秦皇岛某微细粒铁矿搅拌磨细磨—磁选工艺试验研究

龙渊，刘瑜，肖骁，张国旺，赵湘，石立

1.长沙矿冶研究院有限责任公司，湖南 长沙 410012；2.湖南金磨科技有限责任公司，湖南 长沙 410012

1 引言

秦皇岛地区拥有丰富的铁矿石资源[1]，但其中铁矿物嵌布粒度较细，资源利用率较低，当地选矿厂对原矿进行两段球磨机磨矿，磨矿产品细度为-0.074 mm占75%～80%，然后采用2～3次弱磁选分选，所得铁精矿铁品位只能达到55%左右，且磨矿能耗高，严重制约了选矿厂的经济效益。立式搅拌磨机[2-3]是近年来兴起的高效节能细磨设备，其磨矿产品粒度为0.020～0.100 mm。为了充分利用秦皇岛地区的铁矿资源，提高铁精矿指标及经济效益，用立式搅拌磨机对当地某铁矿的粗精矿进行细磨，以提高磨矿产品解离度，并优化细磨条件，确定合理的细磨—磁选工艺流程，提高分选指标，为当地微细粒嵌布铁矿资源综合回收利用提供技术支持[4-5]。

2 试验样品及设备

2.1 试验样品

试验样品为秦皇岛青龙地区某铁矿的粗精矿(以下称为给料)，其粒度为-0.074 mm占75%左右。通过混样后，进行了给料铁物相分析、主要元素化学分析和粒度分析，其结果分别列于表1～表3中。给矿样品中TFe品位为45.86%，磁性铁含量为43.58%，需要去除的主要有害杂质为SiO2。粒度越细的粒级中，铁品位越高，要提高铁精矿品位，给料需要细磨至0.038 mm以下，铁矿物才能更好地单体解离出来。

表1 给料中不同铁物相含量 /%

表2 给料中主要化学成分的含量 /%

表3 给料粒度分析结果

2.2 试验设备

试验所用的主要设备为立式螺旋搅拌磨机和磁选机等，其规格型号如表4所示。

表4 试验中所用的主要设备

3 再磨—磁选试验研究

3.1 再磨细度的影响

由于秦皇岛地区铁矿石中铁矿物嵌布粒度较细，磁选难度较高，因此对给料搅拌磨后进行一次粗选一次精选的两段磁选(方案1，图1a)和一次粗选和两次精选的三段磁选(方案2，图1b)探索试验，磨矿产品的细度-0.038 mm粒级含量分别为80.56%、85.35%、90.18%和95.22%，试验结果如图2所示。

图1 磨矿—磁选试验工艺流程

由图2可以看出，随着磨矿细度变细，精矿中磁性铁品位升高，回收率也升高，在磨矿细度为0.038 mm达到95%时，采用磁选方案1可以获得铁品位为62.51%、回收率为99.37%的选矿指标。磁选方案2所获得的精矿回收率也达到了99.37%以上，但比磁选方案1所获得的精矿铁品位要高。由此可以看出，磁选方案2要优于磁选方案1，后续将对磁选方案2进行进一步研究。

图2 不同磨矿细度下的磁选精矿指标

3.2 磁选试验

在细度试验中，虽然铁精矿回收率达到了较高水平，但所得的精矿铁品位未能达到65%以上。为此，后续将通过适当降低磁选磁场磁感应强度、牺牲部分回收率来提高精矿铁品位。

将矿样细磨至-0.038 mm占95%左右，采用磁选方案2，并适当降低磁场磁感应强度进行磁选试验，其工艺流程见图3，此时粗选、精选1和精选2的磁场磁感应强度分别由0.18、0.15和0.13 T降低到0.10、0.08 和0.06 T。

图3 磁选试验流程

磨矿产品细度对铁精矿产率、品位和回收率的影响见图4所示。

图4 磨矿细度对磁选精矿指标的影响

由图4可知，随着磨矿细度变细，精矿铁品位升高，当磨矿细度为-0.038 mm占95.43%时，精矿磁性铁品位达到了64.06%(全铁品位为65.94%)；当磨矿细度为-0.038 mm占96.40%时，精矿磁性铁品位达到了65.12%(全铁品位为67.08%)；当磨矿产品细度为-0.038 mm占98.70%时，精矿磁性铁品位达到了66.16%(其中全铁品位为67.73%)，且磁性铁回收率达到了97.40%。

4 磨矿条件试验

4.1 磨矿细度对磨矿电耗影响

在本试验中，磨矿设备采用试验室JM260型立式搅拌磨矿机，并采用扭矩仪测定电耗[6]，磨矿浓度为60%，磨矿介质为Φ8～16 mm钢球，装球量75 kg(充填率为60%)，给料样品给入量为10 kg，球料质量比(简称球料比)为7.5:1，磨矿转速150 r/min。磨矿细度对磨矿电耗的影响如图5所示。

图5 磨矿产品细度对应的磨矿电耗

由图5可以看出，随着磨矿细度变细，磨矿电耗增大，当磨矿产品中-0.038 mm粒级含量为95%时，其磨矿电耗约为15.20 kW·h/t。

4.2 不同球料比的对磨矿电耗的影响

细磨至产品细度-0.038 mm含量为95%和其余试验条件相同4.1，对不同球料质量比分别为6.5:1、7:1、7.5:1和8:1)时的磨矿电耗进行了测定，其结果如图6所示。

图6 不同球料比对磨矿电耗的影响

由图6可以看出，不同球料比对应的磨矿电耗是不同的，当球料比为6.5:1时，虽然处理量较大，但是单位磨矿电耗最高；球料比为8:1时，磨机的处理量小，转换成每吨给料所对应的单位磨矿电耗却比 7.5:1 的球料比要高；球料比为7.5:1时，磨矿综合电耗最小，其值为15.20 kW·h/t。因此，后续将选用球料比为7.5:1进行试验。

4.3 磨矿质量浓度对磨矿电耗的影响

在磨矿质量浓度影响试验中，磨矿质量浓度分别为50%、55%、60%和65%，其余试验条件同4.1，试验结果见图7。

图7 磨矿质量浓度对磨矿电耗的影响矿浆

由图7可以看出，在矿浆质量浓度50%～66%范围内磨矿电耗相近，这说明磨矿质量浓度对立式螺旋搅拌磨磨矿电耗影响较小。当磨矿质量浓度为60%时，综合磨矿电耗相对来说为最低，其值为15.20 kW·h/t。

4.4 磨矿综合条件

综上所述，对于该原矿样品，其最佳的磨矿条件为采用Φ8～16 mm钢球作为磨矿介质，磨机转速为150 r/min，装球量75 kg，球料比为7.5:1，磨矿质量浓度为60%。结合磁选指标，当磨矿细度为-0.038 mm占98%以上时，虽有好的选矿指标，但需要的磨矿电耗大于21.0 kW·h/t，经济运营成本较大。而磨矿至-0.038 mm占95.43%时，精矿磁性铁品位虽未能达到65%以上，但全铁品位能达到65.95%以上，磁性铁回收率达到了97%以上的优良水平，且磨矿电耗约为15.28 kW·h/t，因此，综合能耗及选矿指标考虑，磨矿产品细度达-0.038 mm占95%左右即可获得良好的选矿指标。

5 结论

(1)该粗精矿样品磨矿细度为-0.038 mm占95.43%时，再经一次粗选两次精选，可以获得产率66.12%、磁性铁品位为64.06%(全铁品位为65.94%)和磁性铁回收率为97.16%优良选矿指标。

(2)该粗精矿样立式搅拌磨机细磨试验结果表明，其最佳的磨矿条件为采用Φ 8～16 mm钢球作为磨矿介质，磨机转速150 r/min，装球量75 kg，球料比7.5:1，磨矿质量浓度60%。该粗精矿样磨矿至-0.038 mm占95.00%左右时，其磨矿电耗约为15.20 kW·h/t。

(3)试验研究发现，秦皇岛地区的铁矿为微细粒嵌布铁矿资源，需细磨至-0.038 mm占95%以上时，才能实现较好的单体解离，从而获得较好的选矿指标。立式搅拌磨机可作为细粒级矿物磨矿设备的良好选择。