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铁矿选矿工艺

文章来源:河南宏科重工机械 发布时间:2014-12-15 15:52:18         浏览次数:816      
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一、铁矿的选矿工艺流程

     铁矿选矿设备由鄂式破碎机、球磨机、分级机、磁选机、浮选机、浓缩机和烘干机等主要设备组成,配合给矿机、提升机、传送机可组成完整的选矿生产线。该铁矿选矿生产线具有高效、低能、处理量高、经济合理等优点。

   铁矿选矿工艺流程如下:开采的矿石先由鄂式破碎机进行初步破碎,在破碎至合理细度后经由提升机、给矿机均匀送入球磨机,由球磨机对矿石进行粉碎、研磨。经过球磨机研磨的矿石细料进入下一道工序:分级。螺旋分级机借助固体颗粒的比重不同而在液体中沉淀的速度不同的原理,对矿石混合物进行洗净、分级。经过洗净和分级的矿物混合料在经过磁选机时,由于各种矿物的比磁化系数不同,经由磁力和机械力将混合料中的磁性物质分离开来。经过磁选机初步分离后的矿物颗粒在被送入浮选机,根据不同的矿物特性加入不同的药物,使得所要的矿物质与其他物质分离开。在所要的矿物质被分离出来后,因其含有大量水分,须经浓缩机的初步浓缩,再经烘干机烘干,即可得到干燥的矿物质。

1、矿石破碎 
    我国选矿厂一般采用粗破、中破和细破三段破碎流程破碎铁矿石。粗破多用1.2m或1.5m旋回式破碎机,中破使用2.1m或2.2m标准型圆锥式破碎机,细破采用2.1m或2.2m短头型圆锥式破碎机。通过粗破的矿石,其块度不大于1m,然后经过中、细破碎,筛分成矿石粒度小于12mm的最终产品送磨矿槽。

2、磨矿工艺 
    我国铁矿磨矿工艺,大多数采用两段磨矿流程,中小型选矿厂多采用一段磨矿流程。由于采用细筛再磨新工艺,近年来一些选矿厂已由两段磨矿改为三段磨

矿。采用的磨矿设备一般比较小,最大球磨机3.6m×6m,最大棒磨机3.2m×4.5m,最大自磨机5.5m×1.8m,砾磨机2.7m×3.6m。 
   磨矿后的分级基本上使用的是螺旋分级机。为了提高效率,部分选矿厂用水力旋流器取代二次螺旋分级机。

3、选别技术


磁铁矿的分选工艺:弱磁--阳离子反浮选工艺
 
                           弱磁---阴离子反浮选工艺

   (1)、磁铁矿选矿  主要用来选别低品位的“鞍山式”磁铁矿。由于矿石磁性强、好磨好选,国内磁选厂均采用阶段磨矿和多阶段磨矿流程,对于粗粒嵌布

的磁铁矿采用前者(一段磨矿),细粒、微细粒嵌布的磁铁矿采用后者(二段或三段磨矿)。我国自己研制的系列化的永磁化,使磁选机实现了永磁化。70年代以后,由于在全国磁铁矿选矿厂推广了细筛再磨新技术,使精矿品位由62%提高到了66%左右,实现了冶金工业部提出精矿品位达到65%的要求。

  (2)、弱磁性铁矿选矿  主要用来选别赤铁矿、褐铁矿、镜铁矿、菱铁矿、假象赤铁矿或混合矿,也就是所谓的“红矿”。这类矿石品位低、嵌布粒度细、

矿物组成复杂,选别困难。80年代后,选矿技术方面对焙烧磁选、湿式强磁选、弱磁性浮选和重选等工艺流程、装备和新品种药剂的研究不断改进,使精矿品位、金属回收率不断提高。如鞍钢齐大山选矿厂采用弱磁—强磁—浮选的新工艺流程,获得令人鼓舞的成就。 

  (3)、多金属共(伴)生矿选矿  这类矿石成分复杂、类型多样,因此采用的方法、设备和流程也各不相同,如白云鄂博铁矿采用反浮选—多梯度磁选、絮凝浮选、弱磁-反浮选-强磁选、弱磁-正浮选、焙烧磁选等不同的工艺流程,以提高铁的回收率,并综合回收稀土氧化物。攀枝花铁矿通过磁选获得TFe53%

左右的钒铁精矿,磁选后的尾矿通过弱磁扫选-强磁选-重选-浮选-干燥电选,获得钛精矿和硫钴精矿,回收钛和钴。大冶铁矿采用弱磁-强磁和浮选,综合回收铁、铜和钴、硫等元素。


4、全磁分选工艺

赤铁矿分选工艺:连续磨矿--弱磁--强磁---阴离子反浮选工艺

                阶段磨矿、粗细分选。重-磁-阴离子反浮选工艺

                阶段磨矿、粗细分选、磁-重--阴离子反浮选工艺

                红铁矿阴离子反浮选工艺的高效节能


 (1)、磁铁矿选矿 
   主要用来选别低品位的“鞍山式”磁铁矿。由于矿石磁性强、好磨好选,国内磁选厂均采用阶段磨矿和多阶段磨矿流程,对于粗粒嵌布的磁铁矿采用前者(一

段磨矿),细粒、微细粒嵌布的磁铁矿采用后者(二段或三段磨矿)(图3.2.23)。我国自己研制的系列化的永磁化,使磁选机实现了永磁化。70年代以后,由

于在全国磁铁矿选矿厂推广了细筛再磨新技术,使精矿品位由62%提高到了66%左右,实现了冶金工业部提出精矿品位达到65%的要求。 
 (2)、弱磁性铁矿选矿 
   主要用来选别赤铁矿、褐铁矿、镜铁矿、菱铁矿、假象赤铁矿或混合矿,也就是所谓的“红矿”。这类矿石品位低、嵌布粒度细、矿物组成复杂,选别困难。

80年代后,选矿技术方面对焙烧磁选、湿式强磁选、弱磁性浮选和重选等工艺流程、装备和新品种药剂的研究不断改进,使精矿品位、金属回收率不断提高。如

鞍钢齐大山选矿厂采用弱磁—强磁—浮选的新工艺流程,获得令人鼓舞的成就。 
 (3)、多金属共(伴)生矿选矿 
  这类矿石成分复杂、类型多样,因此采用的方法、设备和流程也各不相同,如白云鄂博铁矿采用反浮选—多梯度磁选、絮凝浮选、弱磁-反浮选-强磁选、弱

磁-正浮选、焙烧磁选等不同的工艺流程,以提高铁的回收率,并综合回收稀土氧化物。攀枝花铁矿通过磁选获得TFe53%左右的钒铁精矿,磁选后的尾矿通过弱

磁扫选-强磁选-重选-浮选-干燥电选,获得钛精矿和硫钴精矿,回收钛和钴。大冶铁矿采用弱磁-强磁和浮选,综合回收铁、铜和钴、硫等元素。


5、烧结球团技术 
    烧结技术是我国人造富矿的主要手段。1996年共生产人造富矿16095.6万t,其中重点企业9485.9万t,占58.9%,地方国营企业6133.7万t,占38.1%。


    我国在细精矿烧结的技术上已达到相当水平。鞍钢早在50年代初就在烧结机上成功地把酸性烧结矿制作方法改为碱性烧结矿制作方法,在世界上第一个用消石灰或生石灰作熔剂解决了细精矿烧结问题。

烧结球团的装备水平也有所提高,全国共有烧结机419台,总面积15522m2,其中:130m2级以上的烧结机有22台,合计面积4107m2 ;24~129m2的烧结机197台,合计面积9387m2;小于24m2的烧结机200台,合计面积2028m2。1994年2月24日在马鞍山钢铁厂投产的300m2烧结机,是我国除宝钢外自行设计、制造和建设的规模最大的现代化烧结机。


    全国1995年烧结的主要技术经济指标为:利用系数1.36t/(m2·h),烧结矿品位53.00%,烧结机日历作业率80.94%,烧结矿合格率为84.92%,工人劳动生产率为2170t/(h·a)。

 


二、铁矿的种类

   铁矿物种类繁多,目前已发现的铁矿物和含铁矿物约300余种,其中常见的有170余种。但在当前技术条件下,具有工业利用价值的主要是磁铁矿、赤铁矿、磁赤铁矿、钛铁矿、褐铁矿和菱铁矿等。

     我国铁矿资源多而不富,以中低品位矿为主,富矿资源储量只占1.8%,而贫矿储量占47.6%。中小矿多,大矿少,特大矿更少。矿石类型复杂,难选矿和多组分共(伴)生矿所占比重大。难选赤铁矿和多组分共生铁矿石储量各占全国总储量的1/3,其共(伴)生组分主要包括V、Ti、Cu、Pb、Zn、Co、Nb、Se、Sb、W、Sn、Mo、Au、Ag、S、稀土元素等30余种,最主要的有Ti、V、Nb、Cu、Co、S和稀土元素等,有的共(伴)生组分的经济价值甚至超过铁矿价值,如白云鄂博铁矿中含有丰富的REO和Ta、Nb;攀枝花钒钛铁矿中的V和Ti储量居世界前位。随着分离和应用技术的提高,这些共(伴)生组分将得到充分的综合回收利用。有些红矿有用组分嵌布粒度细,或者与有害组分嵌布紧密,难以选别回收,造成铁矿物选矿回收率低,大量有用组分流失到尾矿中。有些以中低品位为主但易采易选的磁铁矿矿床,其中夹有大量边际效益的低品位矿石,如有适当的经济刺激政策,也可得到充分开发利用。


三、铁矿的性质

  铁矿
     铁元素(Ferrum)的原子序数为26,符号为Fe。在元素周期表上,铁是第四周期第八副族(ⅧB)的元素。它与钴和镍同属四周期ⅧB族。

     在自然界中,铁元素有4种稳定同位素,其同位素丰度(%)如下(Hertz,1960):
     54Fe—5.81,56Fe—91.64,57Fe—2.21,58Fe—0.34。
     铁的原子量平均为55.847(当12C=12.000时)。
     铁的原子半径,取12配位数时,为1.26×10-10m。铁的原子体积为7.1cm3/克原子,原子密度为7.86g/cm3。
     铁原子的电子结构是3d64s2。
     铁原子很容易失掉最外层的两个s电子而呈正二价离子(Fe2+)。如果再失掉次外层的1个d电子,则呈正三价离子(Fe3+)。铁元素的这种变价特征,导致铁在不同氧化还原反应中显示出不同的地球化学性质。


     铁原子失去第一个电子的电离势(I1)为7.90eV,失去第二个电子的电离势(I2)为16.18eV,失去第三个电子的电离势(I3)为30.64eV。
     铁的离子半径随配位数和离子电荷而变化。据Ahrens(1952)资料,取6配位数时,Fe2+的离子半径为0.074nm,Fe3+的离子半径为0.064nm。铁离子在含氧盐和卤化物等中构成离子化合物。

     铁常与硫和砷等构成共价化合物。铁的共价半径为1.17×10-10m。其键性强度可用铁和硫、砷等的电负性差求得。铁的电负性,Fe2+为1.8,Fe3+为1.9(波林,1964)。


     凡是原子半径与铁相近的元素,当晶体结构相同时,易与铁形成金属互化物,如铁和铂族形成的金属互化物粗铂矿(Pt,Fe)。凡是离子半径与铁相近的元素,当化学结构式相同时,易与铁发生类质同象替换,如硅酸盐中的铁橄榄石和镁橄榄石类质同象系列;碳酸盐中的菱铁矿和菱锰矿类质同象系列;以及钨酸盐中的钨铁矿和钨锰矿类质同象系列,等等。


     离子电位(Φ)是一个重要的地球化学指标。Fe2+的离子电位为2.70,可在水溶液中呈自由离子(Fe2+)迁移。Fe3+的离子电位较高,为4.69,它易呈水 铁矿解产物沉淀。因此,在还原条件下,有利于Fe2+呈自由离子迁移;在氧化条件下,则Fe2+易氧化为Fe3+而呈水解产物沉淀。与铁共沉淀的元素(同价的或异价的)共生组合,可用离子电位图来预测。

     铁及其化合物的密度、熔点和沸点,以及它们在水中的溶解度或溶度积,是决定铁进行地球化学迁移的重要物理常数。
     铁化合物的溶度积(18℃时),Fe(OH)3为1.1×10-36,Fe(OH)2为1.04×10-14,FeS为3.7×10-19,等等。
     铁的熔化潜热为269.55J/g,蒸发潜热为6343J/g。

     技术指标:铁矿石是指岩石(或矿物)中TFe含量达到最低工业品位要求者。


四、铁矿石分类


     按照矿物组分、结构、构造和采、选、冶及工艺流程等特点,可将铁矿石分为自然类型和工业类型两大类。

1、自然类型
(1)、根据含铁矿物种类可分为:磁铁矿石、赤铁矿石、假象或半假象赤铁矿石、钒钛磁铁矿石、褐铁矿石、菱铁矿石以及由其中两种或两种以上含铁矿物组成的混合矿石。
(2)、按有害杂质(S、P、Cu、Pb、Zn、V、Ti、Co、Ni、Sn、F、As)含量的高低,可分为高硫铁矿石、低硫铁矿石、高磷铁矿石、低磷铁矿石等。
(3)、按结构、构造可分为浸染状矿石、网脉浸染状矿石、条纹状矿石、条带状矿石、致密块状矿石、角砾状矿石,以及鲕状、豆状、肾状、蜂窝状、粉状、土

状矿石等。
(4)、按脉石矿物可分为石英型、闪石型、辉石型、斜长石型、绢云母绿泥石型、夕卡岩型、阳起石型、蛇纹石型、铁白云石型和碧玉型铁矿石等。

2.工业类型
(1)、工业上能利用的铁矿石,即表内铁矿石,包括炼钢用铁矿石、炼铁用铁矿石、需选铁矿石。
(2)、工业上暂不能利用的铁矿石,即表外铁矿石,矿石含铁量介于最低工业品位与边界品位之间。


五、成矿规律
    不同的地质时期,在类似的地质条件下,可以形成同类型的铁矿床;但在不同的地质时期和构造运动期,占主导地位的铁矿床类型则是不同的,显示了铁矿床形成与地壳演化密切有关的特点。由老到新,各地质时期的主要铁矿床类型及其成矿规律如下:

1、沉积变质型铁矿床

    这类铁矿床又称受变质沉积型铁矿床,主要产于前寒武纪(太古宙、元古宙)古老的区域变质岩系中,是中国十分重要的铁矿类型,其储量占全国总储量的57.8%。并具有“大、贫、浅、易(选)”的特点,即矿床规模大,含铁量低,矿体出露地表或浅部,易于选别。主要分布于吉林东南部、辽宁—本溪、冀东、北京密云、晋北、内蒙古南部、豫中、鲁中、皖西北、江西新余、陕西汉中、湘中等地。根据矿床中的矿石类型和含矿变质岩系的岩石矿物组合以及其他地质特征,又分为下列两大类。

 


2、陆相火山-侵入型铁矿床
    在中国东部陆相安山质火山岩分布区,发育着一套与辉石闪长玢岩-次火山或火山侵入岩有空间、时间和成因联系的铁矿床。典型矿床产于宁(南京)芜(湖)地区的中生代陆相火山岩断陷盆地中,同偏碱性玄武安山质火山侵入活动有密切的成因关系。国内有人称之为“玢岩铁矿”。它实际包括由岩浆晚期-高温、中温,直至中低温一系列成因类型。按矿床在火山机构中的产出特点,大致可分为3类:
(1)、产于玢岩体内部、顶部及其周围火山岩接触带中的铁矿床,如“陶村式”、“凹山式”、“梅山式”等。
(2)、产于玢岩体与周围接触带中的铁矿床。如“姑山式”等。
(3)、产于火山碎屑岩中的火山沉积矿床,如“龙旗山式”等。

    其中以第(1)类矿床规模最大,矿石含铁较高。陆相火山-侵入型铁矿床,矿体常呈似层状、透镜状、囊状、柱状、脉状等。矿体规模大小不一,大型矿体长可达千米以上,厚数十至二三百米,宽数十至近千米。矿石矿物以磁铁矿为主,假象赤铁矿、赤铁矿次之,可见少量菱铁矿。矿石构造有块状、浸染状、角砾状、斑杂状、条纹条带状等。这类矿床的磁铁矿以含Ti、V为特征。

3、海相火山-侵入型铁矿床
     多产于地槽褶皱带海底火山喷发中心附近,铁矿床的形成与火山作用有直接的关系。典型矿床以云南大红山铁矿为代表。
     铁矿体赋存于由火山碎屑岩-碳酸盐岩-熔岩(细碧岩和角斑岩)组成的一套含矿建造中。下部为石英砂岩、钙质或硬砂质粉砂岩,夹泥灰岩、白云质灰岩和粉砂岩薄层;富钠质的浅色岩是主矿体的容矿岩层。上部为厚层大理岩。

     矿体常呈层状、似层状、透镜状,少数呈脉状或囊状,常成群成带出现。矿石构造主要有块状、浸染状、角砾状、条带状、杏仁状和定向排列构造等。矿石矿物主要为磁铁矿、赤铁矿,次有假象赤铁矿、菱铁矿和硫化矿物。脉石矿物有石英、钠长石、绢云母、铁绿泥石等。

4、沉积型铁矿床
     它是出露地表的含铁岩石、矿物或铁矿体,在风化作用下,被破碎、分解,搬运到低洼盆地中,有的经过机械沉积,有的经过沉积分异作用(包括化学分异作用)沉积下来。铁矿物或铁质富集达到工业要求时,即形成沉积矿床。这种类型铁矿床储量占全国储量的8.7%。其矿床具有“广、薄、难”的特点,即矿层分布面积广,厚度薄,矿石多为赤铁矿、菱铁矿,含磷高,难选。根据铁矿床形成的沉积环境,可分为海相和湖相两类沉积矿床。

 

六、铁矿在我国的发展


    铁是世界上发现最早,利用最广,用量也是最多的一种金属,其消耗量约占金属总消耗量的95%左右。铁矿石主要用于钢铁工业,冶炼含碳量不同的生铁(含碳量一般在2%以上)和钢(含碳量一般在2%以下)。我国铁矿由于贫矿多(占总储量的97.5%)和伴(共)生有其他组分的综合矿多(占总储量的1/3),所以在冶炼前绝大部分需要进行选矿处理。中国是世界上利用铁最早的国家之一。早在19000年前,周口店“山顶洞人”就开始使用赤铁矿粉作为赭红色颜料,涂于装饰品上或者随葬撒在尸体周围。这是人类利用天然矿物颜料的开始。到新石器时代(距今10000~4000年),兴起了制陶业,并发明绘制各种风格的彩陶。绘制赭红色彩陶的原料就是赭石(赤铁矿)。

    人类使用铁器制品至少有5000多年历史,开始是用铁陨石中的天然铁制成铁器。最早的陨铁器是在尼罗河流域的格泽(Gerzeh)和幼发拉底河流域乌尔(Ur)出土于公元前4000多年前的铁珠和匕首。目前中国最早的陨铁文物是1972年在河北藁城台西村商代中期(公元前13世纪中期)遗址中发现的铁刃青铜钺。这件古兵器,经全面的科学考查,确定刃部是陨铁加热锻造成的。它表明我国商代人们已掌握一定水平的锻造技术和对铁的认识,熟悉铁加工性能,并认识铁与青铜在性质上的差别。但那时人们还不会利用铁矿石炼铁,而铁陨石又很少,所以当时的铁制品是十分珍贵的物品。

     我国用铁矿石直接炼铁,早期的方法是块炼铁,后来用竖炉炼铁。在春秋时代晚期(公元前6世纪)已炼出可供浇铸的液态生铁,铸成铁器,应用于生产,并发明了铸铁柔化术。这一发明加快了铁器取代铜器等生产工具的历史进程。战国冶铁业兴盛,生产的铁器制品以农具、手工工具为主,兵器则青铜、钢、铁兼而有之。据记载,今山东临淄和河北邯郸铁矿等,春秋战国时期都已进行开采。1996年全国入选铁矿石21497万t,占全国产铁矿石原矿25228万t的85.2%。入选铁矿石生产铁精矿粉8585.7万t,其中重点选矿厂处理原矿10961万t,生产铁精矿粉4158万t,占全国铁精矿粉产量的48.4%。


    我国铁矿资源多而不富,以中低品位矿为主,富矿资源储量只占1.8%,而贫矿储量占47.6%。中小矿多,大矿少,特大矿更少。矿石类型复杂,难选矿和多组分共(伴)生矿所占比重大。难选赤铁矿和多组分共生铁矿石储量各占全国总储量的1/3,其共(伴)生组分主要包括V、Ti、Cu、Pb、Zn、Co、Nb、Se、Sb、W、Sn、Mo、Au、Ag、S、稀土元素等30余种,最主要的有Ti、V、Nb、Cu、Co、S和稀土元素等,有的共(伴)生组分的经济价值甚至超过铁矿价值,如白云鄂博铁矿中含有丰富的REO和Ta、Nb;攀枝花钒钛铁矿中的V和Ti储量居世界前位。随着分离和应用技术的提高,这些共(伴)生组分将得到充分的综合回收利用。有些红矿有用组分嵌布粒度细,或者与有害组分嵌布紧密,难以选别回收,造成铁矿物选矿回收率低,大量有用组分流失到尾矿中。有些以中低品位为主但易采易选的磁铁矿矿床,其中夹有大量边际效益的低品位矿石,如有适当的经济刺激政策,也可得到充分开发利用。

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