【《弱磁性氧化铁矿分选技术现状研究的文献综述》6100字】

弱磁性氧化铁矿分选技术现状研究的文献综述目录TOC\o"1-3"\h\u9411弱磁性氧化铁矿分选技术现状研究的文献综述 1112051.1直接分选工艺 1126881.2磁化焙烧工艺 2107331.3表面磁化技术现状 3目前弱磁性氧化铁矿的主要的选别方法有直接分选工艺、磁化焙烧-磁选工艺[16]及表面磁化磁选工艺。1.1直接分选工艺直接分选工艺指通过传统选矿方法对弱磁性氧化铁矿进行选别，即直接通过重选、强磁选或浮选的方法选别弱磁性氧化铁矿。1.1.1重选重选主要是根据各种矿物的密度的不同，在运动介质中所受重力、流体运动和其他机械力不同，从而实现按密度分选矿粒群得过程的一种选矿方法，具体包括摇床、螺旋溜槽、离心选矿等。重选在弱磁性氧化铁矿的选别中主要起到预富集、分级的作用，鞍钢齐大山选矿厂曾在系统总结鞍山地区红铁矿选矿技术进步经验的基础上，对原有阶段磨矿-重选-磁选-阴离子反浮选工艺流程中的重选进行了改进，采用螺旋溜槽预选出合格粗粒精矿，抛掉粗粒尾矿，取得了较为理想效果[17]。安徽某赤铁矿选厂也通过使用离心重选机，将经过弱磁选、中磁选所得的混合磁精矿进行离心重选，最终获得了铁品位为65.19%、回收率为60.78%的合格铁精矿[18]。RaoGV等学者[19]通过建模分析用螺旋溜槽选别印度Kirandul铁矿泥的过程，发现当控制矿浆流速为2.2m3/h、矿浆中固体含量为16%及溜槽分流板处于14.4cm时，可获得铁品位为69.98%、回收率为79.20%的优质铁精矿。1.1.2强磁选强磁选在弱磁性氧化铁矿的选别中占很大比重，而强磁选的分选效果除了与原矿性质直接相关外，还与强磁机技术的发展密不可分[20]。唐山首钢马兰庄铁矿通过使用处理量更大、磁系包角更大的新型的CTNS-1230强磁机替代CTB-1030型强磁，有效的提高了铁精粉的回收率、降低了尾矿的品位，选矿指标得到了显著改善[21]。MorarR等人[22]为分离菱铁矿中的磁铁矿，采用了滚筒式强磁机进行磁选，最终磁选精矿铁回收率达80%以上，取得了较好的分离效果。王维维等学者[23]为了解决白云鄂博某低品位铁矿回收率低、回收成本高的问题，采用了BX型强磁机进行分选，最终发现其低品位铁矿经过干磁抛尾-两段磨矿-三段选别工艺流程后可得铁品位为65.31%、回收率为65.39%的铁精矿，实现了对该低品位铁矿的有效回收。酒钢为有效回收弱磁性粉矿中的铁矿物，采用Slon-2500立环高梯度强磁选机和ZH3200-II型湿式平环强磁选机组合使用的方法，有效回收了粉矿中的铁矿物，金属回收率达65%以上[24]。1.1.3浮选通过浮选回收弱磁性氧化铁矿时[25-27]，浮选主要起到“提质降杂”的作用，常与重选、强磁选工艺联合使用。酒钢选矿厂采用阳离子反浮选工艺对磁选产品进行精选，生产实践表明，该工艺脱硅效果好，药剂制度简单，与原有单一磁选工艺相比，精矿品位提高4.04个百分点，SiO2含量降低4.74个百分点[28]。李晓波等人[29]为分选某低品位弱磁性氧化铁矿，采用了弱磁—强磁—阶段磨矿—反浮选的分选流程，其中在反浮选精选时，使用玉米淀粉为抑制剂、MH850为捕收剂，最终获得了铁品位为64.95%、回收率为72.17%的合格铁精矿，取得了良好的分选效果。1.2磁化焙烧工艺磁化焙烧是体积磁化中的一种，也是现有增强弱磁性氧化铁矿磁性的主要方法。体积磁化的另一种方法-热磁化法，由于相对较难控制温度达到居里温度或奈尔温度，从而使物质的反磁性或铁磁性转变为顺磁性，因此热磁法在选矿工艺上应用相对较少。磁化焙烧工艺是处理弱磁性氧化铁矿的一种重要方法，它主要是通过还原焙烧、氧化焙烧、中性焙烧的方法使不同的弱磁性铁矿转变为强磁性磁铁矿，再通过弱磁选分离脉石矿物的选别方法。按照焙烧的方法又可将磁化焙烧分为竖炉法、回转窑法、流态化焙烧法等。竖炉法处理量较大，但其还原焙烧质量不均匀，而且很难处理粉矿；回转窑磁化焙烧的质量及分选指标高于竖炉，但是当采用的粉矿粒径较大，结构较致密时，也会存在内外还原不均匀的问题，而回转窑磁化焙烧也经常因回转窑“结圈”而影响回转窑的运行；与竖炉、回转窑相比，流态化磁化焙烧工艺其主要优势为磁化焙烧速度快，生产效率高，大大节约焙烧能耗，但也存在生产成本大、设备维护难等相关问题[30-34]。如YuJ等学者[35]研究流态化磁化焙烧磁选赤铁矿时发现，虽然大部分赤铁矿被选择性地转化为磁铁矿，磁性得到提高，但仍有部分粗粒晶体的赤铁矿未能被转化而随尾矿被丢弃。目前，磁化焙烧处理弱磁性氧化铁矿取得了较显著效果[36-38]。GaoYB等人[39]通过采用CO选择性还原焙烧含铁低品位锰矿，将赤铁矿还原为磁铁矿，然后通过磁选分离磁铁矿，取得了良好分选效果；LuoB等人[40]通过磁化焙烧-磁选法回收某铜尾矿中的γ-Fe2O3，也取得了良好富集效果。KaiZ等学者[41]在研究低品位褐铁矿磁化焙烧时的相变规律对磁性能的影响时，发现铁矿石的磁性与磁化焙烧温度有关，随着温度的升高，铁含量逐渐增加，褐铁矿的磁性也随之增加，在700℃时，铁精矿的饱和磁化强度达到最大值。ShuaiY等学者[42]研究了悬浮磁化焙烧磁选回收褐铁矿的相关工艺，将原矿在560℃下焙烧20min，并控制CO浓度为30%、总气量500ml/min、磨矿细度为-38μm占85%，再将被烧产品磁选，最后获得矿品位58.29%、回收率91.45%的合格铁精矿。YongSS等学者[43]也进行了相关工作，通过悬浮磁化焙烧磁选工艺回收某低品位弱磁性褐铁矿中的铁，取得了良好效果。然而磁化焙烧技术在国内工程应用中仍然存在一定弊端，如湖北黄梅以长沙矿冶研究院闪速焙烧技术为背景，建设了年处理60万t难选矿流态化磁化焙烧工艺生产线，因成本高、指标不达标问题停用；大西沟处理菱铁矿的回转窑因成本、环保问题停用；新疆阿图什磁化焙烧回转窑脱硫改造后，因窑体结圈、成本问题停用；酒钢1983年与长沙矿冶研究院在实验室回转窑磁化焙烧取得较好指标基础上，开展了酒钢粉矿3.6×50m回转窑磁化焙烧工业试验，后因窑体结圈、冷却设备等问题停用拆除；鞍钢、包钢曾采用竖炉磁化焙烧，后因竖炉焙烧时间长、焙烧矿质量不均匀、成本高等问题停用。总体而言，通过磁化焙烧磁选法选别此类弱磁性氧化铁矿虽然可取得较好的选别效果，但仍然会面临焙烧质量不均匀、焙烧段的设备及能源的损耗、焙烧后烟气的处理等问题，这些都大大增加了选别成本，因此磁化焙烧磁选法处理弱磁性氧化铁矿并非长久之计。1.3表面磁化技术现状表面磁化法是通过增加弱磁性氧化铁矿表面的磁性，扩大其与脉石矿物的磁性差异，从而通过弱磁选实现脉石矿物与目的矿物分选的方法。主要包括碱浸磁化、电化学处理磁化、生物磁化及磁种磁化。1.3.1碱浸磁化碱浸磁化是指矿物表面溶解产生的Fe3+（Fe2+）或外加的铁离子与OH-反应，最终在弱磁性氧化铁矿物表面生成磁性更强的Fe3O4或γ-Fe3O4颗粒的方法。以菱铁矿为例，磁化过程主要分为两个阶段，首先菱铁矿在碱的作用下溶解，在菱铁矿表面逐渐生成亚稳态的Fe(OH)2；经过氧化，覆盖于菱铁矿表面的Fe(OH)2氧化为强磁性的Fe3O4或γ-Fe3O4。具体浸出和氧化过程的化学反应如下：FeCO3+2NaOH=Fe(OH)2+Na2CO3(1-1)Fe(OH)2+O2=Fe3O4+H2O(1-2)Fe(OH)2+O2=γ-Fe3O4+H2O(1-3)伍喜庆等学者[44]在研究溶液pH值对菱铁矿溶解性的影响时发现在室温条件下，控制矿浆pH为12左右，将菱铁矿矿浆在400r/min的搅拌速度下搅拌8min后磁选，精矿回收率提高近10%，而且适当提升矿浆反应温度时，回收率还可增加。段云峰等学者[45]发现向碱性赤铁矿矿浆中添加Fe2+可以促进赤铁矿表面生成Fe3O4晶粒，当控制温度为50℃，外加0.012mol/L的Fe2+离子与0.15mol/L的氨水反应一段时间后，在赤铁矿表面生成Fe3O4晶粒，赤铁矿表面磁性增强，这也使得赤铁矿磁选精矿回收率由68.0%提升到95.2%。1.3.2电化学处理磁化电化学处理技术主要是通过电极的极化作用，使某些若磁性矿物，如赤铁矿、褐铁矿等表面溶解并产生氢氧化物的薄膜，再随着薄膜的变薄、溶解，矿物表面发生电子转移，铁的元素价态将发生改变，与此同时通过调控矿浆的成分组成，使其在矿物表面生成强磁性铁氧化物。以赤铁矿为例，在电极的极化作用下，赤铁矿表面形成的氢氧化物相互作用形成强磁性的Fe3O4，从而实现赤铁矿的表面磁化，具体反应如下：2FeO(OH)+Fe(OH)2=Fe3O4+2H2O(1-4)2Fe(OH)3+Fe(OH)2=Fe3O4+4H2O(1-5)前苏联学者为了从库尔斯克磁力异常区克里伏巴什矿区回收当时无法回收的菱铁矿，采用了电化学处理磁化的方法，使得菱铁矿表面产生了磁铁矿相，磁化率提高了近20倍，磁选后的磁性产物产率也有明显提升[46]。我国蒋朝澜等学者[47]也进行了针对菱铁矿电化学处理磁化的相关研究，首先将菱铁矿通过苛性钠碱浸预处理，再将其在阴极极化5min后，又在阳极极化15min，且阴极极化电流为0.06A，阳极极化电流为0.04A，背景磁场强度为0.18T。处理后菱铁矿磁选回收率提升了近15%，取得了较好的磁化效果。1.3.3生物磁化微生物很早就用于矿物冶金中，其主要是利用微生物自身的氧化或还原特性，选择性的氧化或还原矿物中的有用金属成分[48]。对弱磁性氧化铁矿而言，可利用微生物的异化还原作用，将弱磁性氧化铁矿中的Fe3+还原为Fe2+，再通过Fe3+与Fe2+结合反应生成强磁性的磁铁矿（Fe3O4），从而达到显著增强矿物磁性的目的[49]。徐亦寒[50]研究SRB分解磁赤铁矿时发现，在实验初期，SRB向NMTO传递电子，NMTO中的Fe3+被还原，矿物分解产生纳米粒径、超顺磁性的NMTO，使体系磁化率增加。时梦然[51]通过对希瓦式菌还原水铁矿的研究发现，在希瓦式菌的作用下，水铁矿的晶型转变为针铁矿、磁铁矿，其中针铁矿为中间产物，而且微生物接种量的越多，针铁矿向磁铁矿转换的就越充分，矿物比磁化系数增加越明显。李曦等学者[52]研究发现一株由深海热液区分离得到的嗜热异化铁还原菌新种，此菌可将羟基氧化铁、针铁矿及无定形的铁氧化物还原，还原后均可生成细粒状的磁铁矿，且针铁矿还原矿化后形成的磁铁矿颗粒粒径最大。在研究聚合硫酸铁（PFS）絮凝重金属离子时，王琴[53]发现自然水体沉积物中广泛村存在着异化铁还原菌，在PIPES缓冲体系下，其可以将沉积物中的Fe3+还原为Fe2+，并矿化形成磁铁矿。1.3.4磁种磁化磁种磁化指在高速搅拌的矿浆中加入磁种，使磁种（细粒分散的强磁性物质）与目的矿物选择性吸附或团聚，最终达到提高目的矿物表面磁性的方法。磁种主要包括三类：一是细磨的磁铁矿、铁屑、钛磁铁矿、硅铁等，这类磁种主要通过物理方法获得，将其细磨到几微米至十几微米即可；二是磁性铁氧体颗粒，其分子式为MO·Fe2O3，M为二价金属离子，如Mn、Ni、Zn、Mg、Ba等；三是磁流体，是由0.1~100nm的分散剂、导磁材料和载体融合而成的胶体悬浮液[54]。磁种磁化法根据磁种与目的矿物团聚的原理不同，又可将磁种磁化分为磁团聚磁化法、凝聚磁种磁化法、疏水团聚磁种磁化法、高分子絮凝磁种磁化法及复合聚团磁种磁化法。（1）磁团聚凝聚磁化磁团聚凝聚磁化是指磁性矿物颗粒在自身微弱的团聚特性下，在磁场中矿物颗粒自发团聚的现象，团聚后颗粒相对于未团聚之前的细粒磁性矿物及脉石矿物而言，磁性更强，更易于分选。储德应等[55]发现搅拌速度对磁团聚影响较大，当搅拌速度增大时，矿浆中的剪切力增大，不易于磁聚体的形成；当搅拌速度低时，矿浆中存在的剪切力小，磁聚体虽易形成，但脉石矿物夹杂会加重，使精矿品位有所降低，因此需合理调控搅拌速度。秦彩霞等学者[56]在研究磁化焙烧-弱磁选的方法选别酒钢镜铁山难选氧化铁矿时也发现了磁团聚现象，当用几种不同磁化焙烧方式焙烧镜铁山铁矿后，焙烧产品在弱磁选时都会产生磁团聚现象，虽然使精矿回收率有所提高，但也使精矿中脉石矿物夹杂量增加，致使精矿品位有所下降。磁团聚重力分选机（磁聚机）就是以磁团聚为原理而制得，磁聚机内含磁场，使磁性矿物产生团聚，聚团在自身重力、切向的离心力及上升水流作用下实现分级分选[57]。唐钢[58]棒磨山铁矿就曾采用磁聚机对其原选矿工艺进行改进，改进后精矿品位提升至68%以上，取得了一定成效。（2）凝聚磁种磁化凝聚磁种磁化法的原理可通过DLVO理论解释，首先使颗粒呈分散状态，然后通过调节矿浆的pH值，或者改变矿浆中电解质的含量，使矿物表面的电位发生改变，双电层受到最大压缩，从而在颗粒间范德华力、表面双电层的影响及机械力的作用下，磁种与目的矿物发生选择性凝聚的过程，而非目的矿物仍处于分散状态。幸伟中等学者[59]研究凝聚团聚磁种磁化法分选-33~+20μm赤铁矿和石英(1：1)的混合矿时，发现添加一定量的六偏磷酸钠会提高磁种在赤铁矿表面凝聚的选择性，而且磁种在零电点在6.45左右时，磁种与石英、赤铁矿具有最好的异质凝聚效果。松全元等[60]也进行了相关研究，通过六偏磷酸钠的作用，使磁种选择性罩盖在细粒酒钢铁尾矿上，再经过一粗一精一扫磁选流程后，获得了铁品位为51.33%，回收率为76.12%的合格精矿。岳涛等人[61]将凝聚磁种法应用于煤、黄铁矿和赤铁矿矿泥的浮选中，即添加磁种和低强度磁场，以实现细粒团聚，从而提升浮选效果；伍喜庆等人[62]也发现调节矿浆温度和pH值可以使黄铁矿产生自磁化，产生磁化黄铁矿，进而作为磁种用于黄铁矿的浮选，以促进浮选回收率。（3）疏水团聚磁种磁化疏水团聚法是通过表面活性剂选择性作用在弱磁性氧化铁矿与磁种上，改变其二者表面疏水性，使磁种与弱磁性氧化铁矿发生疏水性团聚[63]，而达到增强弱磁性氧化铁矿表面磁性的目的，具体作用过程如图1.1所示。图1.1疏水团聚机理图韩兆元等[64]研究疏水团聚磁种磁化法分选赤泥中的含铁矿物时，发现当矿浆浓度控制为45%，磁种添加量为5%，同时添加一定量水玻璃、柴油及油酸，再搅拌15min后磁选，最终磁选精矿回收率较直接磁选提高近10%；徐淑安等[65]对此也做了相关研究，其改用六偏磷酸钠为分散剂，并通过煤油、油酸作为表面疏水剂，再添加磁种进行搅拌、磁选后发现精矿铁品位比赤泥原矿提升了近30%，取得了较好的选别效果。在研究用疏水磁种磁化法选别赤铁矿时，许鹏云[66]预先对磁种进行改性处理，即在合成的微细粒的Fe3O4后，首先用十二烷基硫酸钠对磁种表面进行疏水化处理，再将磁种添加到矿浆中，并通过油酸钠促使磁种与赤铁矿的选择性疏水团聚，取得了较好的磁化效果。SinghS等人[67]通过合成油酸盐胶体磁铁矿磁化巴尔苏铁矿泥中的弱磁性铁矿，当矿浆pH值为7，胶体磁铁矿浓度为10~40g/t时可获得最佳磁化效果，磁选后可得铁品位为62.6%的铁精矿，相对原矿铁品位提升了近6%。（4）高分子絮凝磁种磁化高分子絮凝团聚法是以絮凝剂为“桥梁”，实现磁种与弱磁性氧化铁矿的选择性团聚，其选择性主要是通过絮凝剂分子结构上的官能团实现，