鐵帽中鋅、鐵氧化礦石選別研究

楊金林，馬少健，蘇秀娟，莫 偉，封金鵬，王桂芳

( 廣西大學(xué)資源與冶金學(xué)院，廣西 南寧 530004 )

鐵帽是指各種金屬硫化物礦床經(jīng)受較為徹底的氧化、風(fēng)化淋蝕作用后，形成以Fe、Mn、Si、Al和Ca等為主的氧化物、含水氧化物、次生硫酸鹽、各種礬類及黏土質(zhì)混合物的堆積體。它分布于原生硫化礦床上部或附近地段，在組構(gòu)上往往反映了原生硫化物的晶體形態(tài)，或某些礦物學(xué)上的特點(diǎn)等。在鐵帽形成過(guò)程中，地殼表層礦石中的金屬礦物經(jīng)受強(qiáng)烈氧化、風(fēng)化作用，會(huì)發(fā)生水解、水合、氧化、還原、離子交換等反應(yīng)，導(dǎo)致元素的遷移和富集，主要表現(xiàn)為某些元素的淋濾失散和另一些元素的殘積富集兩個(gè)對(duì)立面。一些元素在遷移過(guò)程中有可能被黏土礦物、褐鐵礦或一些膠體礦物吸附而殘積富集，形成新的礦床，如鐵帽型金(銀)礦[1-4]。

從礦產(chǎn)資源可持續(xù)利用角度講，開發(fā)利用低品位礦，對(duì)于緩解冶金原料不足，保持行業(yè)穩(wěn)定發(fā)展具有重要意義。本研究礦石為某硫化礦床鐵帽中含鋅、鐵氧化礦石，礦石含鋅(13%)、鐵(40.2%)較低，但其分布廣，總儲(chǔ)量大，估計(jì)有數(shù)百萬(wàn)t。如果能綜合回收鋅、鐵，它將是一種很有潛力的鋅、鐵資源?；趪?guó)內(nèi)外對(duì)該類型礦石研究少，且在處理含鋅10%左右的氧化礦方面沒(méi)有經(jīng)濟(jì)可行的技術(shù)，并且礦石中含有40.2%的鐵，因此，對(duì)該礦石進(jìn)行鋅、鐵回收試驗(yàn)研究具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。本文從常規(guī)物理選礦方法、常規(guī)堿性浸出、機(jī)械活化浸出以及深度還原-磁選等幾個(gè)方面，比較詳細(xì)地考察了回收有用金屬鋅、鐵的可能性，為后續(xù)開發(fā)利用該類型礦石提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 礦石性質(zhì)

研究礦石為某地硫化礦床鐵帽中的含鋅、鐵氧化礦石，礦石多元素分析結(jié)果見(jiàn)表1，礦石XRD圖譜見(jiàn)圖1。由表1可以看出，礦石中有用金屬鋅、鐵含量低，分別為13%、40.2%。由圖1可以看出，礦石中主要金屬礦物為菱鐵礦、褐鐵礦以及少量菱鋅礦，脈石礦物主要為石英等。礦石礦物組成簡(jiǎn)單，但對(duì)該礦石進(jìn)行的物相分析結(jié)果表明，礦石中存在鋅鐵類質(zhì)同象。因此，該礦石屬于低品位難選礦石。

表1 礦石多元素分析結(jié)果

圖1 礦石XRD圖

2 試驗(yàn)研究

2.1 選礦試驗(yàn)研究

從礦石性質(zhì)研究結(jié)果可知，礦石中含有獨(dú)立的鋅礦物與鐵礦物，若能進(jìn)行選礦分離，進(jìn)一步富集鋅、鐵礦物，從而得到獨(dú)立的鋅精礦與鐵精礦，將可以大大降低后續(xù)冶煉成本。因此，研究了該礦石的常規(guī)選礦試驗(yàn)。對(duì)鋅氧化礦來(lái)講，其選礦方法主要有加溫硫化-黃藥浮選法和硫化-胺浮選法，另外還有反浮選和絮凝浮選等方法。氧化鋅礦物難選的主要原因，是礦泥及可溶鹽的影響[5-6]。菱鐵礦比較經(jīng)濟(jì)的選礦方法是重選、強(qiáng)磁選、磁化焙燒磁選等?；厥蘸骤F礦的方法有強(qiáng)磁選、反浮選、正浮選、焙燒-磁選以及深度還原-磁選等[7-9]。

在此，研究考察了浮選、磁選、重選方法回收鋅、鐵的可能性。其中，浮選試驗(yàn)考察了磨礦細(xì)度以及各種藥劑用量對(duì)選別指標(biāo)的影響。磁選試驗(yàn)考察了磨礦細(xì)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)選別指標(biāo)的影響。重選試驗(yàn)考察了磨礦細(xì)度對(duì)選別指標(biāo)的影響。選礦試驗(yàn)研究結(jié)果表明，浮選選鋅試驗(yàn)最優(yōu)結(jié)果為：精礦含鋅13.59%，含鐵38.22%，鋅回收率為33.56%，鐵回收率30.54%；浮選選鐵試驗(yàn)最優(yōu)結(jié)果為：精礦含鐵41.15%，含鋅13.12%，鐵回收率77.95%，鋅回收率為76.83%。磁選試驗(yàn)最優(yōu)結(jié)果為：精礦含鐵40.22%，含鋅13.05%，鐵回收率58.11%，鋅回收率為58.22%。重選試驗(yàn)最優(yōu)結(jié)果為：精礦含鐵40.25%，含鋅13.35%，鐵回收率52.19%，鋅回收率為53.45%。由此可見(jiàn)，各種精礦中鋅、鐵品位均在原礦鋅、鐵品位上下波動(dòng)，未能實(shí)現(xiàn)有效富集。因此，常規(guī)選礦方法不能有效分離鋅、鐵。

2.2 堿性浸出試驗(yàn)研究

考慮到常規(guī)選礦方法不能有效回收鋅、鐵，研究考察先采用堿性浸出手段回收鋅，再對(duì)浸渣后續(xù)處理回收鐵。堿性浸出可以使氧化鋅礦石中的Fe、Si、Ca、Mg等雜質(zhì)成分不進(jìn)入溶液，避免了酸性浸出帶來(lái)的脫硅困難、渣量大、渣含鋅高等缺點(diǎn)。堿性浸出采用的浸出劑有氨水、氨水-銨鹽以及氫氧化鈉等[10-11]。浸出試驗(yàn)試究主要考察了浸出劑種類、浸出劑初始濃度、浸出時(shí)間、浸出溫度等因素對(duì)金屬浸出率的影響。

2.2.1 常規(guī)堿性浸出

由于研究礦石含鐵高，而堿幾乎不溶出鐵，可以考慮先堿性浸出回收鋅，再處理浸渣回收鐵。因此，研究了堿性浸出。在堿性浸出中，采用氨水、氨水-氯化銨、氨水-硫酸銨、氨水-碳酸銨與氫氧化鈉作浸出劑，考察了浸出劑初始濃度、礦漿液固比、浸出時(shí)間、浸出溫度等因素對(duì)鋅、鐵浸出率的影響。在合適的浸出劑初始濃度、液固比、浸出溫度條件下，采用不同浸出劑時(shí)浸出時(shí)間對(duì)鋅、鐵浸出率的影響，見(jiàn)圖2與圖3。不同浸出劑浸出產(chǎn)品XRD圖譜與原礦XRD圖譜比較見(jiàn)圖4。

從圖2可以看出，隨著浸出時(shí)間的延長(zhǎng)，鋅浸出率隨之增大，在120min之前，鋅浸出速度快，在120min之后，浸出速度變慢。從圖3可以看出，隨著浸出時(shí)間的延長(zhǎng)，鐵基本不被浸出，鐵浸出率很低，在0.1%以下，可視為誤差；故后面浸出不考慮鐵的浸出?？偟目磥?lái)，采用各種堿性浸出劑浸出研究礦石，獲得的鋅浸出率不到50%。從圖4可以看出，不同浸出劑浸出產(chǎn)品與原礦的XRD圖差別不大，僅是原礦中的菱鋅礦衍射峰消失，這說(shuō)明礦石中的菱鋅礦被浸出而進(jìn)入溶液。

2.2.2 機(jī)械活化浸出

機(jī)械活化是指礦物在機(jī)械力作用下產(chǎn)生晶格畸變和局部破壞，并形成各種缺陷，導(dǎo)致其內(nèi)能增大，反應(yīng)活性增強(qiáng)，從而可以實(shí)現(xiàn)礦物在較低浸出劑濃度和較低溫度下的浸出。研究采用氨水-硫酸銨作浸出劑，考察了邊活化邊浸出、先活化后浸出與不活化直接浸出三種浸出方式對(duì)鋅、鐵浸出率的影響。邊活化邊浸出時(shí)，磨礦與浸出同時(shí)在行星式球磨機(jī)中進(jìn)行，球料比為20∶1，浸出液固比為10∶1，浸出溫度為室溫，活化時(shí)間與浸出時(shí)間相同，均分別為10min、30min、60min、90min、120min、180min、300min、420min。先活化后浸出時(shí)，磨礦在行星式球磨機(jī)中進(jìn)行，球料比為20∶1，活化時(shí)間分別為10min、30min、60min、90min、120min、180min、300min、420min；活化后再浸出，浸出液固比為10∶1，浸出溫度為室溫，浸出時(shí)間與活化時(shí)間相同。不活化直接浸出時(shí)，浸出液固比為10∶1，浸出溫度為室溫，浸出時(shí)間分別為10min、30min、60min、90min、120min、180min、300min、420min。機(jī)械活化浸出對(duì)鋅浸出率的影響，見(jiàn)圖5。

從圖5可以看出，機(jī)械活化對(duì)鋅的浸出有積極作用。邊活化邊浸出時(shí)，鋅最高浸出率約63%，比先活化后浸出與不活化直接浸出依次高出約7%與17%，具有一定的效果。從鋅浸出速率來(lái)講，三種浸出方式均在120min之前，鋅浸出速度快，在120min之后，浸出速度變慢。

2.2.3 多段堿性浸出

由前面浸出結(jié)果可知，常規(guī)堿性浸出鋅，浸出率不高，在50%以下；機(jī)械活化浸出最好結(jié)果，才接近63%。這說(shuō)明有相當(dāng)一部分鋅在堿性介質(zhì)中難以浸出，為了弄清其浸出規(guī)律，研究了多段浸出。多段浸出主要考察浸出次數(shù)對(duì)鋅浸出率的影響。在合適浸出劑濃度、液固比、浸出時(shí)間、浸出溫度條件下，浸出次數(shù)對(duì)鋅浸出率的影響見(jiàn)圖6。部分浸出產(chǎn)品XRD圖譜與原礦XRD圖譜比較見(jiàn)圖7。

圖2 不同浸出劑時(shí)浸出時(shí)間對(duì)鋅浸出率的影響

圖3 不同浸出劑時(shí)浸出時(shí)間對(duì)鐵浸出率的影響

圖4 不同浸出劑浸出產(chǎn)品XRD圖譜與原礦XRD圖譜

圖5 機(jī)械活化對(duì)鋅浸出率的影響

圖6 多段浸出對(duì)鋅浸出率的影響

圖7 多段浸出產(chǎn)品XRD圖譜與原礦XRD圖譜

從圖6可以看出，浸出次數(shù)的變化對(duì)鋅的浸出有一定影響，鋅浸出率隨浸出次數(shù)的增加而增大，但從第二次浸出之后，鋅浸出率增大速度越來(lái)越慢。從圖7可以看出，多段浸出產(chǎn)品與原礦的XRD圖差別不大，僅是原礦中的菱鋅礦衍射峰消失，這說(shuō)明礦石中的菱鋅礦被浸出而進(jìn)入溶液。

2.3 深度還原-磁選試驗(yàn)研究

由前面試驗(yàn)研究結(jié)果可知，由于礦石中鋅鐵存在類質(zhì)同象，導(dǎo)致選別關(guān)系復(fù)雜，采用常規(guī)選礦、常規(guī)浸出與常規(guī)焙燒-磁選等方法，均不能獲得理想的選別指標(biāo)?？紤]到在高溫時(shí)礦石中的鐵可以采用深度還原技術(shù)還原成海綿鐵，再采用磁選方法回收鐵；同時(shí)鋅也可以被還原出來(lái)，而鋅金屬沸點(diǎn)約在906℃，鋅揮發(fā)出來(lái)與氧形成氧化鋅，采用收塵可以回收鋅，最終實(shí)現(xiàn)鋅、鐵分離。深度還原-磁選試驗(yàn)，考察了還原劑用量、焙燒溫度、焙燒時(shí)間、添加劑用量、磁選時(shí)磨礦細(xì)度以及磁選時(shí)磁場(chǎng)強(qiáng)度等因素對(duì)選別指標(biāo)的影響。研究采用無(wú)煙煤做還原劑，其工業(yè)分析見(jiàn)表2。還原劑占原礦樣的比例為90%，添加劑占原礦樣的比例為10%，焙燒時(shí)間為180 min，焙燒溫度分別為1000℃、1050℃、1100℃、1150℃、1200℃。焙砂經(jīng)冷卻、磨礦后，進(jìn)行磁選，其中焙燒溫度對(duì)選別指標(biāo)的影響見(jiàn)圖9，對(duì)焙燒效果的影響見(jiàn)圖10。

表2 煤的工業(yè)分析結(jié)果

圖9 焙燒溫度對(duì)鋅、鐵選別指標(biāo)的影響

圖10 焙燒溫度對(duì)焙燒效果的影響

從圖9可以看出，隨著焙燒溫度的升高，鐵精礦中鋅品位與鋅回收率降低；而鐵品位、鐵回收率增大。在1100℃之前，變化幅度較大，在1100℃之后，變化幅度較小。從圖10可以看出，隨著焙燒溫度的升高，金屬化率與鋅揮發(fā)率增大，在1100℃之前，變化速度快，在1100℃之后，變化較小。采用深度還原-磁選工藝處理研究礦石，最終獲得的鐵精礦鐵品位與鐵回收率均在90%以上，金屬化率在92%以上，鋅揮發(fā)率在97%以上，選別指標(biāo)比較理想。

3 結(jié)論

1)研究礦石為硫化礦床鐵帽中含鋅、鐵氧化礦石，礦物組成簡(jiǎn)單，但存在鋅鐵類質(zhì)同象，導(dǎo)致礦石性質(zhì)復(fù)雜，選別困難。

2)采用常規(guī)選礦方法，獲得的最好指標(biāo)為鐵品位41.15%，鋅品位13.12%，鐵回收率77.95%，鋅回收率為76.83%，這說(shuō)明礦石中的鋅、鐵未能得到有效富集。

3)采用堿性浸出方法，鋅浸出率不高，常規(guī)浸出在50%以下，機(jī)械活化浸出最好結(jié)果也僅接近63%。在堿性浸出中，鐵基本不被浸出。

4)采用深度還原-磁選方法，最終獲得的鐵精礦鐵品位與鐵回收率均在90%以上，金屬化率在92%以上，鋅揮發(fā)率在97%以上。

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