摘要：东鞍山高硅贫赤铁矿石嵌布粒度微细，易泥化，铁品位33.57％，硫品位较高，69.78％的铁赋存于赤（褐）铁矿中，磁性铁分布率22.91％。采用两段连续磨矿—粗细分级—重选—磁选—阴离子反浮选联合工艺流程选别后，铁精矿回收率低，尾矿铁品位高达17.93％，铁金属流失严重。通过对工艺流程进行全面考察，分析流程对各主要铁矿物的选别效果和铁流失部位，主要铁矿物在流程中的流向，单体铁矿物、单体脉石矿物和连生体的流向等选别特征和效果，并就存在问题提出针对性的解决措施，可为开发适应性强的工艺技术与浮选药剂、高性能的选别设备提供参考依据，以稳定铁精矿质量、降低尾矿铁品位。
关键词：贫赤铁矿 物质流向 金属流失 单体解离
DOI：10.3969/j.issn.1674-6082.2019.02.029
“十五”以来，鞍山式贫赤铁矿石选矿工艺技术研究取得重大突破，阶段磨矿—粗细分级—重选—磁选—阴离子反浮选联合工艺在鞍钢5座选矿厂得到成功应用，技术指标达到国际领先水平，有效促进了鞍山式贫赤铁矿石的开发利用。
随着选矿厂铁矿资源量逐年减少，入选矿石“贫、细、杂”化程度明显加重，供矿条件日益苛刻，选别难度加大，工艺流程对矿石性质变化的适应性受到严峻考验，尾矿铁品位升高趋势普遍存在。为进一步优化选矿工艺、提高流程适应性和给稳质降尾工作提供依据，全面考察东鞍山贫赤铁矿石选矿工艺流程，着重分析矿石物质流向，以确定几种主要铁矿物在流程中的走向及规律，总结金属流失的部位和原因。
1 矿石性质
1.1 工艺矿物学特性
东鞍山贫赤铁矿石属鞍山式含铁石英岩，主要铁矿物为赤铁矿、假象赤铁矿、半假象赤铁矿、磁铁矿、褐铁矿、镜铁矿及少量的菱铁矿和含铁硅酸盐矿物等;脉石矿物主要为石英，其次为闪石类矿物、绿泥石、白云石、方解石等。矿石以条带状构造为主，其次为隐条带状和块状构造，部分为揉皱状和角砾状构造，含铁碳酸盐矿物矿石中还分布较多的网脉状、蜂窝状和土状构造。矿石浸染粒度一般为0.04～0.2mm，其中东部矿体铁矿物粒度34.81～39.43μm，脉石粒度44.66～56.20μm，西部矿体铁矿物粒度30.22～37.38μm，脉石粒度40.87～60.17μm。
1.2 矿石组成
东鞍山铁矿石矿物嵌布粒度细微，矿物组成在矿体空间分布上变化频繁，造成入选矿石性质复杂多变，尤其是难选的碳酸铁和有害的硅酸铁含量波动较大，菱铁矿和褐铁矿磁性率低，在磨矿过程中容易泥化，造成矿石性质和可磨可选性很不稳定。工艺考察期间矿石化学多元素分析和铁物相及分析结果分别见表1、表2。
表1 矿石化学多元素分析结果％
元素 |
TFe |
FeO |
SiO2 |
S |
P |
含量 |
33.57 |
3.32 |
47.50 |
0.16 |
0.04 |
元素 |
MnO |
CaO |
MgO |
Al2O3 |
烧失 |
含量 |
0.14 |
0.42 |
0.62 |
0.66 |
1.85 |
表2 矿石铁物相分析结果％
铁物相 |
含量 |
分布率 |
磁性铁 |
7.69 |
22.91 |
碳酸铁 |
0.64 |
1.91 |
硅酸铁 |
0.57 |
1.70 |
假象（半假象）赤铁矿 |
1.24 |
3.70 |
赤（褐）铁矿 |
23.43 |
69.78 |
总铁 |
33.57 |
100.00 |
表1、表2表明，矿石铁品位33.57％，含硫0.16％，磷含量0.04％，SiO2含量较高，矿石属高硅贫铁低钙镁铝的酸性矿石。铁主要以赤（褐）铁矿的形式存在，分布率69.78％，磁铁矿中的铁占总铁的22.91％。
2 工艺指标及产品牲征
东鞍山贫赤铁矿选矿厂采用两段连续磨矿—粗细分级—重选—磁选—阴离子反浮选联合工艺选别，生产稳定时对流程主要产品取样，进行粒度分析、解离度测定和主要产品铁矿物物相分析。考察期间原矿铁品位33.57％，铁精矿品位64.73％、回收率64.44％，尾矿铁品位17.93％，产品特征指标见表3。
表3 主要产品特征指标
产品 |
铁品位/％ |
产率/％ |
回收率/％
|
细度/μm |
单体解离度/％ |
||
－71 |
－10 |
铁矿物 |
脉石 |
||||
二段分级溢流 |
33.57 |
100.00 |
100.00 |
73.16 |
31.24 |
68.31 |
60.55 |
重选精矿 |
63.40 |
17.93 |
33.86 |
79.86 |
4.28 |
72.90 |
35.13 |
浮选精矿 |
66.27 |
15.49 |
30.58 |
97.50 |
57.82 |
95.75 |
58.02 |
中磁尾矿 |
12.68 |
20.23 |
7.64 |
38.60 |
15.58 |
34.66 |
62.07 |
强磁尾矿 |
17.43 |
28.88 |
15.00 |
93.14 |
64.10 |
80.17 |
72.41 |
浮选尾矿 |
24.84 |
17.47 |
12.92 |
75.47 |
27.15 |
39.83 |
36.10 |
铁精矿 |
24.84 |
17.47 |
12.92 |
75.47 |
27.15 |
39.83 |
36.10 |
尾矿 |
17.93 |
66.58 |
35.56 |
81.67 |
44.37 |
58.26 |
60.18 |
3 矿石物质流向分析
选矿工艺数质量流程见图1
图1选矿工艺铁矿物流向数质量流程
3.1 铁矿物选别效果
由图1可知，东鞍山贫赤铁矿石各含铁矿物选别效果不同。铁精矿磁性铁回收率88.86％，赤（褐）铁矿回收率58.83％，碳酸铁回收率30.43％，硅酸铁回收率30.38％。说明阶段（连续）磨矿—粗细分级—重选—磁选—阴离子反浮选联合工艺对易选的磁性铁回收率不高，对难选的主要铁矿物赤（褐）铁矿回收率也较低，对难选的碳酸铁回收效果不好，对不可利用的硅酸铁矿物分选欠佳，造成工艺整体铁回收率不高，金属流失较为严重。
3.2 金属流失部位
尾矿中中磁尾矿、强磁尾矿和浮选尾矿铁品位分别为12.68％、17.43％、24.84％，产率分别为20.23％、28.88％、17.47％，铁回收率分别为7.64％、15.00％、12.92％，说明强磁选和浮选是铁流失最多的选别阶段，其次是中磁选作业，铁作业回收率分别为63.92％、69.78％、76.02％。尾矿中流失的铁主要是赤褐铁和磁性铁，其次为碳酸铁，分布率分别为81.87％、7.47％、5.52％。流失在强磁尾
矿中的铁主要是微细泥化的赤褐铁，流失到浮选尾矿中的铁主要为细粒磁性铁和微细粒赤褐铁。
3.3 铁矿物流向分析
3.3.1 粗细分级产品矿物分布特牲
原矿经两段连续磨矿后，与中矿再磨产品混合，
经旋流器粗细分级后，沉砂中铁含量比溢流高出5.56个百分点。相比原矿，沉砂铁含量的增加主要表现在磁性铁、赤褐铁含量的增加和碳酸铁含量的微量增加，硅酸铁含量则略有减少;溢流中铁含量的减少主要表现在磁性铁和赤褐铁含量的减少，碳酸铁和硅酸铁含量则明显增加，其中碳酸铁增加幅度较大，增大了后续细粒级流程的选别难度，这也是细粒级流程选别效果对原矿碳酸铁含量变化更为敏感的原因。
3.3.2主要含铁矿物流向
（1）赤（褐）铁矿。原矿赤（褐）铁矿有42.52％进入粗粒级，57.48％进入细粒级，说明赤（褐）铁矿更多地富集在细粒级。经联合工艺流程选别后，重选精矿回收了33.00％的赤（褐）铁矿，浮选精矿回收了25.83％，中磁尾矿抛除9.52％，强磁尾矿抛除18.94％，浮选尾矿抛除12.71％。循环中矿中的赤褐铁占134.03％，说明重选—中磁扫选作业对粗粒赤褐铁的选别回收率较高，达到77.61％，磁选—浮选流程对微细粒赤褐铁矿选别回收率较低，仅44.94％，这与赤褐铁矿磁性率较低及磨矿造成的矿物泥化作用较为严重有关，造成较大的金属流失，赤褐铁流失量占整个流程金属流失总量的81.87％。由此看出，细粒级选别是金属流失的关键，要提高铁回收率必须优化磁选—浮选流程，也说明微细粒赤裼铁矿分选是流程的要点和技术难点。
（2）磁铁矿。磁铁矿属相对易选的铁矿物，粗、细粒级分别以中磁选和强磁选作为抛尾前的把关作业，取得较好的选别效果。流失在中磁尾矿和强磁尾矿中的磁性铁很少，磁性铁主要流失在浮选作业，浮选精矿作业回收率83.55％，浮选尾矿中磁性铁回收率9.51％，占磁性铁全部流失量的85.37％。中磁选和强磁选作业对磁性铁的回收效果较好，磁性铁作业回收率分别达到98.58％、91.54％，中磁选精矿磁性铁回收率高于强磁选，主要是由于强磁入选矿石粒度过细和磁性铁含量较低的特性造成的。
（3）菱铁矿。菱铁矿密度和磁性率相对较低，在磨矿过程中易泥化，属易磨难选铁矿物。菱铁矿在重选流程中选别回收率不高，仅8.75%;在重选中矿中得到富集，经旋流器粗细分级后在沉砂和溢流中均得到富集，溢流中的富集程度相对更高。溢流中的菱铁矿经弱磁选、强磁选选别后，在磁精矿中进一步富集，碳酸铁含量为原矿的1.30～1.97倍，实际生产中含量更高，进入磁精矿中的碳酸铁占原矿总碳酸铁的50%以上。磁精矿中碳酸铁含量过高对浮选作业危害极大，会恶化浮选指标，导致“精尾不分”。主要原因是微细粒碳酸铁在赤铁矿和石英表面具有吸附罩盖作用，造成矿石整体可选性明显下降，分选困难，降低浮选精矿品位，浮选尾矿铁品位升高[1]，也说明流程对碳酸铁的回收效果不好。
（4）含铁硅酸盐矿物。硅酸铁理论品位低，为工业不可利用铁，进入磁精矿中的硅酸铁金属量占原矿总硅酸铁的37.51%，磁精矿中硅酸铁含量是原矿的1.14倍，硅酸铁在中磁尾矿、强磁尾矿和浮选尾矿中的分布率分别为16.09%、30.15%和23.38%，说明重选—中磁扫选对硅酸铁的抛除效果好于碳酸铁，这是因为相比菱铁矿，含铁碳酸盐矿物密度较低、磁性较弱，更多的硅酸铁抛除在中磁尾矿中对流程选别和铁精矿提质有益。
3.4 单体与连生体流向分析
矿石单体铁矿物、单体脉石矿物、连生体（解离度≥3/4，1/16～3/4，≤1/16共4种）流向数质量流程见图2。
图2 数质量流程见
3.4.1 原矿单体与连生体分布特征
原矿经两段连续磨矿后，二次分级溢流产品－0.074mm粒级占73.16%，－0.010mm含量31.24%，单体铁矿物占43.28%，单体脉石矿物占23.31%，连生体中≥3/4的富连生体和≤1/16的贫连生体产率较高，单体矿物（单体铁矿物和单体脉石矿物）占66.59%，具备初步选别条件，其中单体脉石矿物含量较低，反映了东鞍山铁矿石铁矿物易磨、脉石矿物难磨的特性。
3.4.2 再磨产品单体与连生体分布特征
重选精选尾矿和中磁扫选精矿合并为粗粒中矿，其中难解离的连生体较多。粗粒中矿－0.074mm含量47.48%，－0.010mm含量4.92%，分析知粗粒中铁矿物单体解离度46.20%，脉石矿物单体解离度33.85%;再磨后，－0.074mm含量59.99%，－0.010mm含量10.91%，铁矿物单体解离度53.40%，脉石矿物单体解离度44.64%。再磨给矿中单体矿物（包括单体铁矿物和单体脉石矿物）占46.65%，连生体占53.35%，其中≥3/4的富连生体占29.03%，＜3/4的贫连生体占24.32%。再磨后，≥3/4的富连生体占比减少到25.61%，1/16～3/4的贫连生体占比减少到23.61%，单体矿物占比增加到50.78%。说明再磨可使占比4.13%的连生体转变为单体矿物，其中82.70%来自≥3/4的富连生体，说明富连生体比贫连生体易磨。总体来看，再磨提高矿物单体含量的幅度较小，再磨后单体矿物占比仍较低。矿石选别条件的优化不够理想，因此仍需进一步细磨才能进一步提高矿物单体解离度。
3.4.3 选别作业单体与连生体流向分析
选别流程中粗粒重选作业选别效果相对较好，指标较为稳定，受矿石粒度组成影响相对要小。细粒选别作业对矿石性质、磨矿细度等因素较为敏感，在单体和连生体数质量流程图上直观表现在对浮选和弱磁选—强磁选作业指标的强烈影响。由于细粒级矿石过磨程度较高，单体解离的铁矿物主要集中在－0.010mm粒级，难以回收，因而易造成铁金属流失，强磁尾矿和浮选尾矿铁品位较高。由于磁精矿中铁矿物和脉石矿物单体解离度都较低，因此浮选尾矿铁品位较高。说明流程选别指标不仅与原矿物质组成、有害成分含量有关，也与磨矿细度和矿物解离情况等因素有关。浮选尾矿中单体脉石矿物作业回收率达到91.46%，说明捕收剂对单体石英的捕收能力较强。
3.4.4 铁精矿、尾矿单体与连生体分布特征
铁精矿、尾矿中单体铁矿物回收率相对二次分级溢流产品分别为61.25%、46.17%，说明选别流程对单体铁矿物回收效果一般，流失的单体铁矿物主要集中在－0.010mm的微细粒级，尾矿中单体铁矿物占单体和连生体总量的30.00%，其中63.11%来自强磁尾矿、26.83%来自浮选尾矿，其余10.06%来自中磁扫选尾矿，因此降低尾矿铁品位的关键是降低强磁尾矿和浮选尾矿中铁矿物的流失。精矿中单体脉石矿物占2.33%，尾矿中单体脉石矿物回收率105.41%（相对二次分级溢流），说明工艺流程对单体脉石矿物的去除率较高，脱硅效果显著，但对铁矿物尤其是微细粒铁矿物的分选效果不够理想。
4 存在问题与对策
通过对流程考察和矿物、单体与连生体流向分析，可以发现流程存在的问题，并据此提出解决对策。
（1）选别工艺流程对原矿中的主要铁矿物赤（褐）铁矿的回收率不高，对相对易选的磁铁矿回收率偏低，微细粒级的赤（褐）铁矿和磁铁矿的流失是造成尾矿铁品位较高、铁精矿回收率偏低的主要原因。赤（褐）铁矿主要在强磁选作业中流失，其次流失于浮选尾矿和中磁扫选尾矿。磁性铁主要流失于浮选作业，说明浮选和弱磁选—强磁选是铁金属流失的关键部位，因此降低尾矿铁品位主要是降低浮选尾矿和强磁尾矿铁品位。
（2）浮选作业是流程提质的关键作业，影响因素多。磁精矿中矿物组成对浮选指标影响较大，特别是富集于磁精矿中的碳酸铁会在赤铁矿和石英表面形成吸附罩盖，降低矿物颗粒表面活性，显著降低矿石可选性，对铁浮选回收不利。鞍钢矿业公司和东北大学合作开发的分步浮选技术可有效改善碳酸铁对反浮选的不利影响，提高流程对矿石的适应性［2］。
浮选作业对易选的磁铁矿回收效果较差，作业回收率仅83.42%。一方面与矿石粒度微细造成磁性铁夹杂有关，另一方面是由于现有浮选工艺中淀粉对磁性铁的选择性抑制作用不强造成的。因此应寻找性能更佳的浮选药剂，以增强浮选作业的应性，或探索用磁选方法回收浮选尾矿中流失的磁铁矿，提高流程对磁性铁的回收率。
（3）弱磁选—强磁选工艺是细粒级浮选前的选别作业，由于尾矿中强磁尾矿占比较高，为43.38%，说明弱磁选—强磁选作业是赤褐铁矿流失的关键部位，因此提高流程铁金属回收率必须提高细粒磁选工艺的选别回收率，降低强磁尾矿品位，减少微细粒赤褐铁矿的流失。可采取的措施有:增加强磁选设备台数、提高处理能力，增加强磁选作业段数或采用分选性能更好的高梯度磁选机代替现在使
用的弱磁选机，使作业金属量分配均衡，矿物流向加合理，保证流程对赤褐铁的回收率。
5 结论
（1）东鞍山难选贫赤铁矿石嵌布粒度微细，矿石铁品位33.57%，含硫0.16%，SiO2含量较高。铁主要以赤（褐）铁矿的形式存在，其次赋存于磁铁矿。采用两段连续磨矿—粗细分级—重选—磁选—阴离子反浮选联合工艺流程选别，磁性铁回收率不高，对难选的主要铁矿物赤（褐）铁矿的回收率也较低，铁金属流失较重，工艺整体回收率偏低。微细粒级的赤褐铁和磁性铁的流失是造成尾矿铁品位较高的主要原因，弱磁选—强磁选和浮选作业是铁金属流失严重的作业。
（2）铁矿物流向受原矿矿物组成、可选性、磨矿—分级效果及矿物泥化等因素影响，主要流失在－0.010mm细粒级，因此需要优化一段和二段磨矿—分级作业，尽量避免过磨，同时提高中磁扫选再磨产品细度，使矿物充分解离，为合理分选、稳质降尾提供条件。
（3）流程铁金属主要流失在细粒级选别过程，降低细粒级选别流程尾矿铁品位是稳质降尾的关键。首先通过提高弱磁选—强磁选选别深度、在浮选前进行高效絮凝脱泥等措施减少微细粒赤褐铁矿的流失;然后采用分步浮选技术降低碳酸铁对矿石可浮性的影响，选择高效浮选药剂增强浮选作业对矿石性质变化的适应性、对浮选尾矿进行磁选回收磁性铁等，减少微细粒赤褐铁和磁性铁的流失，降低浮选尾矿品位。
（4）总体来看，该流程对单体铁矿物回收效果不尽理想，而对单体脉石矿物选别效率较高，流失的单体铁矿物中有相当部分是微细粒级的单体铁矿物，因此应该设法强化微细粒铁矿物的回收，以提高铁回收率。
（5）微细粒赤（褐）铁矿和磁铁矿高效选矿技术，尤其是高效浮选技术，开发高性能的细粒铁矿选别设备和适应性更强的浮选药剂是实现东鞍山难选微细粒贫赤铁矿石稳质降尾、高效选矿的重要方向和措施，物质流向分析可为改善该铁矿石选别指标提供技术依据。
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