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杨招君 2,，谢宝华 2,，钟森林 2,*，王丰雨 2,，梁焘茂 2,，李 波2,
（1.广州粤有研矿物资源科技有限公司,广东 广州 510651；
2.稀有金属分离与综合利用国家重点实验室,广东 广州 510651；
3.广东省科学院资源利用与稀土开发研究所,广东 广州 510651）
资料表明，世界铁矿石储量约1 900 亿t，铁金属储量在900 亿t 左右，其中澳大利亚的储量超过世界的1/4，约530 亿t，并且70%是可直接装船的高品位矿石[1]。近几年铁矿石价格持续走高，澳大利亚的铁矿行业出现了空前繁荣；
从2008 年开始，澳大利亚超越巴西成为我国的第一大铁矿石进口国，澳大利亚的铁矿石品位、质量的改变将直接影响我国钢铁生产中炉料的配比情况。由于常年大量开采，高品位资源逐渐减少，铁矿石品位逐渐降低，澳大利亚已经开始开采和利用低品位、质量相对差的矿石，以减缓高品位优质铁矿石的枯竭速度[2]。
目前，铁矿主要采用重力选矿、磁化焙烧-磁选、磁选-浮选等方法处理[3]。澳大利亚某矿石主要可回收矿物为赤铁矿和褐铁矿，脉石矿物主要为硬锰矿、高岭石和石英，为了有效开发和利用该铁矿，笔者所在项目组针对性地对其开展了多元素分析、矿物组成分析和铁的粒度分布情况等一系列工艺矿物学研究，在此基础上进行单一磁选、重选和磁-浮联合流程试验研究，最终结果表明，对含Fe57.93%的原矿，采用磁选-浮选工艺流程获得Fe 品位为68.57%、回收率为76.45%的铁精矿。
1.1 矿石性质
原矿多元素分析结果见表1，X 射线衍射谱见图1，采用MLA 自动矿物定量测定该样品各矿物含量，测定结果见表2。分析可知，样品主要由赤铁矿和针铁矿（褐铁矿）为主，矿石中铁基本上呈三价铁（Fe2O3）状态产出，氧化亚铁（FeO）含量很低。脉石矿物为少量高岭石和石英，其次为黑云母和长石，有害元素磷和硫含量很低，对矿石的质量基本不构成影响，且矿石矿物组成较为简单。
表1 原矿多元素分析Table 1 Spectral analysis results of run-of-mine %
表2 原砂的矿物组成及含量Table 2 Mineral compositions and content in run-of-mine %
图1 原矿X 射线衍射图谱Fig.1 X-ray diffraction pattern of run-of-mine
采用MLA 测定原矿筛分产品中铁矿物的解离度，结果如表3 和表4 所示。可以看出，赤铁矿的总解离度相对较高，为95.54%，主要与褐铁矿、高岭土连生，部分与石英连生（图2）；
褐铁矿样品总解离度为94.01%，除与赤铁矿共生外，主要与高岭土连生，部分可见与石英、硬锰矿连生（图3、4）。
图2 原矿中赤铁矿的连生状态Fig.2 Interlock of hematite in run-of-mine
图3 原矿中褐铁矿的连生状态Fig.3 Interlock of limonite in run-of-mine
表3 主要有用矿物的解离度结果Table 3 Dissociation results of main valuable mineral
表4 原矿筛分分析Table 4 Sieving analysis of run-of-mine
图4 原矿中褐铁矿的连生状态Fig.4 Interlock of limonite in run-of-mine
表4 结果表明，原矿中−0.010 mm 粒级的含量占11.58%，品位低且较难回收，最终精矿产率会受影响。
1.2 主要矿物的物化性质
1.2.1 赤铁矿Fe2O3
赤铁矿含Fe 69.94%，有时含钛、硅和铝等混入物。三方晶系，单晶体呈板状习性的菱面体，集合体常见，有片状、鳞片状、鲕状、具放射状构造的肾状、块状或粉末状；
结晶质的赤铁矿呈铁黑至钢灰色，隐晶质的鲕状或肾状呈暗红色，块状或粉末状呈褐黄色；
金属至半金属光泽，或土状光泽，不透明；
硬度5.5～6，密度5.0～5.3 g/cm3。该样品中赤铁矿的化学成分能谱分析结果如表5 所示。
表5 赤铁矿化学成分能谱分析结果Table 5 Chemical composition of hematite by energy spectrum analysis %
1.2.2 褐铁矿FeO(OH)·nH2O
褐铁矿是以含水氧化铁为主要成分的、褐色的天然多矿物混合物，以隐晶质针铁矿为主，可混有纤铁矿、赤铁矿、石英、粘土等。通常呈黄褐至褐黑色，条痕为黄褐色，半金属光泽，块状、钟乳状、葡萄状、疏松多孔状或粉末状，也常呈结核状或黄铁矿晶形的假象出现，硬度随矿物形态而异。该样品中褐铁矿的化学成分能谱分析结果如表6 所示。
表6 褐铁矿化学成分能谱分析结果Table 6 Chemical composition of limonite by energy spectrum analysis %
1.3 试验方法
赤铁矿、褐铁矿与石英、高岭土的粒度相同时，赤铁矿、褐铁矿的比重为4.2～5.3 g/cm3，而石英、高岭土的比重为2.65 g/cm3，有用矿物与脉石矿物的密度差大于1.5 g/cm3，具备较好的重力分选条件[3]。先期试验表明采用广州粤有研矿物科技有限公司生产的螺旋溜槽具有设备结构简单、处理量大、生产成本低、效率高等优点[4]。
该矿石中主要金属矿物赤铁矿和褐铁矿的比磁化系数分别为（240～320）×10−6g/cm3和（60～80）×10−6g/cm3；
脉石中石英和高岭土的比磁化系数分别为（0.15～1.03）×10−6g/cm3和（0.2～0.85）×10−6g/cm3，主要金属矿物与脉石矿物的磁性差异可采用磁选方法进行分离与富集。先期试验表明采用广州粤有研矿物科技有限公司研制生产的实验室高效分选微细粒磁选设备-SSS-I-145 高梯度磁选机具有富集比大，对给矿粒度、浓度和品位波动适应性强，工作可靠和操作简单等优点[5]。
本试验主要回收赤铁矿和褐铁矿，矿石中相当部分脉石为非磁性矿物，为提高有用矿物品位，降低部分脉石矿物的含量，分别进行了螺旋溜槽、磁选设备对比、磁场强度条件试验；
为获得合格铁精矿产品，对粗精矿分别进行磁选精选和浮选试验，磁选精选进行了磁场强度条件试验，浮选精选试验进行了捕收剂用量和调整剂用量条件试验以及闭路试验。
2.1 不同型号螺旋溜槽对比试验
考察不同型号螺旋溜槽条件试验，试验结果见表7。
表7 不同型号螺旋溜槽试验对比结果Table 7 Comparison results of variable model of spiral chute test %
由试验结果可知，随着螺旋溜槽螺距增加，铁精矿Fe 品位逐渐上升，回收率逐渐降低；
但回收率相对于磁选较低，采用螺旋溜槽对该矿石难以进行有效分选。
2.2 磁选粗选试验
采用SSS-I-145 高梯度磁选机进行磁选粗选试验，分别进行了磁选设备对比和磁场强度条件试验。
2.2.1 磁选设备对比试验
目前，市场应用较多的强磁设备除了粤有研公司生产的SSS-I 型立环高梯度磁选机外，还有平环ZH 强磁选机，在0.5 T 磁场强度条件下进行SSS-I型立环与ZH 平环对比试验，试验结果见表8。
表8 磁选设备对比试验结果Table 8 Comparison of SSS-I WHIMS and ZH HIMS magnetic separator %
由试验结果可知，SSS-I 立环磁选机磁选效果优于平环ZH 强磁选机，其精矿Fe 品位和回收率均明显高于平环ZH 强磁选机。
2.2.2 磁选粗选磁场强度条件试验
磁场强度是影响磁选效果的关键因素，在矿浆浓度为30%，冲次为250 次/min 条件下考察磁场强度条件试验，试验结果见图5。
图5 粗选磁场强度条件试验结果Fig.5 Result of magnetic field intensity condition test for rough magnetic separation
由试验结果可知，随着磁场强度的升高，铁精矿回收率升高，品位逐渐降低，综合考虑精矿品位和回收率，选用1.0 T 为磁选粗选最佳磁场强度。
2.2.3 磁选粗选冲次条件试验
脉动流体力可保持分选腔内矿粒群分散，有助于防止介质盒堵塞，同时矿浆曲线运动可增加有用矿物颗粒的捕获机率，而脉动冲次是影响脉动流体力的主要因素。故考察了冲次条件试验，试验结果见图6。
图6 冲次条件试验结果Fig.6 Results of stroke frequency test
由试验结果可知，随着冲次的增大，铁精矿回收率逐渐降低，品位逐渐升高，当冲次为200 次/min时，铁精矿品位为62.6%，回收率为82.03%，铁精矿品位和回收率较合理，故选用200 次/min 为磁选粗选最佳冲次。
2.3 磁选精选试验
为获得合格铁精矿产品，对粗精矿进行磁选精选试验，考察了精选磁场强度试验，试验结果见图7。
图7 粗精矿精选场强条件试验结果Fig.7 Results of rough concentrate cleaner magnetic intensity test
由试验结果可知，随着磁场强度的升高，铁精矿回收率升高，品位逐渐降低，综合考虑精矿品位和回收率，选用0.5 T 为磁选粗选最佳磁场强度。
2.4 浮选试验
浮选试验给矿为磁选粗精矿，采用淀粉为絮凝剂，MTH 为自研阳离子胺类捕收剂，该捕收剂靠静电吸附、分子间缔合力作用的胺分子吸附与靠氢键作用的胺分子吸附。对磁选精矿进行浮选精选试验，并分别考察MTH 和淀粉用量对浮选效果的影响。
2.4.1 捕收剂MTH 用量试验
在硫酸用量1 000 g/t，淀粉用量600 g/t 条件下，考察捕收剂MTH 用量条件试验，试验结果见图8。
图8 捕收剂用量试验结果Fig.8 Results of collector dosage test
由图8 可知，随着捕收剂用量增加，铁精矿回收率急剧上升后保持平稳，而品位逐渐下降，因此，确定MTH 最佳用量为2 000 g/t。
2.4.2 淀粉用量试验
赤铁矿、褐铁矿的莫式硬度为2～6.5，导致其在磨矿过程中易产生“过粉碎”现象，产生大量含铁高的矿泥，这些矿泥罩盖在有用矿物表面，降低铁矿物的回收率，缩小不同种类矿物间的可浮性差异，导致浮选效果恶化[6−7]。为解决该问题，相应地使用淀粉进行絮凝剂浮选条件试验，试验结果见图9。
图9 淀粉用量试验结果Fig.9 Results of starch dosage test
由试验结果可知，随着淀粉用量增加，磁性产品的Fe 品位有逐渐上升趋势，回收率逐渐下降；
综合考虑，当淀粉用量为600 g/t 时，精矿Fe 品位为67.46%，对原矿回收率为81.24%，为最佳条件。
2.4.3 浮选闭路试验
在条件试验确定捕收剂和淀粉用量的基础上开展实验室小型闭路试验，试验流程见图10，试验结果见表9。
图10 全流程闭路试验流程Fig.10 Flow chart of closed-circuit test
表9 全流程闭路试验结果Table 9 Results of closed-circuit test %
从以上试验结果可知，原矿经一粗一精磁选取得粗精矿，粗精矿经一粗两精一扫选浮选闭路试验，可以获得产率64.58%，Fe 品位68.57%，回收率76.45%的铁精矿。
1）澳大利亚某矿原矿中主要含铁矿物为赤铁矿和褐铁矿、少量硬锰矿；
脉石矿物主要是高岭土、石英，少量的长石、黑云母、方解石、白钛石、金红石等；
有害元素磷和硫含量很低，对矿石的质量基本不构成影响。
2）赤铁矿的解离度相对较高，样品总解离度为95.54%；
原矿中赤铁矿常呈集合体，可见片状、鲕状、块状或土状；
可见与褐铁矿交代共生，与之连生的矿物以高岭土为主，少数石英和硬锰矿等;褐铁矿样品总解离度为94.01%，褐铁矿可见呈块状、葡萄状、疏松状或土状等，部分交代赤铁矿，连生矿物以高岭土为主，少数为石英和硬锰矿。
3）在冲次为200 次/min，磁场强度为1.0 T+0.5 T条件下，磁选一粗一精获得Fe 品位63.98%，回收率89.62%的粗精矿。
4）对粗精矿采用两段磁选精选无法获得高于目标Fe 品位68%的铁精矿；
采用磁选一粗一精-浮选一粗二精一扫工艺流程，可以获得产率为64.58%，Fe 品位68.57%，回收率76.45%的铁精矿。
5）下一步将采用粤有研公司设备和捕收剂进行半工业试验以验证小型试验结果。
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