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低品位铁矿的选矿工艺
发布日期:2018-6-2 9:25:36 来源:

中国现已查明的矿矿床约1760多处,分布在全国600多个县内10亿t以上的大型矿区有鞍本、攀西、冀东-北京密怀、五台岚县、宁芜-罗河、鄂西、包头-白云、鲁中和云南惠名等9个,合计占总储量的67.3%。总储量的51.3%集中在辽宁、四川和河北三省,已开发利用的占总储量的36.3%。 

中国铁矿石资源丰而不富,在约500亿t储量中97.7%为贫矿,平均品位33%,低于世界铁矿石平均品位11个百分点,含铁量大于50%的富矿仅占2.3%,绝大部分须经选别方可入炉。中国铁矿石资源质量不高,其矿石大都以细粒条带状、鲕状及分散点状结构存在,甚至呈显微细粒结构。有些是多属共生复合矿床,一些有价矿物往往需细磨至200目占90%才能单体分离,给选别等作业带来了难度。在开发过程中消耗大宗能量的同时,也给环境带来了污染。

贫铁矿资源的特点决定了它的开发利用与其它矿产有所不同,采掘工程量大,产值低,利润少,资金利用率低。近年来,铁矿石进口量大幅增长,2004年达到2.1亿t,进口铁矿石的金属量已占中国入炉金属量的50%。同时,铁矿石市场价格见涨,2004年价格上涨18.6%,2005年4月又上涨71.5%,市场竞争的压力越来越大。

一、基本工艺 

(一)磁铁石英岩选矿

磁铁石英岩即铁隧岩,或鞍山式贫铁矿石,多集中分布在鞍本、五岚及冀东地区。矿石中主含磁铁矿和石英,依据磁铁石英岩的磁学性质,一般利用磁铁矿和石英磁化系数的较大差别进行磁选,典型的这一类选矿厂有美国伊里选厂、明塔克选厂、加拿大亚当斯选厂、前苏联的库尔斯克矿石公司、中国的大石河南芬和大孤山等选矿厂。磁铁石英岩的分选工艺是经三至四段破碎至25~15mm,或经一段破碎到350~250mm,通过自磨与球磨(砾磨)结合,实施三段细磨,进入多段磁选。磁铁石英岩选矿的工艺特点是采取阶段磨矿和磁选流程,以便阶段排出单体脉石,减少下一阶段的磨矿量。 

(二)磁铁矿石的选矿 

磁铁矿石属于矽卡岩型矿石,其中主要铁矿物为磁铁矿,还含有少量的硫化矿物,并伴生有等有色金属,脉石为矽卡岩。矿石呈斑点状、角砾状、带状和块状。磁化系数与磁铁石英岩相似。根据粒度嵌布特性可分为粗粒、细粒、微细粒和极微细粒嵌布矿石。典型的这一类选矿厂有美国恩派尔选厂、格雷斯选厂、加拿大希尔顿选厂和澳大利亚怒江选厂。中国的多集中分布在鄂东、邯郸、山东、江苏和安徽等地有五家子铁矿和玉石洼铁矿等。依据磁铁矿石的物理性质,最有效的选矿方法是以磁选法回收磁性矿物,以浮选法回收伴生的硫化矿物。其分选工艺多是二至四段破碎,并在破碎流程中配有一至二段干式磁选,选别中碎或细碎产品。对进一步深选产品,经二至三段细磨,进行二至五次湿式磁选,获得最终铁精矿产品采用磁选-浮选或浮选-磁选等联合流程,在提高铁精矿品位的同时,还可回收伴生矿物成为相应的精矿产品,以及精矿的脱硫。磁铁矿石磨矿粒度较粗且泥化的粒子含量较少,一般用磁选机即可进行脱泥。选别磁铁矿石的选矿厂按照全循环供水流程操作,循环水利用率为75%~85%。 

(三)赤铁矿和赤-磁铁矿石的选矿

1、赤铁矿和赤-磁铁矿石在入选矿石中占有较高的比重。多分布在中国鞍山、前苏联的库尔斯克磁力异常区、美国的密执安、加拿大的魁北克、巴西考埃和利比亚帮格地区。以赤铁矿为主的矿石,主要是选别具有良好物理性质的粗粒嵌布矿石,而微细粒嵌布赤铁矿石的利用尚属世界上探索的课题。中国的赤铁矿石具有细粒和微细粒嵌布的浸染状结构,主要含赤铁矿和石英赤-磁铁矿石中赤铁矿和磁铁矿的比例变化很大,按其比例可分为矽卡岩型(如帮格矿石)和镜铁矿型(如卡罗尔矿石)。

2、赤-磁铁矿石的选矿工艺。现在多采用磁选--重选流程、磁选--浮选流程或重选--磁选--浮选流程。有的选厂先用重选方法回收赤铁矿。再从重选尾矿中用磁选方法回收磁铁矿;也有用浮选法(挪威拉那选厂)和用电选法(加拿大瓦布什选厂)进行精选,或在最后一段选别前用细筛处理。磁选--重选流程首先用弱磁场磁选回收磁铁矿,而后用重选法从磁选尾矿中回收赤铁矿;而磁选--浮选流程则以浮选作为分选赤铁精矿的主要过程,用重选法回收粗粒赤铁矿和磁铁矿,用磁选法回收细粒磁铁矿。对于致密结晶的赤-磁铁石英岩,重选法广泛地用于选别粗粒嵌布矿石,强磁选或浮选用于选别细粒矿石。对于黏土质赤-磁铁矿石,主要用洗矿或干式磁选。

3、赤铁矿石的选矿。可采用洗矿、重选、浮选、磁选和焙烧磁选法,或用浮选和电选作为精选作业,按不同矿石性质,组成不同形式的选矿工艺流程。对粗粒或块状矿石混入贫化物料时,多用重悬浮液选矿。有些选矿厂对粒状矿石采用跳汰选矿,对于中细粒矿石用螺旋选矿机进行重选,或用强磁选机进行磁选。对于微细粒嵌布的石英铁质岩用浮选法或焙烧磁选法来处理。美国Tilden选矿厂用选择性絮凝、阳离子反浮选处理细磨到80%-0.025mm的矿石。鞍山烧结总厂和齐大山选矿厂曾用竖炉,前苏联克里沃中部采选公司选矿厂曾用回转窑对细粒嵌布赤铁矿石进行还原焙烧处理后再磁选获得铁精矿。  

(四)钒磁铁矿石的选矿

钒钛磁铁矿石中的磁铁矿与钛矿物连晶,颗粒粗大。脉石为辉长岩橄榄岩和绿泥石,颗粒分布不均且难细磨。矿石可磨性系数约为磁铁石英岩的1/2,属于易选、难磨和矿物纯度低的矿石,伴有工业品位的钛和钒钴镍等有用元素。钒钛磁铁矿石主要集中在中国攀西地区和前苏联的乌拉尔地区。攀枝花冶金矿山公司对破碎产品直接进行细磨,采用了一段闭路磨矿和二段磁选一段扫选的工艺流程,选矿厂采用循环水供应系统,对于此类矿石除了回收铁精矿外,同时还回收钛矿物和硫镍矿物产品。-褐铁矿石的选矿褐铁矿石主要呈鲕状、粉状和致密块状结构,鲕粒大小不一。除主要矿物为褐铁矿外,还含有少量赤铁矿菱铁矿。脉石主要为石英、碌泥石、方解石、泥质物和黏土等矿物,还含有坤等杂质。

(五)褐铁矿的选矿

目前广泛采用洗矿、重选、磁选联合流程。 

(六)菱铁矿石的选矿 

矿石中主要金属矿物为菱铁矿及少量的褐铁矿、赤铁矿、磁铁矿和硅酸铁等。非金属矿物为石英和方解石等。菱铁矿石在世界上应用不够广泛,仅在欧洲一些铁矿资源较少的国家,如捷克、波兰、前南斯拉夫、奥地利等国进行大规模的工业应用。菱铁矿石的主要选矿方法是焙烧磁选法和重选法。主要设备-破碎磨矿设备中国铁矿石破碎作业基本按照五种流程进行生产,一段破碎多是供自磨机磨矿用料,破碎粒度为350~0mm或250~0mm二段破碎、三段开路破碎、三段闭路破碎和四段破碎多是供球磨机或棒磨机磨矿用料,破碎粒度为25~0mm、20~0mm、15~0mm和12~0mm。按破碎产品粒度分为粗碎、中碎和细碎三种破碎设备。粗破碎机采用颚式破碎机或旋回破碎机。大型铁矿石选厂多用1500mm×2100mm颚式破碎机和1500mm/300mm或1200mm/180mm旋回破碎机。中破碎机采用标准型圆锥破碎机。细破碎机采用短头型圆锥破碎机。磨矿主要采用一段磨矿、二段磨矿和三段磨矿流程。其中有连续磨矿和阶段磨矿或带有选别或带有细筛的磨矿流程。歪头山、金山店、石人沟和漓渚等20多个铁矿拥有自磨机70余台,其中较多的是φ5.5m×1.8m自磨机,半自磨技术是向自磨机中加入3%~5%、φ120~φ150mm的钢球,以提高自磨机的处理量,而采用砾磨对一些矿石具有降低球耗和电耗,从而降低选矿成本的效果。 

二、选矿设备

中国铁矿石选厂有自磨机、棒磨机、砾磨机和球磨机,其中自磨机约占10%,棒磨机和砾磨机约占3%,其余基本上为球磨机,铁矿选矿厂生产中使用最多的是φ2.7m×3.6m和φ3.6m×4.0m规格的球磨机。 

(一)预选设备 中国有大石河、水厂、程潮吉山等29个铁矿选矿厂采用干式磁滑轮预选。目前应用较好的有φ800×1400mmCT-108型以及φ1250×1270mm永磁磁滑轮(或称大块磁选机)。采用密度较低的粗粒加重剂配制成密度较大的重悬浮液,用重介质振动溜槽进行铁矿石预选,排出夹石和围岩一般分选粒度为75~10mm处理量较大。采用梯形、矩形、圆形和大粒跳汰机对弱磁性铁矿石进行不同粒度块矿预选的技术是成功的。对15~0mm矿石采用ZXY型圆形跳汰机可预先排出产率约为13%含铁为14%的尾矿;对3010mm矿石采用AM30型大粒跳汰机预选可获得较高回收率的高品位铁精矿。

(二)磁选设备 细粒磁铁矿湿式磁选用单筒、双筒和三筒永磁磁选机进行分选,有φ1200×3000mm(瑞典、芬兰、前苏联)和φ1500×3000mm(前苏联)、φ1500×1500mm(Krupp双筒)及CTS、CTB、CTN-1224型(中国)等各种型号,一段或二段磁选机多采用顺流型底槽;三段或四段为半逆流型;而球磨机排矿直接磁选的多用逆流型。竖式还原焙烧炉曾用于鞍山式赤铁-石英岩进行磁化焙烧,在齐大山、包头和酒钢选矿厂进行焙烧磁选,生产铁精矿。中国有130多座竖炉,容积为50m3、70m3、100m3和160m3。回转焙烧炉在捷克和前联邦德国选矿厂进行褐铁矿和菱铁矿的磁化焙烧。各种结构形式的干式感应辊式强磁选机、洪堡Jones型湿式平环强磁选机和在此基础上发展的多种类型的强磁选机,以及连续作业的瑞典Sala高梯度强磁选机在弱磁性铁矿石的选别中获得应用。 

(三)浮选设备  各种结构型号的浮选机用于处理细粒和微细粒嵌布的贫铁矿石。国内外定型制造和使用的浮选机仍以机械搅拌式为主,并且有着同一发展趋势,即随着细贫难选物料处理量的与日俱增,向着充气量足够、生产能力大、电能消耗少、选别指标好以及便于操作和维护等方面发展。代表产品有芬兰OK-16MX-14、WEMCO-144、DR-600H,充气机械搅拌式有BΦP-240、BΦR600等。 

(四)重选及洗矿设备 多种规格型号的重介质选矿机、跳汰机、旋流器、螺旋溜槽、振动溜槽、螺旋选矿机、槽式洗矿机、洗矿筒和湿式回转筛取得了广泛应用。对于粗粒或块状矿石混入贫化物料时,多用重悬浮液选矿。有些选矿厂对粒状矿石进行跳汰选矿,对于中细粒矿石主要用螺旋选矿机进行重选。螺旋选矿机在美国、加拿大、瑞典利、比里亚等国家的新老选厂广泛使用。如加拿大卡罗尔选厂采用4000多台,经过一次粗选和两次精选,直接获得精矿,对粗选尾矿再进行磁选,最终铁精矿品位为66.5%。

(五)电选设备 加拿大北克拉布拉多矿采用生产率为1.7t/h的电选机分选弱磁性贫铁矿石,取得了满意结果。 

(六)粒铁炉 德国、捷克、波兰、朝鲜、西班牙和中国采用了生产率为300~800t/d的粒铁炉,处理微细粒嵌布的高硅难选贫铁矿石,指标良好。 

(七)脱水设备 浓缩一般采用周边传动或中心传动的浓缩机,还有倾斜板浓密箱。过滤采用圆筒或圆盘真空过滤机、磁滤机以及带式压滤机。筒型内滤式真空过滤机可用于过滤磁选和浮选铁精矿。采用筒型磁滤机过滤磁选铁精矿。采用盘式真空过滤机过滤细粒浮选铁精矿。采用压滤机过滤微细粒矿泥精矿。为解决细粘物料卸料困难的课题,出现了折带式过滤,机面积已达131.9m2。为了提高微细粒物料过滤的效率,过滤机正围绕着降低滤饼和过滤介质阻力的方向在改进,如添加絮凝剂和助滤剂,选用合理的过滤介质等。陶瓷过滤机即属于织物介质外新型多孔固体介质的应用。

(八)精矿和尾矿输送技术 澳大利亚怒江选矿厂采用了φ244mm长约90km的长距离铁精矿输送管道,其泵站配有4×450kW电动机驱动的柱塞泵排出压力105~141MPa输送铁精矿250万t/a,利用率达97%。浓度超过40%的尾矿水力输送技术正在逐步推广之中。 

三、技术进步 

(一)磁铁矿石选矿  

细粒嵌布磁铁矿选矿技术进步。主要表现在选矿工艺的发展和完善、选矿设备的更新和改造、选矿综合指标的不断提高等方面:(1)采用新型破碎机,或改造旧有圆锥破碎机,或改开路破碎流程为闭路破碎流程,以降低磨矿能耗,减小入磨矿石粒度。近二十多年来,国外出现了超重型弹簧圆锥破碎机和高能液压圆锥破碎机,以及双轴重型振动筛,因而出现了新三段一闭路单段球磨的所谓“新常规碎磨”流程,使产品粒度达到了7~8mm实现了“多碎少磨”,减少了能耗。提高了磨机处理能力。高压辊磨机目前只是广泛用于水泥工业中,有望从水泥熟料的破碎进入铁矿石选厂。超细磨机崭露头角磨机衬板的发展经历了从金属衬板到非金属衬板,再发展到磁性衬板,经济效益显著;(2)普遍采用磁滑轮预选作业,组成预选-磁选流程,以提高磨机处理量能力和原矿品位。中国的实践证明可排出8%、含铁9%的大粒脉石,提高入磨品位2%,电耗降低2%左右;(3)改干式自磨为湿式自磨,改闭路湿式自磨为开路或半开路湿式自磨。用直线振动筛代替一段磨矿分级中的螺旋分级机。在二段分级中采用水力旋流器,以提高磨矿分级效率。(4)普遍采用击振细筛或高频细筛,与磨矿分级分选形成磁选细筛流程,以便在较高回收率条件下,获得含铁65%以上的优质铁精矿产品;(5)采用φ1050mm或φ1250mm大筒径磁选机以提高磁选能力和精矿品位。如大孤山采用BXφ1050mm×2400mm磁选机台时产量44.16t/h,给矿粒度-0.074mm占78.62%,回收率99.39%,精矿品位59.54%,比原磁选机精矿品位提高0.8%。(6)广泛采用磁铁矿石阶段磨矿-磁选流程,以获得高质量的铁精矿产品;(7)加拿大克雷格蒙特选厂采用了“以粒度为基础的PSM控制”,除了两套正在使用的PSM-100外,又在磁铁矿回收回路安装了PSM-200用于-325目占85%~95%的较细磨矿粒度,既保持了规定的磨矿粒度,同时又能使磨机的处理量最大,从而降低了每吨精矿的成本。

(二)赤铁矿石选矿 

细粒嵌布赤铁矿石的开发利用,促进了赤铁矿浮选、重选、强磁选和焙烧磁选等选矿工艺的发展。(1)赤铁矿全浮选流程。采用脂肪酸类阴离子捕收剂,碳酸钠作矿浆调整剂(矿浆pH值为9.10),浮选赤铁石英岩类型矿石中的赤铁矿,解决了矿浆黏度大,精矿脱水难等问题。采用二段浓缩作业,降低了金属流失;(2)强磁-浮选流程。主要特点是通过强磁选将矿石中的单体石英和易泥化的绿泥石等脉石矿物在粗磨条件下排出,成为合格精矿,从而为进一步细磨和浮选创造有利条件;(3)焙烧-磁选流程。采用竖炉对75~20mm赤铁矿石,以焦炉和高炉混合气加热与还原,生成人造磁铁矿石,再进行磁选获得铁精矿产品。竖炉还原焙烧鞍山式赤铁-石英岩,具有铁精矿品位65.82%和回收率78.41%的指标。(4)焙烧磁选-反浮选流程。为了提高焙烧磁选铁精矿质量,采用十二胺阳离子捕收剂,在中性矿浆中进行反浮选。在十二胺用量为120~180g/t(对磁选精矿)条件下,得到了铁精矿品位65.85%和回收率75.85%的指标;(5)强磁选流程。前苏联中央采选联合企业克里沃罗格矿床氧化铁质石英岩的处理,1989年由磁化焙烧转化为强磁选的。新流程投入运行,解决了焙烧产生的灰尘和废气净化问题和每吨精矿约需100m3天然气的高能耗问题,用当量燃料吨数表示的总能耗由磁化焙烧的0.202降到强磁选的0.054,是氧化铁质石英岩选矿不经焙烧的重大进展;(6)阶段磨矿、重磁-阴离子反浮选流程。齐大山选矿厂采用MZ-21高效低耗无毒新药剂和Slon型立环脉动高梯度强磁机,在金属回收率没有降低并保持选厂原有生产能力的条件下,铁精矿品位达到67.14%,选矿药剂费用降低24.89%,淘汰了传统的焙烧磁选工艺,能耗费用降低48.93%,每吨精矿加工成本降低3.28%,还杜绝了焙烧使用煤气造成的人身安全和环境污染。 

(三)磁-赤铁矿石选矿

(1)重选-磁选-浮选流程。鞍山式磁-赤铁矿石在粗磨条件下即有一部分铁矿物呈单体解离,需及早回收。该流程能获得回收率高的优质铁精矿产品较具竞争力。其主要特点是在一次磨矿旋流器分级后,用螺旋溜槽回收部分粗粒级铁矿物。细粒级用磁选-浮选流程回收各中间产品合并后进行二次分级磨矿,再返回分选回路。(2)磁选-重选流程。对细粒嵌布磁-赤铁矿石,中国发展了以磁选回收部分磁铁矿物,对其尾矿用螺旋溜槽和离心选矿机回收弱磁性矿物的工艺。(3)连续磨矿-磁选(弱磁-强磁)-反浮选流程。主要特点是采用连续磨矿,将矿石直接磨至单体解离,只控制最终磨矿产品粒度。采用弱磁强磁选可以起到排出尾矿和脱泥的双重作用,减轻或消除矿泥对浮选的有害影响。强磁选脱泥效果最佳。采用反浮选(浮出石英等脉石)适应了矿石中磁铁矿、赤铁矿和假象赤铁矿不同比例的变化,尤其是阴离子反浮选对矿泥的适应能力强,如鞍钢调军台选矿厂根据此流程改造后,在原矿品位29.60%的情况下,取得了精矿品位67.59%以上,尾矿品位10.56%金属回收率82.24%的指标。 

(四)多金属铁矿石选矿

攀枝花冶金矿山公司对钒钛磁铁矿石的破碎产品直接进行细磨,采用一段闭路磨矿和二段磁选一段扫选的工艺流程,得到了含铁51.59%回收率74.47%的铁精矿。对于白云鄂博铁矿,采用弱磁-强磁-浮选联合流程,综合回收铁、、稀土矿物。其特点是在磨矿粒度达到200目占95%~96%时,用弱磁选回收磁性铁矿物,以强磁选舍弃含铁硅酸盐,并使稀土矿物、铌矿物在强磁中矿中初步富集,再从中用浮选法回收铌矿物及稀土矿物。可以得到很好的稀土和铌精矿产品指标,以及品位65.29%回收率为77.13%的铁精矿。

 


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