微细粒镜铁矿桥联团聚特征及磁性捕获机制研究

作     者：程绍凯 

作者单位：东北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：韩跃新;李文博

授予年度：2021年

学科分类：081902[工学-矿物加工工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

主      题：镜铁矿 桥联团聚 粒度特征 高梯度磁选 捕获半径 捕获效率 

摘      要：在我国复杂难选铁矿资源中,微细粒铁矿储量丰富,常规选矿工艺一般难以高效处理10 μm以下的微细粒矿物,造成部分有用矿物流失到尾矿中。本文以镜铁矿为研究对象,开展微细粒镜铁矿桥联团聚及其分选行为的基础研究。通过团聚-磁选和团聚-沉降试验探究了有机高分子药剂种类及用量、分散剂用量、矿浆pH值、搅拌强度等因素对镜铁矿桥联团聚效果的影响,确定了适宜的操作参数;借助激光粒度分析仪、光学显微镜等设备分析了镜铁矿团聚体的粒度特征与微观形貌,利用矿物表面动电位测定、红外光谱检测等方法研究了药剂与镜铁矿表面的作用机理。基于镜铁矿桥联团聚的理论研究,采用高分子选择性团聚-高梯度磁选工艺对镜铁矿与石英混合矿物进行分选,重点考察了团聚预处理条件和高梯度磁选条件对分选指标的影响,并与常规磁选工艺对比,以探究团聚分选技术对镜铁矿的强化回收。基于单丝磁介质捕获模型,还研究了镜铁矿团聚体的磁捕获动力学和捕获效率,结合团聚体的特征参数和磁分离参数,在理论上分析了桥联团聚-高梯度磁选工艺对微细粒镜铁矿的回收效果。镜铁矿桥联团聚性能研究表明,在最优条件下,添加交联玉米淀粉、羧甲基木薯淀粉和海藻酸钠对矿浆团聚预处理,磁选回收率分别为81.29%、75.15%、86.58%,与不添加药剂调浆相比,回收率分别提高了 13.00个百分点、6.86个百分点、18.29个百分点。镜铁矿沉降率分别为98.43%、75.15%、98.90%,石英的沉降率分别为59.74%、57.80%、71.49%。海藻酸钠对镜铁矿和石英均有团聚作用,药剂的选择性较差;羧甲基木薯淀粉具有良好的选择性,但团聚效果较差;交联玉米淀粉能很好地实现微细粒镜铁矿的选择性团聚。镜铁矿激光粒度分析结果表明,添加药剂对矿浆预处理后,镜铁矿团聚体粒度有所增大,小于20 μm的极细矿物含量明显降低。与未添加药剂调浆相比,使用交联玉米淀粉、羧甲基木薯淀粉、海藻酸钠调浆后,小于20 μm的极细矿物含量分别降低了 19.79个百分点、15.61个百分点、38.17个百分点,三种药剂团聚效果由高到低的顺序为:海藻酸钠交联玉米淀粉羧甲基木薯淀粉。通过观察镜铁矿的微观形貌并利用图像处理软件分析得出,未添加药剂的矿物颗粒呈分散状态,而且有很多极微细颗粒,添加药剂后有明显的桥联团聚现象;团聚体表观尺寸随药剂用量的增加而变大,交联玉米淀粉与海藻酸钠对镜铁矿的团聚效果基本相同且明显优于羧甲基木薯淀粉。动电位和红外光谱检测表明,交联玉米淀粉和羧甲基木薯淀粉在石英表面没有发生明显的物理或化学吸附,海藻酸钠与石英表面存在氢键吸附;三种药剂在镜铁矿表面均存在氢键吸附。采用交联玉米淀粉为聚团药剂,镜铁矿与石英混合矿选择性团聚-高梯度磁选试验表明,在淀粉用量6 mg/L、硅酸钠用量10 mg/L、矿浆pH值10、搅拌强度500 r/min的条件下对混合矿物进行团聚预处理,并在背景磁场强度0.8 T、水平和竖直间距为2 mm排布的圆棒磁介质、水流量100 mL/s、脉动冲次170次/min、冲程11.40 mm的条件下对团聚后的矿浆进行磁力分选,获得了精矿铁品位为62.92%,铁回收率为76.98%,选矿效率为68.27%的分选指标。与直接磁选工艺相比较,团聚分选工艺得到了较好的分选指标,其精矿铁品位降低了 2.15个百分点,但回收率提高了 6.66个百分点,选矿效率提高了 1.97个百分点。磁介质捕获机理研究表明,在固定磁分离参数的情况下,磁介质的捕获半径随着粒度的增大而增大,在交联淀粉用量分别为0 mg/L、6 mg/L、8mg/L时,磁介质的捕获效率分别为66.27%、74.89%、77.50%,添加淀粉可促进镜铁矿桥联团聚,强化微细粒镜铁矿的回收。在固定镜铁矿团聚体特征参数的条件下,磁介质的捕获半径和捕获效率均随着背景磁场强度的增加而变大;磁介质的捕获半径随着介质棒半径的增加而变大,但捕获效率呈先升高后降低趋势;磁介质的捕获半径和捕获效率均随着流体初始速度的增加而减小,适宜的磁分离参数也能增强磁介质对颗粒的捕获。本文的研究成果丰富了镜铁矿桥联团聚理论体系,对微细粒弱磁性铁矿资源的高效利用具有一定的指导意义。