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低品位鐵礦的選礦工藝
發布日期:2018-11-2 9:25:36 來源:

中國現已查明的礦礦床約1760多處,分布在全國600多個縣內10億t以上的大型礦區有鞍本、攀西、冀東-北京密懷、五臺嵐縣、寧蕪-羅河、鄂西、包頭-白云、魯中和云南惠名等9個,合計占總儲量的67.3%。總儲量的51.3%集中在遼寧、四川和河北三省,已開發利用的占總儲量的36.3%。 

中國鐵礦石資源豐而不富,在約500億t儲量中97.7%為貧礦,平均品位33%,低于世界鐵礦石平均品位11個百分點,含鐵量大于50%的富礦僅占2.3%,絕大部分須經選別方可入爐。中國鐵礦石資源質量不高,其礦石大都以細粒條帶狀、鮞狀及分散點狀結構存在,甚至呈顯微細粒結構。有些是多屬共生復合礦床,一些有價礦物往往需細磨至200目占90%才能單體分離,給選別等作業帶來了難度。在開發過程中消耗大宗能量的同時,也給環境帶來了污染。

貧鐵礦資源的特點決定了它的開發利用與其它礦產有所不同,采掘工程量大,產值低,利潤少,資金利用率低。近年來,鐵礦石進口量大幅增長,2004年達到2.1億t,進口鐵礦石的金屬量已占中國入爐金屬量的50%。同時,鐵礦石市場價格見漲,2004年價格上漲18.6%,2005年4月又上漲71.5%,市場競爭的壓力越來越大。

一、基本工藝 

(一)磁鐵石英巖選礦

磁鐵石英巖即鐵隧巖,或鞍山式貧鐵礦石,多集中分布在鞍本、五嵐及冀東地區。礦石中主含磁鐵礦和石英,依據磁鐵石英巖的磁學性質,一般利用磁鐵礦和石英磁化系數的較大差別進行磁選,典型的這一類選礦廠有美國伊里選廠、明塔克選廠、加拿大亞當斯選廠、前蘇聯的庫爾斯克礦石公司、中國的大石河南芬和大孤山等選礦廠。磁鐵石英巖的分選工藝是經三至四段破碎至25~15mm,或經一段破碎到350~250mm,通過自磨與球磨(礫磨)結合,實施三段細磨,進入多段磁選。磁鐵石英巖選礦的工藝特點是采取階段磨礦和磁選流程,以便階段排出單體脈石,減少下一階段的磨礦量。 

(二)磁鐵礦石的選礦 

磁鐵礦石屬于矽卡巖型礦石,其中主要鐵礦物為磁鐵礦,還含有少量的硫化礦物,并伴生有等有色金屬,脈石為矽卡巖。礦石呈斑點狀、角礫狀、帶狀和塊狀。磁化系數與磁鐵石英巖相似。根據粒度嵌布特性可分為粗粒、細粒、微細粒和極微細粒嵌布礦石。典型的這一類選礦廠有美國恩派爾選廠、格雷斯選廠、加拿大希爾頓選廠和澳大利亞怒江選廠。中國的多集中分布在鄂東、邯鄲、山東、江蘇和安徽等地有五家子鐵礦和玉石洼鐵礦等。依據磁鐵礦石的物理性質,最有效的選礦方法是以磁選法回收磁性礦物,以浮選法回收伴生的硫化礦物。其分選工藝多是二至四段破碎,并在破碎流程中配有一至二段干式磁選,選別中碎或細碎產品。對進一步深選產品,經二至三段細磨,進行二至五次濕式磁選,獲得最終鐵精礦產品采用磁選-浮選或浮選-磁選等聯合流程,在提高鐵精礦品位的同時,還可回收伴生礦物成為相應的精礦產品,以及精礦的脫硫。磁鐵礦石磨礦粒度較粗且泥化的粒子含量較少,一般用磁選機即可進行脫泥。選別磁鐵礦石的選礦廠按照全循環供水流程操作,循環水利用率為75%~85%。 

(三)赤鐵礦和赤-磁鐵礦石的選礦

1、赤鐵礦和赤-磁鐵礦石在入選礦石中占有較高的比重。多分布在中國鞍山、前蘇聯的庫爾斯克磁力異常區、美國的密執安、加拿大的魁北克、巴西考埃和利比亞幫格地區。以赤鐵礦為主的礦石,主要是選別具有良好物理性質的粗粒嵌布礦石,而微細粒嵌布赤鐵礦石的利用尚屬世界上探索的課題。中國的赤鐵礦石具有細粒和微細粒嵌布的浸染狀結構,主要含赤鐵礦和石英赤-磁鐵礦石中赤鐵礦和磁鐵礦的比例變化很大,按其比例可分為矽卡巖型(如幫格礦石)和鏡鐵礦型(如卡羅爾礦石)。

2、赤-磁鐵礦石的選礦工藝。現在多采用磁選--重選流程、磁選--浮選流程或重選--磁選--浮選流程。有的選廠先用重選方法回收赤鐵礦。再從重選尾礦中用磁選方法回收磁鐵礦;也有用浮選法(挪威拉那選廠)和用電選法(加拿大瓦布什選廠)進行精選,或在最后一段選別前用細篩處理。磁選--重選流程首先用弱磁場磁選回收磁鐵礦,而后用重選法從磁選尾礦中回收赤鐵礦;而磁選--浮選流程則以浮選作為分選赤鐵精礦的主要過程,用重選法回收粗粒赤鐵礦和磁鐵礦,用磁選法回收細粒磁鐵礦。對于致密結晶的赤-磁鐵石英巖,重選法廣泛地用于選別粗粒嵌布礦石,強磁選或浮選用于選別細粒礦石。對于黏土質赤-磁鐵礦石,主要用洗礦或干式磁選。

3、赤鐵礦石的選礦。可采用洗礦、重選、浮選、磁選和焙燒磁選法,或用浮選和電選作為精選作業,按不同礦石性質,組成不同形式的選礦工藝流程。對粗粒或塊狀礦石混入貧化物料時,多用重懸浮液選礦。有些選礦廠對粒狀礦石采用跳汰選礦,對于中細粒礦石用螺旋選礦機進行重選,或用強磁選機進行磁選。對于微細粒嵌布的石英鐵質巖用浮選法或焙燒磁選法來處理。美國Tilden選礦廠用選擇性絮凝、陽離子反浮選處理細磨到80%-0.025mm的礦石。鞍山燒結總廠和齊大山選礦廠曾用豎爐,前蘇聯克里沃中部采選公司選礦廠曾用回轉窯對細粒嵌布赤鐵礦石進行還原焙燒處理后再磁選獲得鐵精礦。  

(四)釩磁鐵礦石的選礦

釩鈦磁鐵礦石中的磁鐵礦與鈦礦物連晶,顆粒粗大。脈石為輝長巖橄欖巖和綠泥石,顆粒分布不均且難細磨。礦石可磨性系數約為磁鐵石英巖的1/2,屬于易選、難磨和礦物純度低的礦石,伴有工業品位的鈦和釩鈷鎳等有用元素。釩鈦磁鐵礦石主要集中在中國攀西地區和前蘇聯的烏拉爾地區。攀枝花冶金礦山公司對破碎產品直接進行細磨,采用了一段閉路磨礦和二段磁選一段掃選的工藝流程,選礦廠采用循環水供應系統,對于此類礦石除了回收鐵精礦外,同時還回收鈦礦物和硫鎳礦物產品。-褐鐵礦石的選礦褐鐵礦石主要呈鮞狀、粉狀和致密塊狀結構,鮞粒大小不一。除主要礦物為褐鐵礦外,還含有少量赤鐵礦菱鐵礦。脈石主要為石英、碌泥石、方解石、泥質物和黏土等礦物,還含有坤等雜質。

(五)褐鐵礦的選礦

目前廣泛采用洗礦、重選、磁選聯合流程。 

(六)菱鐵礦石的選礦 

礦石中主要金屬礦物為菱鐵礦及少量的褐鐵礦、赤鐵礦、磁鐵礦和硅酸鐵等。非金屬礦物為石英和方解石等。菱鐵礦石在世界上應用不夠廣泛,僅在歐洲一些鐵礦資源較少的國家,如捷克、波蘭、前南斯拉夫、奧地利等國進行大規模的工業應用。菱鐵礦石的主要選礦方法是焙燒磁選法和重選法。主要設備-破碎磨礦設備中國鐵礦石破碎作業基本按照五種流程進行生產,一段破碎多是供自磨機磨礦用料,破碎粒度為350~0mm或250~0mm二段破碎、三段開路破碎、三段閉路破碎和四段破碎多是供球磨機或棒磨機磨礦用料,破碎粒度為25~0mm、20~0mm、15~0mm和12~0mm。按破碎產品粒度分為粗碎、中碎和細碎三種破碎設備。粗破碎機采用顎式破碎機或旋回破碎機。大型鐵礦石選廠多用1500mm×2100mm顎式破碎機和1500mm/300mm或1200mm/180mm旋回破碎機。中破碎機采用標準型圓錐破碎機。細破碎機采用短頭型圓錐破碎機。磨礦主要采用一段磨礦、二段磨礦和三段磨礦流程。其中有連續磨礦和階段磨礦或帶有選別或帶有細篩的磨礦流程。歪頭山、金山店、石人溝和漓渚等20多個鐵礦擁有自磨機70余臺,其中較多的是φ5.5m×1.8m自磨機,半自磨技術是向自磨機中加入3%~5%、φ120~φ150mm的鋼球,以提高自磨機的處理量,而采用礫磨對一些礦石具有降低球耗和電耗,從而降低選礦成本的效果。 

二、選礦設備

中國鐵礦石選廠有自磨機、棒磨機、礫磨機和球磨機,其中自磨機約占10%,棒磨機和礫磨機約占3%,其余基本上為球磨機,鐵礦選礦廠生產中使用最多的是φ2.7m×3.6m和φ3.6m×4.0m規格的球磨機。 

(一)預選設備 中國有大石河、水廠、程潮吉山等29個鐵礦選礦廠采用干式磁滑輪預選。目前應用較好的有φ800×1400mmCT-108型以及φ1250×1270mm永磁磁滑輪(或稱大塊磁選機)。采用密度較低的粗粒加重劑配制成密度較大的重懸浮液,用重介質振動溜槽進行鐵礦石預選,排出夾石和圍巖一般分選粒度為75~10mm處理量較大。采用梯形、矩形、圓形和大粒跳汰機對弱磁性鐵礦石進行不同粒度塊礦預選的技術是成功的。對15~0mm礦石采用ZXY型圓形跳汰機可預先排出產率約為13%含鐵為14%的尾礦;對3010mm礦石采用AM30型大粒跳汰機預選可獲得較高回收率的高品位鐵精礦。

(二)磁選設備 細粒磁鐵礦濕式磁選用單筒、雙筒和三筒永磁磁選機進行分選,有φ1200×3000mm(瑞典、芬蘭、前蘇聯)和φ1500×3000mm(前蘇聯)、φ1500×1500mm(Krupp雙筒)及CTS、CTB、CTN-1224型(中國)等各種型號,一段或二段磁選機多采用順流型底槽;三段或四段為半逆流型;而球磨機排礦直接磁選的多用逆流型。豎式還原焙燒爐曾用于鞍山式赤鐵-石英巖進行磁化焙燒,在齊大山、包頭和酒鋼選礦廠進行焙燒磁選,生產鐵精礦。中國有130多座豎爐,容積為50m3、70m3、100m3和160m3。回轉焙燒爐在捷克和前聯邦德國選礦廠進行褐鐵礦和菱鐵礦的磁化焙燒。各種結構形式的干式感應輥式強磁選機、洪堡Jones型濕式平環強磁選機和在此基礎上發展的多種類型的強磁選機,以及連續作業的瑞典Sala高梯度強磁選機在弱磁性鐵礦石的選別中獲得應用。 

(三)浮選設備  各種結構型號的浮選機用于處理細粒和微細粒嵌布的貧鐵礦石。國內外定型制造和使用的浮選機仍以機械攪拌式為主,并且有著同一發展趨勢,即隨著細貧難選物料處理量的與日俱增,向著充氣量足夠、生產能力大、電能消耗少、選別指標好以及便于操作和維護等方面發展。代表產品有芬蘭OK-16MX-14、WEMCO-144、DR-600H,充氣機械攪拌式有BΦP-240、BΦR600等。 

(四)重選及洗礦設備 多種規格型號的重介質選礦機、跳汰機、旋流器、螺旋溜槽、振動溜槽、螺旋選礦機、槽式洗礦機、洗礦筒和濕式回轉篩取得了廣泛應用。對于粗粒或塊狀礦石混入貧化物料時,多用重懸浮液選礦。有些選礦廠對粒狀礦石進行跳汰選礦,對于中細粒礦石主要用螺旋選礦機進行重選。螺旋選礦機在美國、加拿大、瑞典利、比里亞等國家的新老選廠廣泛使用。如加拿大卡羅爾選廠采用4000多臺,經過一次粗選和兩次精選,直接獲得精礦,對粗選尾礦再進行磁選,最終鐵精礦品位為66.5%。

(五)電選設備 加拿大北克拉布拉多礦采用生產率為1.7t/h的電選機分選弱磁性貧鐵礦石,取得了滿意結果。 

(六)粒鐵爐 德國、捷克、波蘭、朝鮮、西班牙和中國采用了生產率為300~800t/d的粒鐵爐,處理微細粒嵌布的高硅難選貧鐵礦石,指標良好。 

(七)脫水設備 濃縮一般采用周邊傳動或中心傳動的濃縮機,還有傾斜板濃密箱。過濾采用圓筒或圓盤真空過濾機、磁濾機以及帶式壓濾機。筒型內濾式真空過濾機可用于過濾磁選和浮選鐵精礦。采用筒型磁濾機過濾磁選鐵精礦。采用盤式真空過濾機過濾細粒浮選鐵精礦。采用壓濾機過濾微細粒礦泥精礦。為解決細粘物料卸料困難的課題,出現了折帶式過濾,機面積已達131.9m2。為了提高微細粒物料過濾的效率,過濾機正圍繞著降低濾餅和過濾介質阻力的方向在改進,如添加絮凝劑和助濾劑,選用合理的過濾介質等。陶瓷過濾機即屬于織物介質外新型多孔固體介質的應用。

(八)精礦和尾礦輸送技術 澳大利亞怒江選礦廠采用了φ244mm長約90km的長距離鐵精礦輸送管道,其泵站配有4×450kW電動機驅動的柱塞泵排出壓力105~141MPa輸送鐵精礦250萬t/a,利用率達97%。濃度超過40%的尾礦水力輸送技術正在逐步推廣之中。 

三、技術進步 

(一)磁鐵礦石選礦  

細粒嵌布磁鐵礦選礦技術進步。主要表現在選礦工藝的發展和完善、選礦設備的更新和改造、選礦綜合指標的不斷提高等方面:(1)采用新型破碎機,或改造舊有圓錐破碎機,或改開路破碎流程為閉路破碎流程,以降低磨礦能耗,減小入磨礦石粒度。近二十多年來,國外出現了超重型彈簧圓錐破碎機和高能液壓圓錐破碎機,以及雙軸重型振動篩,因而出現了新三段一閉路單段球磨的所謂“新常規碎磨”流程,使產品粒度達到了7~8mm實現了“多碎少磨”,減少了能耗。提高了磨機處理能力。高壓輥磨機目前只是廣泛用于水泥工業中,有望從水泥熟料的破碎進入鐵礦石選廠。超細磨機嶄露頭角磨機襯板的發展經歷了從金屬襯板到非金屬襯板,再發展到磁性襯板,經濟效益顯著;(2)普遍采用磁滑輪預選作業,組成預選-磁選流程,以提高磨機處理量能力和原礦品位。中國的實踐證明可排出8%、含鐵9%的大粒脈石,提高入磨品位2%,電耗降低2%左右;(3)改干式自磨為濕式自磨,改閉路濕式自磨為開路或半開路濕式自磨。用直線振動篩代替一段磨礦分級中的螺旋分級機。在二段分級中采用水力旋流器,以提高磨礦分級效率。(4)普遍采用擊振細篩或高頻細篩,與磨礦分級分選形成磁選細篩流程,以便在較高回收率條件下,獲得含鐵65%以上的優質鐵精礦產品;(5)采用φ1050mm或φ1250mm大筒徑磁選機以提高磁選能力和精礦品位。如大孤山采用BXφ1050mm×2400mm磁選機臺時產量44.16t/h,給礦粒度-0.074mm占78.62%,回收率99.39%,精礦品位59.54%,比原磁選機精礦品位提高0.8%。(6)廣泛采用磁鐵礦石階段磨礦-磁選流程,以獲得高質量的鐵精礦產品;(7)加拿大克雷格蒙特選廠采用了“以粒度為基礎的PSM控制”,除了兩套正在使用的PSM-100外,又在磁鐵礦回收回路安裝了PSM-200用于-325目占85%~95%的較細磨礦粒度,既保持了規定的磨礦粒度,同時又能使磨機的處理量最大,從而降低了每噸精礦的成本。

(二)赤鐵礦石選礦 

細粒嵌布赤鐵礦石的開發利用,促進了赤鐵礦浮選、重選、強磁選和焙燒磁選等選礦工藝的發展。(1)赤鐵礦全浮選流程。采用脂肪酸類陰離子捕收劑,碳酸鈉作礦漿調整劑(礦漿pH值為9.10),浮選赤鐵石英巖類型礦石中的赤鐵礦,解決了礦漿黏度大,精礦脫水難等問題。采用二段濃縮作業,降低了金屬流失;(2)強磁-浮選流程。主要特點是通過強磁選將礦石中的單體石英和易泥化的綠泥石等脈石礦物在粗磨條件下排出,成為合格精礦,從而為進一步細磨和浮選創造有利條件;(3)焙燒-磁選流程。采用豎爐對75~20mm赤鐵礦石,以焦爐和高爐混合氣加熱與還原,生成人造磁鐵礦石,再進行磁選獲得鐵精礦產品。豎爐還原焙燒鞍山式赤鐵-石英巖,具有鐵精礦品位65.82%和回收率78.41%的指標。(4)焙燒磁選-反浮選流程。為了提高焙燒磁選鐵精礦質量,采用十二胺陽離子捕收劑,在中性礦漿中進行反浮選。在十二胺用量為120~180g/t(對磁選精礦)條件下,得到了鐵精礦品位65.85%和回收率75.85%的指標;(5)強磁選流程。前蘇聯中央采選聯合企業克里沃羅格礦床氧化鐵質石英巖的處理,1989年由磁化焙燒轉化為強磁選的。新流程投入運行,解決了焙燒產生的灰塵和廢氣凈化問題和每噸精礦約需100m3天然氣的高能耗問題,用當量燃料噸數表示的總能耗由磁化焙燒的0.202降到強磁選的0.054,是氧化鐵質石英巖選礦不經焙燒的重大進展;(6)階段磨礦、重磁-陰離子反浮選流程。齊大山選礦廠采用MZ-21高效低耗無毒新藥劑和Slon型立環脈動高梯度強磁機,在金屬回收率沒有降低并保持選廠原有生產能力的條件下,鐵精礦品位達到67.14%,選礦藥劑費用降低24.89%,淘汰了傳統的焙燒磁選工藝,能耗費用降低48.93%,每噸精礦加工成本降低3.28%,還杜絕了焙燒使用煤氣造成的人身安全和環境污染。 

(三)磁-赤鐵礦石選礦

(1)重選-磁選-浮選流程。鞍山式磁-赤鐵礦石在粗磨條件下即有一部分鐵礦物呈單體解離,需及早回收。該流程能獲得回收率高的優質鐵精礦產品較具競爭力。其主要特點是在一次磨礦旋流器分級后,用螺旋溜槽回收部分粗粒級鐵礦物。細粒級用磁選-浮選流程回收各中間產品合并后進行二次分級磨礦,再返回分選回路。(2)磁選-重選流程。對細粒嵌布磁-赤鐵礦石,中國發展了以磁選回收部分磁鐵礦物,對其尾礦用螺旋溜槽和離心選礦機回收弱磁性礦物的工藝。(3)連續磨礦-磁選(弱磁-強磁)-反浮選流程。主要特點是采用連續磨礦,將礦石直接磨至單體解離,只控制最終磨礦產品粒度。采用弱磁強磁選可以起到排出尾礦和脫泥的雙重作用,減輕或消除礦泥對浮選的有害影響。強磁選脫泥效果較好。采用反浮選(浮出石英等脈石)適應了礦石中磁鐵礦、赤鐵礦和假象赤鐵礦不同比例的變化,尤其是陰離子反浮選對礦泥的適應能力強,如鞍鋼調軍臺選礦廠根據此流程改造后,在原礦品位29.60%的情況下,取得了精礦品位67.59%以上,尾礦品位10.56%金屬回收率82.24%的指標。 

(四)多金屬鐵礦石選礦

攀枝花冶金礦山公司對釩鈦磁鐵礦石的破碎產品直接進行細磨,采用一段閉路磨礦和二段磁選一段掃選的工藝流程,得到了含鐵51.59%回收率74.47%的鐵精礦。對于白云鄂博鐵礦,采用弱磁-強磁-浮選聯合流程,綜合回收鐵、、稀土礦物。其特點是在磨礦粒度達到200目占95%~96%時,用弱磁選回收磁性鐵礦物,以強磁選舍棄含鐵硅酸鹽,并使稀土礦物、鈮礦物在強磁中礦中初步富集,再從中用浮選法回收鈮礦物及稀土礦物。可以得到很好的稀土和鈮精礦產品指標,以及品位65.29%回收率為77.13%的鐵精礦。

 


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