反浮选工艺的应用实践

反浮选工艺的应用实践随着世界钢铁工业的快速发展，钢铁产品结构的变化及冶金新工艺的实施，不仅对铁矿石的需求量日益增 多，更对铁精矿的质量要求越来越高。目前，国内外 在提高炼铁的效益及效率方面，都在遵从着“精料方 针”。“精料”是指入高炉的炉料要精，即为高含铁 低杂质(SiO2、A1203)的高品质铁精矿，而不是单指 铁精矿含铁高。铁精矿中Fe、SiO2、A12O3，的含量 具有同等的重要性，铁品位相同的铁精矿，其中 SiO2、 A12O3 含量不同，其影响和价值是不同的， Si、 A1 是造成高炉高渣比的重要根源。随着高铁低硅烧结技 术和低渣铁比冶炼技术的发展，在提高铁品位的同 时，降低铁精矿中 Si、 A1 等杂质含量将是今后发展 的方向。因此，不仅要在人炉铁精矿的品位上下功夫， 而且还需要深入研究降低 SiO2、 A12O3含量的有效技术。国内冶金界有人提出：对脉石 (CaO+MgO+SiO2+A12O3) 而言，若使渣比升高 100kg/t， 将会影响焦比7%8%,降低产量8%。北京科技大 学袁怀雨教授等对铁精矿品位、回收率与炼铁经济效 益的关系进行了研究，提出总利润随铁精矿品位的提 高而增高，当铁精矿品位达到 68%时，企业总利润值达到最大化。国外选矿厂为冶炼提供优质精料。高炉原料一般为 TFe66%、Si022 %4%、A12031 %2%、S01%、P60 00%、 SiO26 00%左右），以大幅提高炼 铁的效益和效率。例如鞍钢齐大山选厂、调军台选厂 东鞍山烧结厂、包钢选矿厂等单位，通过提高磨矿细 度、采取精矿反浮选等措施，使精矿品位得到大幅提 高，精矿中杂质含量明显降低，精矿品位提高至 65. 00 %67 00%, Si02 含量降至 6. 00% 以下。 优质铁精矿对高炉炼铁经济效益的提高影响很大，武 钢经验已充分证明，鞍钢也有类似体会，并总结出一 条规律，矿石品位对高炉焦比影响突出。生产实践表 明，在一定碱度条件下，烧结矿品位提高 1%，高炉 利用系数增加2. 5%30%,焦比降低1. 5% 2. 0%。因此，立足中国已有的贫铁矿石资源的开发，研究新技术，提高矿石品质及回收率，并实现产业化， 对于中国的钢铁工业实现健康、可持续发展无疑具有 重要的意义。1 资源概况及矿石特性酒钢自备矿山镜铁山桦树沟矿和黑沟矿区 是酒钢铁矿石的主要原料基地，总储量达 42 亿 t， 现已达到年 650 万 t 的供矿能力，所生产的铁精矿全 部提供给酒钢集团公司本部的炼铁生产，且与外购矿 相比，价格低廉，为酒钢创造了巨大的经济效益，在 酒钢的发展中起着举足轻重的作用。酒钢镜铁山铁矿属于寒武纪前奥陶纪沉积变质 铁矿，它虽然与鞍山式铁矿同属沉积变质型，但成矿 时代晚，物质组成比鞍山式铁矿复杂，其工艺类型可 以称之为碧玉型弱磁性混合铁矿石。矿石中铁矿物主 要有镜铁矿、镁菱铁矿和褐铁矿，少量磁铁矿；脉石 矿物主要为碧玉、重晶石、铁白云石和石英。矿体产 于浅变质的千枚岩中，呈层状或层状透镜体，矿体下 盘与灰绿色千枚岩接触处常有薄层含铁千枚岩。矿石 主要呈条带状构造。该矿石有以下特点。(1) 矿物组成复杂多样、比例多变。该矿石中 3 种主要铁矿物很少单独构成矿石，而是以混合矿石产 出，其混合比例在不同的矿体或同一矿体的不同地段 差异很大，没有明显的赋存规律。相对而言，铁矿物中镜铁矿占优势，镁菱铁矿和褐铁矿次之，三者的大 体比例为 2：1：1；脉石矿物情况类似，千枚岩和碧 玉相对占优势，重晶石、铁白云石和石英次之(见表 1)。暑1锤铁山矿梓厠沟矿匿备矿带原*矿费组成%IT糊弟耕1歹带11甫带IB矿带1VF常那日即带就含打少U少吐骨甘雀扶目27.00專-Jfl2H-J02-7024 002b. Wl(JrW7.Wn.6o15.W&帅11.SU血10l.2U6. 1U11413.5014. BO抉1云石血如A . 20E.2U5. W8.20弭五 钉英17.2019 3027.9029-6015.0031. W2.403.605-D6.50S34 JOor0.801 501.50LW0.9C豪石ig.ooUrBOJ-30J M&判12.50台卄KM.UQIOC.DO100.1UU.U0LOO.UOiuO W(2) 单矿物纯度低，杂质含量高。其中褐铁矿含结晶水、MgO、NnO,铁品位57. 00%;镜铁山的菱铁矿实际上是含锰镁菱铁矿，镁、锰主要以类质同像存在于菱铁矿的晶格中，铁品位只有 36. 70% (菱铁矿 理论铁品位为 48. 20%);而脉石和围岩却含铁，例如铁白云石含铁 14. 50%，碧玉含铁 7. 20%，黑灰色千枚岩含铁 11. 21%，灰绿色千枚岩含铁 3. 18%， 浅肉红色千枚岩含铁 8. 62%。(3) 工业矿物与脉石矿物之间物理参数有大小相 同或交叉的现象，矿石可选性差。如表 2 所示，各种 矿物按密度大小顺序可以分成4级，即镜铁矿； 晶石；褐铁矿和镁菱铁矿；碧玉、铁白云石和千 枚岩。按重选可选性准则A值判断，镜铁矿与碧玉、 铁白云石、千枚岩分选时4值为2. 023,为易选; 而褐铁矿、镁菱铁矿与碧玉、铁白云石、千枚岩分选 时 A 值为 1 3 1 5，为难选；镜铁矿与重晶石分选 时 A 值为 1 2，为很难选；褐铁矿、镁菱铁矿与重晶 石分选时 A 值为 1 27，为很难选，而且轻重矿物是颠倒的，铁矿物成了轻矿物。总体而言，采用重选工艺独立选别镜铁山矿石是很难选的，但可以用于预先 抛出围岩和提取部分合格的镜铁矿精矿。从磁性参数看，铁矿物的比磁化系数较小，而含铁高的脉石和围岩的比磁化系数接近甚至超过磁性 弱的铁矿物，因此该矿石的磁选可选性也是难选的。含铁脉石和围岩容易以磁性夹杂的形式进入铁精矿， 从而影响精矿质量。从浮选行为看，由于铁矿物和脉 石的种类多样，而且脉石和围岩含铁，该矿石的浮选 性能与鞍山式铁矿石相比也有明显的差异。总之，该矿石十分难选。工艺矿物学研究表明， 该矿石的选铁理论指标为精矿品位 56 90，回收率9060。(4) 矿物嵌布粒度粗细不均，需要细磨。其中镜铁矿 和褐铁矿为中、细粒嵌布，以细为主；镁菱铁矿为中、 粗粒嵌布，以中粒为主；脉石矿物为中、粗粒嵌布， 以中粒为主。总体而言矿物的嵌布粒度以中粒为主， 但由于嵌布粒度粗细不均，矿物之间共生紧密，嵌布 关系复杂，要达到较好的工艺指标必须纽磨。2 焙烧一磁选工艺流程简介及生产指标 酒钢选矿厂原设计采用全焙烧一磁选工艺处理镜铁山铁矿石，设计年处理原矿500万t。在工艺演 变过程中逐渐形成了块矿焙烧磁选、粉矿强磁选的工 艺格局，其中15015mm块矿采用焙烧一磁选工艺， 焙烧设备为 100m3 鞍山式还原磁化焙烧竖炉，焙烧工 艺为闭路磁化焙烧；磨矿工艺为两段阶段磨矿，磨矿 细度为-200 目占 85；选别工艺为单一弱磁选、五 次选别流程，其中第一次和第三次选别采用脱水槽， 其它作业为弱磁选机。由于矿物组成十分复杂，有用矿物菱铁矿及其次 生变化矿物褐铁矿中因含镁、锰、硅、铝等杂质，导 致理论铁品位低。主要脉石矿物碧玉、铁白云石及围 岩铁千枚岩因为含铁，缩小了与铁矿物的分选差异， 造成选矿工艺难度大，分选指标不理想。而现有生产工艺又相对单一，磨矿粒度偏粗，铁精矿质量一直处 于落后水平。酒钢选矿厂目前焙烧一磁选精矿品位为56. 50 %左右，Si02+A1203杂质含量在1100%左 右，综合精矿品位只有 5250（扣除烧损为 5700） 左右，致使公司高炉人炉品位长期处于全国倒数水 平，严重影响了炼铁的技术指标和经济效益。 贯彻“精料方针”是促使高炉指标进步的主要措施， 自产铁精矿是酒钢本部高炉炉料的主要原料之一。因 此，降低自产铁精矿杂质含量可以有效提高高炉人炉 品位，显著改善精料质量。3 反浮选降杂试验研究及分流工业试验3 1 反浮选降杂试验研究为了提高铁精矿的品质， 1997 年酒钢与长沙矿冶 研究院合作，在实验室完成了酒钢弱磁选精矿再磨再 选试验研究，取得了初步成效。2005 年上半年，酒钢 钢铁研究院在实验室对弱磁选铁精矿提质降杂进行 了进一步的研究，弱磁选铁精矿品位由 55 17%提高 到60. 95%,精矿中Si02含量5. 11%。试验结果 见表3。w 11 aTTB,Tk!:c w(I * H I |H in R H li )1 f 空f jj蛇扳工H S 14 J ii l从表 5 可见，选厂二磁精矿中铁矿物总量为8386，脉石含量为 1614，且主要以含铁碧玉石英及千枚岩为主。铁矿物有 20左右是呈连生体存在；脉石矿物有 40呈单体， 60是与铁矿物呈贫连生体。说明精矿中一方面存在磨矿细度不够，连生体较多，另一方面机械夹杂的单体脉石也较严重。1=1从表 6 可知，二磁精矿中大于 0074mm 粒级产 率为 1517，且这部分粒级 SiO2 含量高，达到了 2596，需要进一步细磨再选；从杂质分布情况来 看，二磁精矿中SiO2主要分布于0. 125-0. 019mm粒级中，特别是 0037mm 以下粒级，而这部分脉石 矿物大多数已单体解离。因此，仅需进一步精选。(2) 反浮选分流工业试验结果。由于矿石性质和 生产工艺的原因，酒钢选矿厂环水水质具有硬度高、 pH值高的特点，通常pH值可达到8690,而弱 磁系统矿浆中水的 pH 值更高，可达到 93 左右。针 对调试过程中出现的脉石矿物上浮困难、精矿质量差 等问题，向矿浆中添加盐酸或硫酸进行矿浆 pH 值调 整，调整后精矿品位都能够得到大幅度的提高，精矿 中杂质含量大大降低，说明矿浆 pH 值是影响捕收效 果的非常关键因素。通过药剂对比、参数调整、流程优化和稳定试验， 工业分流试验取得了显著的效果。72 h 稳定试验结果 表明，一次粗选、一次精选、四次扫选反浮选流程指 标为精矿品位 6182， SiO2 含量 546，作业回 收率 9398。与同期生产指标相比，精矿铁品位提 高 405 个百分点， SiO2 降低 465 个百分点。分流 工业试验浮选原则流程见图1,试验结果见表7。fMII! It H MH IB If(3) 产品分析。将全浮流程连续稳定试验产品及 同期现场弱磁选三磁作业的产品分别进行多元素化 学分析、矿物组成分析，结果分别见表 8、表 9。4 经济效益评价(1) 直接效益。选矿厂焙烧一磁选系统提质降杂 实施改造后，精矿品位按提高400个百分点、 SiO2 降低 450 个百分点计算。选矿厂按年处理原矿 650 万 t 计算，烧结工序可节约成本 1907 万元。炼铁工 序新增效益为 9665万元。选矿工序新增成本6370万 元。加之贷款利息等以上合计年新增利润总额为 3122 万元。(2) 间接效益。提质降杂改造后，铁精矿的其他 杂质含量也有明显降低，其中 K20 每年减少 1655t，Na20减少628 t, S减少1714t, P减少167t，由此 可以降低高炉碱负荷0. 56kg/t, S负荷0. 08kg/t, P负荷0. 04kg/t,从而有利于改善高炉炉况、降低 钢铁料消耗。5 结论(1)酒钢镜铁山桦树沟矿和黑沟矿是国内典型的 难选镜铁矿、褐铁矿、菱铁矿的共生红铁矿，矿石品 位低，矿物组成十分复杂，有用矿物中杂质含量高， 主要脉石因为含铁缩小了与铁矿物的分选差异等是 造成选矿工艺难度大、分选指标不理想的主要，原因。(2)竖炉焙烧弱磁选工艺精矿品位仅为 5650 左右，杂质含量很高，i02+A1203杂质含量在11. 00% 左右，强、弱磁选综合精矿品位只有 5250左右。 铁精矿质量不高已严重影响到高炉冶炼系数的进一 步提高和焦比的进一步降低，若能通过精选进一步降 低精矿中碱金属 K、Na 及有害元素 S、P 的含量，这 对高炉的高产、顺行，铁水质量的提高是非常有益的。(3) 通过酒钢及长沙矿冶研究院共同研究结果表 明，采用反浮选工艺处理酒钢弱磁选铁精矿，是提高 弱磁选精矿品质的有效途径。一次粗选、一次精选、 四次扫选分流工业试验结果为给矿品位 56. 53%，铁 精矿品位 61. 82%，尾矿品位 24. 20%，精矿产率 85. 93%，回收率 93. 98%。与同期生产弱磁选精矿 相比，铁精矿品位提高了 4. 05个百分点，SiO2降低 了 4. 65 个百分点，提铁降硅效果十分显著。(4) 经济效益分析结果显示，该项目应用于生产 后，烧结工序每年可节约石灰石16. 47万t,少加工 烧结矿218万t ；炼铁工序高炉人炉品位提高163%,焦比降低14. 6kg/t，每年可节约焦炭622 万t,增产生铁19. 78万t,碱负荷降低0. 56kg/t; 扣除选矿新增成本及贷款利息等后，年创经济效益 3122 万元。(5) 该结果可作为酒钢选矿厂弱磁选精矿提质降 杂改造工程的设计依据。推荐流程为二磁精再磨、一 次粗选、一次精选、四次扫选反浮选流程。目前该项 目已完成了工业应用的初步设计及可行性研究,正在 进行施工图设计工作,预计 2007 年三季度投入工业 应用。