g／t、捕收剂CY-50用量400 g／t条件下，对磁选精矿进行了浮选脱氟试验，流程如图4所示，结果如表5所示。

图4 弱磁精矿⁃浮选脱氟工艺流程

表5 磁选精矿浮选脱氟工艺试验结果

磁选精矿浮选脱氟试验结果表明，随着磨矿细度增加，精矿品位逐渐升高，精矿铁回收率逐渐降低，杂质氟含量显著降低。在磨矿细度为－0.053 mm粒级占80%时，精矿TFe品位达65.10%，精矿TFe回收率达59.78%，氟含量达0.36%；继续降低磨矿细度，精矿中氟含量显著降低。

相比于淘洗磁选，浮选脱氟可以在磨矿细度更粗的条件下获得氟含量更低的铁精矿，但是铁回收率较低，部分铁损失在浮选尾矿中。为进一步回收铁，对磨矿细度为－0.053 mm粒级占80%脱氟浮选尾矿进行再磨细度－0.020 mm粒级占80%、磁场场强0.12 T的再磨再选试验，结果见表6。

表6 磁选精矿浮选尾矿再磨再选试验结果

再磨再选试验结果表明，通过细磨-弱磁选，可以回收浮选尾矿中大部分的铁，并脱除大量的氟，在再磨细度为－0.020 mm粒级占80%时，可以获得TFe品位64.18%、氟含量0.59%的铁精矿。

4 高氟铁矿选铁-脱氟工艺流程试验

脱氟工艺试验结果表明，通过细磨-磁选脱氟工艺，需要磨矿细度达到－0.014 mm粒级占80%才能获得氟含量合格的铁精矿；通过弱磁-淘洗磁选脱氟工艺，需要磨矿细度达到－0.031 mm粒级占80%才能获得氟含量合格的铁精矿，磨矿细度较细，工业实施难度较大；而通过弱磁选-浮选脱氟工艺可以在磨矿细度为－0.053 mm粒级占80%条件下获得大部分氟含量合格的铁精矿，再将浮选尾矿进行细磨-磁选，保证了含氟矿物与铁矿物的解离，从而保障了铁的有效回收，该流程相比于直接细磨-磁选工艺和弱磁选-淘洗工艺，可以极大减少细磨矿量，在较粗的条件下获得大部分铁精矿，节约磨矿成本，减小工艺实施难度。因此推荐阶段磨矿-弱磁选-浮选脱氟作为该矿石选矿工艺流程，数质量流程如图5所示。该流程可获得TFe品位66.34%、TFe回收率70.98%、F含量0.38%的铁精矿，脱氟效果良好。

图5 阶段磨矿⁃阶段弱磁选⁃弱磁精矿反浮选⁃浮选尾矿再磨再选工艺数质量流程

5 结 语

1）某高氟铁矿中铁品位25.73%，F含量高达9.31%，主要脉石为SiO2、CaO等，其中铁精矿中的氟多以CaF2形式存在，粒度较细，主要分布在0.007～0.07 mm之间，且与铁矿物嵌布关系紧密。

2）采用阶段磨矿-弱磁选工艺能够有效回收该矿石中的磁铁矿，但磁精矿中氟含量较高，需要细磨至－0.014 mm粒级占80%才能获得氟含量小于0.4%的合格铁精矿。

3）采用阶段磨矿-弱磁选-淘洗磁选工艺能够有效脱出铁精矿中部分含氟矿物，但需要细磨到－0.031 mm粒级占80%，才能获得氟含量小于0.4%的铁精矿。

4）原矿采用阶段磨矿-阶段弱磁选-弱磁铁精矿反浮选-浮选尾矿再磨再选工艺流程，在一段磨矿细度－0.053 mm粒级占80%、浮选尾矿再磨细度－0.020 mm粒级占80%条件下，可获得产率27.23%、TFe品位66.34%、回收率70.98%、F含量0.38%的铁精矿，相比于其他工艺，该工艺磨矿成本明显降低，脱氟效果良好。