弱磁-强磁工艺选别高铁铬铁矿的试验

    铬是重要的战略资源，是不锈钢工业的重要原料，在耐火材料、化工及轻工等领域也有广泛应用。随着我国国民经济的发展，对铬铁矿的需求增长迅速。但我国铬铁矿资源严重短缺，保有储量只有1077.9万t（矿石），且富矿只占其中的1/2，大多分布在西藏、新疆等地区，由于基础设施不健全而难以利用。近几年，我国每年所需铬铁矿85%以上依赖进口，资源供应形势十分紧张。因此，在加强国内铬铁矿资源地质找矿的同时，针对铬铁矿资源开展选别技术研究，提高资源利用率已日益引起研究者的关注。

    目前，在铬铁矿选别的生产实践中，摇床和跳汰等重选方法被广泛采用，干式强磁选、湿式强磁选、浮选和各种化学选矿法也有实验室研究报道，但在生产中少有应用。本文针对某含铁量高的铬铁矿，确定了以弱磁选选别磁铁矿，强磁选回收铬铁矿的工艺流程，在回收铬铁矿的同时，实现铁资源的综合利用。

    一、矿石性质

    该矿石属高铁铬铁矿海滨砂矿类型。原矿中含Cr₂0₃品位为31.20%，全铁品位（TFe）为29.11%。矿石中金属矿物主要是铬铁矿、铬尖晶石和磁铁矿，次为赤铁矿和钛铁矿；脉石矿物以橄榄石、辉石和角闪石为主，其次是蛇纹石。铬矿物含量为60.3%，其中铬尖晶石所占比例较大，铬铁矿和铬尖晶石的矿物含量比大致为35︰65。由此推断很难从样品中获得高品位的铬精矿。磁铁矿含量达到27.6%，部分磁铁矿因含Cr₂0₃较高而属铬磁铁矿的范畴。扫描电镜能谱微区成分分析表明，样品铬矿物中Cr₂0₃平均含量为43.58%，磁铁矿平均含铁为60.66%。

    矿样中主要粒级为0.1～0.5mm，其中+0.5mm粒级产率仅为0.3%左右，-0.1mm粒级产率小于3%，铬矿物和磁铁矿的解离度分别为93.7%和90.2%。

    该矿石化学成分、铬物相分析和主要矿物质量含量分析结果分别列于表1、表2和表3中。

表1  原矿主要化学成分（质量分数）/%

表2  原矿铬物相分析结果

表3  原矿矿物组成及相对含量（质量分数）/%

    二、试验研究

    工艺矿物学研究结果表明，样品中可供选矿回收的主要组分是Cr₂0₃，铁可作为综合利用的对象。即该矿物需要去除的脉石矿物主要为橄榄石等硅酸盐矿物，并将有用矿物铬铁矿、铬尖晶石与磁铁矿分离。与脉石矿物相比，磁铁矿、铬铁矿与铬尖晶石密度较大，通过重选可以抛除部分脉石矿物；磁铁矿属强磁性矿物，铬铁矿属弱磁性矿物，弱磁选可实现二者分离，弱磁选精矿为铁精矿，弱磁选尾矿为铬粗精矿；铬粗精矿可采用强磁选提高铬精矿品位。需要说明的是，由于该矿样硅酸盐脉石矿物含量较少，且为非磁性矿物，在磁选过程中亦可实现其与有用矿物的分离，故重选作业可视选别效果选择性采用。

    （一）重选试验

    重选试验考查了摇床、跳汰与溜槽对原矿的分选效果，试验结果表明，跳汰与溜槽作业对该矿石分选效果较差，摇床分选可以脱除橄榄石、辉石等轻质矿物，对精矿品位有一定的提高，可将原矿Cr₂0₃品位由31.04%提高到33.68%，回收率为84.47%。但由于该矿石中低密度脉石矿物较少，重选作业对有用矿物的富集效果并不明显。

    （二）弱磁选试验

    弱磁选工艺流程如图1所示。弱磁选试验主要考查了弱磁选磁场强度、入选粒度、磁选机辊筒转速等因素对分离效果的影响。

    1、弱磁选磁场强度试验

    在磨矿粒度为-0.074mm粒级占62%，滚筒转速为50r/min条件下进行了弱磁选磁场强度试验，铁精矿和铬粗精矿的品位与回收率见图2。从图2可知，随着场强增强，虽然铁精矿TFe品位变化不大，但回收率明显提高，同时，铬粗精矿中Cr₂0₃品位有一定提高。因此确定弱磁选场强为0.12T，此时铁精矿TFe品位为55.38%。

    2、弱磁选入选粒度试验

   为考查矿物的解离情况对磁铁矿（Fe₃0₄）与铬铁矿（Cr₂0₃）分离的影响，在磁场强度为0.12T，滚筒转速为50r/min条件下，进行了弱磁选入选粒度试验，试验中磁铁矿与铬铁矿的分离情况见图3。图3结果表明，物料粒度变细时，铁精矿中Fe₃0₄含量与铬粗精矿中Cr₂0₃回收率均明显下降。说明矿石细磨可能导致磁选时的机械夹带。因此，该矿样无需磨矿（-0.074mm粒级含量约2%），可直接进行弱磁选，此时，可得到含Fe₃0₄ 69.24%的铁精矿，作业中Fe₃0₄回收率为 97.91%；对于铬粗精矿，Cr₂0₃含量为41.55%，作业回收率为80.61%。

    3、弱磁选辊筒转速试验

    在磁场强度为0.12T时，对不经磨矿的原矿进行了磁选机辊筒转速试验，试验中磁铁矿与铬铁矿的分离情况见图4。从图4可以看出，随着辊筒转速增高，铁精矿中Fe₃0₄含量稍有提高，但铬粗精矿品位有所下降，因此确定适宜辊筒转速为50r/min。

    （三）强磁选试验

    原矿直接弱磁选时，强磁性的磁铁矿进入铁精矿，而弱磁性的含铬矿物与非磁性脉石矿物一同进入尾矿，二者采用强磁选进行分离，试验流程见图5。强磁选试验主要针对原矿不经磨矿直接弱磁选的尾矿，考查了入选粒度和磁场强度等因素对分离效果的影响。

    1、强磁选入选粒度试验

    为考查矿物解离情况对弱磁选尾矿中铬铁矿指标的影响，进行了强磁入选粒度试验，试验中磁选强度为0.9T，试验结果见图6。由图6可见，强磁选入选粒度对铬精矿中Cr₂O₃品位和回收率均影响不大，只是在磨矿过细时会降低其回收率，因此弱磁选尾矿可不经磨矿直接进行强磁选。

    2、强磁选场强试验

    弱磁选尾矿在不同场强下进行强磁选的试验结果见图7。由图7可见，随磁场强度提高，铬铁矿的回收率大幅提高；但场强达到0.7T以后，继续提高磁场强度，铬精矿的品位有所降低，综合考虑，确定强磁选场强为0.9T，此时铬精矿中Cr₂O₃品位为41.43%，作业回收率为93.01%。

    （四）全流程试验

    根据上述试验结果，确定了原矿不经磨矿和重选、直接以弱磁选回收磁铁矿、弱磁选尾矿进行强磁选回收铬铁矿的全流程试验。试验流程如图8所示，试验结果见表4。从表4可知，采用弱磁选-强磁选流程，可以从含Cr₂O₃为31.23%、含Fe为28.81%的原矿中获得Cr₂O₃品位为41.43%、回收率为79.31%的铬精矿和TFe品位为55.89%、回收率为58.71%的铁精矿。

表4  全流程试验结果

    三、结语

    某高铁铬铁矿选别关键在于利用铬铁矿、磁铁矿和脉石矿物三者之间的磁性差异。弱磁选一强磁选工艺可有效选别该矿石，实现铬铁矿与磁铁矿的综合利用。原矿无需磨矿，在弱磁选磁场强度为0.12T，滚筒转速为50r/min时，可以获得TFe品位为55.89%、回收率为58.71%的磁铁矿；弱磁选尾矿经磁场强度为0.9T的强磁选，所得铬精矿Cr₂0₃品位为41.43%，回收率为79.31%。