铁矿石选矿试验方案示例

    一、某地表赤铁矿试样选矿试验方案
    拟定试验方案的步骤是：
   （1）分析该矿石性质研究资料，根据矿石性质和同类矿产的生产实践经验及其研究成果，初步拟定可供选择的方案。
   （2）根据国家有关的方针政策，结合当地的具体条件以及委托一方的要求，全面考虑，确定主攻方案。
   （一）矿石性质研究资料的分析
    1.光谱分析和化学多元素分析该试样的光谱分析结果见表1，化学多元素分析结果见表2。

    由光谱分析和化学多元素分析结果看出：矿石中主要回收元素是铁，伴生元素含量均未达到综合回收标准，主要有害杂质硫、磷含量都不高，仅二氧化硅含量很高，故仅需考虑除去有害杂质硅。
    化学多元素分析表中TFe、SFe、FeO、SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO等项是铁矿石必需分析的重要项目，下面分别介绍各项的含义及其目的：
   （1）TFe全铁（指金属矿物和非金属矿物中总的含铁量）。该矿全铁含量仅27.40%。属贫铁矿石。
   （2）SFe可溶铁（指化学分析时能用酸溶的含铁量）。
    用TFe减去SFe等于酸不溶铁，常将其看做是硅酸铁的含铁量，并用以代表“不可选铁”量。该矿“不可选铁”含量很低，因而在拟定方案时，无需考虑这部分铁的回收问题；选矿指标不好的原因主要不是由于“不可选铁”造成。
    事实上，将酸不溶铁看做硅酸铁的含铁量，这种概念还不够确切，原因是铁矿石中经常是几种铁矿物共生，各种铁矿物溶于酸中的情况比较复杂，硅酸铁矿物有的溶于酸，有的也不溶于酸，因而具体应用时必须根据具体情况考虑。
   （3） FeO氧化亚铁。一般用TFe/FeO（称亚铁比或氧化度）和FeO、TFe的比值（铁矿石的磁性率）表示磁铁矿石的氧化程度。它们是地质部门划分铁矿床类型的一个重要指标，也是选矿试验拟定方案时判断铁矿石可选性的一项重要依据。
    根据TFe/FeO和FeO/TFe比值大小可将铁矿石划分为如下几种类型：
    (FeO/TFe)×100(%)>37%TFe/FeO<2.7            原生磁铁矿（青矿）           易磁选
    (FeO/TFe）×100(%)=29-37%TFe/FeO=2.7～3.5       混合矿石             磁选与其它
                                                                          方法联合
    (FeO/TFe)×100(%) <29%TFe/FeO>3.5             氧化矿石（红矿）         磁选困准
    本实例亚铁比TFe/FeO=8.43，属氧化矿类型，因而较难选。[next]
    实践证明，采用上述比值划分矿石类型的方法，仅适用于铁的工业矿物是磁铁矿或具有不同程度氧化作用的磁铁矿床，矿物成分比较简单。对于矿物成分复杂，含有多种铁矿物的磁铁矿床，矿石类型的划分应结合矿床的具体特点并根据试验资料确定。
   （4）CaO、MgO、SiO₂、Al₂O₃等是铁矿石中主要脉石成分。一般用比值（ CaO+MgO）/ （SiO₂+Al₂O₃）表示铁矿石和铁精矿的酸碱性，它直接决定着今后冶炼炉料的配比。
    据（GaO+MgO）/（SiO₂+Al₂O₃）比值大小可将铁矿石划分为如下几类：
    比值<0.5         为酸性矿石               冶炼时需配碱性熔剂（石灰石）；
    比值=0.5～0.8      为半自熔性矿石           冶炼时需配部分碱性熔剂或与碱性矿石搭配使用；
    比值=0.8～1.2      为自熔性矿石             冶炼时可不配熔剂；
    比值>1.2         为碱性矿石               冶炼时需配酸性熔剂（硅石）或与酸性矿石搭配使用。
    本矿样由于SiO₂含量很高，故比值<0.5 ，为酸性矿石，冶炼时需配大量的碱性熔剂。因此，我们选矿的任务就是要尽可能地降低硅的含量，减少熔剂的消耗。
    综合上述分析资料可知，本试样属于硅高而硫磷等有害杂质含量低的贫铁矿石，其亚铁比为8.43.，属氧化矿类型。由于SiO₂含量高，为酸性矿石，冶炼时需配大量的熔剂。
    2. 岩矿鉴定  该试样的岩矿鉴定结果介绍如下：
   （1）矿物组成  该试样所含铁矿物的相对含量列于表3中。

    从表3可知铁矿物主要呈赤铁矿存在，其次是磁铁矿和褐铁矿。磁铁矿采用弱磁选易选别，主要要解决赤铁矿和褐铁矿的选矿问题。
    脉石矿物以石英为主，绢云母、绿泥石、黑白母、白云母、黄铁矿等次之，并含有一定数量的铁泥质杂质等。含铁脉石矿物以绿泥石为主，黑云母次之，另含少量黄铁矿。
   （2）铁矿物的嵌布粒度特性在显微镜下用直线法测定结果见表4 。

    测定结果表明，该矿石属细粒、微粒嵌布类型，在选别前需细磨。但是，磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿等嵌布粒度并不完全一样，其中磁铁矿相对较粗，且较均匀，大部分在-200+20μm范围内；赤铁矿最细，以-20+2μm粒级居多，大部分不超过50μm，极少数达100μm；褐铁矿介于二者之间。由于主要选别对象是赤铁矿，嵌布又细，故较难选。[next]
    该矿石中的磁铁旷、赤铁矿、褐铁矿之间的嵌镶关系有利于弱磁选。从矿相报告得知：磁铁矿大部分呈磁铁矿--赤铁矿连晶体，约占铁矿物总量中的50%左右。又因地表风化作用，致使部分磁铁矿次生氧化成褐铁矿，并部分呈磁铁矿--褐铁矿连晶产出。磁--赤和磁--褐连晶体具有较强的磁性（比磁铁矿磁性弱，但比赤铁矿和褐铁矿磁性强）。铁矿石的这种嵌镶关系对弱磁选是非常有利的因素，但必须控制磨矿细度，防止磁--赤和磁--褐连晶破坏。
    岩矿鉴定结果表明：根据试样中磁铁矿含量为14%和磁铁矿--赤铁矿连晶体约占铁矿物总量50%左右的特点，选矿流程中应该具有弱磁选作业。由于主要含铁矿物为赤铁矿，故不可能采用单一磁选流程，必须与其它方法联合。
    此外，由于地表风化作用比较严重，致使含泥较多，必需增加脱泥作业。
   （二）试验方案的选择
    综合上述矿石性质研究结果，本试样属高硅、低硫低磷的细微粒嵌布贫赤铁矿类型的单一铁矿石。选别此类矿石可供选择的方案主要有：
    (1)直接反浮选，包括阳离子捕收剂反浮选和阴离子捕收剂反浮选；
    (2)选择性絮凝--阴离子捕收剂反浮选；
    (3)用弱磁选回收强磁性氧化铁矿物，然后用重选法回收弱磁性氧化铁矿物；
    (4)弱磁选--正浮选，或正浮选--弱磁选；
    (5)弱磁选--强磁选--强磁选精矿重选；
    (6)弱磁选--强磁选--强磁选精矿反浮选；
    (7)焙烧磁选；
    (8)直接还原法。
    以上各法中，焙烧磁选法指标最稳定，国内已有成熟的生产经验可供参考，但成本较高，特别是燃料消耗量大，而本矿区燃料资源缺乏，因而没有考虑。正浮选方案流程简单，但由于本矿样中赤铁矿嵌布粒度太细，效果不好。强磁选的主要缺点是难以获得合格精矿，因而最后选定的主攻方案只有三个，即（1）选择性絮凝--反浮选；（2）弱磁--重选（离心机）；（3）弱磁--强磁--强磁精矿重选（离心机）。
    最初试验结果表明，三个方案中以选择性絮凝--反浮选方案指标最高，精矿品位超过60%，但所需解决的技术问题也最多———矿石需细磨至-38μm；大量废水需净化；药剂来源要解决，并且成本较高。弱磁"重选方案成本最低，但指标不好，特别是精矿质量低（平均不超过55%），离心机生产能力低，占地面积大。采用弱磁--强磁--离心机方案的好处是，可利用强磁选丢弃一部分尾矿，减少需送离心机处理的矿量，但不能解决精矿质量不高的问题。最后将各方案取长补短，综合成弱磁--强磁--离心机，加上选择性絮凝脱泥的方案，获得了较好的指标，基本上满足了设计部门的要求，但尚须进一步解决工业细磨、矿泥沉降和回水利用等一系列技术问题。同絮凝反浮选方案相比，药剂费用可大大减少，因而生产成本较低。
    二、其他类型铁矿石选矿试验的主要方案
    上述实例属于比较简单的铁矿石，试验中所遇到的困难主要是由于嵌布细，而物质成分并不复杂，既无在目前条件下可供综合回收的伴生有用元素，有害元素硫、磷等含量也不高，因而流程组合并不很复杂。
    多金属铁矿石，矿物种类较多，物质组成复杂，为了充分综合利用国家资源，一般需采用较复杂的流程，举例如下：[next]
    1.含铜钴等硫化物的磁铁矿矿石根据铁矿物的嵌布粒度和硫化物的含量，可采用如下方案：
   (1)如果硫化物含量少，而磁铁矿又是呈粗粒嵌布，则可先用干式磁选和湿式磁选选出磁铁矿精矿，然后将尾矿磨至必需的细度用浮选法选出铜、钻硫化物。
   (2)如果硫化物含量很高，且铁矿物呈细粒嵌布，则可将矿石直接磨至必需的粒度，首先浮选硫化物，然后再从浮选尾矿中选别铁矿物。
    2.含萤石和稀土矿物的铁矿石此类型矿石是稀土和铁的综合性矿床，由于萤石和稀土矿物可浮性好，通常都是采用浮选法选出。因而此类铁矿石的基本选别方案是：
   （1）弱磁--浮选--强磁（或重选、浮选），即先用弱磁选选出磁铁矿，再用浮选法回收萤石和稀土矿物，最后用浮选，强磁选和重选等方法选别弱磁性铁矿物。
   （2）弱磁--强磁--浮选，先用弱磁和强磁选选出全部铁精矿，尾矿再用浮选法回收萤石和稀土矿物。
   （3）弱磁--反浮选--正浮选，先用弱磁选选出强磁性铁旷物，磁选尾矿反浮选选出萤石和稀土矿物，反浮选槽内产品进行正浮选分离弱磁性矿物和脉石。
   （4）焙烧磁选--浮选，即先用焙烧磁选选出全部铁精矿，尾矿再用浮选回收萤石和稀土矿物。
   （5）先浮选萤石和稀土矿物，然后用选择性絮凝（或加反浮选）法脱脉石得铁精矿。
    3.含磷的铁矿石  根据磷和铁的存在形态可分如下两种情况：
   （1）磷以磷灰石的形态存在，这是铁矿石中磷的主要存在形式，铁主要呈磁铁矿或磁铁矿--赤铁矿存在，此种情况，常用浮选方法选出磷灰石，可能的方案有：
    ①重选--反浮选，用重选法选出铁精矿，然后将铁精矿用反浮选法去磷灰石；②弱磁--浮选--强磁选，先用弱磁选选出磁铁矿，尾矿再用浮选选出磷灰石，最后浮选尾矿用强磁选选别赤铁矿；③磁选--浮选或浮选--磁选，当铁矿石中主要矿物是磁铁矿和磷灰石时，用浮选选出磷灰石，弱磁选选别磁铁矿。也可考虑在磁场中浮选磷灰石。
   （2）磷呈胶磷矿形态存在，铁矿石以鲕状构造为主，此种矿石属难选矿石，目前有希望的方案是：
    ①焙烧磁选；②重选--直接还原--磁选，重选铁精矿经直接还原焙烧，焙烧产品经磨矿，用弱磁选回收金属铁粉。
    4.含钒钛磁铁矿石  含钒磁铁矿是强磁性矿物，钛铁矿是弱磁性矿物，但比重较大，可用重选回收。如矿石中含有硫化物和磷灰石，则尚需考虑钛精矿浮选除硫、磷，或在选钛之前优先浮选硫、磷。若矿石中共生矿物嵌布很细，致密共生或呈类质同象，常需直接采用冶金方法或选冶联合流程分离。故此类矿石的选别方案有：
   （1）用弱磁选回收磁铁矿，重选法回收钛铁矿，钛铁精矿用浮选法脱除钴、镍硫化物。
   （2）用弱磁选回收磁铁矿，浮选法选钴、镍硫化物，重选--浮选联合流程或重选（选粗粒）--强磁选（选细粒）--强磁精矿浮选联合流程选钛铁矿。
   （3）用弱磁选回收磁铁矿，浮选法选钴、镍硫化物，重选--强磁选--浮选联合流程选钛，最后用电选法精选钛精矿，以提高钛精矿品位。
    目前国外主要采用磁选和磁选--浮选两种流程。单一磁选流程生产一种含钒的钛磁铁矿或含钒的磁铁矿精矿。磁选--浮选联合流程可生产三种精矿：含钒铁精矿、钛铁矿精矿和以黄铁矿为主的硫化物精矿。
由于钒与铁呈类质同象，铁与钛致密共生，采用机械选矿方法无法分离，需采用化学方法解决。