某含硫鐵礦優(yōu)化硫資源回收的工藝礦物學(xué)研究

楊葆華 鄒安華 孫體昌 徐承焱

(北京科技大學(xué)土木與資源工程學(xué)院)

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某含硫鐵礦優(yōu)化硫資源回收的工藝礦物學(xué)研究

楊葆華 鄒安華 孫體昌 徐承焱

(北京科技大學(xué)土木與資源工程學(xué)院)

南京某鐵礦選礦廠在利用含硫鐵礦石選鐵的過(guò)程中反浮選回收以黃鐵礦為主的伴生硫礦物，但目前黃鐵礦浮選的指標(biāo)較差。運(yùn)用礦物解離分析儀(MLA)測(cè)試、化學(xué)分析、XRD分析等相結(jié)合的手段，研究了現(xiàn)有入浮原礦和浮選硫精礦中硫礦物的工藝礦物學(xué)特征，主要對(duì)黃鐵礦的粒度分布及其解離度進(jìn)行了測(cè)定，分析了黃鐵礦浮選指標(biāo)較差和浮選鐵尾礦含硫較高的原因。研究結(jié)果表明：入浮原礦的磨礦細(xì)度較低，-0.074 mm含量為60.80%；入浮原礦中黃鐵礦單體解離度不高，為70.92%，不利于硫精礦品位及硫回收率的提高；硫精礦中黃鐵礦單體解離度僅為80.72%，連生體較多是導(dǎo)致其品位較低的主要原因。黃鐵礦的嵌布特征分析結(jié)果表明，大部分連生體中的黃鐵礦容易進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)單體解離。因此可通過(guò)優(yōu)化藥劑制度及浮選條件提高粗選的硫回收率，降低鐵尾礦中的硫含量，并通過(guò)對(duì)浮選粗精礦再磨—精選提高硫精礦品位，且該研究結(jié)果可為優(yōu)化該含硫鐵礦的硫資源回收工藝提供重要的理論基礎(chǔ)。

黃鐵礦 MLA 單體解離度 再磨—精選

南京某含硫選礦廠目前采用1粗3精1掃流程實(shí)現(xiàn)脫硫除磷得到鐵精礦，同時(shí)得到浮選副產(chǎn)品硫精礦，入選原礦含硫1%～2%。但目前其硫精礦品位僅為30%，且回收率僅為65%左右，最終鐵精礦含硫較高，在0.35%～0.55%。由于國(guó)內(nèi)外鐵精礦和硫精礦市場(chǎng)激烈競(jìng)爭(zhēng)，為保證硫精礦與鐵精礦產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，在進(jìn)一步提高硫精礦產(chǎn)品質(zhì)量和回收率的同時(shí)降低鐵精礦含硫量勢(shì)在必行。由于選礦廠要求避免入浮原礦粒度改變對(duì)浮選脫硫后鐵回收工藝的影響，并且考慮到節(jié)約能耗和成本，不能改變現(xiàn)有入浮原礦的磨礦細(xì)度，因此對(duì)硫浮選的入浮原礦進(jìn)行了工藝礦物學(xué)研究，全面掌握和了解目前硫入浮原礦的礦物組成、含硫礦物在入浮原礦及硫精礦中的嵌布特征、嵌布粒度及單體解離度等信息，查明目前硫精礦指標(biāo)不理想的原因，對(duì)優(yōu)化硫浮選工藝、改善其指標(biāo)至關(guān)重要，同時(shí)，對(duì)提高該選礦廠的經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。

傳統(tǒng)的顯微鏡統(tǒng)計(jì)工作量大，難以準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)對(duì)礦物嵌布粒度及解離度的測(cè)定，礦物解離分析儀(Mineral Liberation Analyzer，簡(jiǎn)稱(chēng)MLA)在礦物的查找與測(cè)試方面優(yōu)勢(shì)明顯，可獲得礦物的種類(lèi)、含量、各礦物粒度分布、礦物解離度等工藝礦物學(xué)參數(shù)。故該研究采用MLA測(cè)試與XRD分析等相結(jié)合，對(duì)該礦石進(jìn)行工藝礦物學(xué)研究，了解其礦物組成、目的礦物的嵌布特征和解離特征，查明目前硫精礦指標(biāo)不理想的原因，為提高硫精礦品位、硫回收率并降低后續(xù)鐵精礦中含硫量的工藝優(yōu)化提供參考依據(jù)[1-7]。

1 入浮原礦化學(xué)多元素分析

對(duì)南京某鐵礦脫硫入浮原礦進(jìn)行化學(xué)多元素分析，分析結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 入浮原礦化學(xué)多元素分析結(jié)果 %

由表1可知，入浮原礦中主要有價(jià)元素為鐵，鐵品位為44.69%,其中硫含量為1.41%，作為鐵礦中的雜質(zhì)，其含量較高，若在反浮選脫硫的同時(shí)將泡沫產(chǎn)品回收，得到優(yōu)質(zhì)的硫精礦作為副產(chǎn)品，將有利于資源的高效利用。

2 入浮原礦的礦物組成及嵌布特征

2.1 入浮原礦的礦物組成

為查明入浮原礦的主要礦物組成，對(duì)入浮原礦進(jìn)行XRD分析及MLA測(cè)試。XRD分析結(jié)果見(jiàn)圖1，MLA分析結(jié)果見(jiàn)表2，由于MLA測(cè)試中無(wú)法區(qū)分赤褐鐵和赤鐵礦，故在表2中將兩者含量合并計(jì)算。

圖1 入浮原礦XRD分析結(jié)果

表2 MLA測(cè)試所得入浮原礦主要礦物組成 %

由圖1及表2可知，MLA測(cè)試結(jié)果與XRD分析結(jié)果一致，兩種測(cè)試結(jié)果都表明礦石中的主要鐵礦物為赤鐵礦和磁鐵礦，主要含硫礦物為黃鐵礦；脈石主要有石英、菱鐵礦、方解石。此外，MLA測(cè)試結(jié)果還表明，入浮原礦中還含有少量的磷灰石、透輝石、長(zhǎng)石和白云母等，其中白云母、綠泥石屬于易泥化礦物，磨礦過(guò)程容易產(chǎn)生細(xì)泥，這將對(duì)浮選過(guò)程中提高硫精礦品位和回收率產(chǎn)生不利影響并增加選別難度。

2.2 入浮原礦中目的礦物的物相分析

為了更加準(zhǔn)確地定量確定主要有價(jià)元素鐵和硫以何種礦物存在，對(duì)入浮原礦進(jìn)行了鐵物相和硫物相分析，結(jié)果見(jiàn)表3、表4。

表3 入浮原礦中鐵物相分析結(jié)果 %

表4 入浮原礦中硫物相分析結(jié)果 %

注：①其中99.60%的硫化物中的硫賦存于黃鐵礦中，只有0.40%賦存在黃銅礦中。

由表3、表4可知，該礦石中的鐵礦物以磁性鐵為主，分布率為58.87%，赤褐鐵次之，分布率為26.09%，另外還含有少量的硫化鐵、碳酸鐵與硅酸鐵；礦石中的硫主要存在于硫化物中，分布率為91.83%，并且99.60%的硫化物中的硫賦存于黃鐵礦中，僅有0.40%賦存在黃銅礦中，不含磁黃鐵礦；可見(jiàn)，礦石中的硫主要存在于黃鐵礦中，故可確定浮選回收的目的礦物主要為黃鐵礦。

2.3 入浮原礦中黃鐵礦的嵌布特征

根據(jù)礦物物相分析結(jié)果及XRD測(cè)試結(jié)果可知，入浮原礦中主要需要回收的含硫礦物為黃鐵礦，故根據(jù)MLA測(cè)試結(jié)果，對(duì)入浮原礦及硫精礦產(chǎn)品中的黃鐵礦與其他礦物的連生關(guān)系進(jìn)行分析，分析結(jié)果見(jiàn)表5。由表5可知，黃鐵礦與磁鐵礦和赤鐵礦伴生關(guān)系比例最大，與石英伴生比例次之。

表5 黃鐵礦與其他礦物的伴生比例 %

根據(jù)MLA測(cè)試得到的電鏡圖(圖2)，對(duì)黃鐵礦的嵌布特征進(jìn)行分析可得，黃鐵礦與入浮原礦中的黃鐵礦單體晶型較完整，多呈自形、半自形；根據(jù)高登(Gaudin)和阿姆斯蒂茨(G.C.Amstutz)[8]對(duì)連生的類(lèi)型進(jìn)行劃分，可見(jiàn)黃鐵礦主要呈以下幾種嵌布關(guān)系：①黃鐵礦呈脈狀、縫狀、網(wǎng)狀穿插在赤鐵礦和磁鐵礦的晶體及間隙中，形成密切的連生關(guān)系；②黃鐵礦與赤鐵礦或石英呈毗鄰狀、港灣狀連生；③黃鐵礦呈脈狀或斑點(diǎn)狀嵌布在石英晶體中；④黃鐵礦呈浸染狀嵌布在菱鐵礦、白云母、磷灰石等脈石以及赤鐵礦中；⑤黃鐵礦與磁鐵礦、赤鐵礦、石英、磷灰石等不規(guī)則地嵌布在一起。其中，主要的幾種連生體類(lèi)型如圖2(a)～(d)所示。其中大部分連生體為脈狀、毗鄰狀、港灣狀及斑點(diǎn)狀連生體，這幾類(lèi)連生體在再次磨礦時(shí)，只要稍加粉碎就會(huì)有新的單體產(chǎn)生[9]，而浸染狀連生體極少，故大部分連生的黃鐵礦在再次磨礦過(guò)程中易于進(jìn)一步解離。

3 入浮原礦與硫精礦中黃鐵礦的粒度特征

入浮原礦中黃鐵礦的粒度特征是確定浮選中礦是否需要再磨的重要參數(shù)，故根據(jù)MLA測(cè)試結(jié)果對(duì)入浮原礦中的黃鐵礦粒度特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，結(jié)果見(jiàn)表6。

由表6可知，目前入浮原礦中-0.074 mm粒級(jí)占60.80% ，可知入浮原礦磨礦細(xì)度較低，且仍有35.74% 的黃鐵礦賦存在+0.074 mm 的較粗粒級(jí)中，若較粗粒級(jí)的連生體進(jìn)入精礦產(chǎn)品中，將嚴(yán)重影響硫精礦的質(zhì)量。

圖2 黃鐵礦的主要連生體類(lèi)型的MLA測(cè)試所得電鏡圖

粒級(jí)/mm產(chǎn)率/%累計(jì)產(chǎn)率/%黃鐵礦分布/%分布率累計(jì)分布率+0.2507.727.720.000.00-0.250+0.1805.9213.641.561.56-0.180+0.12512.6426.2810.6612.22-0.125+0.07412.9239.2023.5235.74-0.07460.80100.0064.26100.00

為了分析目前硫精礦產(chǎn)品中黃鐵礦的粒度特征，對(duì)現(xiàn)有硫精礦產(chǎn)品進(jìn)行了MLA測(cè)試，其黃鐵礦的粒度特征分析結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 目前硫精礦產(chǎn)品粒度組成及黃鐵礦在各粒級(jí)中的分布

由表7可知，硫精礦產(chǎn)品中黃鐵礦在較粗粒級(jí)中的分布率比入浮原礦中相應(yīng)粒級(jí)的分布率低，表明粒度較小的黃鐵礦顆粒得到了有效回收，而粗粒級(jí)的黃鐵礦未得到有效回收；硫精礦產(chǎn)品中+0.074 mm粒級(jí)產(chǎn)率仍占33.23%，且仍有44.51%的黃鐵礦分布在該粒級(jí)中，說(shuō)明部分含黃鐵礦的粗顆粒進(jìn)入到精礦中，再結(jié)合入浮原礦中黃鐵礦的嵌布特征可知，這部分粗粒級(jí)中存在黃鐵礦與鐵礦物或其他脈石的連生體，從而影響硫精礦中的硫品位。

4 入浮原礦與硫精礦中黃鐵礦的解離度分析

根據(jù)MLA測(cè)試所得數(shù)據(jù)分別計(jì)算[7]得出目前入浮原礦及硫精礦產(chǎn)品中黃鐵礦的單體解離度。入浮原礦中黃鐵礦的單體解離度為70.92%，硫精礦產(chǎn)品中黃鐵礦的單體解離度為80.72%，說(shuō)明入浮原礦中還有近30%的黃鐵礦未實(shí)現(xiàn)單體解離。此外，對(duì)入浮原礦與現(xiàn)有硫精礦所含的所有賦含黃鐵礦的顆粒中，單體、連生顆粒數(shù)量所占比例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見(jiàn)表8。

表8 賦含黃鐵礦的顆粒中的單體及連生顆粒數(shù)量比例 %

由表8可知，硫精礦產(chǎn)品中的單體顆粒含量為56.20%，入浮原礦中單體含量為28.20%，前者接近后者的兩倍，說(shuō)明黃鐵礦單體可得到有效回收；入浮原礦中的連生體顆粒數(shù)所占比例較多，為71.80%，該數(shù)據(jù)也表明入浮原礦中黃鐵礦的單體解離不夠充分，不利于硫回收率的提高，并且沒(méi)有完全解離的黃鐵礦顆粒進(jìn)入硫精礦中，也會(huì)造成精礦品位不高，這是導(dǎo)致目前該選礦廠硫回收率較低及硫精礦品位不高的主要原因。

由之前黃鐵礦的嵌布特征分析結(jié)果可知，入浮原礦中的黃鐵礦與其他礦物形成的脈狀、毗鄰狀、港灣狀等易于進(jìn)一步解離的連生體數(shù)量較多，而浸染狀及包裹型等很難進(jìn)一步解離的連生體數(shù)量很少，由此可見(jiàn)，如果對(duì)硫浮選的粗精礦進(jìn)行再磨[8]，大部分連生體中的黃鐵礦容易進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)單體解離。此外，因?yàn)槿敫≡V中含有白云母及綠泥石等易泥化礦物，經(jīng)再磨后將使礦泥可能進(jìn)一步增加，從而嚴(yán)重影響下一步對(duì)硫精礦品位和回收率的提高，惡化硫浮選過(guò)程，故精選中必須除之或予以分散[8]。由于選礦廠要求避免入浮原礦粒度改變對(duì)浮選脫硫后鐵回收工藝的影響，因此，可通過(guò)優(yōu)化藥劑制度及浮選條件提高浮選粗選的硫回收率，并且通過(guò)對(duì)浮選粗精礦再磨—精選提高硫精礦品位，同時(shí)改善泥化現(xiàn)象對(duì)浮選的不利影響，降低鐵尾礦中的硫含量，從而增強(qiáng)梅山鐵礦鐵精礦產(chǎn)品和硫精礦產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。并且，對(duì)粗精礦進(jìn)行再磨而不改變?nèi)敫≡V的磨礦細(xì)度，不僅能避免入浮原礦粒度改變對(duì)浮選脫硫后鐵資源回收工藝的影響，而且可以減小磨機(jī)負(fù)荷，節(jié)約能耗和成本。

5 結(jié) 論

(1)由南京某鐵礦選礦廠入浮原礦的化學(xué)分析及MLA測(cè)試可得，對(duì)于硫的回收，黃鐵礦是主要的回收礦物，入浮原礦中的硫品位為1.41%，入浮原礦中含白云母及綠泥石等易泥化礦物。

(2)現(xiàn)有入浮原礦和現(xiàn)有硫精礦的工藝礦物學(xué)研究表明，入浮原礦的磨礦細(xì)度較粗，-0.074 mm含量?jī)H為60.80%，其中的硫礦物單體解離度不高，僅為70.92%，不利于硫資源回收率的提高；硫精礦中黃鐵礦單體解離度也僅為80.72%，且硫精礦產(chǎn)品中含黃鐵礦的礦物顆粒中，仍有43.80%的為連生體，因此硫精礦品位較低。

(3)入浮原礦中的黃鐵礦與其他礦物形成的脈狀、毗鄰狀、港灣狀等易解離的連生體數(shù)量較多，而浸染狀及包裹型等很難進(jìn)一步解離的連生體數(shù)量很少，因此對(duì)浮選的粗精礦進(jìn)行再磨，可有效提高黃鐵礦的單體解離度。通過(guò)優(yōu)化藥劑制度及浮選條件提高浮選粗選的硫資源回收率，通過(guò)對(duì)浮選粗精礦進(jìn)行再磨—精選提高硫精礦品位，并降低鐵尾礦的硫含量，可增強(qiáng)該選礦廠鐵精礦和硫精礦的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，為企業(yè)創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益。

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2016-07-22)

楊葆華(1991—)，女，100083 北京市海淀區(qū)學(xué)院路30號(hào)。