（环境工程专业论文）难选铁矿反浮选脱硅试验研究.pdf

青岛理工大学工学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ei n c r e a s i n g c o m p l e x i t y o ft h ec h a r a c t e r i s t i c so fc h i n a sm i n e r a l r e s o u r c e s ，t h ed e v e l o p m e n to ff l o t a t i o nt e c h n o l o g yf o rt h ed e v e l o p m e n to fs e l e c t e d m i n i n gi sp a r t i c u l a r l yi m p o r t a n t t h i sp a p e rd e s c r i b e dt h es i t u a t i o no fd o m e s t i ca n d f o r e i g ni r o no r er e s o u r c e s ，p r o d u c t i o no fi r o no r e ，t h er e s e r v ef l o t a t i o nt e c h n o l o g y s t a t u sa n dd e v e l o p m e n to ft h ee a s e ，f o rs p e c i f i ci r o no r er e v e r s ef l o t a t i o nt oc a r r yo u t ad e t a i l e de x p e r i m e n t a ls t u d y ，a n da c h i e v e dt h ed e s i r e dr e s u l t s ，t h ea c t u a lp r o d u c t i o n o fag r e a ts i g n i f i c a n c e t h ei r o no r e so fl u n a n m i n i n gc o m p a n y w e r er e g a r d e da st h eo b j e c to fs t u d yi n t h ep a p e r t h r o u g ht h ec o m p r e h e n s i v ea n a l y s i so nt h er a wo r e ，t h es i n g l ef a c t o ra n d o r t h o g o n a le x p e r i m e n t s ，t h eo p t i m u mf l o t a t i o nc o n d i t i o n sw e r ed e t e r m i n e d t h e d o s a g e so ft h em o d i f i e r 、a c t i v a t o r 、d e p r e s s a n ta n dc o l l e c t o rw e r ec o n f i r m e db ya n i o n i c r e v e r s ef l o t a t i o nf l o w s h e e t b a s e do nt h e s ec o n d i t i o n s ，t h eo p t i m i z i n gf l o a t a t i o n e x p e r i m e n tw a sc a r r i e do n t h ei n d e x e so fc l o s e df l o t a t i o nw e r ea sb e l o wc o n c e n t r a t e y i e l dw a s7 4 4 4 ，c o n c e n t r a t eg r a d ew a s6 7 4 9 ，r e c o v e r yw a s9 0 6 6 s i m i l a r l y t h ed o s a g e so ft h ed e p r e s s a n ta n dc o l l e c t o rw e r ec o n f i r m e db yc a t i o n i cr e v e r s e f l o t a t i o nf l o w s h e e t b a s e do nt h e s ec o n d i t i o n s ，t h eo p t i m i z i n gf l o a t a t i o ne x p e r i m e n t w a sc a r r i e do n t h ei n d e x e so fc l o s e df l o t a t i o nw e r ea sb e l o w , c o n c e n t r a t ey i e l dw a s 6 4 6 6 ，c o n c e n t r a t eg r a d ew a s6 9 0 6 ，r e c o v e r yw a s81 0 4 t h r o u g ht h et e s t c o n t r a s t ，a n i o n i cr e v e r s ef l o t a t i o np r o c e s se n h a n c e dt h ec o n c e n t r a t eg r a d e ，i m p r o v e d r e a g e n ts y s t e m ，s i m p l i f i e dt h ef l o t a t i o np r o c e s sa n do p t i m i z e dt h ei n d i c a t o r s t h em e c h a n i s mo fr e s e r v ef l o t a t i o no fi r o no r ep r o c e s sw a sd i s c u s s e d u n d e rt h e s p e c i f i cp hv a l u e ，i r o no r ew a ss u p p r e s s e db ys t a r c ha n dq u a r t zw a sa c t i v a t e db yt h e c a l c i u mo x i d e i nt h ee x i s t e n c eo fa i rb u b b l e ，t h ec o l l e c t o ra n dc a l c i u mo x i d e a d h e r i n g t ot h eq u a r t zw e r ef l o a t e d ，t h e nt h eq u a r t za n dt h eh e m a t i t eo r ew e r es e p a r a t e d t h r o u g hc o m p a r i n gs y s t e m a t i c a l l yt h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e sb e t w e e n t h ec o l l e c t o rm d - 2 8a n dd o d ec y l a m i n eo nf l o a t i n gl u n a nm a g n e t i t e ，i th a sb e e n f o u n dt h a tt h en e wc o l l e c t o r ss e l e c t i v i t yw a sb e t t e rt h a nd o d e c y l a m i n e s k e yw o r d ：i r o no r e ；r e v e r s ef l o t a t i o n ；s i l i c o - - r e d u c t i o na n di r o n - - i n c r e a s i n g ；a n i o n i c c o l l e c t o r ：c a t i o n i cc o l l e c t o r 青岛理工大学工学硕士学位论文 i i 青岛理工大学工学硕士学位论文 第一章绪论 我国是世界上铁矿资源总量相对丰富的国家，总储量接近5 0 0 亿t ，人均资源 量偏低，可供开发利用的资源短缺，贫矿多富矿少，资源品质较差，中小型矿多， 但大型矿、特大型矿少，矿石类型复杂；有害杂质的含量是进口矿石的几倍【l 】， 缺乏市场竞争力【2 j 3 】。 中国铁矿石自然类型复杂，有磁铁矿石、钒钛磁铁矿石、赤铁矿石、菱铁矿 石、褐铁矿石、镜铁矿石及混合矿石。在铁矿石保有储量中，以磁铁矿石为最多 ( 占5 5 5 ) ，是目前开采的主要矿石类型；其贫矿因选冶性能差，多数尚未利用f l 】。 根据国家新的标准g b p t l 7 7 6 6 1 9 9 9 固体矿产资源储量分类，至l j 2 0 0 1 年底， 中国铁矿资源情况为：铁矿矿区1 9 8 2 个，储量1 2 1 3 0 亿t ，基础储量2 1 5 8 0 亿t ，资 源量3 6 5 3 9 亿t ，查明资源量5 8 1 1 9 亿t 。其中富铁矿储量3 3 3 亿t ，基础储量6 0 7 亿 t ，资源量6 1 5 亿t ，查明资源量1 2 2 1 亿t 【l 】。 近年来，我国钢铁工业发展迅速，铁矿原料供给缺口大。钢铁生产主要靠铁 矿石，因此我国铁精矿生产处于非常重要的地位 2 】。自1 9 8 5 年以来，铁矿石每年 进口量都在迅速增加【4 1 。表1 1 是推算的各年段铁矿石需求量及增长需求的简表。 2 0 0 8 和2 0 0 9 年我国铁矿石进1 3 量，分别为4 4 3 6 5 7 4 万吨和5 0 7 7 7 9 2 万吨【5 】，2 0 1 0 年我国铁矿石进口总量增加了1 2 t 6 1 ，超过了日本和欧洲各国的年进口量，成为 世界上进口铁矿石最多的国家【2 】。所以，我国铁矿资源的供应远景处于紧张状态 【1 1 表1 12 l 世纪初钢铁生产及铁矿石需求量预测简表单位：万吨年 铁矿石进口依存度的提高，已成为我国钢铁工业经济安全的重大隐患。因此， 迫切需要提高选矿工艺水平来最大限度地利用国内现有铁矿资源，尤其是受目前 选矿技术限制而不能利用的复杂难选铁矿石，以及目前虽能利用，但质量和利用 率较低的铁矿石【7 1 。增储增效，充分挖掘现有铁矿山的生产潜力，提高铁矿石的 自给率，缓解进口矿的压力，维持稳定、足量、优质的铁矿原料供给，是保障钢 青岛理工大学工学硕士学位论文 铁工业持续稳定的发展的有效措施【7 】o 我国铁矿石原矿品位普遍较低，比世界平均品位低1 1 ，9 7 以上的铁矿石 原矿需要进行选矿处理【7 1 ，且矿产资源利用率低，总回收率比发达国家低2 0 ， 铁等黑色金属矿山采选平均回收率仅为6 5 ，国有有色金属矿山的采选综合回收 率只有6 0 一7 0 1 8 , 9 1 。因此科研和生产要努力提高铁精矿品位，降低s i 0 2 、a 1 2 0 3 等杂质含量【l o l 。 目前选矿厂存在消耗偏高，综合回收程度偏低，部分选矿厂技术指标不高， 设备规格小，自动化程度低等问题，选矿技术成为制约我国钢铁生产的重要环节 之一【l 。因此，在国家中长期科学和技术发展规划纲要( 2 0 0 6 2 0 2 0 年) 中，将“发 展低品位与复杂难处理资源高效利用技术、矿产资源综合利用技术 列入“重点 领域的优先主题”0 2 1 。通过对选矿技术的突破，将目前不能直接作为铁矿石的难 选矿石、低品位矿石加以利用，降低我国钢铁工业对进口矿石的依赖程度，对实 现我国钢铁行业的可持续发展有重大意义【l 。 1 1 浮选在铁矿石加工中的应用 我国选矿工作者为了降低选矿成本，提高我国铁精矿质量，提出了“提铁降 硅”的学术思想，推动了铁矿选矿技术的研究，浮选技术及高效捕收剂的应用是 “提铁降硅 的关键技术之一【l l 】。浮选技术的研究成为铁矿选矿技术研发的热点， 研究浮选技术是以节能、降耗、高效、环保为根本出发点【1 3 l ，合理的利用铁矿资 源。目前浮选法选矿应用最广，大多数矿石可以用浮选法处理【1 4 l 。浮选能被广泛 的应用于矿物加工中，主要因为它能通过浮选药剂灵活有效地控制浮选过程，成 功地将有用矿物与脉石按人们的要求加以分开，使资源得到综合利用【1 5 】。 在目前的技术和装备条件下，采用单一磁选工艺对磁铁精矿进一步提质降硅 较为困难，因为有些硅酸铁没有磁性，磁选仍然可以提质降杂，但有些硅酸铁有 磁性，磁选不能分离【1 6 1 。而且入选物料越细，分选过程中的机械夹杂越严重，提 质降硅作用很小【l6 1 。对于降低精矿中呈细粒嵌布的有害杂质含量，浮选具有重选 和磁选工艺无法比拟的优势，两者都难以从细粒物料中得到优质铁精矿【1 5 , 1 6 1 。浮 选作为选别这类矿石的主要方法备受选矿工作者的关注【1 3 】。现用浮选工艺主要 有：正浮选、反浮选、浮选柱等【2 1 。 弱酸性正浮选是国内降低铁精矿硅酸盐杂质研究较多的浮选方法。葛英勇等 2 青岛理工大学工学硕士学位论文 人曾用螯合捕收剂i 2 6 6 5 选别东鞍山矿石，采用一次粗选、一次扫选、三次精 选的正浮选流程，可获得铁精矿品位为6 4 0 2 、回收率达7 6 2 3 的优质铁精矿 【1 7 】 o 沈阳有色金属研究院对辽宁宽甸某贫铁矿石进行了混合胺阳离子反浮选研 究，获得了铁品位为6 7 3 5 ，回收率为7 7 5 4 的高质量的铁精矿。酒钢钢铁研 究院在实验室对磁选精矿进行了阳离子反浮选研究，精矿品位由5 5 1 7 提高到 6 0 9 5 ，回收率达至w 9 2 9 4 【l l 】。 安徽李楼铁矿采用g h h l 阴离子捕收剂进行反浮选试验，捕收剂用量为 8 0 0 9 t 时，铁品位由4 6 6 2 提高到6 6 4 0 ，铁回收率为7 8 3 4 。海南钢铁矿业公 司采用q f 2 0 0 阴离子捕收剂进行反浮选试验，捕收剂用量y 9 8 0 0 9 t 时，铁品位由 5 9 1 0 提高到6 5 0 0 ，铁回收率为7 8 2 0 【18 1 。 苏成德等曾报道：采用填料式浮选柱选别司家营铁矿，将品位为2 8 6 7 的原 矿，提高到精矿品位达6 5 3 3 ，回收率达8 5 5 1 的指标，原浮选工艺只将品位 为2 9 2 0 的原矿，提高到精矿品位6 5 5 1 ，回收率为8 1 2 6 的指标【7 1 。 加拿大c p t 浮选柱采用了柱体外部拆装检修的气体分散器等新技术，解决了 充气器易结钙堵塞等技术难题，提高了自动控制程度。c p t 浮选柱应用于德兴大 山选矿厂，与浮选机相比，具有分选效率高、易于自动控制等优势。l 台2 4 m 1 0 m 的c p t 浮选柱可替代6 8 台b s 2 k 8 浮选机，缩短了精选作业流程，提高了精 矿品位【1 9 1 。 浮选方法的应用，被认为是世纪矿冶技术的重要成就，在处理细粒贫矿石、 矿产资源的综合利用等方面起着重要的作用2 0 1 。浮选对现有的矿石资源进行选别 使其得到很好的回收和利用，减少不必要的资源浪费，降低钢铁工业对国外的依 赖度，无论从经济上还是中国铁矿业的持续健康发展都具有重要的意义。 1 2 浮选药剂 浮选成功关键在于正确使用浮选药剂【1 5 】。浮选药剂是通过改变矿物的表面性 质，来调节矿物可浮性，从而有效地控制浮选过程，将矿物按可浮性不同加以分 开，使资源得到综合利用 1 4 , 2 1 】。浮选药剂种类很多，既有有机化合物，又有无机 化合物，既有酸和碱，又有不同成分的盐等【2 0 1 。浮选药剂在浮选过程中的作用除 调节矿物的可浮性外，还有加强空气在矿浆中的弥散，增强泡沫的稳定性，改善 青岛理工大学工学硕士学位论文 浮选矿浆的性质等【2 0 1 。 铁矿石脉石主要是硅酸盐类，而且铁矿反浮选所用药剂，最终归结为硅酸盐 类矿物的捕收剂【1 5 】，捕收剂占全部浮选药剂费用的5 0 以上。因此，捕收剂的研 究对浮选技术的发展起着关键的作用【2 1 ，2 2 1 。 反浮选捕收剂的主要作用是使目的矿物颗粒表面疏水性增强，增大矿物在气 泡上的附着力和缩短附着时间，使其易于向气泡附着【3 ，2 3 1 。浮选中加入少量的捕 收剂就使矿物表面形成疏水性薄膜。捕收剂的过量，会导致进一步精选，使精矿 的产率下降，使药剂失去选择性，影响精矿质量，有时也会使矿物的可浮性下降， 造成浪费。对于不同性质的矿石，药剂用量的波动范围很大，捕收剂用量的大致 范围2 0 一1 5 0 0 9 t ，脂肪酸类捕收剂用量较大，每吨矿大致几百克到1 k g 以上【3 ，2 0 1 。 铁矿石反浮选是在p h = 8 1 1 ，用反浮选捕收剂将硅酸盐脉石( 主要是石英) 回 收到泡沫相中【1 7 】。在反浮选中，矿浆经过药剂处理后，目的矿物矿物被抑制呈 分散状态，脉石矿物经捕收剂作用，表面疏水形成絮团，经过充气，疏水的絮团 粘附到气泡上面，使气泡矿化，成为泡沫产品，而分散状态的矿石，表面亲水， 仍留在浮选槽内【3 1 7 l 。 硅酸盐类矿物浮选所用的捕收剂大致可分为阴离子捕收剂和阳离子捕收剂 。浮选捕收剂的常用分类如表1 2 所示【2 5 】。 表1 2 浮选捕收剂的常用分类 在处理多金属和复杂难选矿时，药剂制度是个关键的问题【2 0 1 。药剂制度是指 浮选所用药剂种类及其用量、添加顺序、添加地点、添加方式、药剂的配置方法 4 以及药剂的作用时间等【3 1 。实践证明，药剂制度对浮选指标有重大影响，是泡沫 浮选过程重要的影响因素之一。药剂种类的选择，主要是根据所处理物料的性质， 可能流程方案，并参考国内外的实践经验，然后通过试验加以确定的【3 】。 浮选药剂是在固一液界面上的吸附，物料表面性质被改变，受物料表面电性 影响较大【3 1 。通过测定不同矿物的零电点，可得到溶液中不同p h 值时的带电性质。 使用阳离子捕收剂时应注意，阳离子捕收剂不能和阴离子捕收剂同时加入，因为 这两种药剂的离子在溶液中会互相反应，生成较高分子量的不溶性盐【2 5 l 。 近年来，国内外针对不同的铁矿，进行了较深入地研究，提出了能选出高品 位铁精矿的工艺流程，研制了一些新型、高效、环保的浮选药剂【l4 1 。浮选药剂的 研究方向是研制高效、低耗、低毒的新型浮选药剂，以降低选矿成本和对环境的 污染。主要发展方向：向多官能团方向发展；向异性极性即两性方向发展；向弱 极性或非极性化方向发展；向混合协同化方向发展。重点是开发捕收能力强、选 择性高、耐低温的优良捕收剂【2 1 。 浮选理论研究和生产实践证明，浮选药剂对调节矿物的可浮性，提高气泡矿 化过程的选择性和浮选速度等方面都起着决定性的作用。加强浮选药剂的研究， 研制开发性能优良的浮选药剂，是获得良好浮选分离效果，提高经济和社会效益 的重要前提【2 6 1 。 1 3 铁矿反浮选的技术现状 进入2 l 世纪，为了改善经济技术指标，提高铁精矿的品位，降低成本，提高 自产矿的竞争力，保证钢铁生产的经济技术安全，国内专家提出了“提铁降硅” 的理念，基于这种理念，国内选矿工艺、技术及设备得到迅速发剧z 7 1 ，进而推动 了铁矿选矿新技术的研究【1 1 2 8 1 。 浮选为处理各种类型的矿石开辟新的途径，对于提高与改善冶金技术经济指 标，综合回收各种有用矿物起着重要作用 2 8 1 。反浮选工艺主要分为两种，第一种 用阳离子捕收剂反浮选石英，第二种用阴离子捕收剂反浮选活化后的石英【1 4 】。 1 3 1 阴离子反浮选技术现状 铁矿阴离子捕收剂的种类很多，按亲固基的组成和结构分为：羧酸及皂 一r c o o h ( n a 、1 4 ) ，又称脂肪酸( 皂) ，常用的有油酸及其皂油酸钠、羟基磺酸盐 青岛理工大学工学硕士学位论文 r s 0 3 h ( n a 、k ) ，如石油磺酸钠【2 9 1 。阴离子反浮选脱硅工艺要求在p h = i1 1 2 左右 的强碱性介质中进行，以脂肪酸类作为捕收剂，加入淀粉、木质磺酸盐等铁矿物 的抑制剂和硅质矿物的活化剂【1 6 1 。 列别金采选厂【3 0 ，3 1 】的阴离子反浮选用木质磺酸盐，由于药剂用量大、矿浆p h 值较高，从而导致阴离子反浮选药剂制度复杂化、精矿的过滤效率低等问题。穆 罗( m u r o ) 低品位铁矿石采用阴离子反浮选工艺进行回收研究，在p h 为1 1 时，用蒸 馏水进行试验，得到品位6 9 4 0 、回收率为8 4 4 0 的铁精矿f 3 2 。 鞍山钢铁集团的何晓明等用m z 2 1 捕收剂浮选齐大山铁矿，得到精矿品位 6 5 1 0 、回收率7 8 2 4 的指标【3 3 】。在2 0 。c 时，采用武汉理工大学研制的m g 阴离 子捕收剂进行浮选试验，精矿品位即可达至0 6 5 ，回收率达至1 1 9 2 1 3 4 , 3 5 】。华联矿 业有限责任公司采用m d 3 0 阴离子捕收剂进行反浮选，在铁品位为6 0 2 2 、磨矿 细度0 0 7 6 m m 占9 0 的条件下，获得品位6 6 3 6 、产率8 5 8 4 、回收率9 4 5 9 的铁精矿，取得了显著的经济效益【3 6 1 。 长沙矿冶研究院进行阴离子反浮选进行工业试验，获得精矿品位6 5 3 3 ，尾 矿品位8 7 0 ，回收率8 0 7 2 的指标【3 7 1 。 太钢尖山铁矿在铁精矿品位为6 5 。7 5 ，s i 0 2 含量8 5 0 的情况下，通过一粗 一精三扫的阴离子反浮选，将铁精矿品位提高至6 9 0 8 ，s i 0 2 含量降至3 1 7 ， 铁回收率达至1 1 9 8 2 4 的理想选别指标【3 8 ，3 9 1 。 + 孙德娣【4 0 】用r a 3 1 5 阴离子反浮选工艺，经一次粗选、一次精选、三次扫选 取得精矿品位6 5 1 5 、尾矿品位1 2 3 5 、金属回收率7 0 0 9 的工艺指标，与同 期生产指标相比精矿品位提高1 9 9 。 吕建华【4 l 】采用阴离子反浮选工艺，给矿品位为4 4 7 7 ，进行一粗一精三扫 的选别，得到精矿品位6 5 9 5 ，尾矿品位1 4 0 7 ，回收率8 7 1 8 的指标。 关宝山铁矿床是鞍钢集团眼前山铁矿西翼延长部，属该矿后备采区，受选别 技术水平所限，一直未能开发利用。鞍山矿业公司研究所曾与东鞍山烧结厂一起 对其进行了选别工业试验研究，采用磁选一阴离子反浮选工艺，将品位提高到 6 4 6 2 ，尾矿品位降到1 5 3 8 的较理想的指标【4 2 1 。 新研制的阴离子捕收剂m h 一8 8 用于选别舞阳铁山庙贫铁矿石，获得铁精矿品 位6 5 以上，金属回收率7 2 5 6 的良好指标【1 1 。 青岛理工大学工学硕士学位论又 1 3 2 阳离子反浮选技术现状 常用的捕收剂为胺类，经活化的硅酸盐矿物也可用烃基酸类捕收；我国一般 采用十二胺、十八胺、混合胺和醚胺，国外一般用酰胺、醚胺、多胺、缩合胺及 其盐等。近年来，胺类阳离子捕收剂的反浮选取得了显著效果，如对弓长岭选厂 磁选精矿反浮选脱硅，其浮选指标己达到国际先进水平4 3 1 。阳离子捕收剂主要有 胺类及其衍生物，还有铵盐类化合物m 】。胺类捕收剂中的氨氮对水质有污染、对 于硅酸盐类矿物含量较多的铁矿石的分选效果不佳 4 5 , 4 6 】。 浮选给料的物质组成和粒度、存在的可溶性盐、水的硬度、矿浆温度等是影 响阳离子捕收剂的作用效果的主要因素。例如，矿浆液相中f f e j c a 2 + 禾1 m 9 2 + 含量提 高时，会生成难溶的化合物，降低浮选效果。同时增加阳离子捕收剂的用量。 c 0 3 2 - 和s 0 3 2 - 离子能与捕收剂的阳离子生成不溶性盐，也会增加捕收剂的用量【4 7 1 。 美 e m p i r e 选厂的阳离子反浮选工艺主要用于选别两次弱磁选后铁品位为 6 3 的铁精矿。加拿大s e p t l l e s 选厂采用阳离子反浮选，得至l j s i 0 2 含量为5 5 的精 矿，铁回收率在9 0 以上1 4 8 1 。加拿大格里非思选矿厂采用阳离子反浮选处理品位 6 6 5 0 的铁精矿，浮选铁精矿品位达n 6 9 4 9 1 。美国默萨比铁矿，以阳离子m g 8 3 作为捕收剂，最后得到较好的指标【5 0 1 。 葛英勇研制的g e 6 0 1 捕收剂，进行阳离子反浮选工艺，可获得品位为6 9 3 7 的铁精矿，回收率为9 8 6 5 的良好指标【2 1 。 武汉理工大学研制的g e 6 0 9 阳离子捕收剂，对高硅铁矿浮选效果较好，在 太钢、鞍钢、酒泉钢铁的试验及工业应用时，得到良好的浮选指标【3 3 】。 齐大山、司家营等铁矿曾用阳离子捕收剂进行大量的反浮选试验，取得良好 的效果。并在工业生产中成功应用5 1 1 。对弓长岭选矿厂 5 2 】磁选精矿，采用十二 胺进行反浮选试验，获得的铁精矿品位达至1 j 6 8 8 0 ，铁回收率达至1 1 9 8 5 0 。 采用马鞍山矿山研究院研制的s h 3 7 捕收剂，在浮选给矿品位为4 7 8 6 时， 获得精矿品位6 5 2 5 ，精矿作业回收率9 0 2 0 ，由于精矿质量的提高和药剂费 用的降低，每吨精矿药剂费用降低了1 5 8 5 ，以年产精矿2 2 0 万t 计算，选矿厂可 增加效益10 8 4 2 9 万元年1 4 j 。 鞍钢弓长岭矿业公司进行的反浮选“提铁降硅”的试验研究，对阴离子反浮 选和阳离子反浮选两种方案进行比较，确定采用阳离子反浮选方案进行工业改 青岛理工大学工学硕士学位论文 造，使铁精矿品位由6 5 5 0 提高到6 8 8 0 ，s i 0 2 含量降至4 以下5 3 , 5 4 】。 1 4 选题目的及主要研究内容 1 4 1 选题目的 我国的铁矿石总储量大，但其中的易选铁矿占的比例较小，复杂难选的铁矿 石占得比例较大。近几年，我国钢铁工业的迅速发展，对铁精矿的要求越来越高， 特别是加入世贸以后，我国选矿工作者必须加强选矿技术的研究，对传统技术进 行改良，不断“提质降杂”，才能使我国产出的铁精矿，在竞争中立于不败之地。 鲁南铁矿的反浮选工艺，铁品位从5 3 7 0 升高至j j 6 5 8 5 ，作业回收率为 8 9 2 0 ，产率为7 2 7 4 。针对鲁南铁矿的选矿实际情况，本试验主要是为了提 高精矿品位，提高回收率和产率，优化药剂制度，降低成本，指导生产而开展研 究工作。 1 4 2 课题目标和主要研究内容 本课题以鲁南铁矿选矿厂磁选粗精矿为研究对象，根据国内外选矿工艺的研 究现状，以及浮选新技术研究进展，结合鲁南铁矿矿石性质，在实验室条件下， 进行反浮选提铁降硅试验。 课题研究的目标是优化浮选药剂和药剂制度，简化流程，提铁降硅，在提高 品位和回收率的同时，降低了浮选成本，使企业的经济利益最大化。主要研究内 容包括： ( 1 ) 对试样进行多元素分析、矿物分析。 ( 2 ) 根据试样的分析结果，了解矿石性质，为制定试验方案做准备。 ( 3 ) 进行阴离子反浮选工艺试验和阳离子反浮选工艺试验，通过条件试验 结果分析，找出各因素的最佳条件。 ( 4 ) 采用正交试验法对条件试验结果进行优化。 ( 5 ) 按照正交试验优化结果，进行闭路试验。 ( 6 ) 对阴离子反浮选工艺试验和阳离子反浮选工艺试验结果进行比较，综 合考虑选矿指标，选出最优的工艺。 ( 7 ) 简述了阳离子捕收剂和阴离子捕收剂与矿物的作用机理。 第二章试验药剂和仪器设备 2 1 试验药剂 试验过程中所用药剂种类和纯度如表2 1 所示。 表2 1 主要试验药剂 2 2 试验设备 试验过程中使用的试验设备的规格型号及生产厂家如表2 2 所示。 9 表2 - 2 主要试验设备 l _ - - _ - - - - - - - 一 设备名称 规格型号 生产厂家 一 单槽式浮选机x f d 型( 0 5 l 、i l ) 长春探矿机械厂 锥形球磨机x m q - 0 2 4 0 x 9 0 湖北省探矿机械厂 微机多元素分析仪 g q - 3 e f南京固琦分析仪器制造有限公司 i o 第三章样品来源及矿石性质 3 1 样品来源 试验试样取自于鲁南铁矿选厂主厂房内，经过一段球磨，三段高频筛，二段 磁选，二段脱泥磁选后的粗精矿，铁品位为5 4 8 1 ，s i 0 2 的含量为3 9 5 2 ，属于 细粒不均匀嵌布的难选矿样，试样取回自然晾干后，装袋备用。 3 2 矿石性质 3 2 1 矿物组成 鲁南铁矿矿石系震旦纪鞍山式沉积变质贫磁铁矿混合矿床，主要含铁矿物为 磁铁矿、假象赤铁矿、半假象赤铁矿及褐铁矿，还有少量黄铜矿、黄铁矿以及少 量的磁黄铁矿和白铁矿【5 5 1 。主要回收矿物磁铁矿，多呈半自形、自形或他形集合 体产出，磁铁矿颗粒较粗，一般在0 0 1 4 0 3 1 m m ，较大颗粒可达0 3 3 0 5 7 m m 1 1 】。 硅酸盐矿物主要是铁闪石、普通角闪石，其次是黑云母和阳起石，还有微量的绿 泥石和绿帘石【5 5 】。不含铁矿物主要是石英，石英粒度大而不均，一般在 o 0 9 0 3 6 m m ，小者为0 0 1 4 0 0 1 8 m m ，普通呈粒状或集合体嵌布在其他矿物间， 其他还有长石、方解石、磷灰石，屑石和镑英石掣1 1 , 5 5 】。 矿石特点主要有：铁品位低、夹层多、硅酸铁含量高、铁矿物嵌布粒度微细 不匀、不同矿点、顶板和底板的矿石结晶粒度差别甚大、矿石性质变化大等特点。 3 2 2 多元素分析 试样的多元素分析结果见表3 1 。 表3 1 试样多元素分析结果 由表3 1 可知t f e 品位为5 4 8 1 ，s i 0 2 含量达n 3 9 5 2 ，主要是提铁降硅，硫 和磷等的含量都很低，没有其他可回收的有价元素。 青岛理工大学工学硕士学位论文 3 2 3 粒度分析 为了解粗精矿的粒度分布，可以作为试验方案的参考，对其进行粒度分析， 其粒度分析结果如表3 2 所示。 表3 - 2 粒度分析结果 粒度分析结果见表3 2 可知，该试样粒度较细，3 2 5 目为6 0 8 4 ，2 0 0 目占到 8 2 9 7 。3 2 5 目铁品位为6 0 5 7 ，该粒级的产率6 0 8 4 ，其他粒级铁品位分布均 匀，相差不大，在4 4 7 6 4 8 1 0 之间。随着粒级增大，铁分配率随着增大，3 2 5 的分配率最高，达到6 6 8 6 。可见，鲁南铁矿为细粒不均匀嵌布的复杂难选的混 合矿。 鲁南矿业公司选矿厂为了提高精矿品位和回收率，选矿厂的工艺流程在原设 计的基础上经过多次改造，都取得了一定的效果，但由于矿石性质的先天不足， 单一磁选流程已无法获得更高质量的精矿【5 5 1 。本试验采用阴离子反浮选工艺和阳 离子反浮选工艺进一步对鲁南铁矿“提铁降杂”进行探索。 3 3 生产现场的工艺流程、工艺条件 3 3 1 生产现场的工艺条件 该选矿厂反浮选工艺将铁品位从5 3 7 0 升高到6 5 8 5 ，作业回收率为 8 9 2 0 ，产率为7 2 7 4 。反浮选采用的药剂制度如表3 3 所示，工艺运行相关参 数如表3 4 所示。 ：墼塑兰奎兰星墅鹜兰堡垒圣一 表3 - 3 主厂房反浮选的药剂制度 3 3 2 生产现场的工艺流程 实际运行的反浮选流程如图3 - 1 、图3 - 2 、图3 3 、图3 4 所示。 8 5 0 图3 - 1 破碎厂房流程图 1 4 ( ) ( ) 青岛理工大学工学硕士学位论文 1 # 缓冲仓2 # 缓冲仓 图3 - 2 主厂房流程图( i ) 1 5 青岛理工大学工学硕士学位论文 3 # 缓冲仓4 # 缓冲仓 图3 - 3 主厂房流程图( i i ) 1 6 青岛理工大学工学硕士学位论文 删和8 # 磁选机精静 尾矿槽矿 图3 4 主厂房流程图( 1 1 1 ) 1 7 青岛理工大学工学硕士学位论文 第四章阴离子反浮选试验研究 常用的阴离子捕收剂主要有脂肪酸类、石油磺酸盐类等，阴离子捕收剂是指 键合原子为氧原子而非二价硫化合剜1 4 】。近几年我国选矿工作者主要对脂肪酸、 石油磺酸盐类进行改性和混合用药，使其选择性明显提高，捕收能力增强，尤其 是在阴离子反浮选捕收剂方面取得重大进展，而工业上应用较多的是氧化石蜡皂 及其精制产品、妥尔油、环烷酸皂等【1 4 】。本次试验主要采用阴离子捕收剂m d 2 8 作为试验用药剂。 试验中阴离子反浮选工艺需加入四种药剂，p h 调整齐u n a o h 、活化n c a o 、 抑制剂淀粉、捕收剂m d 2 8 。阴离子反浮选在碱性溶液下进行，分选效果良好， 所以阴离子反浮选需加入n a o h ，来调节矿浆的p h 值，使溶液呈碱性，从而造成 浮选药剂作用的有利条件、改善矿物表面状况和矿浆离子组成【5 6 1 。c a o 是石英或 硅酸盐的活化剂，价格低廉，活化效果良好，可以促进了石英与捕收剂作用；铁 矿物抑制剂淀粉，淀粉生产原料来源广泛，成本低廉，效果良好，淀粉可抑制铁 矿物的可浮性，达到提高品位和回收率的目的。m d 2 8 是新型高效的阴离子捕收 剂，无污染，可以使石英表面疏水，使石英易于向气泡附着【3 1 。 阴离子反浮选浮出量少，可以大大减少药剂的消耗量，同时提高精矿品位和 回收率，降低浮选成本，但药剂制度复杂，浮选条件苛刻，浮选的影响因素多， 浮选现场不易实现【1 7 1 。 4 1 阴离子粗选条件试验 阴离子反浮选粗选用l l 的浮选机，给矿4 7 1 6 9 ，搅拌3 m i n ，先加入p h 值调 整齐t j n a o h 搅拌3 m i n ，然后加入活化剂c a o 搅拌3 m i n ，再加入抑制剂淀粉溶液搅 拌3 m i n ，最后加入阴离子捕收剂m d 一2 8 搅拌3 m i n ，充气后粗选5 m i n ，工艺运行参 数见表4 1 所示。粗选试验按照图4 1 所示的流程进行。 表4 1 阴离子粗选工艺运行参数 4 1 1n a o h 用量试验 给矿 3 ，c a o 用南 3 ，淀粉用羹 3 ， m d 2 8 粗选 k 图4 1 阴离子粗选流程 x ；l 里 c a o l 拘用量) 白2 7 0 9 t ，淀粉用量为2 7 0 9 t ，m d 2 8 用量为3 2 0 9 t ，在此条件下 进行n a o h 用量试验，n a o h 的用量分别是6 0 0 9 t 、7 0 0 9 t 、8 0 0 9 t 、9 0 0 9 t ，试验 结果如表4 2 和图4 - 2 所示。 表4 2 阴离子反浮选n a o h 用量试验结果 9 0 0 精矿 尾矿 3 0 3 7 2 1 6 9 5 4 6 4 1 8 3 5 8 2 6 8 7 3 3 1 6 5 7 9 5 5 2 0 4 5 原矿4 7 3 2 6 1 0 0 0 05 5 4 51 0 0 0 0 1 9 7 0 0 0 6 9 0 0 、。6 8 o o 小 篷6 7 0 0 l 工 6 6 0 0 6 5 0 0 6 4 0 0 9 0 0 0 8 7 5 0 8 5 0 0 摹 料 8 2 5 0 擎 凰 8 0 0 0 7 7 5 0 7 5 0 0 6 0 07 0 08 0 09 0 0 n a o h 用量g t 图4 2阴离子反浮选n a o h 用量试验结果 由表4 2 和图4 2 可以看出，随着n a o h 的用量的增加，精矿品位逐渐增加， 回收率逐渐降低。当n a o h 的用量为7 0 0 9 t 时，继续增 j i i n a o h 的用量，铁品位的 提高不明显，同时回收率继续下降。综合考虑，n a o h 的量选定7 0 0 9 t 为最佳用 量。 4 1 2c a o 用量试验 固定n a o h 的用量确定最佳值，淀粉用量为2 7 0 9 t ，矿浆浓度为3 7 ，浮选时 间为5 m i n 的条件下，进行c a o 用量试验，c a o 的用量分别是2 1 0 9 t 、2 4 0 9 t 、2 7 0 9 t 、 3 0 0 9 t ，试验结果如下表4 3 和图4 3 所示。 2 1 0 c a o 用量g t 2 0 8 5 0 0 8 2 5 0 摹 斛 8 0 0 0 擎 回 7 7 5 0 7 5 0 0 艿 卯 筋 俗 卯 铝 醯 矾 鹋 卯 盯 装逍咯举 图4 3阴离子反浮选c a o 用量试验结果 表4 3阴离子反浮选c a o 用量试验结果 从表4 3 和图4 3 中可知，随着c a o 的用量的增加，铁品位逐渐增加，当c a o 的用量为2 7 0 9 t 时，铁品位为6 8 5 3 ，铁回收率为8 1 4 1 ，在c a o 的用量上升到 3 0 0 9 t 时，精矿品位相对于给矿品位可提高1 3 0 9 ，但随着的c a o 的用量增加， 脉石矿物与有价矿物发生了竞争吸附，导致回收率明显降低。综合考虑铁品位以 及回收率，选定2 7 0 9 t 为c a o 的最佳用量。 4 1 3m d 2 8 用量试验 固定n a o h 用量为最佳用量，c a o 用量为最佳用量，淀粉用量为2 7 0 9 t ，矿浆 浓度为3 7 ，浮选时间为5 m i n 的条件下，进行捕收剂用量试验，捕收剂用量分别 为2 2 0 9 t 、2 7 0 9 t 、3 2 0 9 t 、3 7 0 9 t ，试验结果如下表4 - 4 和图4 4 所示。 由表4 4 和图4 4 可知，随着捕收剂的用量增加，铁品位逐渐增高，在捕收剂 用量为2 2 0 9 t 时，铁品位为6 7 3 8 ，回收率为8 5 3 5 ，捕收剂用量增加到3 7 0 卧 时，铁品位达到6 8 6 9 ，回收率为8 0 5 7 。因为捕收剂的价格较高，捕收剂用 量在2 2 0 9 t 时，铁品位和铁回收率均达到要求。所以，综合考虑铁品位、铁回收 率以及选矿成本，所以选定捕收剂的用量为2 2 0 9 t 最佳用量。 表4 _ 4 阴离子反浮选m d 2 8 m 量试验结果 二二= ：= ：= 捕收剂用量( g t ) 产品 重量g产率腻t f e 铁回收率肠 一 精矿3 3 1 0 0 6 9 9 16 7 3 8 2 2 0 尾矿 1 4 2 4 6 3 0 0 9 2 6 8 2 8 5 - 3 7 1 4 6 3 原矿4 7 3 4 61 0 0 0 0 5 5 1 8 1 0 0 0 0 精矿3 2 4 4 96 8 4 6 2 7 0 尾矿 1 4 9 a 9 3 1 5 4 6 7 8 l 8 3 6 3 2 8 8 l1 6 3 7 原矿4 7 3 9 810 0 0 0 5 5 51 10 0 0 0 精矿3 1 5 7 5 6 6 7 1 3 2 0 尾矿 1 5 7 6 0 3 3 2 9 6 8 1 2 8 2 3 7 2 9 2 1 1 7 6 3 原矿4 7 3 3 51 0 0 0 0 5 5 1 71 0 0 0 0 精矿3 0 7 2 06 4 8 5 3 7 0 尾矿 1 6 6 5 0 3 5 1 5 6 8 0 98 0 0 4 3 1 3 2 1 9 9 6 原矿4 7 3 7 01 0 0 0 05 5 1 7 1 0 0 0 0 - _ - - - 一_ - - - _ - - _ i _ _ - - _ - - _ - - - _ - - - - l - 一- l - _ _ _ 一 7 0 0 0 6 9 0 0 6 8 0 0 6 7 0 0 6 6 o o 6 5 0 0 2 2 0 2 7 03 2 0 3 7 0 m d 2 8 用量g t 9 0 0 0 8 7 5 0 7 7 5 0 7 5 0 0 图4 4 阴离子反浮选m d 2 8 用量试验结果 4 1 4 淀粉用量试验 通过试验确定了m d 一2 8 、c a o 、n a o h 的最佳用量，进行淀粉用量试验，设 定淀粉用量为2 1 0 卧、2 4 0 9 t 、2 7 0 9 t 、3 0 0 9 t ，阴离子反浮选淀粉用量试验结果 如表4 5 和图4 - 5 所示。 表4 5阴离子反浮选淀粉用量试验结果 6 9 0 0 6 8 6 0 6 8 2 0 6 7 8 0 装6 7 4 0 嚣6 7 , 0 0 举6 6 6 0 6 6 2 0 6 5 8 0 6 5 4 0 6 5 0 0 2 1 02 4 02 7 03 0 0 淀粉用量g t 9 0 0 0 8 5 0 0 摹 碍 7 5 0 0 擎 回 7