云南某难选氧化锰矿石选矿试验研究

周永星 孙晓妍 宋宝旭 袁经中 马念宇 王 越 祝 亚 黄恩铭

(1.辽宁科技大学矿业工程学院,辽宁 鞍山 114001;2.个旧市南翔有限责任公司,云南 个旧 661000)

在钢铁行业中,锰是除铁以外用量最大的金属,对推动钢铁行业健康发展起着至关重要的作用。我国锰矿资源丰富,但原矿平均锰品位仅20%左右,一般需要选矿富集才能达到冶金用锰矿石的要求[1-2]。自然界中锰矿物及含锰矿物种类高达150余种,工业中主要利用氧化锰及碳酸锰矿物[3-4]。随着锰矿资源的持续开采,我国锰矿资源原矿品位低、脉石矿物易泥化、有用矿物嵌布粒度细[5]等问题突出,锰矿石资源对外依存度过大,严重制约了我国钢铁企业的生存与发展[6-8]。因此,提高我国锰矿资源开发利用技术对保障我国锰矿资源供给能力具有重大战略意义。

云南个旧地区某锰矿床开采品位普遍较低,矿石中锰矿物主要为硬锰矿和软锰矿等氧化锰矿物,呈微细粒嵌布;脉石矿物主要为高岭土、褐铁矿等易泥化矿物。结合矿石性质,参考现场生产实践[9-12],提出了洗矿—脱泥—磁选工艺并开展了详细的选矿试验,最终实现了该含泥极低品位氧化锰矿的高效综合利用,相关成果可为国内外同类型锰矿石的开发利用提供参考。

1 原矿性质

1.1 主要化学成分及锰物相分析

试验样品取自云南个旧某锰矿,破碎、磨矿后进行原矿化学成分及锰物相分析,结果分别见表1及表2。

表1 原矿主要化学成分分析结果Table 1 Analysis results of the main chemical composition of the raw ore %

表2 原矿锰物相分析结果Table 2 Analysis results of the manganese phase of the raw ore %

由表1及表2可知,原矿锰品位为6.40%,远低于锰矿床开采工业标准中锰品位大于10%的要求,属于极低品位锰矿石;锰主要以氧化锰的形式存在,分布率达92.66%。

1.2 有用矿物嵌布特征

原矿中锰矿物主要为硬锰矿,少量为软锰矿,其他金属氧化物主要为褐铁矿,脉石矿物主要为石英和含锰高岭土,是典型的氧化锰矿床[13-17]。采用扫描电镜对硬锰矿和软锰矿进行镜下鉴定,结果见图1。

图1 软锰矿和硬锰矿的嵌布特征Fig.1 Dissimination characteristic of pyrolusite and psilomelane

由图1可知,软锰矿呈柱状嵌晶与硬锰矿连生,晶粒具横向硅裂纹;硬锰矿呈短纤维状集合体,与黏土矿物连生。

1.3 原矿粒度组成及锰矿物嵌布粒度

对原矿粒度组成及锰矿物嵌布粒度进行了分析测定,结果分别见表3及表4。

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

由表3及表4可知,原矿中-0.01 mm粒级产率高达67.66%,且该粒级中锰分布率达46.11%,属高含泥锰矿石,选矿难度大;锰矿物主要嵌布粒度范围较宽,其中嵌布粒度为-0.01 mm的极微细粒氧化锰矿物产率较高,造成锰矿物回收困难[18-19]。

表4 锰矿物嵌布粒度Table 4 Dissimination particle size of manganese minerals

2 试验结果与讨论

根据锰矿石选矿工艺生产实践及前期探索试验,结合矿石性质特点,确定磁选为适宜的选矿工艺。为消除原生矿泥的影响,首先对矿石进行洗矿—脱泥试验研究,然后针对沉砂及矿泥分别开展磁选条件试验。

2.1 洗矿—脱泥试验

2.1.1 洗矿对试样粒度组成的影响

本矿石-0.01 mm粒级产率高达67.66%,需设置洗矿作业。洗矿过程中搅拌强度的大小影响次生矿泥的产生量,进而影响锰的整体回收率[20-21]。为此,研究了不同搅拌强度下试样的粒度组成,结果见表5。

表5 不同搅拌强度下试样的粒度组成Table 5 Particle size distribution of the samples with different stirring intensity

由表5可知,随着搅拌强度的增加,需要脱除的极微细粒级(-0.01 mm)产率和锰分布率均会逐步增加。表明搅拌强度较高的情况下对洗矿产品进一步脱泥处理,会有较多的锰矿物以矿泥的形式流失,不利于锰的回收。

2.1.2 脱泥条件确定试验

鉴于不同搅拌强度下试样的粒度组成不同,采用洗矿—脱泥(-0.01 mm)—强磁选工艺流程考察各搅拌强度下磁选效果,并与不脱泥的情况进行对比,结果见表6。强磁选采用1次粗选流程结构,磁选设备为电磁夹板式强磁选机(CRIMM DCJB70-200),磁场强度为1 000 mT,介质尺寸为ϕ2 mm。

由表6可知,随着搅拌强度的增加,2种方案所获得的精矿锰品位升高,而回收率降低;对比不脱泥条件的磁选指标,2种方案的精矿锰回收率相差不大,但脱泥—磁选获得的精矿锰品位更高。因此,确定采用脱泥方案,适宜的洗矿搅拌强度为2 000 r/min。

表6 脱泥条件确定试验结果Table 6 Test results of desliming condition determination

2.2 强磁选试验

在搅拌桶搅拌强度为2 000 r/min、水力旋流器给矿浓度为25%的条件下,进行洗矿—脱泥(-0.01 mm)试验,获得了产率为30.64%、锰品位11.48%、锰回收率54.12%的沉砂,及产率为69.36%、锰品位4.30%、锰回收率45.88%的矿泥,分别对其开展强粗选回收锰矿物条件试验。

2.2.1 沉砂产品中锰矿物的回收

2.2.1.1 磁场强度试验

在介质尺寸为ϕ2 mm的条件下,考察磁场强度对沉砂产品磁选指标的影响,结果见图2。

图2 磁场强度对沉砂产品磁选指标的影响Fig.2 Influence of magnetic field intensity on magnetic separation indexes of settled sand

由图2可知,随着磁场强度的增大,精矿锰品位逐渐降低,锰作业回收率逐渐升高。综合考虑,确定适宜的磁场强度为600 mT。

2.2.1.2 介质尺寸试验

在磁场强度为600 mT的条件下,考察介质尺寸对沉砂磁选指标的影响,结果见图3。

图3 介质尺寸对沉砂产品磁选指标的影响Fig.3 Influence of medium size on magnetic separation indexes of settled sand

由图3可知,随着介质尺寸的增大,精矿锰品位逐渐降低,锰作业回收率先升高后降低。综合考虑,确定适宜的介质尺寸为ϕ2 mm。

2.2.2 矿泥产品中锰矿物的回收

2.2.2.1 磁场强度试验

在介质尺寸为ϕ2 mm的条件下,考察磁场强度对矿泥磁选指标的影响,结果见图4。

图4 磁场强度对矿泥产品磁选指标的影响Fig.4 Influence of magnetic field intensity on magnetic separation indexes of slime

由图4可知,随着磁场强度的增大,精矿锰品位逐渐降低,锰作业回收率逐渐升高。综合考虑,确定适宜的磁场强度为1 200mT,此时仍可以获得锰品位大于15%的精矿产品。

2.2.2.2 介质尺寸试验

在磁场强度为1 200 mT的条件下,考察介质尺寸对矿泥磁选指标的影响,结果见图5。

图5 介质尺寸对沉砂产品磁选指标的影响Fig.5 Influence of medium size on magnetic separation indexes of slime

由图5可知,随着介质尺寸的增大,精矿锰品位和锰作业回收率均降低,且锰作业回收率下降明显。综合考虑,确定适宜的介质尺寸为ϕ1 mm。

2.3 全流程试验

在条件试验的基础上,进行全流程试验,具体条件见图6,试验结果见表7。

图6 全流程试验Fig.6 The whole process test

表7 全流程试验结果Table 7 Test results of the whole process %

由表7可知,全流程试验最终可获得累计产率16.08%、平均锰品位23.78%、累计回收率60.21%的锰精矿,实现了该极低品位高含泥氧化锰矿的高效综合利用。

3 结 论

(1)原矿锰品位为6.40%,锰主要以硬锰矿、软锰矿等氧化锰矿物的形式存在,其中以-0.01 mm粒级嵌布的氧化锰矿物占有率接近30%。原矿-0.005 mm产率高达60%,矿泥主要由高岭土、褐铁矿等易泥化矿物组成,是典型的极低品位高含泥氧化锰矿。

(2)当搅拌强度为2 000 r/min时,采用实验室用水力旋流器可以脱除产率约为69%的矿泥,为后续沉砂获得高品位的锰精矿创造了有利条件。

(3)针对沉砂中的氧化锰矿物,采用1粗1扫的强磁选流程,分别获得了锰品位29.13%和7.86%的磁性物,实现了粗粒级锰矿物的高效回收;针对矿泥中的氧化锰矿物,采用1次粗选的强磁选流程,获得了锰品位18.07%的磁性物,实现了微细粒级锰矿物的综合利用;上述磁性物合并后合计回收率为60.21%,可为该类极低品位高含泥氧化锰矿的开发利用提供借鉴。