（矿物加工工程专业论文）内蒙古某赤铁矿选矿工艺研究.pdf

摘 要 摘要 目前我国钢铁工业进入了快速发展时期，一方面，对铁精矿的需求逐年上升， 另一方面，我国铁矿石资源在经过多年开采后，面临资源不足的问题。因此，合理 开发国内资源变得更为迫切。近年来，选矿新技术、新药剂、新设备的应用得以飞 速发展，为各种难选红矿的开发利用铺平了道路。 内蒙古苏尼特右旗红铁矿属于赤铁矿型酸性矿石，矿物赋存状态复杂，有用矿 物和脉石矿物的嵌布粒度总体偏细，属难选矿石，矿石储量多达1 亿t ，它的开发利 用具有一定的代表性。 研究结果表明，该类型的矿石适合用强磁一重选一反浮选联合流程处理，通过 该工艺选别后可以分别得到t f e 品位6 4 5 0 ，回收率3 2 2 6 的精矿和t f e 品位 6 1 0 3 ，回收率4 1 7 7 的次精矿，通过化学分析检测，这两种精矿分别达到了达 到了国家一级铁精矿质量标准和二级铁精矿质量标准。铁总回收率为7 4 0 3 ，达到 了充分利用资源的目的。 对两种联合工艺流程进行了比较，重选一强磁一反浮选工艺联合流程，它的优 点是强调重选运行低成本，降低强磁机设备的初期投入资金；强磁一重选一反浮选 工艺联合流程，该方案可以做到粒度较粗时用强磁机首先抛尾，降低矿浆的粘度以 及脉石石英的含量，为后续的重选和浮选创造有利的条件，同时减少矿浆中脉石总 含量后，能为铁精矿品位达标提供有效保证。最终考虑赤铁矿精矿的t f e 含量以及 铁精矿中的杂质含量，认为“阶段磨矿一强磁一重选一反浮选联合流程”是最优工 艺流程。 本研究对“阶段磨矿一强磁一重选一反浮选联合流程”最优工艺流程进行了经 济评价，若以该类型铁矿石为原料建厂，经济效益显著。 图4 2 表4 4 参6 4 关键词：赤铁矿；重选；反浮选；强磁选 分类号：t d 9 5 1 1 河北理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t a tp r e s e n ti r o na n ds t e e li n d u s t r yh a se n t e r e di n t ot h ed e v e l o p i n gp e r i o di nc h i n a , t h e d e m o n do fi r o np r e p a r a t i o nc o n c e n t r a t ei n c r e a s e sy e a rb yy e a r , o nt h eo t h e rh a n d , i r o no r e f a c et ot h es h o r t a g ea f t e rh a v i n ge x p l o i t e df o rs e v e r a ly e a r s s ot h ed e v e l o p m e n to f d o m e s t i ct c $ o u i o 。sr a t i o n a l l yi sv e r yu r g e n t r e c e n t a l yy e a r ，t h ea p p l i c a t i o no f n e wt e c h n i c ， n e wa g e n f i a , n & v ve q u i p m e n t , i ti su s e f u lf o rt h ed e v e l o p m e n to fd i f f i c u l to 豫d r e s s i n go f r e d o r e s u n i t e y o u q ir e do r eo fm o n g o l i ab e l o n g st oh e m a t i t ea c i do r m i n r e a lc o m p o s ei s v e r yc o m p l i c a t e d t h ep a r t i c l e so fu s e f u lm i n e r a l sa n dn o n - u s e f u lm i n e r a l sa r e0 1 i l m e r g e n e r a l l y ，i ti sd i f f i c u l tp r o c e s s i n go r e ，r e s e r v e so fi r o no f ei so v g t1b i l l i o nt o n , i t se x p l o i t h a v ec e r t a i nc h a r a c t e r a f t e rt h e t e c h n o l o g y o f g r a v i t y t r e a t m e n t - - i n t e n s e m a g n c t i c - - u n - f o l a t a t i o n d r e s s i n g ，w ec a ng a i n e dt h ef i r s th e m a t i t ec o n c e n t r a t i o nb yt h i sf i o w s h e e t , t h eq u a l i t yo f w h i c hi sa sf o l l o w s ：t f eg r a d e6 4 5 0 ，r e c o v e r y3 2 2 6 ，a n dw eg a i n e dt h es e c o n d h e m a t i t ec o n c e n 协a t i o n t f eg r a d e6 1 0 3 、r e c o v e r y4 1 7 7 t h e ys e p a r a t e l yr e a c ht o t h ef i r s tn a t i o n a lq u a l i t ys t a n d a r da n dt h es e c o n dn a t i o n a lq u a l i t ys t a n d a r d t h eo v e r a l l r e c o v e r yo f i r o ni s7 4 0 3 r e a c ht h ea i mo f s u 伍c i e n f l yu s e i e s o u r c a o s ow em a k et h ec o n t r a s to f t w of l o w s h e e t s , t h ef i r s to n ei sg r a “t yt r e a t m e n t - - i n t e n s e i n a 删o _ 啪f o l a m f i o nd r e s s i n g , i t sa d v a n t a g e i st h a tt h ec o s to f l ；r a v i t yt r e a t m e n ti sv e r y l o w e ra n dc u td o w nt h ee x p e n s eo fi n t e n s em a g n e t i cm a c h i n ei ne a r l yd a y s t h es e c o n di s i n t e n s em a g n e t i c - - g r a v i t yt r e a t m e n t - - t i n f o l a t a t i o nd r e s s i n g ，t h i sp l a nm a k e si n t e n s e m a n e t i cm a c h i n el o s et a i l i n go r ea tf i r s t , a tt h es 蛐et i m et h i sp l a np r o v i d e sa s s l r a n t ? 七o f t h ei r o nc o n c e n t r a t er e a c h i n gt h eq u a l i t ys t a n d a r da n dr e d u c e st h ew h o l eq u a n t i t yo f t a i l i n g o r e ，w ed e c i d ei ti st h e b e s tf l o w s h e e tf o rt h es e c o n db yt h eq u a l i t yo f i r o nc o n c e n t r a t e b ye c o n o m i cv a l u a t i o no f m i n e r a lp r o c e s s i n gf l o w s h e e to f i r o n , i f w eb u i l dah e n m t i t e p l a n t , e c o n o m i cb e n e f i ti sv e r yg o o d f i g u r e4 2t a b l e4 4r e f e r e n c e6 4 k e y w o r d s ：h e m a t i t e ，g r a v i t yt r e a t m e n t ，u n f l o t a t i o n ，i n t e n s em a g n e t i cd r e s s i n g c h i n e s eb o o k sc a t a l o g ：t d 9 5 1 1 一i t 独创性说明 本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得 河北理工大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同 工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表 示了谢意。 签名：壶垄蚵日期：鱼工年兰月卫日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解河北理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公 布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论 文。 ( 保密的论文在解密后应遵循此规定) 繇鲥翩魏赶鉴嗍孚钮月翌日 引言 引言 近年来，我国每年消耗的铁矿石量达5 亿多t ，位居世界前列【l 】随着我国国民经 济持续高速发展，对矿产品原材料的需求大幅度提高，供需形势更趋紧张，因而加大了 对短缺产品的进口钢铁工业的快速发展，对铁精粉需求量日益增加，使我国铁精 粉出现了短缺，根据统计资料，截止2 0 0 3 年底，我国进口铁矿石的消费量已占到总 消费量的5 2 ，矿石价格不断上升1 2 - 4 1 就在2 0 0 6 年l o 月份青岛召开的国际铁矿 石定价会上，澳大利亚、巴西两国的矿业集团提出在原来涨价7 1 5 的基础上，再 提高1 0 - - 2 0 ，使得我国不得不寻找其他的矿石来源，加大了同南非、印度、乌克 兰等国的合作力剧卯。鉴于这种情况，合理开发利用国内现有资源尤为重要。 本课题研究的难选赤铁矿产自内蒙古苏尼特右旗，在内蒙古中部地区具有一定 的代表性，矿石储量达l 亿多t ，是目前我国华北地区规模较大、尚未大规模开发利 用的赤铁矿型酸性铁矿石，矿物嵌布形态复杂，有用矿物主要为赤铁矿、褐铁矿、 假象赤铁矿和磁铁矿，脉石矿物主要是石英，其中有用铁矿物和脉石矿物嵌布粒度 较细，主要铁矿物嵌布粒度很细，主要脉石矿物石英粒度较铁矿物粗，但与我国其 它赤铁矿山相比，也存在粒度较细的特点，因此该矿石难磨难选。 因受地域条件和选矿技术水平的限制，该地铁矿山一直未能大规模开发利用。 随着国民经济的发展和选矿装备水平的迅速提高，使该类矿石选别成为可能，因 此，从国内外的实际情况出发，研究这种类型铁矿石选矿工艺就显得非常必要，它 必定对我国赤铁矿的研究开发起到广泛的促进作用，同时对我国铁精矿粉短缺起到 一定的缓解作用，并能加速当地经济的快速发展。 本课题就是针对内蒙古苏尼特右旗铁矿石进行选矿工艺方面的研究，通过一系 列的试验找出适宜的选矿工艺，因此，不仅具有理论意义，更具有实际意义。 河北理工大学硕士学位论文 1 1 国内外赤铁矿选矿研究现状 1 文献综述 地壳中含铁矿物达数百种，然而并非所有含铁矿物都具有工业价值，常见的具 有工业价值的铁矿物不过十余种，如磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿等等。 铁矿石是钢铁工业的主要原料，世界铁矿资源储量极其丰富，其中赤铁矿约占 一半左右。随着铁矿资源的日益贫化，许多国家对细粒贫赤铁矿的选矿工艺进行了 深入细致地研究嘲。 1 1 1 国外赤铁矿的选矿研究现状 国外对赤铁矿选矿研究较多的国家主要有美国、巴西等，它们的研究代表了国 外赤铁矿选矿工艺发展的最高水平川 美国共和选矿厂是世界上投产最早的铁矿浮选厂之一。它处理的矿石具有条带 状结构，矿石比重3 6 5 ，含铁4 0 左右， 磨为特点。矿石中主要铁矿物是镜铁矿， 含二氧化硅4 1 5 左右。矿石以很硬和难 其次是少量磁铁矿和假象赤铁矿。脉石矿 物主要是硅酸盐一绢云母、滑石、长石、铁闪石、镁铁闪石、绿泥石和以方解石为 主的碳酸盐。和其它质软的氧化铁燧岩相比，属于比较易选的矿石。共和选矿厂的 选矿工艺是：原矿磨至0 0 7 4 m m 后，经脂肪酸正浮选得到含铁6 1 7 的粗精矿该 粗精矿经浓缩过滤后，再磨至- 0 0 4 4 m n l 占8 0 8 2 ，喷蒸汽加热调浆至矿浆温 度9 8 3 ( 或沸腾状态) ，然后再加水分别稀释至为6 0 ( 一次精选给矿) 、5 0 ( 二次精选给矿) 、4 6 7 1 2 ( 三次精选给矿) 浮选精选。热浮选的铁精矿，含铁 6 6 9 ，二氧化硅4 ，作业回收率9 7 8 阿 美国蒂尔登选矿厂处理的矿石主要的金属矿物是假象赤铁矿，其次是赤铁矿， 另外还有少量土状赤铁矿、针铁矿和磁铁矿组成的氧化铁集合体。脉石矿物除石英 外，还有少量钙、镁、铝等矿物。氧化铁矿物的粒度从小于l p m 到l o o l a n ，一般平 均为1 0i im 2 5l lm 。矿石须磨n - o 0 2 5 m m 占8 5 。矿石为典型的条带状结构，平 均含铁3 8 左右，含二氧化硅4 6 5 2 。处理蒂尔登细粒赤铁矿矿石的方法， 1 9 4 9 年就开始了实验室研究工作。早期的研究工作限于磁化焙烧一磁选两种方法。 试验证明，焙烧磁选流程一般可以得到合乎要求的高品位精矿，然而由于燃料和还 原剂成本太高，在经济上无利可图，以后就集中研究浮选处理。由于矿石以细粒浸 2 - l 文献综述 染为特点，必须将矿石磨的很细才能使铁矿物解离，从而采用常规的方法脱泥和浮 选，尾矿中铁的损失过高或精矿品位过低。1 9 6 1 年开始研究选择性絮凝一脱泥一阳 离子反浮选新工艺。对影响硅质脉石分散和氧化铁矿物絮凝的各种因素进行了广泛 的实验室研究。对p h 值、温度、药剂添加地点及用量、水质等因素都进行了考 察。最后拟定了以苛性钠为调整剂，以水玻璃为分散荆，以玉米淀粉为氧化铁矿物 的絮凝剂和抑制剂，用胺类阳离子捕收剂浮石英的方案。浮选出的铁精矿含铁量为 6 5 6 ，二氧化硅5 ，作业回收率7 0 2 的较好结果 9 1 巴西目前发现的铁资源中，主要是富铁矿和较富的铁矿，含铁4 0 6 0 之 间，其中含铁在6 6 以上的商品位赤铁矿占很大的比倒，但也有相当数量的必须经 过选矿处理的铁英岩型矿石。巴西的铁矿石的选矿，在富矿比较集中的国家具有一 定的代表性。 巴西考埃选矿厂的强磁选厂子1 9 7 2 年建成，处理含铁4 5 5 0 的铁英岩 ( 赤铁矿石英片岩) 。在建厂前作了湿式强磁选与反浮选、汉弗莱螺旋选矿机选剃 的对比试验，试验结果说明，以湿式强磁选为好，原因是1 m m 颗粒用湿式强磁选 就可以丢弃尾矿，选出合格精矿，而用浮选必须细磨，致使选矿成本显著上升未被 采用；用汉弗莱螺旋选矿机进行重选，则因给矿中1 5 0 目细粉有相当多的数量，而 使选别指标不高，也未被采用考埃选矿厂处理的矿石为易选赤铁矿矿石经破碎 到- 2 5 n u n 颗粒混合后给到磁选前的给矿仓，由给矿仓排出的矿石与水混合后，给入 洪堡型振动筛，给料端筛孔为l m m ，排矿端为6 m m ，大于6 m m 粒级可给到对辊破 碎机破碎，然后再返回筛分，也可以直接送到大予6 m m 的露天堆场，该粒级产率为 7 3 ，品位6 5 1 m m 6 m m 的粒级，用洪堡脱水筛脱水后送到选矿厂的矿仓作 为最终精矿，含铁6 8 。1 m m o m m 的物料，经水力漩流器分级，分成- l m m + o 1 5 m m ，- 0 1 5 m m + o 0 2 m m 和0 0 2 m m 三级。前两级别经过磁选前的控制筛，筛 上产品送到i m m 6 m m 级别产品的矿仓，作为精矿。筛下产品给入琼斯强磁选枫进 行分选。- 0 0 2 m m 的矿泥废弃。磁选精矿产率6 5 ，品位6 8 ，粗细两个级别铁的 总回收率为8 9 ，全厂总回收率为7 8 ，磁选尾矿含铁8 l o 。磁选中矿产率 为i o n ，品位铝，返回再选。 另外，巴西萨马科选矿厂，还利用品位高于6 6 的赤铁矿经弱磁一强磁一阳离 子反浮选生产品位超过7 0 的超纯铁精矿也有一定的代表性【埘。 3 河北理工大学硕士学位论文 1 1 2 国内赤铁矿的选矿研究现状 国内各个研究院所都对赤铁矿选矿进行过研究，但以鞍钢集团鞍山矿业公司研 究所的赤铁矿选矿工艺最为成功，达到了国际领先的水平。 近年来，由于钢铁产品需求量激增，铁矿资源变得尤为重要，我国铁矿资源十 分丰富，但是难选的贫赤铁矿所占比重很大。鞍钢是我国重要的钢铁基地，随着大 规模工业开采的不断进行，贫赤铁矿的产量将占总产量的5 0 以上。鞍山矿业公司 是目前鞍钢主要的钢铁供应基地，生产的铁矿石主要是细粒嵌布的贫赤铁矿。 近几年针对鞍山地区三大贫赤铁矿选矿厂，即齐大山选矿厂、调军台选矿厂、 东鞍山烧结厂进行了选矿试验研究，其中对齐大山选矿厂和东鞍山烧结厂进行了大 规模的技术改造，使新的贫赤铁矿工艺流程得以实施。齐大山选矿厂采用阶段磨 矿，重选一磁选一反浮选流程，调军台选矿厂采用连续磨矿，弱磁一强磁一反浮选 流程，东鞍山烧结厂采用连续磨矿，中矿再磨，重选一磁选一反浮选流程。生产实 践表明，这三个选矿厂的工艺流程，均取得了良好的技术经济效果。 鞍山地区贫赤铁矿以赤铁矿和假象赤铁矿为主，均系前震旦纪沉积变质磁铁石 英岩或赤铁矿一磁铁矿石英岩，矿体厚大，储量丰富，地表氧化程度较深，且深部 逐渐过渡到磁铁矿。矿石的化学组成十分简单，主要元素为铁和硅，其它有害杂质 甚少，矿石品位一般为2 5 3 0 之间变化，属于高硅低硫磷贫赤铁矿磁铁石英 岩。矿石主要金属矿物为赤铁矿，假象赤铁矿，镜铁矿以及少量的菱铁矿；脉石矿 物主要为石英，另有少量的角闪石，透闪石，绿泥石等硅酸盐矿物。少量矿石结晶 粒度较细，呈细粒不均匀嵌布。铁矿物最大为1 o m m ，最小为o 0 0 5 m m ，一般分布 在o 3 m m o 0 4 m m 之间。 齐大山选矿厂工艺流程及主要工艺指标l j 。原矿经一段磨矿分级后，一次溢流 经水力漩流器粗细分级，粗粒产品由处理，细粒经弱磁、强磁选别，混磁精反浮 选。粗、细粒二者均产出最终精矿。重选精螺尾与扫螺精经扫中磁后的扫中磁精再 磨返回水力漩流器。扫中磁尾、强磁尾和反浮选尾矿合并为综合尾矿。综合选别指 标为铁精矿品位6 7 5 0 ，金属回收率7 5 0 0 。 调军台选矿厂工艺流程及主要工艺指标【1 2 1 。原矿经两段连续磨矿，二次溢流经 弱磁选和强磁选后，二者组成混磁精，混磁精反浮选的精矿作为最终精矿；弱磁尾 矿浓缩后，经强磁机抛尾，强磁机尾矿和反浮选尾矿组成综合尾矿。综合选别指标 为铁精矿品位6 7 5 0 ，金属回收率7 5 0 0 。 一4 l 文献综述 东鞍山烧结厂工艺流程及主要工艺指标f 1 3 1 原矿经两段连续磨矿，二次溢流经 水力漩流器辅助分级后，粗粒产品由螺旋溜槽选别，细粒经弱磁、强磁选别，混精 矿反浮选粗粒产品、细粒产品二者均产出最终精矿重选精螺尾与扫中磁精矿再 磨返回水力漩流器。扫中磁尾矿、强磁尾和反浮选尾矿合并为综合尾矿。综合选别 指标为精矿品位6 4 5 0 ，金属回收率6 5 0 0 。 唐钢司家营铁矿是我国现存规模较大尚未大规模开发利用的大型矿山之一。由 于铁精矿的严重缺乏，唐钢决定：加快司家营铁矿的开采步伐。受唐钢滦县司家营 铁矿筹备组的委托，鞍钢集团鞍山矿业公司研究院对司家营铁矿进行了选矿试验研 究，并取得了良好的指标【1 4 1 司家营铁矿属于鞍山式铁矿，为沉积变质岩，浅层以赤铁石英岩为主，深层过 渡为磁铁石英岩。矿石组成较为简单，铁矿物主要为赤铁矿，次为假象赤铁矿、磁 铁矿；脉石矿物以石英为主，其次为阳起石、闪石矿物磷灰石包裹体及少量普通角 闪石和辉石等。其中铁矿物的平均粒度为0 0 6 m m 左右，脉石矿物的平均粒度为 0 0 8 m m 左右。通过“阶段磨矿粗细分级，重选一强磁一阴离子反浮选”工艺的试验研 究，在入选品位2 9 1 4 的情况下，取得了精矿品位6 6 5 7 ，尾矿品位8 8 7 ，金 属回收率8 0 2 4 的较好结果。 1 2 赤铁矿的质量标准及其用途 1 2 1 赤铁矿的主要用途 1 磁性材料 赤铁矿既可以用来制造软磁材料，又可以用做硬磁材料。 i ) 软磁材料 软磁材料又叫工业纯铁，它的特性为：超顺磁性、低矫顽力、低居里温度、高 磁化率和巨磁电阻效应等常用的材料有电工纯铁、硅钢、坡莫合金、非晶及纳米 合晶等。目前软磁材料已广泛应用于工业自动化设备及电子仪器仪表、通讯设备、 电力、计算机及其外设等方面，是品种最多、应用最广的磁性材料之一。 2 ) 硬磁材料 硬磁材料又叫永磁体，近年来，永磁磁性材料的用量不断增大，而其所用原 料氧化铁，可以由赤铁矿制得。永磁磁性材料对赤铁矿的质量要求如下： 铁品位：t f e 6 8 6 ；硅含量；高档磁性材料s i 0 2 2 的广泛p h 范围内，石英表面荷负电。当 矿浆中存在有阳离子，在静电作用下会在石英表面或双电层中吸附。c o o k esrb 等 人指出，当溶液存在有 r ，c a 2 + 、n a + 时，其吸附顺序为：矿、c a 2 + 、n a + ，且c a 在石英表面的吸附为特性吸附。 2 2 - 3 内蒙古某赤铁矿浮选机理分析 在石英的钙离子活化体系中，如果钙离子只在石英的s t e m 层中发生吸附，不 会活化浮选，因为这种作用不很牢固。如果钙离子能在石英表面发生定位离子吸 附，这种吸附非常牢固，能活化石英的浮选由于这种吸附发生在石英表面，属于 单层吸附。 1 p h 值对石英表面钙离子的吸附量( r ) 的影响 图7 是p h 值对石英表面钙离子的吸附量( r ) 的影响p 8 1 。从图中可以看出，对曲 线1 ，在p h = 4 - 一1 0 的范围内。c a 2 + 的吸附量没有变化，但吸附量还是比较大的( 按 s t e m 层内吸附计算，其表面浓度为0 7 7 1 m o l l ，是相当可观的) 。对于曲线2 ，在 p h = 4 - - 1 0 5 的范围内，c a 2 + 的浓度为o 0 1 4 3 m o l l ，可见比矿浆中大5 0 0 多倍在这 些p h 范围，c a 2 + 只在s t e r n 层内吸附，属非特性吸附。 ，( x 1 0 加t 0 0 1 饷2 ) p h 值 c a 2 + 加入量：l 5 x l o 4 m o l l ；2 _ _ 2 5 i o s m o l l 图4p h 值对石英表面钙离子吸附量的影响 f i g 4l n f l u e n t mo f p hv a l u eo l la 士m 虻吐n gv a l u eo f c a l c i u mc a t i o ni nq u a r t z 从图中还看出，曲线l 在p h 1 0 后，钙离子在石英表面的吸附量显著增加；曲 线2 当p h 1 0 5 后，钙离子在石英表面的吸附量开始增加，这个阶段属于特性吸 附。 在界面区域，由于双电层的存在，介质的介电常数小于矿浆中的介电常数，因 此金属离子在界面与矿浆中的溶度积常数有差别，具体由下式表示明： 2 3 河北理工大学硕士学位论文 1 9 ( k 霸j = 伶k + g ，傩肌2 2 0 2 r t ) ( 1 ) 式中k 为溶液( 矿浆) 中的溶度积常数；砩为界面上的溶度积常数；g ，伽、 g k 为电场对标准自由能的贡献。 由于g ，伽和g k 均大于0 ，所以k t s p 1 0 时吸附量开始上升。假设钙离子发生在石英表面的吸附为单层吸附，则被吸附的钙 离子的厚度为o 1 9 8 r i m 9 1 。当p h = 1 0 时，被吸附的钙离子的表面浓度为： c ( c a 2 + 驴糕篆等 “c 皇”，r 2 7 2 7 “1 0 1 2 ( 3 ) = 1 0 ” k 施 1 即：当钙离子的初始浓度5 x 1 0 4 m o l l ，p h 1 0 时，c a ( o h ) 2 开始在石英表面沉 淀。 逞 褥 擎 叵 p h 值 1 一“c a 2 + ) ；5 x 1 0 。m o l l ，c ( h o l ) = 3 x 1 0 4 m o l l ； 2 - 一“c a 2 + ) = 2 5 x 1 0 。m o l l ，c ( n a o l ) = 5 x 1 0 - 3 m o l l 图8p h 值对石英回收率的影响 f i g 5i n f l u e n c eo f p hv a l u eo nr e c o v e r yo f q u a r t z 2 ) 当矿浆中原始氯化钙浓度为2 5 x 1 0 弓m o l l 时。从图4 之曲线2 看出，当 p h 1 0 5 时，钙离子在石英表面的吸附开始增加，此时，认为钙离子在石英表面发 生单层吸附。当p h = 1 0 5 时，被吸附的钙离子的表面浓度为： 2 4 3 内蒙古某赤铁矿浮选机理分析 c ( c a 2 k = 等等等暑等= 2 尚m 儿 。譬0 x c ( o 。h - ) 2 砬5 3 x ( 1 0 “y ( 5 ) = l o “ k ；湖， 即：当钙离子的初始浓度为5 x 1 0 4 m o l l 时，p h 1 0 5 时，c a ( o h ) 2 开始在石英 表面沉淀 2 p h 值对石英回收率的影响 图5 为p h 值对石英回收率的影响。从图中看出，石英开始上浮的p h 值正好对 应于相应浓度下的c a ( o h ) ：在石英表面沉淀时的p h 值。因此，c a ( o h ) 2 在石英表 面的沉淀物是活化石英的有效成分。 3 3 浮选硅酸盐的作用机理 3 3 1 浮选中十= 胺浮选石英的作用机理 1 十二胺的性质 胺类捕收剂的制法很多，目前在我国主要采用石蜡一脂肪氢化法制造。原料为 含碳原子c l l c 1 3 的混合脂肪胺，则得到窄馏份的混合胺，通常称为十二碳胺或十 二胺f 5 l 5 5 l 。 1 ) 十二胺的解离性质 合成十二胺r n h 2 ( r 中含碳原予c l l c 1 3 ) 在常温下多为淡黄色蜡状体( 即青 状物) ，有刺激性臭味，溶于乙醇、乙醚，氯仿、四氯化碳、微溶于水呈碱性，与 盐酸生成盐酸十二胺，呈中性。在浮选时，通常将它先溶于盐酸或醋酸中制成盐后 使用。 从解离性质来看，在水溶液中十二胺会发生水解和解离反应，所以溶液中既存 在一部分呈离子状态的胺( 即胺阳离子r n h 3 + ) ，又存在一部分呈分子状态的胺 ( 即胺分子r n h 2 ) 。溶液中胺分子和胺阳离子之间比例的大小受介质p h 值所支 配，并直接影响着胺类捕收剂在双电层中的吸附及其与矿物表面的作用机理。 十二胺在水溶液中的解离性质主要取决于其本身的解离常数和介质的p h 值， 其水解和解离性质如下： ( 1 ) 十二胺的( 碱) 水解反应 2 5 河北理工大学硕士学位论文 十二胺分子中氮原子上有未共享的“孤对电子”，它能吸引溶液中的质子( r ) ，使 水溶液中氢氧离子浓度增大而呈碱性，故十二胺属弱碱，在溶液中存在下列水解反 应： r n h 2 + h 2 0 付r n h 3 + o r ( 6 ) 胺的水解常数为： k 。： r n h 3 + o h - 。 【r n h 2 】 瓦常称为“碱水解常数”十二胺在2 5 0 时，k b = 4 3 x l 矿。对固体十二胺而 言，反应则应包括溶解和水解两步：其过程可表示为： 固体十二胺( r n h 2 ( s ) ) 的溶解： r n h 2 ，) 付r n h 2 ( 7 ) 其溶解度常数用k 日一t 表示，其值为k 日一- - - - - r h 2 = 2 x l 旷 固体十二胺的水解反应： r n h 2 j + h 2 0 付r n h 3 + + o h 一( 8 ) 所以固体十二胺的水解常数为： k b = r n h 3 + 】【0 h 1 = k 一一蕞x k b = 2 x l f f 5 x 4 3 1 0 4 = 8 6 x l o - 9 ( 2 ) 胺类阳离子的( 酸) 解反应 由于十二胺在水中的溶解度较小，为了发挥药效，在浮选实践中通常是事先将 十二胺溶于盐酸或醋酸中制成胺盐( 因胺呈弱碱性，与酸作用可制成盐) 例如， 常用盐酸和十二胺按分子比l ：l 配成盐酸盐，加热溶解( 加热时温度不宣超过 5 0 ，以免产生酰胺) ，再稀释成水溶液使用。 十二胺盐酸盐的制取及其解离平衡，可用下列反应式表示： r n h 2 + h c l 付r n h 2 h c i 付r n h 3 + c i ( 9 ) r n h 3 + c i 付r n i - 1 3 + + c i ( 1 0 ) r n h 3 + 付r n h 2 + h + ( 1 1 ) 可见，l 刑 i - t 3 + 的解离常数为： 足。：【些! 婴! 。 【r n h 3 + 】 k 又常称为“酸解离常数”。 2 6 3 内蒙古某赤铁矿浮选机理分析 根据十二胺的水解和解离性质，在水溶液中同时存在有胺分子( r - n h 2 ) 及胺阳 离子( r n h 3 + ) ，但二者的相对浓度并不相等，它们随着介质p h 值的变化而呈现很 大的差别，现简要分析如下冈： ( 3 ) 磁值及其l ( b 值的关系 因为 h 2 0 ”h + + o h 。( 1 2 ) j i ，承- 【日+ 】【鲫一】= 1 0 q 4 所以，酸解离常数会改写为： 髟= 器矿j 幽- 】_ 鲁。【肌鸭+ 】【o 日一r 一。瓦 可见，由和k 女即可求出k 值。对液态十二胺而言，其l ( i 值为： 艺。蒜砣s 枷“ 比较磁和l ( b 值可以看出：为l 矿，而k 值为lo 1 1 ，即岛值远远大于l 【i 值。换言之，式( 6 ) r n h 2 水解成r n h 3 + 的倾向较大，尤其在酸性介质中更是如 此；反之，式( 6 ) r n h 3 + 离解成r n i - 1 2 的倾向较小，只有在较高碱度条件下r n h 3 + 才易解离成r n h 2 分子。 ( 4 ) 溶液中r n h 3 + 与r n h 2 相对浓度的大小与介质p h 值的关系5 7 1 可将上述酸解离常数进一步改写为： 一- ! 墨丝2 1 ：! ：型里：( 1 3 ) 【p , n h j + 】h + 此式即表示在十二胺溶液中r n h 2 分子与r n h 3 + 离子的相对浓度和溶液p h 值 的定量关系。由式( 1 3 ) 可以看出； 当【r n h 2 】= 矾h 3 + 】时，m = 2 5 x1 0 - ，即p h = 1 0 6 ，说明当p h 值为1 0 6 时在 十二胺溶液中有一半是以离子状态存在的，而另一半则仍以未解离的胺分子状态存 在。 在强碱介质条件下( 如当p h 值 1 0 6 时) ， r n h 2 【r n h 3 + 】，说明这时溶液 中胺呈分子状态占优势。 在p h 值小于1 0 6 的区间内，【r n h 2 】 3 7 的溶液中表面荷负电，当往溶液中加 入阳离子胺类捕收剂时，r n h 3 + 离子就会与双电子层外层的i r 离子发生交换吸附， 使石英表面由疏水变为可浮。胺类捕收剂与石英表面作用示意见图6 所示【5 引。 莎一 看o - 譬 亲水不可浮 豌水可浮 图9 胺类捕收剂与石英表面作用示意图 f i g 9i n t e r a c tc o u r s eo f l a u r y l - a m i n ea n dq u a r t z 此外，溶液中的胺离予r n h 3 + 与胺分子r n h 2 之间的缔合作用使它们共同吸附 于矿物表面而不中和矿物表面的负电荷，或形成胺的分子离子二具体的半胶束吸 附。因此，十二胺在石英表面的吸附至少可用如图7 所示的几个示意式表示5 9 l 。 o s i o h + 鼢忸3 o s i o+ 口 o 付 o 。r 隅 ( r n h 3 + 置换廿) ( 0 、h 、n 同的氢键作用) x o 。h o 。h r n h 2 s i+ r n 啦 s i o 。姗3o 0 - r n h 3 ( m q - l - 1 3 + 置换 ) 2 8 o l o ； 。 3 内蒙古某赤铁矿浮选机理分析 、。；_ 皑+ 霄一、0 二戬、0 h 篇鬻慧玉， o o 姗， o o 姗3 一“一“” 围l o 十二胺在石英表面的吸附示意式 f i g 1 0a d s o r p t i o nh i n tp a t t e r no f l a u r y la m i n ea n dq u a r t z 石英表面吸附胺主要有两个特征： 1 ) 这种吸附主要靠静电引力的作用( 包括分子作用) ，很不牢固，容易脱落和 洗去，胺阳离子从石英表面解吸后石英就会失去可浮性，因此浮选矿浆中药剂的浓 度对浮选指标有较大的影响。 2 ) 吸附具有可逆性，吸附的胺离子可用高价金属阳离子使之置换，高价金属阳 离子如舢舟、f e 3 + 、b 矿等与胺类阳离子在矿物表面可发生竞争吸附，往往阻碍胺 类阳离子的吸附，或从矿物表面排挤掉胺类阳离子捕收剂，使石英失去可浮性，因 而高价金属阳离子对石英的浮选往往具有抑制作用l 删。 3 3 2 浮选中脂肪酸类捕收剂浮选石英的作用机理 i u , 5 1 5 和t s 1 均属于脂肪酸类捕收剂，不同之处在于r a - - 5 1 5 未进行钠化处 理，配制时需要进行钠化，并要保持一定的温度；而t s l 已经钠化，可以直接水溶 。配制，不需要特定的条件。控制条件虽然不同，但是它们的作用机理却是相同的，m 均是与石英表面的钙离子反应生成脂肪酸钙，利用脂肪酸钙的疏水性，在气泡的带 动下浮出水面，由刮板刮出，完成反浮选提铁降硅的目的。 在溶液中，发生如下反应： c a ( o h ) 2 + 2 r c o o 。一c a ( o o c r ) 2 - 4 - 2 0 h 一一( 1 4 ) k ：一坠鲤l ：紧：1 0 1 0 - 2 ( 1 5 ) k _ 向l b 1 0 图8 是在各种不同的钙离子浓度下，油酸钠用量对石英回收率的影响。从图中 可以看出，当钙离子添加量一定时，随着油酸钠添加量的增加，石英的回收率先是 增加；当油酸钠的添加量增加至一定比例后，石英的回收率反而下降，直至完全被 抑制。f u e 廊锄mmc 等人丘继存等人研究了石英的阴离子浮选，也发现这种抑制 2 9 河北理工大学硕士学位论文 现象，但抑制浮选的临界捕收剂浓度( c d c ，c r i t i c a l1 ) e p r e s s i o nc o n c e n t r a t i o n ) 不随金 属离子浓度的改变而改变 6 0 6 1 1 。 c o q a o l ( x 1 0 。m o l l ) ) c a 2 + 加入量：l 2 5 x 1 0 - m o l l ；2 5 1 0 s m o l l ；，一l l 矿m i ，l 图i1 油酸钠用量对石英回收率的影响 f i g 1 lo i la c i ds o d i u m v a l u ee f l e e t i n g r e c o v e r y o f q u a r t z 图1 1 为油酸钠添加量与钙添加量之比m ( m = c ( r c o o n a ) ：c ( c a c l 2 ”对石英回 收率的影响。比照图中看出，当钙离子浓度一定时，随着研值增加，石英回收率也 增加；当t ? 为2 时，浮选回收率达到最大。之后，随着坍值的进一步增加，回收率 反而下降，至所= 4 5 时，石英完全受到抑制。 莲 。龉 擎 匿 c o v a o l ) c ( c a c l 2 ) c a ”加入量：l - 2 5 x i o - 5 m o l l ；2 - - 5 x 1 0 - 5 m o l l ；3 一l 1 0 4 m o l ，l 图1 2 油酸钠与氯化钙用量之比对石英回收率的影响 f i g 1 2p r o p o r t i o no f o i la c i ds o d i u ma n dc h l o r i d ec a l c i u me f f e c t i n gr e c o v e r yo f q u a r t z 当m - - 2 时，石英回收率最大，即油酸钠与钙离子之比刚好是生成油酸钙的化学 计量比，认为油酸根与矿物表面吸附生成的c a ( o d ，发生了交换反应： c a ( o h ) 2 + 2 r c o o 一一c a ( o o c r ) 2 + 2 0 h 一 3 0 ，瓣娶凰 4 内蒙古某赤铁矿选矿工艺流程的试验研究 4 内蒙古某赤铁矿选矿工艺流程的试验研究 4 1 试验方案的拟定 从原矿性质分析结果可知：该铁矿石中能回收的有用元素是铁，主要有用矿物 是赤铁矿、褐铁矿、假象赤铁矿和少量的磁铁矿，有害元素s 含量较低而p 偏高， 脉石矿物以石英为主，因此该铁矿的选矿主要是石英和铁矿物的分离。另外铁矿物 的嵌布粒度较细，并且大部分为细粒级，部分脉石矿物镶嵌在铁矿物的晶格和裂缝 之中，有用矿物难以达到较高的单体解理度。根据该铁矿原矿性质，并借鉴国内外 先进成熟的选别工艺和设备，拟定了两种方案： l 方案：阶段磨矿一重选一强磁一反浮选方案，如图1 3 。 方案：阶段磨矿一强磁一重选一反浮选方案，如图1 4 。 原矿 矿 图1 3 阶段磨矿一重选一强磁一反浮选联合流程 f i f r l 3 f i o w s h e e to f p h a s eg r i n d i n g - g r a v i t yt r e a t m e n t - i n t e n s em a g n e t i c - u n - f o l a t m i o nd r e s s i n g 3 l - 河北理工大学硕士学位论文 需要特别说明的是，虽然该铁矿中存在少量的磁铁矿，但是经过西5 0 一磁选管 和m 3 2 7 1 8 0 湿式电磁筒式磁选机试验验证，未能分选出强磁性铁精矿，分析其原 因认为：磁铁矿单体颗粒微小并伴有部分氧化，使本身的磁性降低，同时微小的磁 铁矿颗粒所受磁力不足以克服其它受力，致使弱磁选不能分选出磁铁矿。而强磁选的 探索试验表明，这部分不能用弱磁选分选出的磁铁矿并不能对强磁机造成堵塞，因 此拟定方案时，没有在强磁选机选矿之前增加弱磁选机选矿，从而简化了工艺流 程。 原矿 图1 4 阶段磨矿一强磁一重选一反浮选联合流程 f i g 1 4 f l o w s h e c to f i n t e n s em a g n c t i o _ g r a v i t yi r e a t m e n t - - u n - f o l a t a t i o nd r e s s i n 晷 3 2 4 内蒙古某赤铁矿选矿工艺流程的试验研究 4 1 1 阶段磨矿一重选一强磁一反浮选联合流程 矿石经过磨矿后，利用重选分选出大部分精矿，通过反浮选分选出底流作为精 矿，泡沫作为最终尾矿；粗细分级的细粒部分进入强磁选机，强磁选的尾矿作为最 终尾矿强磁选精矿进入反浮选，反浮选的底流作为次精矿，反浮选的泡沫与强磁 选矿的尾矿合并作为最终尾矿 4 1 2 阶段磨矿一强磁一重选一反浮选联合流程 矿石经过磨矿后，首先利用强磁选机对原矿进行抛尾，降低矿浆的视在粘度， 为重选的分选创造有利条件，保证重选的分选效果。然后经过粗细分级进一步保证 在窄级别分选，以达到最佳指标，其中中矿自循环，尾矿直接返回一段粗磨，重选 的精矿经再磨后进入反浮选工艺流程，分选出精矿和尾矿。细粒级部分经浓缩后进 入反浮选工艺流程，分选出次精矿和最终尾矿。 4 2 最优试验流程的确定 4 2 1 流程的试验结果