（矿物加工工程专业论文）宁乡式铁矿石选矿方法研究.pdf

f ? ? p； t 、j ，：喜jo 、 ) j 0 o ， 0jj1d 枉尹 矗0 。 |l”?、r ad i s s e r t a t i o ni nm i n e r a lp r o c e s s i n ge n g i n e e r i n g s t u d y o nc o n c e n t r a t i o nm e t h o d so f n i n r ir,n i n g x i a n gl y p e i r o n b y y mw e n j u n s u p e r v i s o r ：v i c e p r o f e s s o r z h uy i m i n d o c t o rl iy a n j u n n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y j u n e2 0 0 8 。，l jr_io。，p旷酶乏-ii拇飞 i l 下 一一 ， rn，、，0 ，；，ip 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中 取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表 或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确 的说明并表示谢意。 学位敝作者签名：尹文晃 日 期：沙鼋7 z ： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学 位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后： 半年口一年口一年半口两年 学位论文作者签名：尹文罨 签字日期：2 弓、i 、1 导师签名： 签字日期： v 嗡j 幸如 ， i ， ；，。参 东北大学硕士学位论文摘要 摘要 宁乡式铁矿石属于沉积岩型铁矿床，在我国分布较广、储量较多，是国内外 公认难选的铁矿石之一。 本文主要针对宁乡式铁矿进行了系统的工艺矿物学研究，确定了主要采用的 选矿试验方法为强磁选和反浮选。强磁选试验设备为x c q s 型湿式强磁选机，主 要研究了电流强度对选别指标的影响；反浮选试验在油酸钠体系中进行了赤铁矿 与脉石矿物的分离研究，并初步探讨了选别的分离机理。 通过对宁乡式铁矿的工艺矿物学研究可知，本文研究所用原矿属于典型的鲕 状赤铁矿，铁品位为5 0 6 1 。赤铁矿的结晶粒度极细，在1 0 1 x m 以下，且多呈鲕 状与绿泥石共生。 在强磁选试验中，磨矿时加入1 0 k g t 的磨矿助剂，温度控制在8 0 。c 以上，磨 矿时间为4 0 分钟。当x c q s 型强磁选机电流强度为8 a 时，铁精矿品位最高为 5 3 3 4 ，回收率为8 5 5 8 。 在油酸钠浮选体系中，磨矿时加入1 0 k g t 的磨矿助剂，温度控制在8 0 以上， 磨矿时间为4 0 分钟，然后作浮选试验。用氧化钙调节p h 值为1 0 5 ，扩油酸钠用 量为6 0 0 9 t ，淀粉用量为1 0 0 0 9 t 时，铁精矿品位最高为5 4 9 3 ，回收率为3 5 3 1 。 通过对宁乡式铁矿的浮选机理研究可知：淀粉与赤铁矿的作用方式主要是以 分子链上的羟基与矿物表面形成氢键的形式在矿物表面吸附；油酸钠主要以油酸 分子的物理吸附和油酸根离子化学吸附的形式在矿物表面吸附。 本文的研究工作对迸一步研究鲕状赤铁矿的选矿分离提供一定技术基础。 关键词：宁乡式铁矿；鲕状赤铁矿；浮选；强磁选 ，重， ，一 屯-?，ll，_ ，“。j 1，lli， i l 冬 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t n i n g x i a n gt y p ei r o ni ss e d i m e n t a t i o nm i n e r a ld e p o s i tw h i c hi sl a r g ed i s t r i b u t i o n a n db i gs t o r a g ec a p a c i t y b u tt h es e p a r a t i o ni sd i f f c u l ti n t h ew o r l d 硼1 es y s t e mr e s e a r c ho fm i n e r a l o g y , t h ef l o t a t i o ni nt h es o d i u mo l e a t es y s t e ma n d t h eh i 。g hi n t e n s i t ym a g n e t i cs e p a r a t i o no fn i n g x i a n gt y p ei r o na r es t u d y e di nt h i sp a p e r m e c h a n i s mr e s e a r c hi sa l s os t u d i e da tt h es a m et i m e n i n g x i a n gt y p ei r o ni nt h i sp a p e ri sak i n do fo o l i t i ch e m a t i t eb yt h er e s e a r c ho f m i n e r a l o g y t h eg r a d eo fi r o ni s5 0 61 印1 eg r a i ns i z eo ft h eo o l i t i ch e m a t i t ei sv e r y f i n e ，a b o u t1 毗m ，a st h eo o l i t i c 诵mt h ea m e s i t es y m b i o t i c i nt h es o d i u mo l e a t es y s t e m ，a d d i n glo k g to fm i l lc h e m i s ta sm i l l i n g ，c o n t r o l l i n g t h et e m p e r a t u r eh i g h e rt h a n8 0 ，m i l lt h er u n - o f - m i n eo r e4 0m i n u t e s w h e nf l o t a t i o n c a oi su s e dt oc o n t r o l l e d 也ep ha t10 5 舡也e 舻s o d i u mo l e a t ea d d e d6 0 0 9 t , t h e s t a r c ha d d e d1 0 0 0 9 t ，t h eg r a d eo f i r o nc o n c e r t r a t ei s5 4 9 3 a n dt h er e c o v e r y3 5 3 1 a d d i n glo k g to fc h e m i c a la g e n ta sm i l l i n g ，c o n t r o l l i n gt h et e m p e r a t u r eh i g h e rt h a n 8 0 。c ，m i l lt h er u n - o f - m i n eo r e4 0m i n u t e s w h e nt h ee l e c t r i c i t yi n t e n s i t yo fx c q sh i g h i n t e n s i t ym a g n e t i cm a c h i n ei s8 a ，t h e 粤a d eo fi r o nc o n c e r t r a t ei s5 4 9 3 a n dt h e r e c o v e r y8 5 5 8 1 1 1 es t a r c hi s c h e m i s o r p t i o ni nt h es u r f a c eo fh e m a t i t ew i t ht h eo x y h y d r y li n h y d r o x y lb o n d t h es o d i u mo l e a t ei sc h e m i s o r p t i o ni nt h es u r f a c eo fh e m a t i t ew i t h s o d i u mo l e a t ei o n n l es t u d yi nt h i sp a p e rc a l la f f o r dt h et e c h n i c a lb a s ef o ro o l i t i ch e m a t i t er e s e a r c h k e y w o r d s ：n i n g x i a n gt y p ei r o n ；o o l i t i ch e m a t i t e ；f l o t a t i o n ；h i g hi n t e n s i t ym a g n e t i c i i i 遵 时 畸 ， l ； 0 tj，klll一 乞i崞3 t；j牛 ，f。l， 东北大学硕士学位论文 目录 目录 独创性声明。i 摘要i i a b s t r a c t i i i 第一章绪论l 1 1 引言1 1 1 1 中国钢铁行业形势1 1 1 2 中国铁矿资源特点。2 1 1 3 宁乡式铁矿的资源概况4 1 2 课题研究意义4 1 3 国内外赤铁矿选矿概况6 1 3 1 国外难选赤铁矿选矿概况6 1 3 2 国内宁乡式赤铁矿选矿概况。6 1 4 赤铁矿反浮选药剂研究进展。8 1 4 1 捕收剂研究进展9 1 4 2 调整剂研究进展1 1 1 5 我国赤铁矿选矿技术发展趋势1 2 1 6 论文工作内容及目标1 2 第二章试验原料、设备及试验方法。1 3 2 1 试验原料及设备1 3 2 1 1 试验所用原矿13 2 1 2 试验所用药品1 3 2 1 3 试验所用主要仪器及设备1 4 2 2 试验方法1 4 2 2 1 原矿制备1 4 2 2 2 原矿工艺矿物学研究1 5 2 2 3 强磁选试验15 2 2 4 反浮选试验16 2 2 5 红外光谱测定17 2 2 6 扫描电镜( s e m ) 和x 射线衍射分析17 东北大学硕士学位论文 目录 第三章原矿工艺矿物学研究1 8 3 1 原矿地质条件及成因1 8 3 2 原矿切片及分析2 0 3 3 原矿化学组成分析2 3 3 3 1 光谱半定量分析2 4 3 3 2 原矿化学多元素分析_ 2 4 3 3 3 原矿x 射线衍射( 王d ) 物相分析j 。：2 5 3 3 4 原矿铁物相分析2 6 3 4 原矿扫描电镜分析2 7 3 5 小结2 8 第四章宁乡式铁矿石选别试验研究。2 9 4 1 磨矿粒度试验2 9 4 1 1 常温磨矿粒度试验2 9 4 1 2 加热加药磨矿试验3 0 4 2 强磁选试验电流强度对试验指标影响3 0 4 2 1 常温磨矿产品强磁选电流强度对试验指标影响3 0 4 2 2 加热加药磨矿强磁选电流强度对试验指标影响3l 4 2 3 结果分析- k 3l 4 3 反浮选试验研究31 4 3 1 常温磨矿产品反浮选试验研究j 3 2 4 3 2 加热加药磨矿浮选试验研究“3 7 。4 4 ，j 、结4 0 第五章宁乡式铁矿选别分离机理研究4 2 5 1 磁选机理研究4 2 5 2 浮选药剂与矿物表面作用原理研究4 3 5 2 1 油酸钠和淀粉红外光谱研究4 3 5 2 2 药剂作用前后赤铁矿红外光谱测定结果与分析4 4 第六章结论。4 7 参考文献。4 9 致谢51 v l i - l 东北大学硕士学位论文第一章绪论 1 1 引言 1 1 1 中国钢铁行业形势 第一章绪论 钢铁工业是支柱产业，铁矿石是钢铁工业的主要原料，我国钢铁产量的绝大部分是 以铁矿石为基本原料生产，而我国铁矿石资源贫乏，供应能力严重不足。据有关部门调 研的资料显示，目前我国现有的铁矿资源保有基础储量2 2 3 7 5 亿吨，保有资源总量 4 5 8 9 4 亿吨【l j 。我国的铁矿石多为地下矿，开采难度大，成本高，资源税率高，而且平 均品位低，仅3 2 左右【2 】。 2 1 世纪以来，中国钢铁工业飞速发展，但国内铁矿石的生产能力却增长缓慢。近年 来，我国地质勘探新增储量下降，滞后于开采消耗量，造成后备资源不足。2 0 0 4 年，我 国铁矿石产量3 1 亿吨，原矿石平均品位3 1 ，约可支撑生产9 5 0 0 万吨生铁，而年我 国生铁产量2 5 2 亿吨，另外的1 5 7 亿吨生铁需要进口2 4 亿吨铁矿石支撑，当年我国实 际进1 3 铁矿石2 0 8 亿吨【l 】。2 0 0 4 年我国铁矿石表观消费量己经攀升至5 1 8 亿吨。我国 钢铁工业高速增长的态势，对铁矿石的需求量越来越大。但是由于我国铁矿资源禀赋不 佳，储量增长滞后，生产能力又有限，自给严重不足，其保障能力仅为4 4 ，造成了供 需矛盾突出，并有进一步拉大的趋势【3 】。 目前，世界铁矿年产量在8 5 亿9 0 亿吨，铁矿贸易量在4 2 亿 4 5 亿吨。世界铁 矿石贸易中，巴西和澳大利亚是两个最大输出国，出口量占世界出口量的6 0 ，而铁矿 石的主要采购国是中国、日本、韩国和德国，占世界进口量的一半以上。随着我国钢铁 工业的迅猛发展，我国己经成为世界铁矿石的主要采购国。在美国阿森斯举办的第届国 际铁矿石会议上著名的麦格里银行发表文章，由于2 0 0 6 年中国钢铁工业的高速发展， 1 “月份中国粗钢产量达到了1 9 9 亿吨，全年达到4 1 亿吨，比2 0 0 5 年的3 5 2 亿吨增 长1 6 4 8 ，2 0 0 6 年中国铁矿石进口量比2 0 0 5 年增加5 9 0 0 万吨达3 1 9 亿吨，即增长 2 2 7 。中国铁矿石的增长数量约占2 0 0 6 全世界海运铁矿石年增长的8 3 ，2 0 0 7 年更 是达到了3 9 5 亿吨【4 j 。从2 0 0 0 年到2 0 0 7 年进1 ：3 铁矿石量见图1 1 。 东北大学硕士学位论文第一章绪论 冒2 5 单 - 2 0 博 七争 ，5 鲻 1 o 0 s 0 0 2 0 0 02 0 0 12 0 0 22 0 0 32 0 0 4 2 0 0 52 0 0 8 2 0 0 7 年份 图1 12 0 0 0 2 0 0 7 年我国铁矿石进口量 f i g 1 1t h ei m p o r t e di r o nd e p o s i to u rc o u n t r yo f 2 0 0 0 2 0 0 7 从图1 1 看出铁矿石进口量呈直线上升趋势，这在一定程度上也引发了世界范围内 的铁矿石价格急剧波动，2 0 0 3 年铁矿石上涨近1 1 ；2 0 0 4 年世界铁矿石价格抬高7 1 5 ； 而今年一些专家预计在必合必拓等主要铁矿石贸易公司的主导下，世界铁矿石价格还将 上涨6 0 左右，这对我国钢铁工业无疑是严峻的挑战【5 】o 一些以进口矿石为主的钢铁企 业如宝钢、武钢、青岛钢厂等，一旦国际形势发生变化，将直接影响到我国钢铁工业和 整个社会发展的安全。因此，在充分利用国外资源的同时，加强国内弱磁性铁矿石选矿 工艺研究十分必要。- 1 1 2 中国铁矿资源特点 。 我国铁矿资源具有分布广泛，矿床类型齐全，贫矿多富矿少，矿石类型复杂，伴( 共) 生组分多等特点【6 】。 ( 1 ) 铁矿分布广，但又相对集中 目前已查明铁矿产地分布遍及全国2 0 多个省、市、自治区6 6 0 多个县，但又成群、 成带产出，显示相对集中分布的特点。已探明的铁矿储量主要集中在鞍山本溪、西昌 滇中、冀东密云、五台吕梁、长江中下游、鄂西湘西北、包头白云鄂博霍邱和邯郸 邢台等十个地区，占全国保有铁矿石储量的6 8 。按矿区储量规模，大型矿区( 储量大 于1 亿吨) 有1 0 1 处，合计储量占全国储量的6 8 1 ；中型矿区( 储量o 1 1 亿吨) 4 7 0 处，合计储量占全国储量的2 7 3 ；小型矿区( 储量小于1 0 0 0 万吨) 1 2 6 3 处，合计储 量仅占4 6 。 ( 2 ) 矿床类型齐全 ， _ 2 - o， ，；j 譬一 东北大学硕士学位论文第一章绪论 地质勘查和矿床研究结果表明，我国铁矿床类型齐全，世界上已发现的铁矿成因类 型在我国均有发现，除前寒武纪硅铁建造风化壳型铁矿外，均探明了一定的储量，其中 以沉积变质型为主，储量占5 7 8 ，居各类型铁矿床之首，其次是接触交代热液型 ( 1 2 7 ) 、岩浆晚期型( 1 1 6 ) 、沉积型( 8 7 ) 、与火山一侵入活动有关型( 4 7 ) 、 风化淋滤型( 1 1 ) ，其他类型占3 4 【7 】。与世界不同之处在于我国接触交代热液型和 岩浆型储量占的比例较高( 见表1 1 ) 。 表1 1 国内外各类型铁矿储量对比 t a b 1 1t h et y p eo f i r o nm i n ei no u rc o u n t r ya n dt h ew o r l d ( 3 ) 贫矿多、富矿少、矿石类型复杂 全国铁矿石保有储量中贫铁矿石储量4 5 2 0 0 亿吨，占全国储量的9 7 5 ，而含铁平 均品位在5 5 左右能直接入炉的富铁矿储量只有1 1 7 4 亿吨，仅占全国储量的2 5 ，而 形成一定开采规模，能单独开采的富铁矿就更少y t 6 1 。我国铁矿石自然类型复杂，有磁 铁矿、钒钛磁铁矿、赤铁矿、菱铁矿、褐铁矿、镜铁矿及混合矿( 2 种或2 种以上类型 矿石混杂一起的) 。在铁矿石保有储量中，以磁铁矿为最多( 5 5 5 ) 1 6 ，是目前开采的 主要矿石类型：钒钛磁铁矿( 1 4 4 ) ，成分复杂，但选冶技术己基本解决，也是目前开 采的主要矿石类型；赤铁矿( 1 8 ) 、菱铁矿( 3 4 ) 、褐铁矿( 2 3 ) 、镜铁矿( 1 1 ) 、 混合矿( 5 3 ) 等5 种类型矿石，因选别性能差，其贫矿多数尚未利用。 ( 4 ) 伴( 共) 生有益组分多 我国具有伴( 共) 生有益组分的铁矿石储量大，约占全国储量的3 0 ，涉及一批大、 中型铁矿区，如攀枝花、红格、白马、太和、大庙、大冶、大顶、黄岗、翠宏山、金岭、 大宝山、桦树沟、马鞍山、庐江、龙岩和海南石碌等铁矿区。伴( 共) 生有益组分有钒、 钛、铜、铅、锌、锡、钨、铝、钴、镍、锑、金、银、镉、镓、铀、钍、硼、锗、硫、 - 3 东北大学硕士学位论文第一章绪论 铬、稀土、铌、氟、石膏、石灰石和煤等3 0 余种。这是我国铁矿资源的另外一个主要 特点【8 】o 1 1 3 宁乡式铁矿的资源概况 宁乡式铁矿床是我国分布较广、储量较多的沉积型铁矿床。含铁岩系主要赋存于中 上泥盆统，而以上泥盆统为主。这类铁矿床广泛分布于华南的湖北、湖南、江西、四川、 云南、贵州、广西等省( 自治区) 及甘肃南部地区，现已探明的该类铁矿储量达3 7 2 亿吨( 含表外储量) 。矿石主要由鲕状赤铁矿组成，次有菱铁矿、鲕绿泥石和褐铁矿， 含铁品位一般为3 0 - - 4 5 ，含磷通常偏高，介于o 4 1 1 【9 1 。 在铁矿层中，鲕状赤铁矿常和菱铁矿、鲕绿泥石共生或互间。有的矿区矿层中矿相 变化较大，如云南寸田矿区主矿体东部以氧化相鲕状赤铁矿为主，中部以氧化相中性 相的菱铁矿鲕状赤铁矿一鲕绿泥石为主，而西部则以弱还原相的菱铁矿一鲕绿泥石及鲕绿 泥菱铁矿石为主。矿体在垂直剖面中的变化是：鲕状赤铁矿矿石位于中部，鲕绿泥石 菱铁矿矿石位于顶底部【l o 】。 矿石中金属矿物有赤铁矿、菱铁矿、褐铁矿、绿泥石等。非金属矿物有石英、胶磷 矿、粘土矿物等。矿石具鲕状构造。 赤铁矿一般与绿泥石、胶磷矿等矿物关系密切，彼此围绕石英、绿泥石等矿物为核 心组成同心圆状结构，嵌布粒度极细，在1 0 至几个岬间。胶状赤铁矿一般与褐铁矿 形成胶状结构，界限模湖不清，其形状不规则。也有部分赤铁矿与绿泥石、蛋白石、胶 磷矿形成胶状及环带状结构。 铁矿中的磷是以胶磷矿形式存在的。胶磷矿呈致密块状构造，表面有模糊不清的细 小生物结构，大部分与脉石连生，有一少部分与赤铁矿紧密共生，有的在鲕状赤铁矿的 边缘出现，与鲕状赤铁矿形成边缘结构【1 1 j 。鲕状绿泥石大部分具有鲕状核心，有的和赤 铁矿、胶磷矿形成同心圆结构。 1 2 课题研究意义 赤铁矿、鲕状赤铁矿和褐铁矿的主要化学成分为f e 2 0 3 ，是同属三方晶系的氧化物 矿物，与等轴晶系的磁铁矿成同质多相。单晶体常呈菱面体和板状，集合体形态多样， 有片状、鳞片状( 显晶质) 、粒状、鲕状、肾状、土状、致密块状等。显晶质呈铁黑至 4 东北大学硕士学位论文第一章绪论 。钢灰色，隐晶质呈暗红色，条痕樱红色，金属光泽至半金属光泽，莫氏硬度为5 5 6 5 ， j 无解理，密度5 o 5 3 9 c m 3 。呈铁黑色、金属光泽的片状赤铁矿集合体称为镜铁矿；呈 、 灰色、金属光泽的鳞片状赤铁矿集合体称为云母赤铁矿；呈红褐色、光泽暗淡的称为赭 石；呈鲕状或肾状的赤铁矿称为鲕状或肾状赤铁矿。由胶体凝聚作用形成的矿物称为胶 体矿物，例如河水能携带大量胶体，在出口处与海水相遇，由于海水中含有大量电解质， 使河水中的胶体产生胶凝作用，形成胶体矿物，滨海地区的鲕状赤铁矿就是这样形成的 i l l o ， 赤铁矿是自然界分布极广的铁矿物，是重要的炼铁原料，多数重要的赤铁矿矿床是 变质成因，也有一些是热液形成的。目前，世界各国各类铁矿石选矿量所占比例为：赤 铁矿( 包括赤铁磁铁矿) 8 3 7 ，褐铁矿、菱铁矿、镜铁矿矿石1 6 3 。我国各类铁矿 石的累计探明诸量、保有储量、采出量及资源利用率列于表1 2 。由表可见，在我国弱 磁性铁矿石资源中赤铁矿石所占比例最大，但由于技术等原因资源利用率不高【1 1 。 表1 2 我国各类铁矿储量 t a b 1 2t h er e s e r v e so fv a r i o u si r o nm i n ei no u rc o u n t r y 随着我国经济的高速发展，国内对铁矿石的需求量越来越大。但是，经过建国5 0 多年来的开发利用，一方面，我国易选的磁铁矿资源正面临日益短缺的局面，后备磁铁 矿铁矿山明显不足；另一方面，我国相对易选的赤铁矿铁矿山大多进入了深层开采时期， 采矿成本逐年升高。与此相反的是，我国尚存大量未被开发利用的赤铁矿铁矿山，这些 铁矿山的赤铁矿大多可选性较差。因此，在近几年选矿技术发展较快的基础上，总结好 的经验，探讨存在的问题，加快推进选矿理论和技术进步，更好地利用这部分资源，具 有重大的现实意义和深远的历史意义。我国作为世界第一铁矿石生产与消费大国，加上 其铁矿资源“贫、细、杂、散 ，开发利用难度大的特点，近几年已成为世界铁矿选矿 技术研究开发的中心，其工艺技术达到了国际领先水平。我国铁矿选矿技术研究进展主 要集中在以下两个方面：一是实施“提铁降杂战略；二是针对脉石为含铁硅酸盐的细 ， - 5 _ 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 粒嵌布赤铁矿、菱铁矿、褐铁矿等复杂难处理铁矿石，研究开发高效环保节能选矿新技 术、新设备。 1 3 国内外赤铁矿选矿概况 鲕状赤铁矿选矿是一个世界性难题，各国选矿工作者做了许多工作，目前相对成熟 的选矿方法有焙烧磁选、重选、强磁选、浮选及其联合流程。 1 3 1 国外难选赤铁矿选矿概况 2 0 世纪7 0 年代开始，特别是近1 5 年以来，国外对细粒赤铁矿的利用量逐渐增多。 国外铁精矿产品的质量向高纯方向发展。选矿发展的趋势是追求高质量、高收率、高效 益，国外大多数选矿厂生产的铁精矿品位提高到6 5 以上，2 0 世纪8 0 年代以后，用作 直接还原电炉炼钢原料的超级铁精矿的生产在逐年增加。 国外主要以细磨深选除杂为主，采用新型高效选矿工艺、药剂及设备等来提高赤铁 矿的选别指标。对细粒赤铁矿选矿，为了降低选矿成本，解决浮选前的脱泥问题及减少 对环境的影响，近年来国外用联合流程处理细粒赤铁矿是比较重要的动向。国外大多数 选铁厂都倾向于采用弱磁强磁反浮选工艺，如巴西萨马尔科铁选矿厂己从单一阳离子 捕收剂反浮选工艺改成弱磁强磁阳离子反浮选联合流程。在浮选设备方面，一是采用 大型浮选机，二是采用高效节能浮选柱来提高细粒分选效率，提高铁精矿质量。如e c 道林等曾用浮选柱反浮选铁矿进行了多次研究，他采用d e i s t e r 浮选柱组成粗选精选两 段工艺对磁铁精矿进行反浮选去除硅酸盐试验，并取得了反浮选铁精矿品位提高到 6 9 ，铁作业回收率9 5 的良好试验指标。并通过进一步研究表明，在浮选柱内安装水 平稳流板，可解决浮选柱产生的轴向混合和泡沫兼并问题，改善浮选柱的性能【1 2 】。 1 3 2 国内宁乡式赤铁矿选矿概况 与国外相比，我国赤铁矿具有储量较大、品位低、成分较复杂、嵌布粒度细，选矿 技术经济指标差等特征。为了解决上述问题，从“六五”开始，对赤铁矿的选矿技术研 究进行了大量工作，取得了长足进展，并且一些成果得到了推广应用。 + 1 宁乡式铁矿的选别、应用，按其中磷的处理方式不同可以分为除磷与不除磷两大类 6 东北大学硕士学位论文第一章绪论 型。因为这类矿石的难选主要就在于它含磷高，除磷并保自熔性困难，且其处理方式( 除 磷与不除磷) 将直接影响后面的炼铁炼钢工艺流程和设备。除磷处理工艺几乎都采用了 浮选，浮选效果普遍一般；但广西海洋矿区浮选有突破，实验室试验取得了理想效果。 ( 1 ) 除磷处理工艺流程 在宁乡式铁矿中，磷是以胶磷矿存在的，并且这种胶磷矿实际上是胶磷矿的细小质 点和粘土矿物、碳酸盐矿物粉末的混合体。不仅使得这种胶磷矿与碳酸盐矿物可浮性极 相似，磷钙难以分离，而且富集的磷产品可能达不到磷精矿的品位要求。这就需要寻 找一种不同以往的更具选择性的抑制剂，让磷矿物与碳酸盐矿物达到分离。 除磷处理工艺分单一反浮选、跳汰反浮选、焙烧磁选反浮选、直接还原磁选和浮 选絮凝五种流程。 1 ) 单一反浮选流程 仅广西海洋矿区单一浮选指标尚可，但未得到进一步扩大试验所验证。该流程利用 某种具选择性的抑制剂( 对磷矿物和碳酸盐矿物都有抑制作用，但对后者抑制力更大) ， 打开了浮选新局面，基本上达到了磷矿物与碳酸盐矿物的分离，取得较为满意的指标【埘。 2 ) 跳汰反浮选流程 跳汰反浮选流程只介绍了邵东大石桥的。邵东大石桥铁矿石经跳汰反浮选流程后 可得到含铁4 7 4 5 ，回收率7 5 4 的铁精矿，其中的磷降低到0 2 2 ，二氧化硅1 4 1 。 说明能比较有效地降低铁精矿中磷含量，排除采矿时混入的硅质围岩，降低铁精矿中二 氧化硅含量，从而能适当地提高铁精矿品位【1 3 】。 3 ) 焙烧磁选反浮选流程 焙烧磁选反浮选流程也只介绍了邵东大石桥的，其最终铁精矿含磷仍然偏高。邵 东大石桥铁矿石焙烧磁选得到含铁4 6 3 8 ，回收率8 7 8 4 的磁选铁精矿，又经反浮选 除磷，所得浮选铁精矿品位5 2 0 9 ，回收率7 6 8 6 ，其中含磷0 3 1 ，含二氧化硅1 2 6 1 。 这说明焙烧磁选反浮选流程处理该贫铁矿石可以得到铁品位比较高，含磷及含硅都比 较低的铁精矿。 4 ) 直接还原磁选流程 该流程由于充分地利用了矿石的自然特性( 矿石本身所含大量碳酸盐矿物在高温焙 烧下放出一氧化碳自然还原，自熔性，适量钙镁矿物含量等) ，在无任何添加剂( 还原 剂、熔剂) 的情况下能达到除磷的目的。该法为同类铁矿的选别和合理利用提供了可能。 但该流程除磷关键在于焙烧，焙烧关键又在于严格控制焙烧温度和还原气氛。温度高达 7 东北大学硕士学位论文第一章绪论 一定程度或添加少量焦炭，不仅达不到除磷效果，而且还会造成磷在铁精矿中富集。 5 ) 浮选絮凝流程。 浮选絮凝流程指标虽然可以，但其试验的稳定性还需进一步探索。火烧坪铁矿原 j 矿：t f e 为4 3 1 0 ，p 为1 0 0 ，经浮选絮凝流程后所得精矿品位为5 3 7 7 ，p 为0 2 2 8 5 ， 铁回收率达7 7 2 5 。 ， ( 2 ) 不脱磷处理工艺流程 不脱磷处理工艺流程就是采用重选或磁选除去夹杂围岩，恢复矿石地质品位，为全 争 烧结炼铁炼钢提供原料，此流程工艺简单，易于操作，指标稳定。不脱磷处理工艺又分 重选、磁选和焙烧磁选三种流程【1 3 1 。 ，一 目 1 ) 单一跳汰分选流程。 湖南田湖铁矿采用1 5 0 * 2 0 0 m m 单室筛下隔膜跳汰机，对原矿含铁为2 6 5 的田湖 铁矿经跳汰分选后可获得含铁为3 9 3 1 的铁精矿，其回收率达8 0 3 9 。 2 ) 锥盘式湿式强选机磁选。 、 ，、 广西屯秋铁矿在一定磨矿细度下，采用一次粗选、二次精选和二次扫选( 中矿再磨f 一粗二精) 的流程，可以获得产率为5 6 ，铁品位为5 4 5 ，回收率达7 2 0 a r - , 7 3 的铁 精矿。， 一。， 3 ) 焙烧干式磁选和焙烧湿式磁选。 ， 焙烧磁选法是处理细粒浸染难选弱磁性贫铁矿矿石最有效的分选方法，它已被几十 年的工业实践所证明。但研究人员认为认为这种方法只适宜于“宁乡式”铁矿酸性矿石， 对碱性矿石则不宜采用：所得精矿不能保持自熔性，经处理过的铁精矿品位虽然得到较 大提高，但配成碱比1 2 时品位下降到接近地质品位。 - 、。 从上可以看出我们国家选矿工作者做过大量“宁乡式”铁矿的选矿试验工作，其取得 的成绩为现在大力开发积累了很多经验。 。 1 4 赤铁矿反浮选药剂研究进展 在赤铁矿的选别工艺生产实践中，反浮选法是一种非常有效的方法。同时反浮选结 合强磁选、重选、培烧磁选等联合工艺流程，往往会得到比较好的工艺指标。宁乡式铁 矿属于嵌布粒度极细的高磷鲕状赤铁矿。如果能研究得新型、高效的药剂，那么反浮选 工艺及有可能成为比较有突破的选别方法，从而使宁乡式铁矿的大规模应用成为可能。 - 8 东北大学硕士学位论文第一章绪论 1 4 1 捕收剂研究进展 硅酸盐矿物浮选所用的捕收剂从大的分类上可分为阴离子捕收剂和阳离子捕收剂。 阴离子捕收剂主要指键合原子为氧原子而非二价硫的化合物，包括高级脂肪酸及其钠 盐，例如油酸、油酸钠，以及从动植物和石油加工副产品中提炼出来的含多种脂肪酸成 分的产品，如塔尔油( 皂) 、动植物脂肪酸( 皂) 、环烷酸( 皂) 、氧化石蜡( 皂) 及其 精制产品。此外还有具有磺酸基和硫酸基活性基团的阴离子捕收剂烃基磺酸盐和硫酸酷 等含硫有机化合物。属于这类阴离子捕收剂的种类繁多，在非硫化矿浮选中己经得到了 广泛应用。在工业浮选工艺中目前最常用的是油酸、油酸钠、氧化石蜡皂、石油磺酸钠 等。当采用阴离子捕收剂时，对于大多数硅酸盐矿物而言，需要高价金属阳离子的活化 才行。例如在磨矿过程中铁、钙、镁、铅、铜离子等的活化十分关键。此外，选择无阴 离子调整剂和某种低分子有机络合调整剂时，控制活化的选择性亦非常的重要，只有这 两种因素的组合达到最佳化时，用阴离子捕收剂才能得到良好的分离选择性【1 4 1 。 阴离子捕收剂与氧化矿、硅酸盐矿物作用比较复杂，h a r t 等人用显微电泳法研究各 类药剂在氧化铁胶体上吸附，结果表明烷基磺酸盐和烷基硫酸盐在较高的吸附密度时， 是由简单的物理吸附到其后的疏水链缔合：月桂酸是物理吸附、化学吸附联合作用；辛 基轻肪酸则表现出很强的化学吸附。 阳离子捕收剂主要应用于铁矿反浮选以脱除硅酸盐脉石，许多学者对胺类在氧化物 及硅酸盐表面上的作用机理进行了大量的研究，认为胺在这些矿物表面的吸附属于物理 吸附形式。美国学者d wf u e r s t e n a u 针对这种吸附作用形式，1 9 6 5 年提出了著名的浮 选静电理论。 胺类捕收剂是氧化矿浮选的常用捕收剂，一般认为其与矿物表面的作用以静电力起 主导作用。十二胺是目前工业上铁矿反浮选最常用的药剂，其作用机理研究的最多也是 最详细。十二胺( 又称月桂胺) ，其分子式为c 1 2 h 2 7 n ，是一种一元胺，白色结晶固体， 熔点2 8 3 ，沸点2 5 9 1 ，比重0 0 8 0 1 5 ，溶于乙醇、乙醚、苯、氯仿、四氯化碳，微 溶于水呈碱性，与盐酸生成盐酸十二胺，呈中性。一元胺是无机胺的有机衍生物，即 n h 3 分子中的一个或几个氢原子被轻基所取代。由于十二胺在多数情况下主要是以解离 后带有疏水经基的阳离子槲+ 起主要作用，因此被称为阳离子捕收剂。又因为十二胺 在水溶液中的溶解度很小，实践中常将其溶于盐酸或醋酸水溶液中，生成盐酸盐或醋酸 ，盐后使用。 9 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 阳离子捕收剂大多数指胺类捕收剂，分为脂肪胺和芳香胺两大类。在硅酸盐矿物的 浮选中主要用脂肪胺类的捕收剂，而且用伯胺较多。实际上伯胺常混有仲胺，因此，工 业上常用的脂肪胺实际上是混合胺，例如十八胺。当胺的烃链中带有醚基的阳离子时， 就属于醚胺类捕收剂。由于大多数硅酸盐矿物在水中带负电，零电点普遍较低，并且晶 体结构的不同，零电点也有一定的差异，岛状结构的硅酸盐矿物石榴子石零电点较高， 而层状硅酸盐矿物云母的零电点就很低，但总体上讲，用脂肪胺类阳离子捕收剂可将各 类硅酸盐矿物均有效地浮起，因此提高分离选择性是关键。 铁矿一般都属于氧化矿石，由于铁精矿价格与品位密切相关，这就要求所使用的浮 选捕收剂成本低、来源广。我国在5 0 年代主要研究用大豆油、樟树子油、苍耳子油等 植物油脂肪酸及其皂作为氧化矿的捕收剂，由于其原料短缺，继而研究用氧化石蜡皂、 塔尔油等作为氧化矿的捕收剂而取得了很好的效果。此外烷基羧酸盐、磺酸盐、硫酸盐 及磷酸盐均可作为氧化铁矿、硅酸盐矿物的浮选捕收剂，其捕收性能与矿物表面结构离 子及污染离子、矿浆p h 值及药剂本身的理化性质有关。近年来，也有用脂肪酸盐及鳌 合捕收剂浮选铁矿的研究报道，但是由于成本较高的缘故很少工业应用。 阴离子捕收剂与氧化矿、硅酸盐之间作用比较复杂，导致铁矿物与硅酸盐矿物分离 选择性不高仍然是一个难题，加上其药剂制度通常都很复杂，也就进一步降低了浮选效 率。像列别金采选厂阴离子反浮选是用木质磺酸盐作捕收剂，由于药剂用量大并且要配 加石灰一苏打混合物而使阴离子反浮选药剂制度复杂化，同时由于矿浆p h 值较高及采 用阴离子型药剂的缘故而导致浮选精矿的过滤效率比较低。阳离子捕收剂主要应用于铁 矿石反浮选以脱除硅酸盐脉石矿物，脂肪胺类阳离子捕收剂在国外铁矿石的浮选中应用 较广，如加拿大s e p t l l e s 选矿厂、巴西萨马尔科选矿厂、美国e m p i r e 选矿厂均采用阳离 子胺类反浮选硅酸盐脉石的浮选工艺。实践证明，阳离子捕收剂反浮选得到的铁精矿的 回收率和质量均较阴离子反浮选高，十二胺是阳离子反浮选工艺常采用也是效果较好的 捕收剂，如用于反浮选捕收石英【1 4 1 。但是采用胺类常规阳离子反浮选工艺存在药剂配制 不便、浮选泡沫粘度大、选择性较差等生产实际问题。 从2 0 世纪7 0 年代开始，国内一些磁铁矿选厂进行了磁铁矿用阳离子反浮选提高精 矿质量的研究工作。2 0 0 1 年，鞍钢弓长岭矿业公司进行了采用反浮选提铁降硅的试验研 究工作，选用阴离子反浮选和阳离子反浮选两种方案。工业改造后，铁精矿品位由6 5 5 提高到6 8 8 ，s i 0 2 含量降至4 以下。国内非磁铁矿选厂应用反浮选工艺的厂家大多 集中在鞍山地区。采用的反浮选均为阳离子反浮选。主要有鞍钢齐大山选厂，铁精矿品 - 10 东北大学硕士学位论文第一章绪论 位一般不高，在6 3 4 左右。2 0 0 0 年底至2 0 0 1 年底，一选车间和二选车间分别按工业 试验改造，精矿品位由6 3 4 提高到6 7 【1 4 1 。高效的选矿药剂和高性能的选矿设备为广 大的选矿工作者提供了全新的选矿概念。 综合看来，铁矿浮选药剂的研究应以改善阴离子捕收剂的选择性和开发高效阳离子 捕收剂为主导方向。 1 4 2 调整剂研究进展 由于目前尚缺乏来源广、价格低廉的有选择性的高效捕收剂、因此调整剂的选择也 是硅酸盐矿物浮选分离试验成败的一大关键。在硅酸盐矿物浮选实验中可考虑的调整剂 主要有以下剂类： ( 1 ) 介质p h 值调整剂，常用的有n a o h 、n a 2 c 0 3 、c a o 、h 2 s 0 4 、h c l 等。 ( 2 ) 金属阳离子调整剂，常用的有c a c l 2 、f e c l 3 、f e s 0 4 、p b ( n 0 3 ) 2 、c u s 0 4 等， 主要用在采用阴离子捕收剂时活化硅酸盐矿物。 ( 3 ) 无机阴离子调整剂，常用的有n a 2 c 0 3 、n a f 、n a e s 、h f 、n a a p 0 4 、n a 2 s i 0 3 、 n a 2 s i f 6 、( n a p 0 3 ) n 等。各类无机调整剂的作用情况很复杂，它有时与金属阳离子联合 作用调整活化与抑制因素。 ( 4 ) 高分子有机调整剂，常用的有淀粉、单宁、糊精、烤胶、腐植酸钠、果尔胶、 白雀树胶、木质素磺酸盐及纤维素类产品等。这可能与这些药剂的稳定性、亲水性、溶 解度、来源广及成本低等有关。这些有机调整剂一般对矿物有抑制作用，当与p b 2 + 、f e 3 + 等金属阳离子组合应用时，有时可提高抑制能力及抑制的选择性。 ( 5 ) 络合调整剂，常用的是有机酸类的络合剂，例如酒石酸、草酸、柠檬酸及e d t a 等。应用络合调整剂时，在大多数情况下，由于鳌合效应的存在，它可与硅酸盐矿物表 面的金属阳离子( 吸附的或矿物表面固有的) 生成稳定的金属鳌合物转入液相，并将金 属阳离子隐蔽于液相之中，从而防止对矿物的重复污染，实现有选择性的抑制作用，在 硅酸盐矿物浮选分离中将是一类有应用前景的调整剂【8 】。 近年来，来源广泛、水溶性好、选择性好、无环境污染的有机抑制剂，特别是小分 子有机抑制剂逐渐成为浮选领域的研究热点。这些小分子有机抑制剂结构明确，可以与 铁及其它金属离子形成亲水性化合物，而且可根据具体矿物设计不同的药剂，是铁矿与 含铁硅酸盐浮选分离抑制剂研究的发展方向之一。 东北大学硕士学位论文第一章绪论 1 5 我国赤铁矿选矿技术发展趋势 通过大量的选矿技术研究和攻关，近年我国复杂难选铁矿石选矿技术已取得可喜的 进展，但由于受我国铁矿石种类复杂及