微细粒弱磁性铁矿选择性絮凝工艺分选技术

来源:网络  作者:网络转载   2019-10-14 阅读:413
    经过50多年的开发利用,我国易选矿石资源逐渐显现日益短缺的局面,后备矿山明显不足,许多易选铁矿山都已进入地下开采时期。矿石开采成本大幅度的提升,使得企业的生产经营状况以及与国外铁矿石生产企业在竞争力方面,处于不利的局面。与此相反的是,我国尚存有相当规模储量的弱磁性铁矿,但由于矿石嵌布粒度极细,在现有设备工艺可选的细度范围内(-200目占70%~90%),有用矿物的单体解离度仅为30%~60%,而单体解离度达到80%~90%时,铁矿颗粒的粒度往往在-500目(10~20μm)左右。目前,这一粒级范围内矿物选别,已超出现有设备工艺的极限,微细铁矿物颗粒无法回收,造成有用矿物大量流失。这也是目前难选弱磁性铁矿一直无法有效解决的世界难题,于是人们在现有条件下,开始寻求处理微细粒弱磁性铁矿的新工艺。在诸多选矿新工艺中,应用选择性絮凝法处理微细粒弱磁性铁矿,有着较强的生命力,从理论到实践均发展较快。     一、微细弱磁性铁矿选择性絮凝工艺研究进展     微细粒弱磁性铁矿的选择性絮凝工艺,主要是根据在含有两种或两种以上的矿物悬浮液中加入一定量的絮凝剂,由于矿物表面性质的不同,絮凝剂选择性地吸附在弱磁性铁矿物表面,并通过絮凝剂分子地作用使之团聚,悬浮液中的其他矿物仍以分散状态存在。进一步分离絮团和悬浮液,及可达到弱磁性铁矿物和脉石矿物分离的目的。目前,根据微细矿粒团聚机理不同,选择性絮凝大体又可分为:高分子絮凝、疏水絮凝、及磁复合絮凝。     (一)高分子絮凝工艺     该工艺是通过高分子聚合物的“桥联”作用。高分子絮凝剂分子量大、链长、沿链的长度有大量活性官能团,它可以吸附几个或几十个或更多的固体粒子,通过架桥作用把它们连接在一起,构成松散多孔的大絮团。絮凝活性官能团和粒子表面离子之间的作用,是通过氢键力、化学健力或化学反应来实现。在固液分离和水处理技术方面,已有广泛的应用,处理微细粒嵌布弱磁性铁矿也与成功的工业实践。     改变颗粒表面电位或电性,使不同颗粒的电位产生较大差别,从而对于特定高分子絮凝剂,不同颗粒表面的活性质点数量差别增大,以达到选择性目的。早期关于选择性絮凝的成功报道和现在的许多关于选择性絮凝的工业应用,都是利用此方法进行的,该方法的应用已经有了成熟的经验。里德(Read)对赤铁矿-石英体系做了较为详细的研究。在赤铁矿-石英体系中,预先加入了氟化钠和六偏酸钠,使石英和赤铁矿的电位差别较大,再经强阴离子型聚丙烯酰胺絮凝剂加入赤铁矿-石英体系。由于石英的电位较负,抑制了被强阴离子型絮凝剂吸附的可能,从而实现了赤铁矿与石英的有效分离。     近年来,人们在通过高分子絮凝剂选择性絮凝目的矿物或选择性脱泥,然后使用常规重选、浮选和磁选方法分选微细粒弱磁性铁矿方面,又进行了许多有意义的工作。何延树、松全元针对微细粒弱磁性铁矿难处理的特点,对100%-400目的菱铁矿和褐铁矿进行了选择性絮凝-脱泥研究。研究表明:选择性絮凝菱铁矿和褐铁矿的过程深受水质(Ca2、Mg2离子含量)的影响,用六偏磷酸钠消除自来水中Ca2、Mg2从而达到软化水质的目的。石英吸附高模数水玻璃以后(模数为3.1),表面水化作用加强,同时负电性增大,所以高模数水玻璃能有效抑制阴离子聚丙烯酰胺对石英的絮凝作用,应用紫外-可见光分光度计和红外光谱仪等测试手段,较为详细地研究了菱铁矿、褐铁矿的选择性絮凝作用机理。在高pH值的条件下,阴离子聚丙烯酰胺主要靠氢键和化学键的作用吸附在氧化铁矿表面,是以化学吸附为主的单分子层吸附。桥联模式为矿粒/聚合物-矿粒。     (二)疏水絮凝工艺     疏水絮凝是基于矿物颗粒表面选择性疏水化而成团的一种行为。疏水聚团分选工艺的一个基本特征。是需要较长时间的中等或强烈搅拌,强湍流条件赋予矿粒足够大的动能,以克服粒间排斥能垒,并增大团聚率,在搅拌过程中加入乳化非极性油来强化絮团。目前,已有的疏水絮凝分选工艺包括:剪切絮凝浮选、疏水絮凝磁选、乳化浮选、载体浮选、油团聚分选和乳油萃取等。     S宋等研究了絮团磁选(PMS)法,以絮团形式磁选细粒弱磁性铁矿,代替强磁选机高梯度磁选机处理细粒弱磁性铁矿。用细磨至微米级的赤铁矿和褐铁矿进行了研究,添加油酸钠和油引起疏水絮凝,形成大的絮团。试验结果表明:与相同条件下的常规磁选相比,FMS法可用中场强磁选机有效地回收细粒赤铁矿和褐铁矿,并且获得高的分选效率。FMS法处理铁品位为30.5%的赤铁矿矿石时,获得的精矿铁品位为64%,回收率为82%。研究发现,FMS法的分选效率与疏水絮凝主要参数(油酸钠用量、搅拌时间和煤油用量)密切相关。这表明,FMS法具有高的分选效率,可归因于疏水絮团的形成,使得磁场作用在细粒铁矿物的磁力增大,在磁选机中细粒铁矿物更易附着在齿板上,从而进入磁性精矿中。     英国R.D.帕斯科等,采用油酸钠作为选择性絮凝剂,使微细(<10μm)的赤铁矿与石英分离进行了研究。结果表明:影响赤铁矿絮凝物粒度的主要因素是,油酸浓度、pH值、剪切速度和搅拌时间。只有当溶液中油酸的溶解度过饱和时,才能产生絮凝作用。如果在矿物颗粒周围产生油酸液滴,就会发现絮凝速度和絮凝物粒度增加。产生的赤铁矿絮凝物在300/s~2200/s的剪切速度范围内,有抗破裂作用。其强度归因于碳氢链连接和疏水性的相互作用产生的引力。用油酸钠形成的疏水性絮凝物,用浮选法很容易回收。含TFe15%的赤铁矿和石英混合给矿,经粗选回收率达到94%,铁精矿品位为46%。微细弱磁性铁矿物在浮选之前进行剪切絮凝,可显著提高回收率。     (三)磁复合絮凝     磁复合絮凝分选工艺,是近年来发展起来的一种微细粒弱磁性铁矿分选新工艺,是指在高分子絮凝、疏水絮凝的基础上,添加磁种并置于外界磁场中,以强化絮凝作用,同时又保持较好的选择性。     宋少先在pH调整剂、各种分散剂、各种捕收剂和非极性油等条件试验的基础上,找到了微细粒大冶菱铁矿选择性疏水絮凝磁选的较好药剂条件。然后在此基础上,进行了磁复合絮凝的研究,磁种取自程潮铁矿,含Fe68.40%(粒度为<10μm),场强为0.08T,研究结果表明:微粒磁铁矿的加入和磁絮凝的叠加,使精矿的回收率大幅度增加,但精矿Fe含量却有所下降。当磁种用量较低时,精矿含Fe量下降仅0.3%,但回收率却上升了5%。因此,添加少量磁种,可明显提高选矿回收率。     张去非讨论了磁种在选择性絮凝-脱泥工艺分选蒂尔登铁矿石中的作用,外加磁场是由Nd-Fe-B材料制成的永磁磁块作为磁场源。磁种是选用小于10μm占84%的磁选铁精矿,含TFe70.12%。研究表明:随着磁种用量的增加,脱泥精矿的铁回收率逐步提高。对于赤铁矿纯矿物而言,呈非常明显的上升趋势,增加磁种用量有利于提高脱泥精矿的铁回收率,但磁种用量应该适当,用量不宜很大,否则会降低精矿品位。外界磁场对脱泥作业提高脱泥精矿铁品位、铁回收率有利,施加外界磁场比不施加外界磁场,可以提高脱泥精矿铁品位1.5%~2%,提高属回收率2%。     二、微细弱磁性铁矿选择性絮凝工艺研究趋势     根据微细弱磁性铁矿选择性絮凝工艺研究现状,结合弱磁性铁矿选矿工艺研究方面的特色,今后微细粒弱磁性铁矿的选择性絮凝工艺的研究,主要包括以下几个方面:     (一)从人工混合组分延伸到天然矿石体系。由于杂凝集、电中和、溶解的离子干扰、矿泥罩盖、物理俘获、夹杂和杂絮凝,以及在碎磨过程中的交叉污染等一种或多种原因,在单一组分试验中观测到的选择性,在混合组分或天然矿石体系中常常失去了选择性。因此,必须保证在天然复杂体系中的选择性才能进一步推广到工业应用。     (二)研发高效选择性分散剂和絮凝剂。这是矿石分选的另一难题,是铁矿物微细,易流失,高效絮凝-脱泥,絮凝-浮选、絮凝-磁选是其有效的手段。结合这种需要开发相应的絮凝、分散剂药剂,如高效系列微细赤铁矿絮凝剂分子设计与开发、絮凝剂与矿物间的作用机理研究、赤铁矿与脉石矿物间的作用能和团聚与分散机理。     (三)矿石工艺矿物学数值模拟研究。在已有研究的基础上,详细的研究该类型矿石的结构、构造,矿物组成、嵌布关系,单体解离度情况。通过数值模拟的手段,预测出合适的选矿工艺及其选矿理论指标,为此类复杂难选赤铁矿的有效处理提供依据。     (四)高效选择性絮凝分离设备的研制。针对微细粒矿在磨细矿极易泥化的现象,进行重、浮、磁联合力场设计,实现泥化矿在超细状态下进行高度分散。在絮凝的同时,进行脉动水振荡筛析脱除矿泥,单颗粒铁在重力、强磁复合场内以固定的沉降线路从排矿口排出,实现-20μm左右弱磁性颗粒的多力场复合分选。     三、结语     微细粒弱磁性铁矿选择性絮凝技术,已经取得了长足进展,各种分选工艺及理论日臻成熟。在处理微细粒弱磁性铁矿方面,与其他常规选矿工艺相比,选择性絮凝工艺从选择性与分离效率等方面,已显示出明显的优势。可以预见,选择性絮凝工艺在微细粒磁性矿石的分选与处理领域,将具有广泛的发展与应用前景。     总之,选择性絮凝工艺为有效处理微细粒弱磁性铁矿开辟了一条新的途径。进行微细弱磁性铁矿选择性絮凝基础研究,寻找在技术经济上合理的选矿工艺流程,不仅能够充分的开发利用我国现有的铁矿资源,进一步增加国有铁矿石的自给能力,减少我国铁矿石的进口数量,节约外汇支出,而且对推动世界范围内的选矿技术发展也是十分重要的。
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