鲕状赤铁矿

鄂西某宁乡式鲕状赤铁矿选矿 金陈圆 （东北大学 资源与土木工程学院 沈阳 110819）

摘 要：鲕状赤铁矿常形成大型矿山,嵌布粒度极细且经常与菱铁矿、鲕绿泥石和含磷矿物共生或相

互包裹[1]，这就决定了该铁矿石的选冶是非常困难的[2]。本文简述了鲕状赤铁矿的选矿工艺，包括脱磷、脱硅、脱硫、反浮选工艺、选择性聚团-反浮选、高梯度磁选[3]、新选铁设备和新技术[4]、直接还原法、碱浸出、氯化焙烧-酸浸工艺和生物浸出等及其发展的趋势。 关键词：鲕状赤铁矿，反浮选，高梯度磁选，碱浸，酸浸，生物浸出

我国已查明铁矿资源储量为607亿吨，另外还有相当数量的低品位铁矿资源， 预测未查明资源在1000亿吨以上，其中大中型矿山深边部近期可利用的铁矿资源约200亿吨。虽然我国的黑色金属矿石资源丰富，但是其特点之一是贫矿多，全国铁矿总体平均品位以30％~35％为主；二是红矿多，各种弱磁性矿石占总储量65％左右，其中磁铁矿石约占30％，含多金属铁矿石和弱磁性铁矿石约占70％；三是伴生其它有用成分的复合矿石多，伴生成分有锰、钒、铜、钴、铅、锌、钨、锡、钼、硫、磷、煤和稀土、稀散以及放射性元素等，占总储量2／3左右。而且多数矿石中有用矿物呈细粒至微细粒嵌布，磨细到0.074毫米(-200目)占80％左右才能基本达到单体解离。这种资源特点决定了多数矿石均需选矿处理，且入选矿石性质复杂，为选矿提出了艰巨的任务。 铁矿床成因类型的多样性，是造成我国矿石类型复杂的主要原因。探明的铁矿资源主要铁矿类型有：①鞍山式沉积变质型铁矿，以磁铁矿石为主，品位为30％~35％，资源量为200亿吨。其中鞍本地区120亿吨，冀东地区50亿吨，山西、北京、冀西、安徽等省市区约30亿吨；②攀枝花式岩浆分异型铁矿，以磁铁矿、钛铁矿为主，品位30％~35％，主要分布在四川省西昌到渡口一带，资源量为70亿吨；③大冶式和邯邢式接触交代型铁矿，以磁铁矿石为主，品位35％~60％，主要分布在邯邢、莱芜和长江中下游一带，资源量为50亿吨，铁含量>45％的富矿较多；④梅山式玢岩型铁矿，以磁铁矿石为主，资源量10亿吨，品位35％~60％；⑤宣龙式和宁乡式沉积型铁矿，以赤铁矿石为主，品位低，含磷高，难处理，主要分布在河北宣化和湖北鄂西一带，资源量30~50亿吨；⑥大红山式和蒙库式海相火山沉积变质型铁矿，以磁铁矿矿石为主，品位35％~60％，主要分布在云南、新疆一带，资源量为20亿吨。在铁矿中共生和伴生铁矿多，约占资源量27.9％，典型矿床有攀枝花铁矿、白云鄂博铁矿、大冶铁矿等，共(伴)生组分有钒、钛、稀土、铜等。 鲕状赤铁矿是以鲕状集合体形式存在的赤铁矿，而鲕状集合体是某种物质的胶体以其他物质颗粒为核心逐层凝结，具有同心层状构造，即赤铁矿逐层凝聚而形成呈鱼子状样的一系列球体（称鲕状体）所组成的赤铁矿物集合体。鲕状体一般较小。鲕状体通常彼此间都胶结在一起。提高铁的品位和除磷是选矿中最关键的两部分。 几十年来，广大选矿工作者针对我国铁矿资源“贫、细、杂"的特点开展了大量的研究工作，解决了诸多技术难题。尤其是近年来，研制并成功应用了新的高效分选设备、新的高效浮选药剂以及新的分选工艺[5]，从而使选矿工艺指标取得了突破性进展。 1，常规的选矿方法 目前，鲕状赤铁矿的选矿方法大致可以分为以下三类： 1.1 磁化焙烧—磁选[6]，金属化焙烧（深度还原）—磁选[7]，闪速磁化焙烧一磁选工艺。 用还原焙烧一弱磁选工艺处理鄂西某宁乡式高磷鲕状赤铁矿矿石，可以得到高品位的铁精矿，但铁精矿的磷含量仍偏高，难以有效去除。在焙烧过程中加入脱磷剂可以同时达到提铁和降磷的目的，有望解决高磷鲕状赤铁矿利用的关键问题，但其最佳工艺条件还需进一步研究。实验表明：还原剂中固定碳及挥发分对还原铁中铁品位及铁回收率的影响较大，灰分对还原铁中磷品位的影响较大；当使用同一还原剂时，焙烧产物中金属铁含量随还原剂用量的增加而增加，浮氏体含量随还原剂用量的增加而降低，还原剂用量的增加会减弱脱磷剂与矿石中主要脉石矿物生成铝硅酸钠的趋势；当还原剂用量相同时，活性炭、焦炭、无烟煤和褐煤所得焙烧产物中金属铁含量逐渐增加，浮氏体含量逐渐降低；在这4种还原剂中，褐煤直接还原同步脱磷的效果最好，无烟煤和焦炭次之，活性炭的效果最差[8]。 鄂西鲕状赤铁矿由于矿物内部有其它矿物的环带状包裹，采用一般磁化焙烧方法(竖炉、回转窑)，即使达到磁化焙烧的温度，但由于其它矿物(如SiO2、粘土矿物、胶磷矿物)的环带层存在，阻碍了铁矿物与CO气体的接触，以及Fe2+离子、电子和O2+在矿物内层的扩散、迁移，因而使该类矿石的磁化焙烧的效果变差，速度变慢。将矿石粉碎至0.2mm以下，可使鲕状铁矿石中的赤铁矿大部分表面暴露在外面，容易与还原气体CO等发生反应，改善还原焙烧一磁选的效果，采用闪速磁化焙烧一磁选工艺[9]是开发鄂西鲕状赤铁矿的一个比较有前途的方向和途径。 1.2 脱泥一反浮选试验[10] 从目前进行的研究情况看，脱泥的方法有磁选脱泥[11]、浮选脱泥、重选脱泥等。从试验结果和现象可知，溜槽脱泥可以得到比较干净的入浮原料，而且容易在工业上应用。最后确定较好的脱泥方式为螺旋溜槽重选脱泥。 反浮选通常有阳离子反浮选和阴离子反浮选：阴离子反浮选是赤铁矿常用的反浮选工艺。试验以Na2CO3为pH调整剂，淀粉为抑制剂，CaCl2为活化剂，有时也用氧化钙作为活化剂，然后用脂肪酸类捕收剂对已经活化的石英等脉石进行捕收。阳离子反浮选试验研究阳离子捕收剂是石英等硅酸盐矿物的有效捕收剂。至于既然能直接用十二胺等阳离子捕收剂对其硅酸盐类的脉石进行捕收，为何还要用脂肪酸类捕收剂捕收经过活化的石英等脉石，可能是与十二胺等的水溶性不太好有关。 1.3 选择性聚团一反浮选[12]、选择性絮凝一脱泥一反浮选。 该工艺一般用于赤铁矿选矿，但是可以作为鲕状赤铁矿的选矿技术的参考。该方法首先是使铁矿物絮凝成团，脱出分散悬浮的脉石矿泥，然后进行反浮选。絮凝剂常用木薯淀粉，玉米淀粉及腐植酸钠以及水解的聚丙烯酰胺等。淀粉既是絮凝剂，也是赤铁矿的的有效抑制剂。分散剂可用氢氧化钠，水玻璃及六偏磷酸钠等。 蒂尔登选矿厂是世界上第一个用选择性絮凝一脱泥一反浮选处理细粒浸染赤铁矿石英岩的选矿厂。常规的方法脱泥和浮选，尾矿中铁的损失过高而且铁品位低，因此通过对影响硅质脉石分散和氧化铁矿物絮凝的各种因素广泛的实验室研究，最后拟定了选择性絮凝—脱泥—阳离子反浮选工艺。以苛性钠为调整剂，以水玻璃为分散剂，以玉米淀粉为氧化矿的絮凝剂和抑制剂，胺类阳离子捕收剂浮选石英，最终获得了含铁65%，含二氧化硅5%，铁精矿回收率70%，产率38%，效果较好。但是需超细磨矿，动力能耗高，且铁精矿的浓缩过滤液存在一定的困难，选矿成本高。

2，鲕状赤铁矿的脱磷 低含磷量是铁矿石的一个重要质量指标，因为磷作为钢铁生产中的主要有害杂质，在矿石的烧结过程中不能有效脱除，容易导致钢铁冷脆。还原焙烧一磁选和高梯度强磁选方法针对磷灰石有效，反浮选和浸出工艺既对磷灰石也对胶磷矿适用[13]。

脱磷的方法大致可分为：常规的浮选脱磷和加脱磷剂焙烧脱磷[14]；浸出脱磷。 2.1 浮选脱磷和加脱磷剂焙烧脱磷。 由于鄂西某宁乡式高磷鲕状赤铁矿矿石杂质矿物与铁矿物关系密切，特别是含磷矿物与铁矿物关系更密切，所以用一般的选矿方法很难获得好的提铁降磷效果。用还原焙烧一弱磁选工艺处理鄂西某宁乡式高磷鲕状赤铁矿矿石，可在焙烧过程中加入脱磷剂可以同时达到提铁和降磷的目的，有望解决高磷鲕状赤铁矿利用的关键问题，但其最佳工艺条件还需进一步研究。 2.2 浸出脱磷方法也可以分为三类：碱浸出，酸浸出[15]，生物浸出[16] 。 2.2.1 碱浸出：试验表明，氢氧化钠与磷灰石不发生反应，但是当有Si02存在时，氢氧化钠与二氧化硅以及磷灰石共同反应的标准自由能负值很大，即反应可以进行且反应程度很彻底，因此，采用氢氧化钠浸出可以脱除包裹在硅酸盐中的磷灰石。 2.2.2 酸浸出：试验表明，在硫酸、盐酸、硝酸三种酸中，采用硫酸浸出脱磷效果最好且最经济．对贵州鲕状赤铁矿采用磁化焙烧—磁选—酸浸降磷流程进行选别，可以获得铁品位为57.73％，磷含量为0.065%，铁回收率为50.8l％的铁精矿，相对常规物理选矿方案，精矿铁品位和回收率明显提高，磷含量也降低到0.1％以下。 2.2.3 生物浸出：研究表明[17]，有菌浸出体系下，矿石的脱磷率及脱磷速率远高于无菌体系，浸出培养基采用缺P培养基浸出效果最好[18]。试验中，若添加一定配比的黄铁矿可提高矿石的脱磷率[19]。适当加大细菌的接种量，可提高培养基中的初始菌浓度，加快Fe2+氧化速率，使浸出体系中的细菌浓度提前达到最大值，实验证明：当细菌接种量从5％增大到10％时，矿石脱磷率仅从78．84％增大到79.95％，增加幅度不明显。浸出脱磷时，培养基中需要有Fe2+，但是过量的Fe2+对浸出过程反而不利。生物浸出时，矿石粒度采用75~150urn效果最佳。另外，浸出过程中在pH达到稳定值后定期更新浸出液可以提高脱磷率，最佳溶液更新量为6％。适量的表面活性剂可以提高细菌活性，降低体系的终点pH，提高脱磷率，而过量的表面活性剂反而会抑制细菌的活性，对生物浸出不利，表面活性剂最佳用量为0.003％。 3 小 结： 国内有关“宁乡式”高磷鲕状赤铁矿的降磷试验研究中，对胶磷矿多采用焙烧、浸出等方法进行脱磷，但成本很高，回收利用浸出过程中产生的赤泥不仅可以为国家节约大量的资源[20]，同时也可以大大改善因赤泥堆积而出现的环境问题[21；采用浮选方法是较适合的，研究出有效的浮选药剂及工艺配方是发展的方向[22]。

参考文献： [1]. 孙炳泉．近年我国复杂难选铁矿石选矿技术进展 [J] ．金属矿山，2006，3：11~14． [2]. 衰致涛，韩跳新，李艳军．铁矿选矿技术进展及发展方向 [J] ．有色矿冶，2006，22 (5) ：l0~14． [3]. 孙仲元．磁选理论 [M] ．长沙：中南工业大学出版社，1987． [4]. 陈雯．鄂西高磷鲕状赤铁矿旋风闪