反浮选工艺的应用实践.docx
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反浮选工艺的应用实践
反浮选工艺的应用实践
随着世界钢铁工业的快速发展,钢铁产品结构的变化及冶金新工艺的实施,不仅对铁矿石的需求量日益增多,更对铁精矿的质量要求越来越高。
目前,国内外在提高炼铁的效益及效率方面,都在遵从着“精料方针”。
“精料”是指入高炉的炉料要精,即为高含铁、低杂质(SiO2、Al2O3)的高品质铁精矿,而不是单指铁精矿含铁高。
铁精矿中Fe、SiO2、A12O3,的含量具有同等的重要性,铁品位相同的铁精矿,其中SiO2、Al2O3含量不同,其影响和价值是不同的,Si、Al是造成高炉高渣比的重要根源。
随着高铁低硅烧结技术和低渣铁比冶炼技术的发展,在提高铁品位的同时,降低铁精矿中Si、Al等杂质含量将是今后发展的方向。
因此,不仅要在人炉铁精矿的品位上下功夫,而且还需要深入研究降低SiO2、A12O3
含量的有效技术。
国内冶金界有人提出:
对脉石(CaO+MgO+SiO2+A12O3)而言,若使渣比升高100kg/t,将会影响焦比7%~8%,降低产量8%。
北京科技大学袁怀雨教授等对铁精矿品位、回收率与炼铁经济效益的关系进行了研究,提出总利润随铁精矿品位的提高而增高,当铁精矿品位达到68%时,企业总利润值达到最大化。
国外选矿厂为冶炼提供优质精料。
高炉原料一般为TFe>66%、Si022%~4%、A12031%~2%、S<0.1%、P<0.05%。
国外冶金工业追求的总原则是以市场和最大的经济效益为导向,原料加工工业要服从整体经济效益最佳化,选矿产品必须是高铁份、低硅量的高品质铁精矿、粉矿及块矿。
对于贫铁矿石,为了得到高品位、低杂质铁精矿,不惜选矿成本地进行深选,甚至降硅提铁以不惜牺牲回收率为代价,以确保选矿一炼铁或冶炼的整体经济效益最佳化。
国内近几年也开始追求高品位、低杂质的铁精矿(TFe>60.00%、SiO26.00%左右),以大幅提高炼铁的效益和效率。
例如鞍钢齐大山选厂、调军台选厂、东鞍山烧结厂、包钢选矿厂等单位,通过提高磨矿细度、采取精矿反浮选等措施,使精矿品位得到大幅提高,精矿中杂质含量明显降低,精矿品位提高至65.00%~67.00%,Si02含量降至6.00%以下。
优质铁精矿对高炉炼铁经济效益的提高影响很大,武钢经验已充分证明,鞍钢也有类似体会,并总结出一条规律,矿石品位对高炉焦比影响突出。
生产实践表明,在一定碱度条件下,烧结矿品位提高1%,高炉利用系数增加2.5%~3.0%,焦比降低1.5%~2.O%。
因此,立足中国已有的贫铁矿石资源的开发,研究新技术,提高矿石品质及回收率,并实现产业化,对于中国的钢铁工业实现健康、可持续发展无疑具有重要的意义。
1资源概况及矿石特性
酒钢自备矿山——镜铁山桦树沟矿和黑沟矿区是酒钢铁矿石的主要原料基地,总储量达4.2亿t,现已达到年650万t的供矿能力,所生产的铁精矿全部提供给酒钢集团公司本部的炼铁生产,且与外购矿相比,价格低廉,为酒钢创造了巨大的经济效益,在酒钢的发展中起着举足轻重的作用。
酒钢镜铁山铁矿属于寒武纪前奥陶纪沉积变质铁矿,它虽然与鞍山式铁矿同属沉积变质型,但成矿时代晚,物质组成比鞍山式铁矿复杂,其工艺类型可以称之为碧玉型弱磁性混合铁矿石。
矿石中铁矿物主要有镜铁矿、镁菱铁矿和褐铁矿,少量磁铁矿;脉石矿物主要为碧玉、重晶石、铁白云石和石英。
矿体产于浅变质的千枚岩中,呈层状或层状透镜体,矿体下盘与灰绿色千枚岩接触处常有薄层含铁千枚岩。
矿石主要呈条带状构造。
该矿石有以下特点。
(1)矿物组成复杂多样、比例多变。
该矿石中3种主要铁矿物很少单独构成矿石,而是以混合矿石产出,其混合比例在不同的矿体或同一矿体的不同地段差异很大,没有明显的赋存规律。
相对而言,铁矿物中镜铁矿占优势,镁菱铁矿和褐铁矿次之,三者的大体比例为2:
1:
1;脉石矿物情况类似,千枚岩和碧玉相对占优势,重晶石、铁白云石和石英次之(见表1)。
(2)单矿物纯度低,杂质含量高。
其中褐铁矿含结晶水、MgO、NnO,铁品位57.00%;镜铁山的菱铁矿实际上是含锰镁菱铁矿,镁、锰主要以类质同像存在于菱铁矿的晶格中,铁品位只有36.70%(菱铁矿理论铁品位为48.20%);而脉石和围岩却含铁,例如铁白云石含铁14.50%,碧玉含铁7.20%,黑灰色千枚岩含铁11.21%,灰绿色千枚岩含铁3.18%,浅肉红色千枚岩含铁8.62%。
(3)工业矿物与脉石矿物之间物理参数有大小相同或交叉的现象,矿石可选性差。
如表2所示,各种矿物按密度大小顺序可以分成4级,即①镜铁矿;②晶石;③褐铁矿和镁菱铁矿;④碧玉、铁白云石和千枚岩。
按重选可选性准则A值判断,镜铁矿与碧玉、铁白云石、千枚岩分选时4值为2.0~2.3,为易选;而褐铁矿、镁菱铁矿与碧玉、铁白云石、千枚岩分选时A值为1.3~1.5,为难选;镜铁矿与重晶石分选时A值为1.2,为很难选;褐铁矿、镁菱铁矿与重晶石分选时A值为1.27,为很难选,而且轻重矿物是颠倒的,铁矿物成了轻矿物。
总体而言,采用重选工艺独立选别镜铁山矿石是很难选的,但可以用于预先抛出围岩和提取部分合格的镜铁矿精矿。
从磁性参数看,铁矿物的比磁化系数较小,而含铁高的脉石和围岩的比磁化系数接近甚至超过磁性弱的铁矿物,因此该矿石的磁选可选性也是难选的。
含铁脉石和围岩容易以磁性夹杂的形式进入铁精矿,从而影响精矿质量。
从浮选行为看,由于铁矿物和脉石的种类多样,而且脉石和围岩含铁,该矿石的浮选性能与鞍山式铁矿石相比也有明显的差异。
总之,该矿石十分难选。
工艺矿物学研究表明,该矿石的选铁理论指标为精矿品位56.90%,回收率90.60%。
(4)矿物嵌布粒度粗细不均,需要细磨。
其中镜铁矿和褐铁矿为中、细粒嵌布,以细为主;镁菱铁矿为中、粗粒嵌布,以中粒为主;脉石矿物为中、粗粒嵌布,以中粒为主。
总体而言矿物的嵌布粒度以中粒为主,但由于嵌布粒度粗细不均,矿物之间共生紧密,嵌布关系复杂,要达到较好的工艺指标必须纽磨。
2焙烧一磁选工艺流程简介及生产指标
酒钢选矿厂原设计采用全焙烧一磁选工艺处理镜铁山铁矿石,设计年处理原矿500万t。
在工艺演变过程中逐渐形成了块矿焙烧磁选、粉矿强磁选的工艺格局,其中150~15mm块矿采用焙烧一磁选工艺,焙烧设备为100m3鞍山式还原磁化焙烧竖炉,焙烧工艺为闭路磁化焙烧;磨矿工艺为两段阶段磨矿,磨矿细度为-200目占85%;选别工艺为单一弱磁选、五次选别流程,其中第一次和第三次选别采用脱水槽,其它作业为弱磁选机。
由于矿物组成十分复杂,有用矿物菱铁矿及其次生变化矿物褐铁矿中因含镁、锰、硅、铝等杂质,导致理论铁品位低。
主要脉石矿物碧玉、铁白云石及围岩铁千枚岩因为含铁,缩小了与铁矿物的分选差异,造成选矿工艺难度大,分选指标不理想。
而现有生产工艺又相对单一,磨矿粒度偏粗,铁精矿质量一直处于落后水平。
酒钢选矿厂目前焙烧一磁选精矿品位为56.50%左右,SiO2+Al203杂质含量在11.00%左右,综合精矿品位只有52.50%(扣除烧损为57.00%)左右,致使公司高炉人炉品位长期处于全国倒数水平,严重影响了炼铁的技术指标和经济效益。
贯彻“精料方针”是促使高炉指标进步的主要措施,自产铁精矿是酒钢本部高炉炉料的主要原料之一。
因此,降低自产铁精矿杂质含量可以有效提高高炉人炉品位,显著改善精料质量。
3反浮选降杂试验研究及分流工业试验
3.1反浮选降杂试验研究
为了提高铁精矿的品质,1997年酒钢与长沙矿冶研究院合作,在实验室完成了酒钢弱磁选精矿再磨再选试验研究,取得了初步成效。
2005年上半年,酒钢钢铁研究院在实验室对弱磁选铁精矿提质降杂进行了进一步的研究,弱磁选铁精矿品位由55.17%提高到60.95%,精矿中Si02含量5.1l%。
试验结果见表3。
3.2反浮选降杂分流工业试验
在实验室研究取得初步结果的基础上,酒钢与长沙矿冶研究院组成试验组,于2005年7月~11月对酒钢选矿厂弱磁系统二磁精矿进行了提质降杂工业分流试验。
(1)选矿厂二磁精矿分析。
分别进行了化学成分及产品粒度分析,分析结果见表4、表5、表6。
从表5可见,选厂二磁精矿中铁矿物总量为83.86%,脉石含量为16.14%,且主要以含铁碧玉、石英及千枚岩为主。
铁矿物有20%左右是呈连生体存在;脉石矿物有40%呈单体,60%是与铁矿物呈贫连生体。
说明精矿中一方面存在磨矿细度不够,连生体较多,另一方面机械夹杂的单体脉石也较严重。
从表6可知,二磁精矿中大于0.074mm粒级产率为15.17%,且这部分粒级SiO2含量高,达到了25.96%,需要进一步细磨再选;从杂质分布情况来看,二磁精矿中SiO2主要分布于0.125~0.019mm粒级中,特别是0.037mm以下粒级,而这部分脉石矿物大多数已单体解离。
因此,仅需进一步精选。
(2)反浮选分流工业试验结果。
由于矿石性质和生产工艺的原因,酒钢选矿厂环水水质具有硬度高、pH值高的特点,通常pH值可达到8.6~9.0,而弱磁系统矿浆中水的pH值更高,可达到9.3左右。
针对调试过程中出现的脉石矿物上浮困难、精矿质量差等问题,向矿浆中添加盐酸或硫酸进行矿浆pH值调整,调整后精矿品位都能够得到大幅度的提高,精矿中杂质含量大大降低,说明矿浆pH值是影响捕收效果的非常关键因素。
通过药剂对比、参数调整、流程优化和稳定试验,工业分流试验取得了显著的效果。
72h稳定试验结果表明,一次粗选、一次精选、四次扫选反浮选流程指标为精矿品位61.82%,SiO2含量5.46%,作业回收率93.98%。
与同期生产指标相比,精矿铁品位提高4.05个百分点,SiO2降低4.65个百分点。
分流工业试验浮选原则流程见图l,试验结果见表7。
(3)产品分析。
将全浮流程连续稳定试验产品及同期现场弱磁选三磁作业的产品分别进行多元素化学分析、矿物组成分析,结果分别见表8、表9。
4经济效益评价
(1)直接效益。
选矿厂焙烧一磁选系统提质降杂实施改造后,精矿品位按提高4.00个百分点、SiO2降低4.50个百分点计算。
选矿厂按年处理原矿650万t计算,烧结工序可节约成本1907万元。
炼铁工序新增效益为9665万元。
选矿工序新增成本6370万元。
加之贷款利息等以上合计年新增利润总额为3122万元。
(2)间接效益。
提质降杂改造后,铁精矿的其他杂质含量也有明显降低,其中K20每年减少1655t,Na20减少628t,S减少l714t,P减少167t,由此可以降低高炉碱负荷0.56kg/t,S负荷0.08kg/t,P负荷0.04kg/t,从而有利于改善高炉炉况、降低钢铁料消耗。
5结论
(1)酒钢镜铁山桦树沟矿和黑沟矿是国内典型的难选镜铁矿、褐铁矿、菱铁矿的共生红铁矿,矿石品位低,矿物组成十分复杂,有用矿物中杂质含量高,主要脉石因为含铁缩小了与铁矿物的分选差异等是造成选矿工艺难度大、分选指标不理想的主要,原因。
(2)竖炉焙烧弱磁选工艺精矿品位仅为56.50%左右,杂质含量很高,Si02+A1203杂质含量在11.00%左右,强、弱磁选综合精矿品位只有52.50%左右。
铁精矿质量不高已严重影响到高炉冶炼系数的进一步提高和焦比的进一步降低,若能通过精选进一步降低精矿中碱金属K、Na及有害元素S、P的含量,这对高炉的高产、顺行,铁水质量的提高是非常有益的。
(3)通过酒钢及长沙矿冶研究院共同研究结果表明,采用反浮选工艺处理酒钢弱磁选铁精矿,是提高弱磁选精矿品质的有效途径。
一次粗选、一次精选、四次扫选分流工业试验结果为给矿品位56.53%,铁精矿品位61.82%,尾矿品位24.20%,精矿产率85.93%,回收率93.98%。
与同期生产弱磁选精矿相比,铁精矿品位提高了4.05个百分点,SiO2降低了4.65个百分点,提铁降硅效果十分显著。
(4)经济效益分析结果显示,该项目应用于生产后,烧结工序每年可节约石灰石16.47万t,少加工烧结矿21.8万t;炼铁工序高炉人炉品位提高1.63%,焦比降低14.6kg/t,每年可节约焦炭6.22万t,增产生铁19.78万t,碱负荷降低0.56kg/t;扣除选矿新增成本及贷款利息等后,年创经济效益3122万元。
(5)该结果可作为酒钢选矿厂弱磁选精矿提质降杂改造工程的设计依据。
推荐流程为二磁精再磨、一次粗选、一次精选、四次扫选反浮选流程。
目前该项目已完成了工业应用的初步设计及可行性研究,正在进行施工图设计工作,预计2007年三季度投入工业应用。
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