Спекулярит обладает слабым магнетизмом с магнитной восприимчивостью около 3,7×10-³ м³/г, что сильнее среди минералов со слабым магнетизмом, и часто содержит микрогранулированные включения магнетита. Твердость спекулярита по шкале Мооса составляет 5-6, а плотность - 5-5,3 г/см³. Он трудно поддается обогащению. По степени обогатимости спекулярит схож с гематитом и имеет практически те же методы обогащения. Обычные процессы включают обжиг и магнитную сепарацию, сочетание высокоинтенсивной магнитной сепарации и флотации, сочетание гравитационной концентрации и магнитной сепарации.
Лимонит плохо поддается промывке по сравнению с другими железными рудами. Его плотность и магнетизм не так высоки, как у магнетита, гематита или спекулярита, а легкость шлихования ухудшает его индекс обогащения. Из-за присутствия кристаллической воды очень трудно достичь содержания концентрата 60% путем физического обогащения, но содержание концентрата может быть значительно увеличено после обжига из-за больших потерь при прокаливании. Высокосортный лимонит в основном используется для производства агломерата, в то время как низкосортный (TFe<35%) лимонит имеет довольно ограниченное применение, и его содержание в концентрате может быть увеличено только на 8%-10% после обогащения. Для лимонита с высоким содержанием железа и хорошей промываемостью может быть использован один процесс обогащения, включая гравитационную сепарацию, высокоинтенсивную магнитную сепарацию и флотацию, или комбинированные процессы, включая обжиг и магнитную сепарацию, флотацию и высокоинтенсивную магнитную сепарацию, гравитационную сепарацию и высокоинтенсивную магнитную сепарацию и т.д. При гравитационном обогащении лимонита для крупных частиц могут использоваться промывка, отсадка и сепарация тяжелых сред, а для мелких частиц - спиральные концентраторы или встряхивающие столы. Флотация лимонита может быть положительной или обратной. На него сильно влияет слизь, поэтому перед флотацией необходимо провести обесшламливание. Анионными собирателями для лимонита являются стеариновая кислота, олеиновая кислота, алкилсульфонат и алкилсульфат, а катионными - алкиламины и соли четвертичного аммония. При обжиге с намагничиванием лимонит сначала удаляет кристаллическую воду при температуре 300-400℃, а затем начинается обжиг с намагничиванием при температуре 700-850℃. В качестве восстановителей могут использоваться газы, такие как H₂ и CO, или твердые вещества, такие как C.
Плотность сидерита составляет 3,7-4,0 г/см³, что ниже, чем у других минералов железа. Он слабомагнитен и требует очень высокой напряженности поля. Кроме того, большинство сидеритовых руд трудно поддаются обогащению, так как они тонко вкраплены, имеют сложный состав и низкое содержание. В настоящее время часть богатой руды была использована для выплавки чугуна и стали, что составляет менее 10% от общих запасов сидерита, а большая часть бедной руды не добывалась. Большая часть использованной руды связана с магнетитом и гематитом. Сидерит можно обжигать при температуре 600-900℃, а затем перерабатывать методом магнитной сепарации. Он также может быть переработан путем высокоинтенсивной сепарации с использованием магнитных сепараторов Shp или сверхпроводящих магнитных сепараторов с магнитной индукцией 1,5-2,5 Т. После магнитной сепарации может быть использована флотация с применением катионных собирателей.
Практика обогащения магнетита на железном руднике Сицзяин
6.6.1 Природа и структура Железные руды
Железный рудник Сицзяин - один из трех крупнейших железных рудников в Китае и второй по величине в Азии. Запасы составляют 2,0 миллиарда тонн магнетитовой руды и 0,3 миллиарда тонн окисленной руды.
Добыча ведется в два этапа. На первом этапе были отработаны штольни № 2 и № 3. На уступе № 2 добыча ведется открытым способом в объеме 6 млн тонн в год. На уступе № 3 ведется подземная добыча объемом 1 млн тонн в год. На втором этапе проекта добыча руды на склоне № 1 ведется открытым способом в объеме 15 миллионов тонн в год, включая 4 миллиона тонн окисленной руды и 11 миллионов тонн первичного магнетита.
Железный рудник Сицзяин относится к осадочно-метаморфическому месторождению железа типа Аньшань. Руда в этом районе представлена в основном магнетитовым кварцитом, а в неглубокой зоне окисления - гематитовым кварцитом. Минеральный состав руды относительно прост, в основном это магнетит, псевдогематит, затем гематит. Газовый минерал представлен в основном кварцем, затем актинолитом, тремолитом и небольшим количеством горнбленда и пироксена, а следовые минералы - апатитом, пиритом, халькопиритом и т.д. Кроме того, встречаются позднее измененные хлорит, карбонат, биотит и другие минералы.
Основная структура руды состоит в том, что минерал железа и кварц образуют черно-белые параллельные прожилки, причем прожилки кварца составляют не более 1-3 мм, встречаются также тонкие прожилки менее 1 мм и полосы более 5 мм.
6.6.2 Процесс обогащения первичного магнетита
Руда из рудника дробится в трехстадийной схеме с закрытой последней стадией и предварительной концентрацией на сухом сепараторе. На первом этапе проекта для первичного дробления используется гидравлическая гирационная дробилка, а для вторичного и третичного дробления - гидравлическая конусная дробилка, соответственно. Максимальный размер продукта при первичном, вторичном и третичном дроблении составляет 230 мм, 70 мм и 12 мм соответственно. Два вибрационных грохота с круговым движением используются для замыкания цепи дробления, а неполноразмерные материалы размером 12 мм с грохотов транспортируются в цех сухой магнитной сепарации. На втором этапе проекта материалы 50-6 мм из вторичного дробления измельчаются в третичном дроблении двумя валковыми мельницами высокого давления, а материалы -6 мм транспортируются в бункер мелкой руды главного цеха. Головное содержание первичного магнетита составляет 26,83%. Используется полный процесс магнитной сепарации с поэтапным измельчением. На первом этапе барабанные сепараторы мощностью 1800 Гаусс используются для первых трех стадий, а их концентрат подается в магнитные колонны. На первом этапе в магнитных колоннах производится конечный концентрат. Из-за высокой напряженности поля при трехступенчатой магнитной сепарации содержание концентрата составляет всего около 62%-63%, а производительность магнитной колонны недостаточна, что приводит к низкому содержанию конечного концентрата. На втором этапе концентрат и хвосты магнитных колонн подвергаются четвертой магнитной сепарации и конденсированной магнитной сепарации соответственно, и содержание концентрата достигает 66,00%. Весь процесс магнитной сепарации показан на рис.6.6.
6.6.3 Процесс обогащения окисленной руды
Окисленная руда на железном руднике Сицзяин дробится в трехступенчатой схеме дробления с закрытой последней стадией, а обогащается комбинированным способом, включающим поэтапное измельчение, сортировку, гравитационное обогащение крупных частиц, магнитную сепарацию мелких частиц и анионную обратную флотацию. Максимальный размер частиц руды, добываемой в руднике, составляет 1000 мм. На первом этапе проекта для первичного дробления используется гидравлическая гирационная дробилка, а для вторичного и третичного дробления - пять гидравлических конусных дробилок. Максимальный размер частиц при первичном, вторичном и третичном дроблении составляет 280 мм, 70 мм и 12 мм соответственно. На втором этапе проекта материалы размером 50-6 мм из вторичного дробления измельчаются в третичном дроблении двумя валковыми мельницами высокого давления, а материалы размером -6 мм транспортируются в бункер мелкой руды главного цеха. На втором этапе оксидная руда используется в одной системе дробления с первичным магнетитом.
На первой стадии измельчение проходит в три этапа, при этом два замкнутых контура измельчения осуществляются перед концентрацией, а конденсатор - перед флотацией. На второй фазе, как показано на рис. 6.7, измельчение двухстадийное, с одним замкнутым контуром перед концентрацией, и конденсатор перед флотацией не нужен. Остальные части технологической схемы двух фаз практически одинаковы. Дробленая окисленная руда проходит измельчение в замкнутом цикле, а затем классифицируется группами гидроциклонов. Грубые материалы, т.е. нижний поток гидроциклонов, поступают в гравитационный контур обогащения, где с помощью спиралей производится конечный концентрат, проходящий через операции черновой очистки и доочистки. Минералы железа в спиральных хвостах дополнительно извлекаются магнитными сепараторами низкой и средней интенсивности, затем измельчаются и возвращаются на фабрику.
гидроциклоны перед спиральной шероховатой установкой. Низко- и высокоинтенсивная магнитная сепарация извлекает минералы железа из тонких материалов, т.е. из перелива гидроциклона, и подает их на флотацию для получения конечного продукта. Флотационная схема состоит из одной черновой, одной очистной и двух отвальных операций. Хвосты из сепараторов средней и высокой интенсивности сбрасываются в качестве конечных хвостов.
При флотации NaOH, крахмал, CaO и GK68 использовались в качестве регулятора рН, депрессанта минералов железа, активатора кварца и коллектора соответственно. В связи с тем, что в оборотной воде содержится некоторое количество Ca²⁺, использование CaO было постепенно прекращено. В результате оптимизации параметров флотации, трубопроводов и расположения флотационной машины содержание флотационного концентрата увеличилось с 65,71% до 67,51%, а содержание хвостов снизилось с 18,51% до 16,94%.
Основное оборудование, используемое в процессе измельчения и обогащения на втором этапе, приведено в таблице 6.2.
Таблица 6.2 Оборудование для измельчения и обогащения первичного магнетита, используемое на железном руднике Sijiaying.
| Нет. | Типы и спецификация | Количество | Мощность/кВт |
| 1 | Переливная шаровая мельница MQY5.5m×8.5m | 8 | 4500 |
| 2 | гидроциклонная группа φ660 мм × 10 | 8 | |
| 3 | гидроциклонная группа φ500 мм × 10 | 6 | |
| 4 | Спиральная шероховальная машина φ1500 мм | 174 | |
| 5 | Мокрый барабанный сепаратор CTB-1230 | 125 | 11 |
| 6 | Предварительная очистка типа роторного грохота SL-1429мм×1500мм | 12 | 2.2 |
| 7 | Вертикальный кольцевой пульсирующий средний магнитный сепаратор Slon-2000 | 8 | 5.5 |
| 8 | Вертикальный кольцевой пульсирующий высокоградиентный магнитный сепаратор Slon-2000 | 4 | 86.9 |
| 9 | Пятисторонний перекрывающийся высокочастотный мелкий грохот | 24 | 3.75 |
| 10 | Магнитная колонка φ600 мм | 66 | 3 |
| 11 | Резервуар для смешивания шлама φ3.5m×3.5m | 3 | 37 |
| 12 | Флотационная машина грубой очистки XCF-50 | 1 | 90 |
| 13 | Флотационная машина грубой очистки KYF-50 | 6 | 75 |
| 14 | Очиститель флотационной машины XCF-50 | 1 | 90 |
| 15 | Очиститель флотационной машины KYF-50 | 4 | 75 |
| 16 | Флотационная машина отсадочная I XCF-50 | 工 | 90 |
| 17 | Флотационная машина отсадочная I KYF-50 | 3 | 75 |
| 18 | Флотационная машина scavengerⅡXCF-50 | 1 | 90 |
| 19 | Флотационная машина ⅡKYF-50 | 2 | 75 |
| 20 | высокоэффективный сгуститель перед высокоинтенсивной магнитной сепарацией φ22m | 1 | 15 |
| 21 | высокоэффективный сгуститель перед флотацией φ25m | 1 | 15 |
| 22 | высокоэффективный сгуститель для концентрата φ20m | 工 | 15 |
6.7 Практика обогащения на обогатительной фабрике Дяоцзюньтай
Обогатительная фабрика Diaojuntai компании ANSTEEL GROUP CORPORATION является крупнейшей в Китае фабрикой по переработке красной железной руды. Она рассчитана на переработку 9 миллионов тонн железной руды в год и производство 3 миллионов тонн железного концентрата в год. В 1998 году она была введена в эксплуатацию, а в 2003 году выполнила технические показатели: 6,77 млн тонн переработки сырой руды, 2,63 млн тонн выпуска концентрата. Содержание руды в руде, концентрате и хвостах составляет 29,86%, 67,54% и 8,31%, соответственно. Извлечение металла составляет 82,32%. Годовая экономическая выгода составляет более 400 миллионов юаней, что соответствует мировому уровню.
Процесс включает в себя низкоинтенсивную магнитную сепарацию, высокоинтенсивную магнитную сепарацию и флотацию. Было проведено подробное сравнение комбинированных процессов магнитной сепарации и различных видов флотации, включая анионную обратную флотацию, кислотно-положительную флотацию и катионную обратную флотацию. В итоге был определен процесс, включающий непрерывное измельчение, низкоинтенсивную и высокоинтенсивную магнитную сепарацию и анионную обратную флотацию. Характеристики этого процесса следующие:
(1) Непрерывное измельчение позволяет избежать негативного воздействия, возникающего при поэтапном измельчении из-за больших колебаний объема повторного измельчения;
(2) магнитная сепарация низкой и высокой интенсивности удаляет большое количество первичных и вторичных шламов в продуктах измельчения, улучшает сортность флотации и обеспечивает хорошие условия для анионной обратной флотации;
(3) высокоинтенсивные магнитные сепараторы являются идеальным оборудованием для утилизации хвостов при обогащении красной железной руды, в результате чего отбраковывается более 60% хвостов, а анионная обратная флотация является идеальной операцией обогащения для получения высокосортного концентрата из красной железной руды, в результате которой производится 100% концентрата.
6.8 Выплавка железного концентрата
Конечным продуктом обогатительной фабрики железной руды является оксид железа, который в дальнейшем должен быть переплавлен в железо и сталь. Тонкий железный порошок не может быть непосредственно добавлен в печь для выплавки чугуна, а должен быть предварительно окомкован или спечен. Железный порошок может быть сформирован путем прямого спекания, прессования со связующим веществом или скатывания в небольшие шарики и последующего спекания.
Выплавка чугуна - это превращение оксида железа в железо. Железный концентрат загружается в доменную печь вместе с коксом и известняком. При высокой температуре железо, часть кремния и марганца в руде восстанавливаются коксом, образуя расплавленный чугун с углеродом, а гангстеры в руде реагируют с известняком, образуя шлак (рис. 6.8). Эти два потока вытекают из шпунта и шлакоотвода доменной печи соответственно. Продукт выплавки чугуна называется чугуном, который содержит больше углерода и других примесей и может быть использован для литья или выплавки стали. Реакция выплавки стали - это реакция окисления, также известная как окислительная плавка. При определенных условиях кислород вступает в реакцию с кремнием, марганцем, фосфором, серой и некоторыми видами железа, расплавленного в чугуне, образуя оксиды. Растворимость и плотность этих оксидов в расплавленной стали составляют
мелкие, они всплывают из расплавленной стали и образуют шлак. Расплавленная сталь разливается в слитки, которые затем формуются и продаются на прокатном стане (цехе).
