鐵礦浮選：實踐,問題和前景

1、鐵礦浮選：實踐，問題，和前景唐納德·W·保羅，雙城冶金研究中心，礦務(wù)局，美國內(nèi)政部，明尼阿波利斯，明尼蘇達摘要鐵礦浮選的重要應用是關(guān)于鐵礦浮選理論探討與試劑使用的一個簡短評估。本文從鐵礦石的供應，經(jīng)濟，浮選方法和工藝限制的相互關(guān)系對不利于廣泛采用浮選的鐵礦石的問題和條件進行了討論 。對于二次浮選的使用增加的前景是良好的，但不一定是主要浮選。簡介不管過去還是現(xiàn)在，鐵礦浮選是許多研究者一個有趣的課題。調(diào)查顯示，關(guān)于鐵礦浮選研究論文相當眾多和廣泛，說句玩笑話，其重量相當于浮選精礦的重量。這種不平衡一直持續(xù)到大約12年前，當?shù)谝粋€商業(yè)鐵礦浮選廠成為現(xiàn)實，從而產(chǎn)生第一個實實在在的好處

2、超過25年的行業(yè)和政府的研究。目前，超過5000000噸的鐵精礦每年接受某種形式的浮選處理，但這一數(shù)額還只是一小部分的總產(chǎn)量。然而，由此看來，鐵礦業(yè)在發(fā)現(xiàn)的礦產(chǎn)工業(yè)等領(lǐng)域的廣泛應用這一工程中是一個不情愿的參與者。實踐這可以從入門語句推斷，鐵礦浮選的商業(yè)實踐是很有限的。因此，我們建議定義術(shù)語，討論鐵礦浮選理論和功能方面，面向試劑的應用，并評價現(xiàn)有的工廠在這一背景材料下的相互關(guān)系。鐵礦浮選過程往往涉及從那些含有二氧化硅的礦物中隔離的鐵的氧化礦物。眾所周知，鐵礦物通常與與鈦鐵礦物，磷，硫，和堿性土的礦物伴生，為簡單起見，本文的討論主要限于硅質(zhì)礦石。由于這些局限性，可以采用浮選法回收泡沫中的鐵礦物（直

3、接浮選），或者選擇另外一種方法，可用硅質(zhì)計包含在泡沫產(chǎn)品表面（反浮選）。任何礦石浮選都需要滿足一定的物質(zhì)條件，如研磨約65網(wǎng)格作為一個最小的。其實，細磨是通常要達到足夠的礦物解離。極粗顆粒不能有效上浮，因為附加的氣泡不能提供足夠的浮力。相反，極細顆粒（泥）同樣不能有效上浮，但由于各種原因，不明確的比較粗粒的尺寸。研磨后，在礦漿中加入試劑，用來給其中一種礦物提供選擇性涂層的疏水性表面。在引入空氣后，這些試劑包覆的礦物附著在氣泡上，上升到表面，并隨后從系統(tǒng)中刪除。采用試劑套件可以簡單或復雜的根據(jù)系統(tǒng)的要求，但基本試劑完成兩個目的集合和集合調(diào)制。因為捕收劑是任何浮選體系中最重要的試劑，他們的一些屬性

4、和其他所需的特性值得列出。捕收劑的主要類別（15）是：陰離子捕收劑。主要為含有烴類的有機酸，和/或銨，鉀，和這些酸的鈉鹽。在鐵礦石浮選這組中的重要試劑包括直鏈脂肪酸，肥皂，烷基芳基磺酸鹽。環(huán)烷酸和肥皂也屬于這一類，但因為有限的可用性沒有被廣泛應用的。陽離子捕收劑。包括含有烴類的有機堿，和這些堿的鹽，通常為氯化物或醋酸鹽。這一組包括脂肪族伯胺，二胺，季胺鹽，和新的-胺產(chǎn)品。這些試劑一般用于浮硅質(zhì)礦物。兩類捕收劑包括烴鏈連接到一個電荷的極性基團，它們是可電離的，并且至少部分混溶的或水溶性的。在空氣-水界面，該化合物的極性端，是水溶性的，面向水相；非極性烴端面向氣相。極性集團的試劑和極性礦物表面的吸

5、引力導致化學吸附，留下長鏈非極性烴端定向遠離礦物表面。氣泡附著發(fā)生在捕收劑的離子的非極性部分，從而完成礦物顆粒在紙漿表面重疊這一機制。在鐵礦石浮選我們處理的是氧化系統(tǒng)（7,12），對礦物表面的知識是至關(guān)重要的條件對浮選過程的了解。無論是二氧化硅和鐵的氧化物，在水溶液中根據(jù)pH值的系統(tǒng)的電荷的符號和大小，通過采集三通裂隙粘結(jié)位置產(chǎn)生的氫氧化物或氫離子，獲得的表面電荷。例如，在pH值約為2時，二氧化硅是電中性的；在pH較低的時，硅表面表現(xiàn)出的凈正電荷，pH值高于2時，二氧化硅表面帶負電荷。同樣，鐵氧化物的積累是正的或負的表面電荷的凈超額，再次獲得的條件依賴于pH值。通常在各種鐵氧化物表面發(fā)生電中性

6、反應的點的pH值約是7（11）。 事實上，礦物表面有不同的表面電荷影響，pH值在浮選的執(zhí)行是通過選擇收集器。當系統(tǒng)的pH值適合礦物收集空的凈正電荷時，采用陰離子捕收劑；在表面電荷相反的條件下，采用陽離子捕收劑。但是，還應該指出，這些觀察是一個理想的系統(tǒng)，對于處理的礦石，并不是純礦物，條件可能會與預期的行為產(chǎn)生偏差。存在于水中的或者是從礦石各種無機陰離子和陽離子，在某種程度上與礦物表面緊密吸附，進而影響有效表面電荷的大小和電性。例如，不能用脂肪酸捕收劑捕收干凈、帶負電荷的石英是一個既定事實。然而，pH值1012時，在鈣離子的存在下，脂肪酸確實能有效浮選石英，我們在礦山局的許多研究則利用了這個優(yōu)勢

7、現(xiàn)象（1,4,5）。經(jīng)驗表明， 在鐵礦石的浮選中，某些脂肪酸和烷基芳基磺酸鹽是有效的陰離子捕收劑。所用的脂肪酸通常是橄欖油，亞油酸，亞油酸的混合物，和樹脂酸。這些脂肪酸的混合物，通常是木漿工業(yè)的副產(chǎn)物，因為獲得的成本較低。在結(jié)構(gòu)上，商業(yè)脂肪酸的主要成分中含有18 - 鏈型烴基，其中有一個或多個碳 - 碳雙鍵的碳原子數(shù)。常見的不飽和脂肪酸在室溫下是液體，便于使用。呈電中性的鐵表面附近的pH能使脂肪酸有效地浮選鐵礦物。在pH約低于5.5時，脂肪酸水解，可采用有效的pH值范圍較窄。然而，陰離子磺酸鹽捕收劑可用于較低的pH值范圍，此時脂肪酸是無效的。在浮選中陽離子捕收劑最大效用的成分是硅質(zhì)。在某些情況

8、下，礦石的有效地自然pH通常為7-8。在其他情況下，調(diào)節(jié)pH值至9或10的已被發(fā)現(xiàn)是可取的。陽離子捕收劑通常用于中和的形式，在pH值為10或以上系統(tǒng)，中性鹽可能會恢復不到那么有效的自由胺。在一些應用中，燃料油似乎增加集熱效果，因此可以被視為一個擴展。在浮選系統(tǒng)的起泡劑是同樣重要的，這些可以單獨添加，但我們一直在研究同類型的捕收劑，捕收劑本身往往有足夠的泡沫能力。問題有許多具有妨礙浮選流程由鐵礦石行業(yè)廣泛采用的條件。一些這樣的情況，要么已經(jīng)存在或繼續(xù)存在的本質(zhì)問題，將在以下標題討論：1）礦石從其他來源豐富；2）經(jīng)濟；3）有吸引力的替代品；4）工藝限制。礦石從其他來源豐富浮選過程中一般有超過50年

9、的商業(yè)開始前，在此期間已通過的礦產(chǎn)行業(yè)的許多領(lǐng)域。事實上，這是很難想象的銅產(chǎn)業(yè)，例如，沒有想到的浮選同時。然而，這是不正確的鐵礦石行業(yè)，浮選是例外而不是規(guī)則。不同的是，銅工業(yè)礦石被開采的大噸位僅含有約1%的銅。顯然，銅礦石，必須選礦，以及浮選過程中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，充分滿足該要求。直到第二次世界大戰(zhàn)，對鐵礦石的重視存在完全不同的一組條件，為了滿足需求，大量的鋼鐵生產(chǎn)商的直接運輸含有至少51.5%的鐵礦石。經(jīng)濟鐵礦石是一種廉價的商品，在價值較低的大湖口含鐵61%的約12.75美元每長噸。使用的低等級礦石，在那里浮選可能是最有吸引力的，濃度比變化之間的2到1和3到1，所以，最終的價值貢獻，每噸礦石將是約$

10、4.20和$6.40之間，精礦含61的鐵。對這些價值必須評估開采成本，稅收，特許權(quán)使用費，投資回報率，湖頭端口的運輸成本，成本的濃度。如果浮選,考慮到成本的試劑,并可能受到考慮額外的研磨和其他成本服務(wù)員的過程。雖然沒有官方立場方面的試劑成本,大約75美分/噸精礦似乎是靠近上限。不幸的是,礦體響應有效、廉價的浮選系統(tǒng)是罕見的。位置等因素影響，礦石品位，良好的濃度比，和礦物學可能會產(chǎn)生有利的浮選工藝條件。在這種情況下，顯然是在現(xiàn)場共和國和洪堡操作。在其他情況下,浮選可能已經(jīng)應用于, 存在一個令人滿意的和更便宜的替代過程采用,幾乎任何一個磁角巖植物作為一個例子。作為一個結(jié)果，更昂貴的和難選礦石可能保

11、持休眠狀態(tài)，直到這樣的時間為一個更有利的經(jīng)濟氣候的到來。有吸引力的替代品任何考慮的主要鐵礦石浮選正面臨著從磁分離過程中的競爭。在對待磁性礦體磁分離處理時，對磁選的偏好很強，浮選幾乎不被考慮。磁分離允許良好的回收率,主要的操作成本可以被分配到破碎和磨礦。采用多級處理步驟，脈石礦物的有用成分往往能被拒絕的粗網(wǎng)格尺寸為10。因此，磨礦最終解離粒度在浮選中對磁分離過程有顯著優(yōu)勢。此外，礦泥是在磁選中比在浮選中相對較少的難題。由于磁分離的特點，在鐵燧巖大部分新生成的礦石是來自于磁性礦體。二次浮選是一個有吸引力的補救措施在那些放松的細顆粒的性質(zhì)的角巖有助于得到高硅含量磁精礦。雖然目前的磁性礦體優(yōu)先,非磁性

12、角巖儲量巨大,最終將必須被考慮。對鐵礦石來說這是這個特殊的部分，礦務(wù)局已經(jīng)投入了大量的浮選研究。投巨資到臺上和中試規(guī)模的研究，陰離子的方法用于浮選鈣活化硅膠已被證明在許多情況下，并產(chǎn)生良好的結(jié)果。雖然相對于前面討論的標準試劑的成本仍然很高，他們可能不脫節(jié)，因為地理位置優(yōu)越，有一個適度的高品位的礦石。工藝限制鐵礦石因其可變性臭名昭著的，有時，每一鏟不同于前一鏟。在礦物學中，鐵礦石中可能含有赤鐵礦，針鐵礦，磁鐵礦，單體或混合物。碳酸鹽和硅酸鹽可能產(chǎn)生其他各種各樣的脈石礦物。即使討論僅限于硅或石英脈石為主的這些礦石，幾個鐵物種，可能具有不同的表面特性，因此響應獨特浮選。水的供應可能隨季節(jié)的變化而變化

13、，載著或多或少消耗脂肪酸捕收劑的水溶性成分，對pH值、表面電荷都有影響。面對這樣的變化,主要的浮選流程可能會表現(xiàn)出相應的變化結(jié)果?，F(xiàn)的方法，能夠即時識別和調(diào)整變量的條件可以被認為是缺乏威懾力，特別是在初級更為復雜或困難的礦石浮選。對鈣活化硅酸陰離子浮選研究局，已經(jīng)證明，尤其是當加上選擇性絮凝的鐵氧化物和傾注的煤泥，是最普遍適用和有效的非磁性礦石的浮選方法。然而，對不同需求變化的礦體條件下獲得的四個主要試劑之間良好的平衡的必要性，介紹了過程中的不確定性。這一事實是當前局研究旨在確認通過分析技術(shù)和儀器的發(fā)展過程的控制方法。礦泥對每種類型的浮選都是不利的，鐵礦石浮選也不例外，因為鐵礦石含有比其他許多

14、礦石更多的泥。礦泥會引起鐵礦物的浮選回收困難，當采用石英的浮選方法，如果目前的數(shù)量大，將導致精礦品位降低。原浮選石油磺酸鹽、陽離子捕收劑的有效使用依賴于基本完整的粘泥剝離。前景增加鐵礦石浮選的應用似乎是良好的前景?？梢灶A期增加浮選的使用，更好地提高精礦品位。在20世紀50年代末，創(chuàng)建的輸出燧工廠濃縮物中含有60至65的鐵，導致許多礦山的關(guān)閉提供低年級的直接運輸?shù)V石的需求。當時，在知情交易界的談話集中暗示含有68%的SiO2可能很快成為規(guī)范。這些預測似乎已經(jīng)被證實在7.5的水平，二氧化硅，作為一個快速面孔的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來源顯示（9）。這種二氧化硅含量值反映的密集工廠和直接運輸繼續(xù)經(jīng)營的礦山，聯(lián)合輸出

15、。截至1963年,美國聯(lián)合區(qū)域共生產(chǎn)7200萬噸的礦石，其精礦平均含57%的鐵和8.0%的二氧化硅，加拿大聯(lián)合區(qū)域二氧化硅生產(chǎn)2700萬噸平均59%的鐵、6.2%的二氧化硅。這些總數(shù)中，約54萬噸（10）被認為是高鐵精礦，平均為6.0SI02。未來的趨勢是由雷諾和布蘭特麗聲明建議（13），即，鐵礦石不會除非他們是高品位暢銷（65到70%和1.5到2%的PC，SIQ）。預測顯示，到1970年，來源于美國北部和南部的二氧化硅含量小于3%的鐵礦石將是60-80000萬噸。除非在生產(chǎn)設(shè)備產(chǎn)上施加競爭壓力，否則可用性的高品位礦石和精礦不能解決較低產(chǎn)品的質(zhì)量水平。人們認為高品位礦石和精礦的凈效應將建立一個

16、新的鐵礦石平均規(guī)格，也許在大約4%的SiO2水平。如果這種趨勢確立，對于正在運輸不符合硅規(guī)格礦石的工廠，若不能采取更嚴格的措施充分提高礦石品位，它將敲響其最終的喪鐘。1963年生產(chǎn)的54萬噸的鐵精礦被認為是高品位的，也許在此條件下生產(chǎn)的多達三分之二的將不再被認為符合由1975年的預測的二氧化硅含量標準。一些額外的濃度超出了目前所用的螺旋分級機所分級的能力，磁選機或電選機將將被采用，并且這些新的負擔的大部分可以通過浮選分擔。在1975年，預期的應用主要是在二次浮選類別，它似乎沒有什么不合理的假設(shè)，高達4000萬噸的精礦每年可能會收到這樣的待遇。而超級精礦品位的趨勢似乎將保證二次浮選中的作用，對原

17、發(fā)性浮選的前景是不確定的。簡要地說，在這些條件下，代替原來的浮選，最好的方法可能是磁化焙燒-磁選后二次浮選的原因，經(jīng)濟，靈活，和產(chǎn)品質(zhì)量控制。參考文獻1. Colombo, A. F., R. T. Sorensen and D. W. Frommer, Trans. AIiE, SME v. 232, June 1965, p. 100-109.2. Coyle, n. S., "The Empire Concentrator-Iron Ore's First Two-Stage Autogenous Grinding Flowsheet," Twenty-six

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