近年来,随着我国钢铁工业的迅速发展 ,铁矿石的供应正面临着日益短缺的局面,如何合理利用各类贫、细、杂、散的铁矿石越来越受到人们的关注。对于难分选的弱磁性铁矿物,如菱铁矿、褐铁矿、缅状赤(褐)铁矿,通常采用磁化-焙烧的方法,获得强磁化的人工磁铁矿,来达到好的分选目的。通过磁化-焙烧获得的人工磁铁矿虽然具有与之天然磁铁矿相似的磁性特点 ,但对于天然磁铁矿却存在矫顽力大、剩磁大、比磁化系数小、磁性较弱等问题,两者分选性能存在一定的差异,这些给实际的生产操作带来了很多困难。目前,对两者分选性质及分选行为差异的研究报道也相对较少。我们今天就以还原焙烧人工磁铁矿和天然磁铁矿为研究对象,研究两者磁学性质差异及相互关系,并通过磁选对比试验,分析探讨了导致两种矿物分选效果差异的原因,对提高难选铁矿资源的利用率具有一定的理论和实际指导意义。
人工磁铁矿我们取自新疆某地褐菱铁矿磁化焙烧矿,矿样呈块状,全铁品位34.54%,焙烧矿先经多次摇床选别得到粗精矿,然后采用磁选管精选得到精矿,再用超声波振荡退磁后,用蒸馏水洗涤,80℃烘干,并在显微镜镜下挑选得到最终纯矿物。天然磁铁矿取自大孤山铁矿磁选精矿,呈细粒粉末状,全铁品位68.45%。纯矿物试样磁选参数(如质量磁化率、磁化强度、矫顽力、剩磁力及磁饱和强度等)使用美国公司生产的7400型振动样品磁强计在常温下进行测量计算。通过我们的试验不难看出,人工磁铁矿和天然磁铁矿的磁化强度和质量磁化率随外磁场强度增大具有相似的变化规律,二者都存在磁饱和现象,质量磁化率在外磁场强度13~28kA/m左右达到最大值;但在磁场中,前者的磁化强度和质量磁化率明显比后者低。我们在外磁场强度80kA/m条件下,粒度对人工磁铁矿和天然磁铁矿质量磁化率的影响结果显示,随着粒度减小,人工磁铁矿和天然磁铁矿的质量磁化率都呈下降趋势,但后者的下降速率比前者大;当粒度较粗时,后者的质量磁化率明显比前者大,但当粒度小至10μm时,二者的质量磁化率趋于接近。随着磁场强度增大,人工磁铁矿和天然磁铁矿矿质效率略有下降,说明有少量非磁性石英合理夹杂在精矿中,但二者的质效率相近;粒级相同的条件下,人工磁铁矿要获得与天然磁铁矿相同的分选效率,所需的磁场强度比天然磁铁矿高,这是因为人工磁铁矿的磁性比天然磁铁矿弱,需要更大的磁力才能被吸引,这与上述人工磁铁矿和天然磁铁矿磁性测量结果是一致的。
磁性矿属强磁选矿物,一般认为其磁性与磁化场的强度、颗粒的粒度和形状、磁铁矿矿物含量等因素有关。上述试验结果表明,在外磁场强度相同、粒级相同和形状相近的情况下,人工磁铁矿的磁化强度和质量磁化率总是比天然磁铁矿小。我们在对人工磁铁矿和天然磁性进一步分析和比较还发现,当粒度较粗时,人工磁铁矿的剩磁和矫顽力比天然磁铁矿大很多,质量磁化率比天然磁铁矿小很多,而随着颗粒粒度减小,二者的剩磁、矫顽力和质量磁化率的差异缩小。人工磁铁矿颗粒呈多孔状结构,而天然磁铁矿则呈致密状结构。矿物颗粒在磁场中磁化时,颗粒的磁性是由磁畴壁的移动和磁畴转动产生的,磁畴转动所需的能量比磁畴壁移动要大得多,粒度大的矿粒磁性以磁畴壁移动为主,当粒度减小,每个矿粒包含的磁畴数减少,磁化时磁畴壁移动相对减少,因此磁性变小。粒度较粗的人工磁铁矿由于内部有很多细孔,实际上一种不连续结构,磁畴是不连续的,磁畴壁的移动受到了阻碍,因此,粒度减小时,人工磁铁矿剩磁、矫顽力和质量磁化率略有变化,但变化不大;天然磁铁矿剩磁和矫顽力明显增大,质量磁化率明显减小,这就造成了粒度较粗时,人工磁铁矿的剩磁和矫顽力比天然磁铁矿大很多,质量磁化率比天然磁铁矿小很多,而随着颗粒粒度减小,二者的剩磁、矫顽力和质量磁化率的差异缩小。
人工磁铁矿和天然磁铁矿的磁化强度和质量磁化率随外磁场强度增大具有相似的变化规律,二者都存在磁饱和现象,质量磁化率在外磁场强度13~28kA/m左右达到最大值;但在磁场中,前者的磁化强度和质量磁化率明显比后者小,而剩磁和矫顽力比后者大。检测结果表明,人工磁铁矿试样的全铁含量比天然磁铁矿低。而且,人工磁铁矿试样中铁矿物并非全部是磁铁矿,而是含有少量赤铁矿和亚铁相;此外,人工磁铁矿颗粒中Ca、Mg和Mn杂质含量比天然磁铁矿高,这些差异是导致人工磁铁矿磁化强度和质量磁化率比天然磁铁矿低的原因之一。相同粒度的人工磁铁矿和天然磁铁矿,前者颗粒磁性较不均匀,分布相对分散,磁场分布范围在12~32kA/m区间;后者颗粒磁性比较均匀。分布相对集中,磁场分布范围在9.6~24kA/m区间。
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