目前，我国铁矿资源中易选的铁矿资源日益减少，铁矿资源特点是贫矿多，富矿少，伴生矿产多，矿石组分比较复杂，矿石嵌布粒度大多较细，给选矿造成一定的困难。从技术上来讲，迫切需要先进的技术、先进的工艺和先进的设备，来推动贫铁矿资源的高效开发与利用。从经济效益来讲，选矿厂对于贫铁矿的生产，必须扩大生产规模，必须扩大原矿的处理能力，节能降耗，降低选矿加工成本，才会有较好的经济效益。在矿石进入磨矿作业之前，将混入矿石中的一部分脉石矿物预选剔除，实现该丢早丢，以利于提高原矿品位。
采用超细碎粗粒抛尾优化的预选工艺，这是贫铁矿提高生产能力、节能降耗、创造较好的经济效益行之有效的方法。
湖北谷城县铁矿原矿品位TFe含量14～15%，伴生有钛铁矿，其TiO2含量6～7%，矿区TFe总储量1.9亿余万吨，TiO21000余万吨，适宜露天开采。由于该矿为贫铁矿床，一直未得到开采利用，随着国内铁矿石形势好转，选矿技术水平的提高，迫切需要先进的选矿工艺和设备来推动贫铁矿资源的高效开发与利用，这是该矿山当前首要任务。
湖北谷城县铁矿曾在1980～2005年委托多家研究所对该铁矿石进行了多次选矿试验，但一直未获得合适的选矿工艺流程及较好的选矿指标。一般获得选矿技术指标：铁精矿产率为14.77%～12.96%；铁精矿品位TFe含量为58.45～63.35%；回收率为57.12～54.32%。为了获得较好的选矿工艺和选矿技术指标，为了探讨最佳的铁矿石预选新工艺和新设备，于2009年7月委托长沙选矿工程新技术研究所和长沙深湘通用机器有限公司，为矿山建设500万吨/年选矿厂做铁矿选矿研究试验，为选矿工艺设计，设备选型提供基础数据。
针对湖北谷城县铁矿贫、细、杂的特点，进行了深入细致的研究，如果采用常规的选矿工艺处理这种矿石，单位电耗高、钢耗高、水耗高、经济效益差。因此我们提出了优化贫铁矿超细碎预选工艺：选用高效节能的超细碎设备辊式磨机，采用多碎少磨的工艺，降低铁矿石入球磨机的粒度，为铁矿石入球磨机之前进行粗粒抛尾，实现该丢早丢，充分回收，创造了有利条件，这对贫铁矿石提高磨矿系统生产能力，节能降耗，创造较好的经济效益，具有深远的现实意义。
该项目小型试验，采用辊式磨机超细碎(0～5mm)－干式弱磁选机粗粒抛尾－磨矿－二段湿式弱磁选机精选开路工艺流程。当原矿品位TFe含量为15.25%时，获得了铁精矿产率为14.49%；铁精矿品位TFe含量为65.12%；回收率为61.90%的较佳选矿技术指标，为设计建厂提供了依据。
一、辊式磨机超细碎对嵌布粒度极细低品位铁矿的作用
嵌布粒度极细低品位铁矿石在进行超细碎作业时，由于铁矿石在料层的状况下，受到快速旋转的磨辊反复多次碾压和搓揉，使得矿石碾压成细粒及粉末状。从而使有用矿物与脉石的结合界面即会发生疲劳断裂或发生微裂纹和内应力，部分的结合界面也会完全分离。这样很大一部分有用矿物便获得了完全的单体解离，另一部分没有完全单体解离的颗粒内部的结合界面处，也会产生微裂纹或内应力。当获得了完全单体解离或部分单体解离的颗粒，进入预选作业粗粒抛尾时，便可获得品位较高的粗精矿和品位较低的尾矿。这种脉石矿物较少的粗精矿进入球磨机时，没有完全单体解离的颗粒内部的结合界面，由于含有大量的微裂纹和内应力，因此在球磨机中，这部分颗粒中的有用矿物和脉石便很容易获得更好的单体解离。这样粗精矿磨矿后有利于磁选精选作业提高最终精矿的品位。
嵌布粒度极细低品位铁矿石经辊式磨机超细碎后，预选：干式弱磁选可以抛弃40%左右品位较低的尾矿，湿式弱磁选可以抛弃50%左右品位较低的尾矿。其原因在于辊式磨机超细碎产品的粒度很小，粒度分布范围广，其中－5mm以下的粒级达80%以上，－1mm以下的粒级达50%以上，－200目粒级达20%左右，其超细碎产品呈粉末状，所以这种粒级分布的铁矿石进行预选，粗粒抛尾时会获得显著的选别效果。
二、湖北谷城县低品位铁矿开发利用选矿技术
（一）试样的制备
由湖北谷城县铁矿采取具有代表性岩芯样400kg，经PE125×150型颚式破碎机破至25mm以下粒度后，再经ZMJ900A辊式磨机进行超细碎至0～5mm，加工混匀，取出有代表性矿样进行原矿化学分析和原矿粒度分布特性筛析试验。然后用5mm标准筛进行筛分，筛上产品反回辊式磨机进行超细碎后与筛下产品合并在一起，采用堆锥法混匀，然后分别缩分取样，称重进行试样配制，取出试验样品作为预选粗粒抛尾的试验样品。
（二）原矿辊式磨机出料筛析试验
表1 原矿辊式磨机出料5.0mm筛析粒度分布表
粒级(mm) | ＋5 | －5～＋3 | －3～＋2 | －2～＋1 | －1～＋0.5 | －0.5～＋0.2 | －0.2～＋0.1 | －0.1～＋0.074 | －0.074 | 合计 |
含量（%） | 11.11 | 9.30 | 6.95 | 10.04 | 12.01 | 10.91 | 14.54 | 4.67 | 20.47 | 100.00 |
累积含量（%） | 20.41 | 27.36 | 37.40 | 49.41 | 60.32 | 74.86 | 79.53 | 100.00 |
表1的结果表明：原矿辊式磨机超细碎获得了较好的结果：－5mm以下的粒级占88.89%，－0.074mm以下粒级占20.47%。超细碎后的铁矿石粒级分布较均匀，此矿石粒度适合于粗粒抛尾，可在入球磨机前抛弃大量尾矿，减少粗精矿的入磨量和降低入球磨机粗精矿的粒度，提高粗精矿的品位，为下道磁选精选工序创造了良好的条件。
（三）矿石中铁矿物的赋存状态分析表2 铁的化学物相分析结果
铁矿物质类型 | 钛磁铁 | 碳酸铁 | 硫化铁 | 硅酸铁 | 赤褐铁 | TFe |
铁含量% | 8.72 | 0.028 | 0.31 | 5.43 | 0.57 | 15.11 |
分布率% | 57.71 | 0.52 | 2.05 | 35.94 | 3.77 | 100 |
由表2可知，铁主要分布在钛磁铁矿和硅酸盐矿物中，磁性铁中铁的分布率为54.27%。硅酸盐矿物中铁的分布率为35.94%，赤褐铁矿中为3.77%；磁铁矿可以通过弱磁工艺回收，赤褐铁矿可以通过强磁工艺回收。
（四）原矿多元素化学分析
表3 原矿多元素化学分析结果(%)
元素 | TFe | Fe2O3 | SiO2 | Al2O3 | Na2O | MgO |
含量 | 14.68 | 18.27 | 35.87 | 5.30 | 0.54 | 12.25 |
元素 | CaO | K2O | TiO2 | MnO | SO3 | P2O5 |
含量 | 17.05 | 0.60 | 6.46 | 0.21 | 0.58 | 1.32 |
元素 | SrO | ZrO2 | CuO | ZnO | BaO | Cl |
含量 | 0.031 | 0.095 | 0.015 | 0.027 | 0.064 | 0.025 |
表3矿样的化学成分分析表明：矿石TFe含量较低，仅为14.68% ，其中Fe2O3的含量为18.27%；TiO2含量为6.46%，铁和钛铁矿是选矿主要回收的对象。杂质SO3含量为0.58%，P2O5含量为1.32%，有害元素硫和磷较高，需选矿进行排除。
（五）原矿主要矿物的嵌布粒度特征根据矿石嵌布粒度统计分析结果，当磨矿细度达－0.074mm(－200目)时，磁铁矿、钛铁矿和黄铁矿90%以上可单体解离，磨矿细度达－0.037mm（－400目）时，三种矿物单体解离度均达到98%以上，要使三种矿物完全单体解离，磨矿细度应在0.074mm～0.037mm。
三、原矿超细碎预选粗粒抛尾试验
（一）干式弱磁选机粗粒抛尾试验
原矿采用本公司生产的型号为ZMJ900A辊式磨机进行超细碎，原矿给矿粒度为30mm，一次将矿石碎至0～5mm，生产能力为20～30t/h。超细碎产品经预先筛分至－5mm以下粒级后，用YCφ400－400型干式弱磁选机进行粗粒抛尾。由条件试验结果确定：干式弱磁选机试验条件为：固定磁场强度为1400Oe，分选辊筒转速56rpm，处理量为3t/h。改变尾矿挡板距筒皮的距离，进行尾矿量的条件试验。其工艺流程图见图1，试验结果见表4。
图1 原矿辊式磨机超细碎—干式弱磁选机粗粒抛尾开路工艺流程图
表4 原矿干式弱磁选机尾矿挡板条件(－5mm)粗粒抛尾试验结果
磁场强度(KA/m) | 挡板距离 （mm） | 粒级 （mm） | 产 品 | 产率 % | 品位% | 回收率% |
TFe | TFe | |||||
111.4 | 40 | 0～－5 | 粗精矿 | 66.91 | 18.01 | 83.62 |
尾矿 | 33.09 | 7.13 | 16.38 | |||
原矿 | 100.00 | 14.41 | 100.00 | |||
111.4 | 20 | 0～－5 | 粗精矿 | 60.86 | 19.91 | 81.23 |
尾矿 | 39.14 | 7.16 | 18.77 | |||
原矿 | 100.00 | 14.92 | 100.00 | |||
111.4 | 10 | 0～－5 | 粗精矿 | 56.65 | 20.63 | 78.61 |
尾矿 | 43.35 | 7.33 | 21.39 | |||
原矿 | 100.00 | 14.87 | 100.00 |
从表4可知，原矿辊式磨机超细碎0～－5mm粗粒抛尾获得良好的选矿指标。随着干式弱磁选机尾矿挡板距筒皮越近，截得的尾矿越多，尾矿品位和粗精矿品位也随着提高，但回收率有所下降。试验确定尾矿挡板距筒皮距离为10mm为合适。干式磁选可以抛弃产率为43.35%；品位TFe含量为7.33%；回收率为21.39%的尾矿。
（二）湿式弱磁选机粗粒抛尾试验原矿辊式磨机进行超细碎后采用DCφ400－300型湿式电磁弱磁筒式磁选机，固定磁场强度1325Oe，分选辊筒转速56YPM，处理量为3t/h，改变给矿粒度，进行粗粒抛尾试验，其工艺流程图见图2，试验结果见表5。
图2 原矿辊式磨机超细碎—湿式弱磁选机粗粒抛尾开路工艺流程图
表5 原矿湿式弱磁选机给矿粒度条件粗粒抛尾试验结果
磁场强度(KA/m) | 给矿浓度 （%） | 粒级 （mm） | 产 品 | 产率 % | 品位% | 回收率% |
TFe | TFe | |||||
105.4 | 40 | 0～－5 | 粗精矿 | 43.38 | 25.54 | 73.28 |
尾矿 | 56.62 | 7.14 | 26.72 | |||
原矿 | 100.00 | 15.12 | 100.00 | |||
105.4 | 40 | 0～－3 | 粗精矿 | 39.81 | 25.85 | 70.38 |
尾矿 | 60.19 | 7.19 | 29.62 | |||
原矿 | 100.00 | 14.62 | 100.00 | |||
105.4 | 40 | 0～－2 | 粗精矿 | 39.22 | 27.27 | 71.62 |
尾矿 | 60.78 | 6.98 | 28.38 | |||
原矿 | 100.00 | 14.94 | 100.00 |
从表5可知，原矿辊式磨机超细碎，－5mm；－3mm；－2mm以下的粒级，采用湿式弱磁选机进行粗粒抛尾，获得了较佳的选矿指标，随着给矿粒度的减小，抛出的尾矿产率增加，而尾矿品位变化不大，但粗精矿的品位明显增加，回收率约有减少，试验确定磁场强度在1200～1325Oe、给矿粒度在3～5mm以下粒级为合适。
四、原矿辊式磨机超细碎—粗粒抛尾—磨矿—二段湿式弱磁选开路工艺流程试验
原矿辊式磨机超细碎至0～5mm后，经筛分至0～－5mm，然后用干式弱磁选机进行粗粒抛尾，所得到的粗精矿再进行磨矿，细度为－200目占99.67%，然后再进行二段湿式弱磁选，最后获得高品位的铁精矿。其工艺流程图见图3，试验结果见表6。
图3 原矿辊式磨机超细碎—粗粒抛尾—磨矿—二段湿式弱磁选开路工艺流程图
表6 原矿超细碎—粗粒抛尾—磨矿—二段弱磁精选开路流程试验结果
干式弱磁选机 挡板距离（mm） | 磨矿细度 －200目（－0.074mm）占% | 产 品 | 产率 % | 品位% | 回收率% |
TFe | TFe | ||||
20 | 99.67 | 精 矿 | 14.49 | 65.12 | 61.90 |
中 矿 | 1.33 | 18.78 | 1.64 | ||
尾 矿1 | 39.14 | 7.16 | 18.36 | ||
尾 矿2 | 45.04 | 6.14 | 18.10 | ||
原 矿 | 100.00 | 15.25 | 100.00 | ||
10 | 99.67 | 精 矿 | 13.30 | 64.49 | 57.05 |
中 矿 | 0.61 | 20.67 | 0.86 | ||
尾 矿1 | 43.35 | 7.33 | 21.14 | ||
尾 矿2 | 42.74 | 7.38 | 20.95 | ||
原 矿 | 100.00 | 15.04 | 100.00 |
从表6试验结果可知，原矿用辊式磨机超细碎—干式弱磁选机粗粒抛尾—磨矿—二段湿式弱磁选机精选开路流程，获得了较佳的选矿指标。试验条件选择干式弱磁选机挡板距离为20mm为合适。所取得的选矿技术指标为：铁精矿产率为14.49%；铁精矿品位TFe含量为65.12%；回收率为61.90%，
五、结语（一）湖北省谷城县嵌布粒度极细的低品位磁钛铁矿经选矿优化工艺的研究，采用辊式磨机技术，确定了辊式磨机超细碎（0－5mm）—干式弱磁选机粗粒抛尾—磨矿—二段湿式弱磁选机精选工艺流程。采用这种优化工艺，可以降低铁矿石入球磨机的粒度，为铁矿石入球磨机之前进行粗粒抛尾，实现“该丢早丢”，创造了良好的条件，这对提高贫铁矿磨矿系统的生产能力，节能降耗，创造较好的经济效益，具有极其重要的意义。
（二）该贫磁钛铁矿主要回收的金属矿物为磁铁矿和钛铁矿。磁铁矿可采用弱磁选回收。钛铁矿可采用强磁—浮选工艺回收。最终产品必须除杂质，降硫除磷。
（三）该矿中磁铁矿、钛铁矿嵌布粒度一般在0.105mm(140目)～0.052mm(300目)，嵌布粒度很细，磨矿粒度达－0.074mm(－200目)时，单体解离为90%以上；磨矿粒度达－0.037mm(－400目)时，单体解离度98%以上，要使金属矿物完全单体解离，磨矿细度应在0.074mm～0.037mm。因此对这种矿石必须采用细磨，使铁矿石单体解离，才能提高精矿品位和回收率。
（四）湖北谷城县铁矿采用辊式磨机超细碎—干式弱磁选机粗粒抛尾(0～－5mm)开路工艺流程，当原矿品位为14.41%～14.87%时，可以抛弃产率为33.09～43.35%，品位TFe的含量为7.13～7.33%，回收率为16.38～21.39%的尾矿。干式弱磁选粗粒抛尾取得了良好的选矿指标。
（五）湖北谷城县铁矿采用辊式磨机超细碎—湿式弱磁选粗粒抛尾(－5～－2mm)开路工艺流程，当原矿品位为：15.12～14.94%时，可以抛弃产率为56.62～60.78%，品位TFe含量为7.14～6.98%，回收率为26.72～28.38%的尾矿。取得了比干式弱磁选粗粒抛尾更好的选矿技术指标。
（六）湖北谷城县铁矿采用辊式磨机超细碎(0～－5mm)—干式弱磁选机粗粒抛尾—磨矿—二段湿式弱磁选机精选开路工艺流程，获得了较佳的选矿技术指标（见表6）。所获得的较佳指标为：铁精矿产率为14.49%；铁精矿品位TFe含量为65.12%；回收率为：61.90%。
（七）推荐流程：原矿辊式磨机超细碎(0～－5mm)—干或湿式弱磁选机粗粒抛尾—磨矿—二段湿式弱磁选机精选工艺流程这一新工艺和设备，具有工艺简单，设备先进，选矿指标优越，经济效益显著的特点，为新建选厂提供了依据。
（八）湖北利拓投资有限公司根据湖北省谷城县铁矿试验结果，决定采用原矿辊式磨机超细碎（0～－5mm），干式弱磁选机粗粒抛尾—磨矿—二段湿式弱磁选机精选工艺流程。委托湖北大冶有色设计院，选矿设计研究所进行设计。现已确定了设计方案，并跟长沙深湘通用机器有限公司签定了购买6台ZMJ1600A的辊式磨机合同书，为矿山建设500万吨/年选矿厂选矿工艺设计及设备选型正在做准备工作。
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