复杂难选铁矿石选矿工艺及发展方向

我国97%的铁矿石需要选矿处理
    我国铁矿石的主要特点是“贫”、“细”、“杂”，平均铁品位32%，比世界平均品位低11个百分点。其中97%的铁矿石需要选矿处理，并且复杂难选的红铁矿所占比例大(约占铁矿石储量的20.8%)。铁矿床成因类型多样，矿石类型复杂。我国探明的铁矿资源量为380～410亿吨，主要铁矿类型有：鞍山式沉积变质型铁矿，以磁铁矿石为主，品位为30%～35%，资源量为200亿吨。其中鞍本地区120亿吨，冀东地区50亿吨，山西、北京、冀西、安徽等地约30亿吨。攀枝花式岩浆分异型铁矿，以磁铁矿、钛铁矿为主，品位为30%～35%，主要分布在四川省西昌到渡口一带，资源量为70亿吨。大冶式和邯邢式接触交代型铁矿，以磁铁矿石为主，品位为35%～60%，主要分布在邯邢、莱芜和长江中下游一带，资源量为50亿吨，铁含量>45%的富矿较多。梅山式玢岩型铁矿，以磁铁矿石为主，资源量为10亿吨，品位为35%～60%。宣龙式和宁乡式沉积型铁矿，以赤铁矿石为主，品位低，含磷高，难处理，主要分布在河北宣化和湖北鄂西一带，资源量为30～50亿吨。大红山式和蒙库式海相火山沉积变质型铁矿，以磁铁矿矿石为主，品位为35%～60%，主要分布在云南、新疆一带，资源量为20亿吨。在铁矿中共生和伴生铁矿多，约占资源量的17.9%，典型矿床有攀枝花铁矿、白云鄂博铁矿、大冶铁矿等，共(伴)生组分有钒、钛、稀土、铜等。
    目前，我国菱铁矿石和褐铁矿石的利用率极低，大部分没有回收利用或根本没有开采利用。我国利用最多的矿石为鞍山式沉积变质铁矿石，但其中也有部分矿石由于嵌布粒度微细，矿物组成复杂尚未得到有效的开发利用。宣龙式和宁乡式铁矿，约占我国铁矿总储量的12%，占我国红铁矿储量的30%，由于矿石嵌布粒度微细，矿石结构为鲕状，含有害杂质磷高，目前尚未开发利用。包头白云鄂博铁矿为大型多金属共生复合铁矿，除铁外，尚有稀土、铌等多种金属，已发现有71种元素、170多种矿物。包钢目前采用弱磁－强磁－浮选回收铁和稀土的工艺流程，这种工艺获得的铁精矿品位低，其主要原因是铁精矿中含有硅酸盐类矿物，尤其是钾钠含量高，严重影响高炉冶炼效果；稀土矿物回收率低，总回收率不足20%，另外其他有价元素没有得到回收。
我国选铁矿石技术进展
菱铁矿石选矿技术
    由于菱铁矿的理论铁品位较低，且经常与钙、镁、锰呈类质同象共生，因此采用物理选矿方法铁精矿品位很难达到45%以上，但焙烧后因烧损较大而大幅度提高铁精矿品位。比较经济的选矿方法是重选、强磁选，但难以有效地降低铁精矿中的杂质含量。强磁选－浮选联合工艺能有效地降低铁精矿中的杂质含量。马鞍山矿山研究院对太钢峨口铁矿尾矿中碳酸铁矿物的回收利用进行了研究。该碳酸铁的赋存状态是以铁镁碳酸盐类质同象系列矿物为主，采用筛分－强磁选－浮选联合工艺流程，最终铁精矿品位在35%以上(焙烧后铁品位在51%以上)，SiO2含量降至4%以下，四元碱度达到3以上，既是一种铁原料，又具有炼铁熔剂的性能，与酸性铁精矿混合冶炼能大大改善冶金性能。中性或还原磁化焙烧一弱磁选是最原始且可靠的菱铁矿选矿技术，虽然加工成本较高，但随着铁矿资源紧缺和价值的升高，该技术的研究与应用逐渐升温。块状铁矿石(15～75mm)采用竖炉焙烧，而对于粉状铁矿石的焙烧，虽然曾进行过包括沸腾炉、回转窑焙烧等技术研究，但至今尚未有大规模的生产实践。近几年，国内有关科研院所又重新加强对粉状铁矿石培烧技术的研究，并提出了所谓的“闪烁焙烧技术”，即利用回转窑焙烧技术使粉状铁矿石快速磁化焙烧。采用该技术对武钢大冶铁矿的强磁精矿、酒钢强磁中矿、陕西大西沟铁矿等富含碳酸铁矿物的铁矿石进行了试验研究，铁精矿品位可提高到55%～60%。
褐铁矿石选矿技术
    由于褐铁矿中富含结晶水，因此采用物理选矿方法铁精矿品位很难达到60%，但焙烧后因烧损较大而大幅度提高铁精矿品位。由于褐铁矿在破碎磨矿过程中极易泥化，难以获得较高的金属回收率。褐铁矿的选矿工艺有还原磁化焙烧－弱磁选、强磁选、重选、浮选及其联合工艺。过去具有工业生产实践的选矿工艺有强磁选、强磁选－正浮选，但受褐铁矿石性质(极易泥化)、强磁选设备(对－20µm铁矿物回收率较差)及浮选药剂的制约，其选别指标较差，而还原磁化培烧－弱磁选工艺的选矿成本较高，因此该类铁矿石基本没有得到有效利用。为了提高细粒铁矿物的回收率，曾进行用褐煤做还原剂和燃料的回转窑焙烧磁选技术的半工业试验、絮凝－强磁选技术工业试验等，均取得较好的试验结果。例如，马鞍山矿山研究院对江西铁坑褐铁矿石进行了选择性絮凝－强磁选技术工业试验，结果表明铁金属回收率可提高10个百分点以上，但由于絮凝设备及选择性絮凝工艺条件的控制尚未过关而未能工业化。近年来，随着新型高梯度强磁选机及新型高效反浮选药剂的研制成功，强磁选－反浮选－焙烧联合工艺分选褐铁矿石取得明显进展，即先通过强磁－反浮选获得低杂质含量的铁精矿，然后通过普通焙烧或者与磁铁精矿混合生产球团矿可大幅度提高产品的铁品位。马鞍山矿山研究院对江西铁坑褐铁矿等铁矿石的试验研究结果表明，反浮选精矿铁品位可达到57%、SiO2含量降至5%左右，经焙烧后产品的铁品位可达到64%以上，与焙烧、磁选、反浮选联合工艺相比，生产成本大幅度下降，使该类型铁矿石具有开采利用价值。
    复合铁矿石选矿技术
    我国大多铁矿石都含有两种以上的铁矿物，种类越多其可选性越差。该类铁矿石中以共生有赤铁矿、镜铁矿、针铁矿、菱铁矿、褐铁矿等弱磁性铁矿物者较为难选。常规的选矿工艺均可用于分选该类铁矿石，但当矿石中含菱铁矿或褐铁矿较多时，其铁精矿品位和回收率均难以提高。目前，选矿效果较好的是弱磁－强磁－浮选和磁化焙烧－反浮选等联合工艺。马鞍山矿山研究院对酒钢铁矿石(含镜铁矿、菱铁矿及褐铁矿等)粉矿(－15mm)采用强磁－正浮选工艺的研究结果表明，与现场采用的单一强磁选工艺相比，在铁精矿品位提高2个百分点(达到49%以上，烧后达到58%以上)的同时，铁金属回收率提高12个百分点以上(达到74%以上)。另外，结合酒钢焙烧精矿性质特点，避免多段磁选方法和剩磁影响，用再磨－反浮选和再磨－弱磁－反浮选流程进行了降低焙烧磁选精矿中的杂质含量试验。在入选粒度82%－75µm的条件下，取得了SiO2+Al2O3的杂质含量由11%以上降到了6%以下、精矿铁品位由55%提高到59%以上(烧损后铁品位达60%以上)、降杂作业回收率达94%的良好指标。
    多金属共生铁矿石选矿技术
    我国难选多金属共生铁矿石主要有包头白云鄂博稀土铁矿和攀枝花钒钛磁铁矿等，该类型铁矿石的特点是矿物组成及共生关系复杂，因此造成铁精矿选别指标低及共伴生有价元素的回收率低。其中以包头白云鄂博稀土氧化铁矿石尤为难选。目前，包钢选矿厂采用弱磁－强磁－反浮选工艺进行选铁，其强磁精矿中主要有易浮类萤石、碳酸盐等矿物和难浮难选的含铁硅酸盐类矿物。对于易浮类萤石、碳酸盐等矿物，包钢选矿厂采用以水玻璃为抑制剂、GE－28为捕收剂的弱碱性反浮选生产工艺，而难浮难选的含铁硅酸盐类矿物一直没有得到有效分离，致使铁精矿品位较低(在55%以下)，精矿中钾钠含量高。马鞍山矿山研究院的研究结果证明，对于取自于现场，细度为－0．076mm占88%左右、铁品位在43．5%左右的强磁精矿样，采用优化组合的反浮选－正浮选工艺流程，并在正浮选作业采用新型高效捕收剂，全流程浮选闭路试验指标为精矿产率在53%左右、精矿铁品位在62%左右、回收率在75%左右，同时有害物质如P、K2O、Na2O、F降低幅度很大，为改善该类型铁矿石的选别指标开辟了一条有效的新途径。另外，对于攀枝花钒钛磁铁矿石，分别采用细筛－再磨工艺选铁和高梯度强磁－浮选工艺选钛等，该类矿石的各项选别指标均得到显著提高。
    鲕状赤铁矿石选矿技术
    鲕状赤铁矿嵌布粒度极细且经常与菱铁矿、鲕绿泥石和含磷矿物共生或相互包裹，因此鲕状赤铁矿石是目前国内外公认的最难选的铁矿石类型。过去，我国曾对该类型铁矿石进行了大量的选矿试验研究工作，其中还原焙烧－弱磁选工艺的选别指标相对较好，但由于其技术难点是需要超细磨，而目前常规的选矿设备及药剂难以有效地回收－10µm的微细粒铁矿物，因此该类型铁矿石资源基本没有得到利用。随着我国可利用的铁矿资源逐渐减少，研究鲕状赤铁矿石的高效选矿技术已凸显重要性和紧迫性。相关初步研究结果证明，超细磨－选择性絮凝(聚团)－强磁选或浮选、还原焙烧－超细磨－选择性絮凝(聚团)－弱磁选或浮选等高效选矿工艺或选冶联合工艺已显现其优越性。
    高硫、磷铁矿石选矿技术
    我国大部分铁矿石含有硫、磷等有害杂质。特别是对于富含磁黄铁矿、微细粒磷灰石或胶磷矿的铁矿石，其铁精矿除杂的难度极大。铁精矿除硫常用的工艺有浮选、焙烧，而后者成本高且产生环境污染，因此研究的主攻方向是强化浮选。马鞍山矿山研究院通过大量的试验研究，研发出以高效活化剂为关键技术的磁铁矿与磁黄铁矿高效分离工艺。通过对国内外多个磁黄铁矿型高硫磁铁矿选矿降硫研究与应用结果证明，与常规浮选相比，铁精矿含硫量可降低0．5个百分点，重要的是铁精矿含硫量可以满足后续用户的要求。大量的研究成果证明，铁精矿除磷可采用磁选、反浮选、选择性絮凝(聚团)、酸浸、氯化焙烧－酸浸、生物浸出及其联合工艺等，其中磁选－反浮选、选择性絮凝(聚团)－反浮选联合工艺较经济，氯化焙烧－酸浸工艺除磷效果较好，但成本较高，而生物浸出是将来的发展方向。
    未来的发展方向
    近年我国复杂难选铁矿石选矿技术已取得可喜进展，但由于受我国铁矿石种类复杂及综合选矿技术经济水平不高的制约，我国复杂难选铁矿石资源的利用率还比较低，甚至个别矿种基本没有得到利用。因此，我国以后应加强以下几个方面的研究工作：研究及应用高效的多碎少磨技术与装备；加强高效焙烧技术与装备研究，重点是细粒(粉状)物料焙烧技术与装备等；加强高效细粒磨矿分级工艺与装备研究；加强高效细粒铁矿选矿工艺与装备研究，重点是深化研究选择性絮凝(聚团)－反浮选联合工艺、装备及其自动控制，研究选冶联合工艺及生物浸出工艺，研究高效回收微细粒铁矿物的强磁选机和浮选设备等；研制适合于铁矿物与含铁硅酸盐类矿物、硫、磷等有害杂质矿物高效分离的浮选药剂以及微细粒铁矿石的高效分散剂、絮凝(聚团)剂、浮选药剂等。