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鐵礦選礦工藝

文章來源:河南宏科重工機械 發布時間:2014-12-15 15:52:18         瀏覽次數:1301      
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一、鐵礦的選礦工藝流程

     鐵礦選礦設備由鄂式破碎機、球磨機、分級機、磁選機、浮選機、濃縮機和烘干機等主要設備組成,配合給礦機、提升機、傳送機可組成完整的選礦生產線。該鐵礦選礦生產線具有高效、低能、處理量高、經濟合理等優點。

   鐵礦選礦工藝流程如下:開采的礦石先由鄂式破碎機進行初步破碎,在破碎至合理細度后經由提升機、給礦機均勻送入球磨機,由球磨機對礦石進行粉碎、研磨。經過球磨機研磨的礦石細料進入下一道工序:分級。螺旋分級機借助固體顆粒的比重不同而在液體中沉淀的速度不同的原理,對礦石混合物進行洗凈、分級。經過洗凈和分級的礦物混合料在經過磁選機時,由于各種礦物的比磁化系數不同,經由磁力和機械力將混合料中的磁性物質分離開來。經過磁選機初步分離后的礦物顆粒在被送入浮選機,根據不同的礦物特性加入不同的藥物,使得所要的礦物質與其他物質分離開。在所要的礦物質被分離出來后,因其含有大量水分,須經濃縮機的初步濃縮,再經烘干機烘干,即可得到干燥的礦物質。

1、礦石破碎 
    我國選礦廠一般采用粗破、中破和細破三段破碎流程破碎鐵礦石。粗破多用1.2m或1.5m旋回式破碎機,中破使用2.1m或2.2m標準型圓錐式破碎機,細破采用2.1m或2.2m短頭型圓錐式破碎機。通過粗破的礦石,其塊度不大于1m,然后經過中、細破碎,篩分成礦石粒度小于12mm的最終產品送磨礦槽。

2、磨礦工藝 
    我國鐵礦磨礦工藝,大多數采用兩段磨礦流程,中小型選礦廠多采用一段磨礦流程。由于采用細篩再磨新工藝,近年來一些選礦廠已由兩段磨礦改為三段磨

礦。采用的磨礦設備一般比較小,最大球磨機3.6m×6m,最大棒磨機3.2m×4.5m,最大自磨機5.5m×1.8m,礫磨機2.7m×3.6m。 
   磨礦后的分級基本上使用的是螺旋分級機。為了提高效率,部分選礦廠用水力旋流器取代二次螺旋分級機。

3、選別技術


磁鐵礦的分選工藝:弱磁--陽離子反浮選工藝
 
                           弱磁---陰離子反浮選工藝

   (1)、磁鐵礦選礦  主要用來選別低品位的“鞍山式”磁鐵礦。由于礦石磁性強、好磨好選,國內磁選廠均采用階段磨礦和多階段磨礦流程,對于粗粒嵌布

的磁鐵礦采用前者(一段磨礦),細粒、微細粒嵌布的磁鐵礦采用后者(二段或三段磨礦)。我國自己研制的系列化的永磁化,使磁選機實現了永磁化。70年代以后,由于在全國磁鐵礦選礦廠推廣了細篩再磨新技術,使精礦品位由62%提高到了66%左右,實現了冶金工業部提出精礦品位達到65%的要求。

 ?。?)、弱磁性鐵礦選礦  主要用來選別赤鐵礦、褐鐵礦、鏡鐵礦、菱鐵礦、假象赤鐵礦或混合礦,也就是所謂的“紅礦”。這類礦石品位低、嵌布粒度細、

礦物組成復雜,選別困難。80年代后,選礦技術方面對焙燒磁選、濕式強磁選、弱磁性浮選和重選等工藝流程、裝備和新品種藥劑的研究不斷改進,使精礦品位、金屬回收率不斷提高。如鞍鋼齊大山選礦廠采用弱磁—強磁—浮選的新工藝流程,獲得令人鼓舞的成就。 

 ?。?)、多金屬共(伴)生礦選礦  這類礦石成分復雜、類型多樣,因此采用的方法、設備和流程也各不相同,如白云鄂博鐵礦采用反浮選—多梯度磁選、絮凝浮選、弱磁-反浮?。看叛?、弱磁-正浮選、焙燒磁選等不同的工藝流程,以提高鐵的回收率,并綜合回收稀土氧化物。攀枝花鐵礦通過磁選獲得TFe53%

左右的釩鐵精礦,磁選后的尾礦通過弱磁掃?。看叛。匱。⊙。稍锏繆?,獲得鈦精礦和硫鈷精礦,回收鈦和鈷。大冶鐵礦采用弱磁-強磁和浮選,綜合回收鐵、銅和鈷、硫等元素。


4、全磁分選工藝

赤鐵礦分選工藝:連續磨礦--弱磁--強磁---陰離子反浮選工藝

                階段磨礦、粗細分選。重-磁-陰離子反浮選工藝

                階段磨礦、粗細分選、磁-重--陰離子反浮選工藝

                紅鐵礦陰離子反浮選工藝的高效節能


?。?)、磁鐵礦選礦 
   主要用來選別低品位的“鞍山式”磁鐵礦。由于礦石磁性強、好磨好選,國內磁選廠均采用階段磨礦和多階段磨礦流程,對于粗粒嵌布的磁鐵礦采用前者(一

段磨礦),細粒、微細粒嵌布的磁鐵礦采用后者(二段或三段磨礦)(圖3.2.23)。我國自己研制的系列化的永磁化,使磁選機實現了永磁化。70年代以后,由

于在全國磁鐵礦選礦廠推廣了細篩再磨新技術,使精礦品位由62%提高到了66%左右,實現了冶金工業部提出精礦品位達到65%的要求。 
?。?)、弱磁性鐵礦選礦 
   主要用來選別赤鐵礦、褐鐵礦、鏡鐵礦、菱鐵礦、假象赤鐵礦或混合礦,也就是所謂的“紅礦”。這類礦石品位低、嵌布粒度細、礦物組成復雜,選別困難。

80年代后,選礦技術方面對焙燒磁選、濕式強磁選、弱磁性浮選和重選等工藝流程、裝備和新品種藥劑的研究不斷改進,使精礦品位、金屬回收率不斷提高。如

鞍鋼齊大山選礦廠采用弱磁—強磁—浮選的新工藝流程,獲得令人鼓舞的成就。 
?。?)、多金屬共(伴)生礦選礦 
  這類礦石成分復雜、類型多樣,因此采用的方法、設備和流程也各不相同,如白云鄂博鐵礦采用反浮選—多梯度磁選、絮凝浮選、弱磁-反浮?。看叛?、弱

磁-正浮選、焙燒磁選等不同的工藝流程,以提高鐵的回收率,并綜合回收稀土氧化物。攀枝花鐵礦通過磁選獲得TFe53%左右的釩鐵精礦,磁選后的尾礦通過弱

磁掃?。看叛。匱。⊙。稍锏繆?,獲得鈦精礦和硫鈷精礦,回收鈦和鈷。大冶鐵礦采用弱磁-強磁和浮選,綜合回收鐵、銅和鈷、硫等元素。


5、燒結球團技術 
    燒結技術是我國人造富礦的主要手段。1996年共生產人造富礦16095.6萬t,其中重點企業9485.9萬t,占58.9%,地方國營企業6133.7萬t,占38.1%。


    我國在細精礦燒結的技術上已達到相當水平。鞍鋼早在50年代初就在燒結機上成功地把酸性燒結礦制作方法改為堿性燒結礦制作方法,在世界上第一個用消石灰或生石灰作熔劑解決了細精礦燒結問題。

燒結球團的裝備水平也有所提高,全國共有燒結機419臺,總面積15522m2,其中:130m2級以上的燒結機有22臺,合計面積4107m2 ;24~129m2的燒結機197臺,合計面積9387m2;小于24m2的燒結機200臺,合計面積2028m2。1994年2月24日在馬鞍山鋼鐵廠投產的300m2燒結機,是我國除寶鋼外自行設計、制造和建設的規模最大的現代化燒結機。


    全國1995年燒結的主要技術經濟指標為:利用系數1.36t/(m2·h),燒結礦品位53.00%,燒結機日歷作業率80.94%,燒結礦合格率為84.92%,工人勞動生產率為2170t/(h·a)。


二、鐵礦的種類

   鐵礦物種類繁多,目前已發現的鐵礦物和含鐵礦物約300余種,其中常見的有170余種。但在當前技術條件下,具有工業利用價值的主要是磁鐵礦、赤鐵礦、磁赤鐵礦、鈦鐵礦、褐鐵礦和菱鐵礦等。

     我國鐵礦資源多而不富,以中低品位礦為主,富礦資源儲量只占1.8%,而貧礦儲量占47.6%。中小礦多,大礦少,特大礦更少??笫嘈透叢?,難選礦和多組分共(伴)生礦所占比重大。難選赤鐵礦和多組分共生鐵礦石儲量各占全國總儲量的1/3,其共(伴)生組分主要包括V、Ti、Cu、Pb、Zn、Co、Nb、Se、Sb、W、Sn、Mo、Au、Ag、S、稀土元素等30余種,最主要的有Ti、V、Nb、Cu、Co、S和稀土元素等,有的共(伴)生組分的經濟價值甚至超過鐵礦價值,如白云鄂博鐵礦中含有豐富的REO和Ta、Nb;攀枝花釩鈦鐵礦中的V和Ti儲量居世界前位。隨著分離和應用技術的提高,這些共(伴)生組分將得到充分的綜合回收利用。有些紅礦有用組分嵌布粒度細,或者與有害組分嵌布緊密,難以選別回收,造成鐵礦物選礦回收率低,大量有用組分流失到尾礦中。有些以中低品位為主但易采易選的磁鐵礦礦床,其中夾有大量邊際效益的低品位礦石,如有適當的經濟刺激政策,也可得到充分開發利用。


三、鐵礦的性質

  鐵礦
     鐵元素(Ferrum)的原子序數為26,符號為Fe。在元素周期表上,鐵是第四周期第八副族(ⅧB)的元素。它與鈷和鎳同屬四周期ⅧB族。

     在自然界中,鐵元素有4種穩定同位素,其同位素豐度(%)如下(Hertz,1960):
     54Fe—5.81,56Fe—91.64,57Fe—2.21,58Fe—0.34。
     鐵的原子量平均為55.847(當12C=12.000時)。
     鐵的原子半徑,取12配位數時,為1.26×10-10m。鐵的原子體積為7.1cm3/克原子,原子密度為7.86g/cm3。
     鐵原子的電子結構是3d64s2。
     鐵原子很容易失掉最外層的兩個s電子而呈正二價離子(Fe2+)。如果再失掉次外層的1個d電子,則呈正三價離子(Fe3+)。鐵元素的這種變價特征,導致鐵在不同氧化還原反應中顯示出不同的地球化學性質。


     鐵原子失去第一個電子的電離勢(I1)為7.90eV,失去第二個電子的電離勢(I2)為16.18eV,失去第三個電子的電離勢(I3)為30.64eV。
     鐵的離子半徑隨配位數和離子電荷而變化。據Ahrens(1952)資料,取6配位數時,Fe2+的離子半徑為0.074nm,Fe3+的離子半徑為0.064nm。鐵離子在含氧鹽和鹵化物等中構成離子化合物。

     鐵常與硫和砷等構成共價化合物。鐵的共價半徑為1.17×10-10m。其鍵性強度可用鐵和硫、砷等的電負性差求得。鐵的電負性,Fe2+為1.8,Fe3+為1.9(波林,1964)。


     凡是原子半徑與鐵相近的元素,當晶體結構相同時,易與鐵形成金屬互化物,如鐵和鉑族形成的金屬互化物粗鉑礦(Pt,Fe)。凡是離子半徑與鐵相近的元素,當化學結構式相同時,易與鐵發生類質同象替換,如硅酸鹽中的鐵橄欖石和鎂橄欖石類質同象系列;碳酸鹽中的菱鐵礦和菱錳礦類質同象系列;以及鎢酸鹽中的鎢鐵礦和鎢錳礦類質同象系列,等等。


     離子電位(Φ)是一個重要的地球化學指標。Fe2+的離子電位為2.70,可在水溶液中呈自由離子(Fe2+)遷移。Fe3+的離子電位較高,為4.69,它易呈水 鐵礦解產物沉淀。因此,在還原條件下,有利于Fe2+呈自由離子遷移;在氧化條件下,則Fe2+易氧化為Fe3+而呈水解產物沉淀。與鐵共沉淀的元素(同價的或異價的)共生組合,可用離子電位圖來預測。

     鐵及其化合物的密度、熔點和沸點,以及它們在水中的溶解度或溶度積,是決定鐵進行地球化學遷移的重要物理常數。
     鐵化合物的溶度積(18℃時),Fe(OH)3為1.1×10-36,Fe(OH)2為1.04×10-14,FeS為3.7×10-19,等等。
     鐵的熔化潛熱為269.55J/g,蒸發潛熱為6343J/g。

     技術指標:鐵礦石是指巖石(或礦物)中TFe含量達到最低工業品位要求者。


四、鐵礦石分類


     按照礦物組分、結構、構造和采、選、冶及工藝流程等特點,可將鐵礦石分為自然類型和工業類型兩大類。

1、自然類型
(1)、根據含鐵礦物種類可分為:磁鐵礦石、赤鐵礦石、假象或半假象赤鐵礦石、釩鈦磁鐵礦石、褐鐵礦石、菱鐵礦石以及由其中兩種或兩種以上含鐵礦物組成的混合礦石。
(2)、按有害雜質(S、P、Cu、Pb、Zn、V、Ti、Co、Ni、Sn、F、As)含量的高低,可分為高硫鐵礦石、低硫鐵礦石、高磷鐵礦石、低磷鐵礦石等。
(3)、按結構、構造可分為浸染狀礦石、網脈浸染狀礦石、條紋狀礦石、條帶狀礦石、致密塊狀礦石、角礫狀礦石,以及鮞狀、豆狀、腎狀、蜂窩狀、粉狀、土

狀礦石等。
(4)、按脈石礦物可分為石英型、閃石型、輝石型、斜長石型、絹云母綠泥石型、夕卡巖型、陽起石型、蛇紋石型、鐵白云石型和碧玉型鐵礦石等。

2.工業類型
(1)、工業上能利用的鐵礦石,即表內鐵礦石,包括煉鋼用鐵礦石、煉鐵用鐵礦石、需選鐵礦石。
(2)、工業上暫不能利用的鐵礦石,即表外鐵礦石,礦石含鐵量介于最低工業品位與邊界品位之間。


五、成礦規律
    不同的地質時期,在類似的地質條件下,可以形成同類型的鐵礦床;但在不同的地質時期和構造運動期,占主導地位的鐵礦床類型則是不同的,顯示了鐵礦床形成與地殼演化密切有關的特點。由老到新,各地質時期的主要鐵礦床類型及其成礦規律如下:

1、沉積變質型鐵礦床

    這類鐵礦床又稱受變質沉積型鐵礦床,主要產于前寒武紀(太古宙、元古宙)古老的區域變質巖系中,是中國十分重要的鐵礦類型,其儲量占全國總儲量的57.8%。并具有“大、貧、淺、易(選)”的特點,即礦床規模大,含鐵量低,礦體出露地表或淺部,易于選別。主要分布于吉林東南部、遼寧—本溪、冀東、北京密云、晉北、內蒙古南部、豫中、魯中、皖西北、江西新余、陜西漢中、湘中等地。根據礦床中的礦石類型和含礦變質巖系的巖石礦物組合以及其他地質特征,又分為下列兩大類。

 


2、陸相火山-侵入型鐵礦床
    在中國東部陸相安山質火山巖分布區,發育著一套與輝石閃長玢巖-次火山或火山侵入巖有空間、時間和成因聯系的鐵礦床。典型礦床產于寧(南京)蕪(湖)地區的中生代陸相火山巖斷陷盆地中,同偏堿性玄武安山質火山侵入活動有密切的成因關系。國內有人稱之為“玢巖鐵礦”。它實際包括由巖漿晚期-高溫、中溫,直至中低溫一系列成因類型。按礦床在火山機構中的產出特點,大致可分為3類:
(1)、產于玢巖體內部、頂部及其周圍火山巖接觸帶中的鐵礦床,如“陶村式”、“凹山式”、“梅山式”等。
(2)、產于玢巖體與周圍接觸帶中的鐵礦床。如“姑山式”等。
(3)、產于火山碎屑巖中的火山沉積礦床,如“龍旗山式”等。

    其中以第(1)類礦床規模最大,礦石含鐵較高。陸相火山-侵入型鐵礦床,礦體常呈似層狀、透鏡狀、囊狀、柱狀、脈狀等??筇騫婺4笮〔灰?,大型礦體長可達千米以上,厚數十至二三百米,寬數十至近千米??笫笪鏌源盤笪?,假象赤鐵礦、赤鐵礦次之,可見少量菱鐵礦??笫乖煊鋅樽?、浸染狀、角礫狀、斑雜狀、條紋條帶狀等。這類礦床的磁鐵礦以含Ti、V為特征。

3、海相火山-侵入型鐵礦床
     多產于地槽褶皺帶海底火山噴發中心附近,鐵礦床的形成與火山作用有直接的關系。典型礦床以云南大紅山鐵礦為代表。
     鐵礦體賦存于由火山碎屑巖-碳酸鹽巖-熔巖(細碧巖和角斑巖)組成的一套含礦建造中。下部為石英砂巖、鈣質或硬砂質粉砂巖,夾泥灰巖、白云質灰巖和粉砂巖薄層;富鈉質的淺色巖是主礦體的容礦巖層。上部為厚層大理巖。

     礦體常呈層狀、似層狀、透鏡狀,少數呈脈狀或囊狀,常成群成帶出現??笫乖熘饕鋅樽?、浸染狀、角礫狀、條帶狀、杏仁狀和定向排列構造等??笫笪鎦饕盤?、赤鐵礦,次有假象赤鐵礦、菱鐵礦和硫化礦物。脈石礦物有石英、鈉長石、絹云母、鐵綠泥石等。

4、沉積型鐵礦床
     它是出露地表的含鐵巖石、礦物或鐵礦體,在風化作用下,被破碎、分解,搬運到低洼盆地中,有的經過機械沉積,有的經過沉積分異作用(包括化學分異作用)沉積下來。鐵礦物或鐵質富集達到工業要求時,即形成沉積礦床。這種類型鐵礦床儲量占全國儲量的8.7%。其礦床具有“廣、薄、難”的特點,即礦層分布面積廣,厚度薄,礦石多為赤鐵礦、菱鐵礦,含磷高,難選。根據鐵礦床形成的沉積環境,可分為海相和湖相兩類沉積礦床。

 

六、鐵礦在我國的發展


    鐵是世界上發現最早,利用最廣,用量也是最多的一種金屬,其消耗量約占金屬總消耗量的95%左右。鐵礦石主要用于鋼鐵工業,冶煉含碳量不同的生鐵(含碳量一般在2%以上)和鋼(含碳量一般在2%以下)。我國鐵礦由于貧礦多(占總儲量的97.5%)和伴(共)生有其他組分的綜合礦多(占總儲量的1/3),所以在冶煉前絕大部分需要進行選礦處理。中國是世界上利用鐵最早的國家之一。早在19000年前,周口店“山頂洞人”就開始使用赤鐵礦粉作為赭紅色顏料,涂于裝飾品上或者隨葬撒在尸體周圍。這是人類利用天然礦物顏料的開始。到新石器時代(距今10000~4000年),興起了制陶業,并發明繪制各種風格的彩陶?;嬤啟骱焐侍盞腦暇褪囚魘ǔ嗵螅?。

    人類使用鐵器制品至少有5000多年歷史,開始是用鐵隕石中的天然鐵制成鐵器。最早的隕鐵器是在尼羅河流域的格澤(Gerzeh)和幼發拉底河流域烏爾(Ur)出土于公元前4000多年前的鐵珠和匕首。目前中國最早的隕鐵文物是1972年在河北藁城臺西村商代中期(公元前13世紀中期)遺址中發現的鐵刃青銅鉞。這件古兵器,經全面的科學考查,確定刃部是隕鐵加熱鍛造成的。它表明我國商代人們已掌握一定水平的鍛造技術和對鐵的認識,熟悉鐵加工性能,并認識鐵與青銅在性質上的差別。但那時人們還不會利用鐵礦石煉鐵,而鐵隕石又很少,所以當時的鐵制品是十分珍貴的物品。

     我國用鐵礦石直接煉鐵,早期的方法是塊煉鐵,后來用豎爐煉鐵。在春秋時代晚期(公元前6世紀)已煉出可供澆鑄的液態生鐵,鑄成鐵器,應用于生產,并發明了鑄鐵柔化術。這一發明加快了鐵器取代銅器等生產工具的歷史進程。戰國冶鐵業興盛,生產的鐵器制品以農具、手工工具為主,兵器則青銅、鋼、鐵兼而有之。據記載,今山東臨淄和河北邯鄲鐵礦等,春秋戰國時期都已進行開采。1996年全國入選鐵礦石21497萬t,占全國產鐵礦石原礦25228萬t的85.2%。入選鐵礦石生產鐵精礦粉8585.7萬t,其中重點選礦廠處理原礦10961萬t,生產鐵精礦粉4158萬t,占全國鐵精礦粉產量的48.4%。


    我國鐵礦資源多而不富,以中低品位礦為主,富礦資源儲量只占1.8%,而貧礦儲量占47.6%。中小礦多,大礦少,特大礦更少??笫嘈透叢?,難選礦和多組分共(伴)生礦所占比重大。難選赤鐵礦和多組分共生鐵礦石儲量各占全國總儲量的1/3,其共(伴)生組分主要包括V、Ti、Cu、Pb、Zn、Co、Nb、Se、Sb、W、Sn、Mo、Au、Ag、S、稀土元素等30余種,最主要的有Ti、V、Nb、Cu、Co、S和稀土元素等,有的共(伴)生組分的經濟價值甚至超過鐵礦價值,如白云鄂博鐵礦中含有豐富的REO和Ta、Nb;攀枝花釩鈦鐵礦中的V和Ti儲量居世界前位。隨著分離和應用技術的提高,這些共(伴)生組分將得到充分的綜合回收利用。有些紅礦有用組分嵌布粒度細,或者與有害組分嵌布緊密,難以選別回收,造成鐵礦物選礦回收率低,大量有用組分流失到尾礦中。有些以中低品位為主但易采易選的磁鐵礦礦床,其中夾有大量邊際效益的低品位礦石,如有適當的經濟刺激政策,也可得到充分開發利用。

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