铁矿选矿中的分析测试技术研究进展_叶群杰.pdf.doc

矿业研究与开发 第卷 第期年月， ， 铁矿选矿中的分析测试技术研究进展叶群杰，谢海云，陈禄政，李圆洪，童 雄，（昆明理工大学 国土资源工程学院， 云南 昆明 ；省部共建复杂有色金属资源 清洁利用国家重点实验室， 云南 昆明 ）摘 要：我国有大量的 “贫、细、杂”铁矿资源，分析检测技术 ， ， 对这类难选铁矿选别指标的提升具有重要的指导意义。阐 ， 述了分析检测技术在铁矿工艺矿物学和浮选理论研究上的， ， 应用进展，探讨了铁矿选矿中传统和新型分析测试技术的应 用现状和发展趋势，包括铁矿中磁性铁的测定方法，传统的电子显微镜和电子探针以及最新的、和：， ，技术在工艺矿物学分析测试上的应用 展望了现 ， 代红外光谱、电化学和计算机模拟等技术的不断发展和应用我国铁矿资源储量丰富，占世界，位居对药剂与铁矿表面作用机理的深远影响。世界第四，且分布广泛，但其中以贫矿居多，平均品关键词：铁矿；工艺矿物学；分析测试技术；选矿个百分点，。中图分类号：文献标识码：位仅为比世界平均品位低 我国铁矿床共生、伴生组分多，铁矿石组成较为复杂：（）文章编号 DOI:10.13827/ki.kyyk.2015.08.011且嵌布粒度细，因此，我国铁矿的选矿工作面临难度、。为使我国大量的大 效率低且成本高的诸多问题 难处理铁矿石得到高效开发利用，选矿技术的进步 ， ， ，显得尤为迫切。 ， ，选矿过程中的分析测试技术为查明矿石性质、（，制定选别流程及优化选别工艺等提供重要的判断依 ，据，同时，分析检测手段也为选矿理论的深入研究起，； 着重要的指导作用。随着经济不断发展和科技水平 ，的提高，铁矿选矿中分析检测技术也在日益进步和， ，）更新。本文对铁矿工艺矿物学和浮选药剂理论研究：， 中的主要分析测试技术的研究进展和应用现状进行 了归纳总结，这对铁矿选矿技术的完善和大量铁矿 资源的选矿利用具有重要的借鉴意义。 铁矿工艺矿物学中的分析测试技术 工艺矿物学在选矿过程中的任务是为矿石的可 ， 选性提供切实可靠的矿物学评价，从而指导选矿实 ， ， 验研究和工业生产，实现矿产资源的合理利用。其 ， 主要内容是对待处理矿物进行全方位的矿物学考 察，包括矿物或元素的状态、性状和行为规律等。工 收稿日期：； 修回日期：基金项目：国家自然科学基金项目（）；云南省应用基础研究项目（）作者简介：叶群杰（），江西赣州人，硕士研究生，研究方向为矿物加工工程，：。通信作者：谢海云（），甘肃天水人，副教授，主要从事矿物加工、湿法冶金研究，：。矿 业 研究 与 开 发， （） 艺矿物学研究要依靠先进的测试手段才能获得更为，。随着加热时间 增 至 矿 样 磁 性反而减弱精准的矿物信息，而新技术和新方法的发展与应用 等人则研究了微波预处理对赤不断给工艺矿物学增加了新的活力。铁矿磁性及分选的影响，改变微波对赤铁矿矿样处 铁矿中磁性铁的测定方法理的时间和强度，利用 测定矿样磁性变化、热磁性是铁矿最重要的工艺矿物学参数之一，磁重量分析法和差示扫描量热仪分析矿样在微波加热选是铁矿选矿的主要方法，在磁选过程中了解和掌过程中发生的相变和性质变化。研究表明，微波预握矿物磁性特征对工艺流程、生产操作和相关设备处理后的赤铁矿样磁性明显增强，分选回收率大幅的改进是十分有必要的，尤其是对于含有磁铁矿、磁提高。 等人研究了一种从赤泥中回收黄铁矿、钛磁铁矿等强磁性矿物的矿石或选矿产品，铁的方案 在无氧焙烧时 赤泥中黄铁矿会发挥催化直接检测其中磁性铁的含量是一种非常简单有效的，作用将赤铁矿部分转变为磁铁矿 并利用 测分析方法。定焙烧前后赤泥样磁性变化。，实验研究表明 焙烧磁性铁的测定，主要是根据各矿物比磁化系数，。后样品磁性增强 磁选后可得较好的铁产品的大小，控制适当的磁场力进行磁选，使强磁性矿物 分析测试技术在铁矿工艺矿物学中的应用与弱磁选矿物分离，然后测定强磁性矿物中的铁含现状量，主要测定方法有手工磁选法和磁选仪器法。手目前应用于铁矿工艺矿物学的分析测试技术已工磁选法分手工内磁选法和手工外磁选法。手工内十分丰富多元，较为传统的测试手段如光谱分析、能磁选法指用永久磁铁反复吸出磁性矿物，按照常规、谱分析 化学多元素分析 电子探针 电子显方法测定铁；反之，用永久磁铁吸住磁性矿物，将非微镜、差热分析、电化学分析法等。其中电子探针和磁性矿物反复用水冲洗出，测定剩余磁性矿物中铁，电子显微镜将铁矿工艺矿物学研究提升到分子水即为手工外磁选法。平，测试结果全面而准确。相比手工磁选法，仪器法测定更为快捷方便。 电子显微镜目前国内外常用的仪器有磁选管，自动磁力分析仪，电子显微镜可分为扫描电镜和透射电镜两种，型磁选仪，磁化仪，振动样对铁矿工艺矿物学的研究直观而全面，其中扫描电 品磁强计，超导量子磁强计等等。镜和能谱仪相结合形成了功能更强大、更适合现今班俊生等人利用磁选管和手工内磁选法配合科学研究的扫描电镜射线能谱分析法。对某地磁铁矿样品进行了磁性分析，综合分析了磁等人研究了一种用以改善湿式磁选性产物中、等成分对可， 矿样性质的电化学方法 采用扫描电镜研究矿物颗选性的影响。曾波等人应用型磁选仪，粒表面性质的变化 利用 射线分析和穆斯堡尔，谱测定了电化学法处理前后矿样性状的变化。研究测定了某铁矿石中磁性铁的含量 并使用超声波粉，表明，用该法处理后矿样磁化率、磁化强度和磁粘滞碎法对测定试样进行了预处理 其测定结果优于人工磁选法的测定结果，且操作简便。，。性等参数相应增大 利于提高湿式磁选指标振动样品磁强计 （ 等人利用扫描电镜射线能谱法和 ， ）是测量材料磁性的重要手段，广泛应研究了非金属添加剂对铁矿耐磨性和解离度用于各种铁磁、亚铁磁、反铁磁、顺磁和抗磁材料的的影响，结果表明碳酸钠的添加可以提高铁矿样的磁特性研究中，近年来逐渐在选矿领域被用于测定可磨性和解离度，在后续选别过程中达到较好的分矿石的磁性特征。，选指标。 功能齐全 可以测试各种磁王明燕，、性参量 如饱和磁化强度 磁滞曲线 磁化率 矫顽通过扫描电镜射线能谱和力、剩磁和磁化曲线等等，能够对矿石磁性特征进行化学物相分析等综合手段对安徽某铁矿进行了工艺全面深入的分析。矿物学研究。，化学物相和 研究表明 矿石中 等人研究了微波加热对铁矿磁性的、主要铁矿物为磁铁矿 赤铁矿和少量的褐铁矿与菱影响，将不同铁矿样分别用微波加热不同时间段后，铁矿。扫描电镜能谱分析结果表明，磁铁矿中存在用测定各矿样微波前后磁性变化。结果表中含有、 、 、 等杂质元素，对铁精矿品位的，提高造成一定影响。明 微波加热铁矿样后 矿样磁性显著增强 但叶群杰，等 铁矿选矿中的分析测试技术研究进展矿业研究与开发， （） 电子探针 电子探针是一种显微分析和成分分析相结合的微区分析，将电子探针与显微镜技术相结合，可以把 显微镜下观察到的显微组织和元素成分联系起来， 对铁矿物质组成和赋存状态进行精确定量的研究。王安琪等人以电子探针、化学多元素分析、 物相分析和透反射显微镜为主要研究手段，对黔西 北某地伴生多金属低品位铁矿进行了详细的工艺矿 物学研究。电子探针背散射电子成像和特征 射线分析表明矿石中铁主要以褐铁矿形式存在，与粘 土矿物混杂共生，少量钛以类质同象形式混入褐铁 矿中，矿物间嵌布关系复杂，矿石中还存在少量硅铁 钛金属互化物，依靠传统物理选矿方法难以达到有 用矿物的富集。徐宏详等人对印尼某锡铁矿矿 石进行了系统的工艺矿物学研究，通过化学多元素 分析、和物相分析表明主要有价元素为铁和 锡，铁主要存在于磁铁矿中，利用电子探针和光学显 微镜等设备发现锡主要以类质同象和杂质形式分布 在硫化物和脉石矿物中，可以被回收利用的独立矿 物为锡石和水锡石，并提出设计了适合该矿石的基 本工艺流程。 分析测试技术在铁矿工艺矿物学的发展趋势随着计算机和微电子等技术的不断进步，工艺 矿物学领域逐渐呈现信息化和自动化的趋势，相关 分析测试技术发展迅速。但工艺矿物学研究手段的 真正突破在于参数自动测定系统的出现，将较为典 型 的 有 （ ）和 （ ）。另外， 和技术也得到了成功的应用。 扫描电镜矿物定量评价（）扫描电镜矿物定量评价（）是基 于微米尺度的化学分析和以 为基础的全自动 多功能矿物学分析系统，由 射线能谱确定矿物 的组成成分，另外经过背散射电子像区分各矿物物 相。该仪器包含一个基础扫描电子显微镜、四个轻 元素能量色散射线探测器、一个微量分析仪以及 一个电子处理单元组成。矿物的自动识别由其软件 中的完成，它为待分析矿物能谱成分数据库，将能谱分析数据与此数据库中的数据进行比对，就可 以识别矿物。 可自动测定矿物的解离 度、矿物嵌布粒度、矿物相对含量等工艺矿物学 参数。可用于铁矿工艺矿物学的研究。 等人采用 对恩库特铁矿进行了全面的工艺矿物学研究。结果表 明，该铁矿主要有用矿物为磁铁矿、赤铁矿、假象赤 铁矿和针铁矿等，和脉石矿物混杂共生，嵌布粒度细 较难解离。推荐在磨矿细度目的条件 下，采用弱磁强磁浮选联合流程进行选别。 等人通过计算机模拟分析了条带 状赤铁矿带宽粗细对磨矿解离度的影响，并利用对实际矿物在相同条件下磨矿解离情 况进行了的检测和验证，二者结果相互吻合。研究 表明，粗带状赤铁矿磨矿解离度和浮选回收率要优 于细带状赤铁矿，该研究对赤铁矿资源综合利用具 有一定指导意义。同时， 等人利用的自动检测功能，对条带状铁矿的带宽 和共生砾岩中碎屑尺寸及两者之间共生关系和嵌布 特征做了统计学研究，建立了一种对该类铁矿解离 度和最佳磨矿粒度的预测方法，为制定该类铁矿的 磨矿工艺提供了理论依据。等人对瑞典和芬兰个不同矿 区的磁铁矿精矿进行了浮选降硫实验研究。 检测结果表明，精矿中硫元素主要存在于雌 黄铁矿中，嵌布粒度细且与磁铁矿混杂共生，弱磁选 工艺难以有效降硫，推荐先进行磁选对磁铁矿进行 富集，再在细磨的条件下浮选降硫，从而达到相关产 品的要求。 矿物解离度分析（）矿物解离度分析（）是目前世界上较先进 的工艺矿物学参数自动定量分析测试系统，由台 扫描电镜和个 能谱构成，其工作 原理为利用背散射电子图像区分不同物相，灵活利 用能谱分析快速而不失全面准确鉴定矿物，充分利 用现代图像分析技术获取工艺矿物学参数，可以实 现对选矿厂工艺流程快速合理的评估，为企业改进 生产工艺、提高资源回收率提供技术依据。另外，针对不同矿区的矿样 可以建立不同的标样库， 针对不同需求可以采用不同的测量模式，该仪器的 引入表明我国矿产资源综合利用装备迈入世界先进 行列。 在铁矿工艺矿物学分析中的用途较为广 泛，可通过多种模式来确定矿物的一系列参数，如： 矿物组成和含量、产品磨矿粒度分布、矿物的嵌布粒 度分布、目标矿物解离度、目的矿物与脉石矿物的连矿 业 研 究 与 开 发， （） 生及程度分布、元素赋存状态以及精矿品位与回收 率关系曲线，此外，还可以根据工作的需要得出相关 的参数。李艳军等人利用 、 等手段，对吉 林羚羊铁矿进行了详细的工艺矿物学研究。结果表 明，铁元素主要存在于磁铁矿和菱铁矿中，少量存在 于鲕绿泥石和磁绿泥石等脉石矿物中。各矿物之间 混杂共生，嵌布粒度细，且脉石矿物易泥化，较难选 别。刘婷婷等人通过 、光学显微镜、等手段对加拿大某钒钛磁铁矿进行了详尽的工艺矿 物学研究。研究表明，该矿中主要有用矿物为钒钛 磁铁矿、钛铁矿、钛辉石等。其中钛元素主要赋存于 钛磁铁矿和钛铁矿中，同时钛磁铁矿中有微细的钛 铁矿固溶体存在。刘永生等人通过 、电子探针、 等手段对某高磷鲕状赤铁矿进行了工艺矿物学研究。 结果表明，铁元素主要存在于赤铁矿和褐铁矿中，赤铁矿常与石英、鲕绿泥石和黏土矿物互相包裹形成 鲕粒，粒度主要为，常规选矿方法难 以有效富集铁矿物，推荐使用选冶联合工艺。 电感耦合等离子体质谱（）电感耦合等离子体质谱法（）是以等 离子体为离子源的一种质谱型元素分析方法，主要 用于多种元素的同时测定。近年来，电感耦合等离 子体质谱常用于测定铁矿中稀土元素和同位素的含 量及分布特性。 等人利用技术对白云鄂 博铁矿中铁元素同位素的组成和赋存状态进行研 究，研究表明，在细粒铁矿分选所得到氧化铁产品和 混合矿物产品中，铁同位素的组成相近，铁同位素在 磁铁矿和白云石及赤铁矿和磁铁矿中分馏程度较 小。 等人则通过对白云鄂博铁矿稀土元素在磁铁矿和赤铁矿中的赋存 状态及嵌布特征进行了研究。结果表明，磁铁矿和 赤铁矿中有着相似的稀土元素和其他金属元素，条 带状磁铁矿中稀土元素含量最高。陈贺海等人 建立了同时测定铁矿石中钇镧铈镨钕钐 铕钆铽镝钬铒铥镱镥个稀土元素的方法，对其中 稀土元素的丰度特征进行了探讨。 铁矿浮选药剂理论研究中的分析测试 技术先进的测试技术不仅在工艺矿物学上能够准确而快速地测定矿物自身的各种参数，而且在选别的 理论研究方面也起着重要的作用，是不可或缺的环 节。近年来铁矿浮选工艺与药剂发展迅速，面对铁 矿资源趋于“贫、细、杂”的特点，铁矿浮选技术逐渐 体现出其优势。浮选过程可以看作矿物表面性质变化的过程，通过检测分析矿物表面性质，来推断药剂在矿物表 面可能发生的作用，为基础理论的研究提供依据。 目前，已用和可用于该研究的方法主要有红外光谱、电化学测试、电子探针、 光电子能谱、电子自旋共振波谱、紫外光谱、离子质谱、拉曼光谱、计算机模拟 技术等。通过上述一系列分析方法，研究人员对选 矿过程中铁矿表面与药剂的作用机理有了较全面的 了解，并提出了许多有价值的理论。 红外光谱和电化学测试技术目前，红外光谱吸收法除了运用于鉴定选矿药 剂的结构外，还可以用来分析鉴定矿物表面与药剂 作用的结果，主要是通过不同物质对红外光的选择 性吸收来分析物质的结构，通过比较矿物浮选前后 及药剂的特征吸收峰，就可以推断出药剂与矿物的 作用形式及作用后的产物。电化学测试常常通过分 析检测浮选过程中矿物表面和矿浆电位的变化，从而推断药剂在矿物表面可能发生的化学作用，进而 得出一系列有用的选别理论。红外光谱和电化学测试常常同时运用于铁矿浮选药剂理论的研究。衰减全反射红外光谱（）对矿物表面微区成分的分析方便而快捷，检测灵敏度高。等人通过 研究了钙离 子和硅酸钠对磁铁矿浮选中阴离子捕收剂吸附作用 的影响。研究表明，被钙离子活化后的磁铁矿表面 对捕收剂的吸附量显著增大，且钙离子可以活化被 硅酸钠抑制的磁铁矿。之后还对消 除磁铁矿精矿表面残留捕收剂对制造球团的不利影响进行了研究，和电位测试结果表明，阴离子型聚丙烯酸酯可以通过钙离子吸附于 磁铁矿表面，使磁铁矿精矿重新变得亲水。淀粉对赤铁矿有较强的抑制作用，广泛使用于 赤铁矿浮选工艺中。杨斌等人研究了 淀粉在菱铁矿与赤铁矿分离中的作用，电位和红外光谱测试结果表明， 时， 淀粉对菱铁矿具 有选择性抑制作用，淀粉与赤铁矿为化学吸附，使赤铁矿强烈亲水，达到抑制目的。 等人对可溶性淀粉、玉米淀粉、马铃薯淀粉和叶群杰，等 铁矿选矿中的分析测试技术研究进展矿业研究与开发， （）大米淀粉对赤铁矿的抑制情况进行了研究，在十二 胺为捕收剂的条件下种淀粉均表现出对赤铁矿的 良好抑制作用，其中可溶性淀粉抑制效果最好。红外光谱和电位测试结果表明，淀粉作用后赤铁 矿表面电位降低且存在氢键作用。红外光谱和电化学测试技术常常运用于铁矿浮选新药剂的研究工作中。 等人 介绍了一种新型磁铁矿反浮选的捕收剂 ，相对于传统的十二烷基氯化铵，其具有更强的选择性和捕收性能，红外光谱、电位测试表明， 吸附于石英表面，提高其电位和疏水性，并以 静电吸附作用为主。葛英勇等人运用 研究了酒钢还原焙烧磁选精矿工艺矿物学参数，并以 新型磁铁矿反浮选捕收剂 进行了浮选试验，得到了良好的浮选指标。电位、红外光谱和溶液化学等研究表明， 时，石英表面 为负电荷，对捕收剂静电吸附作用强，而此时磁铁矿 对捕收剂吸附作用差。 其他测试技术上述表面测试技术虽然在现今应用较为广泛， 但是还有一些较新的测试技术也在一些研究工作中 得到 了 研 究 者 的 青 睐，如 射 线 光 电 子 能 谱 （），原子力显微镜等，使得表面测试技术在铁矿 浮选理论的研究中更加丰富和全面。原子力显微镜是研究铁矿表面性质和结构的利 器，拥有纳米级的高分辨率和高灵敏度。 等人通过原子力显微镜和分析了在氯化钙溶液中磁铁矿精矿颗粒之间的相互作 用，随着钙离子浓度增大，颗粒之间吸附作用增强， 推测在磁铁矿表面生成了硅酸钙或碳酸钙一类物 质。是一种先进的表面分析技术，对铁矿表面 总体和各微区化学信息的研究全面而深入。陈 雯利用、紫外光谱等手段对镜铁矿与绿泥石 分选捕收剂结构和反浮选机理进行了研究。 新型测试技术的研究和应用随着计算机和软件技术的发展，许多铁矿选矿 过程可以通过模拟技术来分析检测，使相关选矿和 计算过程更加简单方便，在各种条件下可以快速精 准地实现生产或实验的最佳操作与控制。 等 人 利 用 密 度 泛 函 理 论（）模拟检测油酸与赤铁矿、磁铁矿和针铁矿之 间的相互作用，并用量子化学计算进行验证，结果表明磁 铁 矿 与 油 酸 作 用 最 牢 固，浮 选 指 标 最 佳。 等人采用静态能量极小化技术模拟 分析了磁铁矿