大冶鐵礦強(qiáng)化混合浮選效果試驗(yàn)研究

＊黃春源 陳小霞 張明

（1.武鋼資源大冶鐵礦有限公司 湖北 435006 2.武漢科技大學(xué)冶金礦產(chǎn)資源高效利用與造塊湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 湖北 430081）

大冶鐵礦礦床金屬礦物類型豐富，主要以磁鐵礦為主，還伴生黃銅礦、磁黃鐵礦、黃鐵礦等含硫礦物。選廠采用先浮選后磁選的原則流程，由于原礦中存在易氧化、難浮選的磁黃鐵礦[1]，磁黃鐵礦在浮選階段一旦損失到尾礦中就會(huì)直接進(jìn)入磁選，并在磁選階段隨磁鐵礦一起進(jìn)入鐵精礦，最終導(dǎo)致鐵精礦硫含量超過(guò)0.4%?，F(xiàn)要求將鐵精礦硫含量降到0.25%以下，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)流程和原礦性質(zhì)可知，強(qiáng)化銅硫混合浮選，盡可能地將含磁黃鐵礦在內(nèi)的硫礦物在工藝流程的前端浮出是有效降低最終磁選鐵精礦硫含量的合理途徑[2-3]。為此，本試驗(yàn)以大冶鐵礦自產(chǎn)原礦為研究對(duì)象，通過(guò)磨礦細(xì)度試驗(yàn)以及分散劑、活化劑篩選，明確通過(guò)強(qiáng)化混合浮選效果來(lái)解決鐵精礦硫含量過(guò)高問(wèn)題的可行性。

1.礦石性質(zhì)和試驗(yàn)流程

（1）礦石性質(zhì)。試驗(yàn)所用礦樣取自于大冶鐵礦選礦廠粗碎后產(chǎn)品，經(jīng)鏡下鑒定和X射線衍射分析，礦石中鐵礦物主要為磁鐵礦，占25.0%，另有少量的菱鐵礦和赤鐵礦，硫化物主要為黃鐵礦，其次為黃銅礦和磁黃鐵礦，脈石礦物主要有方解石、透閃石、透輝石、綠泥石等。原礦多元素分析及鐵物相分析見(jiàn)表1、表2。將該礦樣依次經(jīng)顎破、對(duì)輥破碎至2mm以下備用。

表1 原礦多元素分析結(jié)果

表2 原礦鐵物相分析結(jié)果

（2）試驗(yàn)流程。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)先浮選后磁選的原則流程，設(shè)計(jì)了如圖1所示的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)開(kāi)路流程。原礦采用HLXMQ-Φ240×90錐形球磨機(jī)進(jìn)行磨礦，選別試驗(yàn)中浮選采用XFD-1.5L掛槽浮選機(jī)進(jìn)行粗選和掃選，浮選尾礦采用CRIMM DC SF 400-300-0.18 T型電磁圓筒磁選機(jī)進(jìn)行磁選得到最終鐵精礦和尾礦。試驗(yàn)條件考察以磨礦和浮選粗選為主，浮選掃選和磁選條件固定。

圖1 磨礦選別試驗(yàn)流程圖

2.試驗(yàn)結(jié)果與討論

（1）磨礦細(xì)度試驗(yàn)。礦石經(jīng)過(guò)細(xì)磨達(dá)到較好的單體解離是獲得良好的選礦指標(biāo)的前提條件。但同時(shí)過(guò)分細(xì)磨會(huì)使礦石泥化而影響分選效果，為此在粗選乙黃藥用量200g/t，11號(hào)油用量90g/t的條件下依據(jù)圖1進(jìn)行不同磨礦細(xì)度下的分選試驗(yàn)，磨礦細(xì)度對(duì)最終鐵精礦產(chǎn)品指標(biāo)的影響見(jiàn)圖2。

圖2 磨礦細(xì)度對(duì)鐵精礦指標(biāo)的影響

圖2結(jié)果表明：最佳磨礦細(xì)度為-0.074mm占85%，此時(shí)鐵精礦中的鐵品位最高，為67.19%，硫品位最低，為0.35%。

（2）分散劑的選擇。原礦中的泥質(zhì)脈石如綠泥石泥質(zhì)脈石與硫化礦物的分散。在磨礦細(xì)度為-0.074mm占85%，藥劑制度與磨礦細(xì)度試驗(yàn)一致的固定條件下，對(duì)比了硅酸鈉、碳酸鈉及六偏磷酸鈉這3種分散劑的分選效果，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 分散劑試驗(yàn)結(jié)果

從圖3結(jié)果可以看出：選擇硅酸鈉作分散劑時(shí)，鐵精礦的硫含量最低；此時(shí)鐵品位和回收率均最高，故確定以硅酸鈉為混合浮選粗選的分散劑。

（3）活化劑的選擇。原礦中的磁黃鐵礦具有易抑制難浮選的特點(diǎn)，直接浮選往往回收率較低[5]，因此需要尋找高效活化劑來(lái)改善磁黃鐵礦的浮選行為，提高浮選的脫硫效果。在硅酸鈉用量為200g/t，其余條件與分散劑試驗(yàn)一致的固定條件下，初步對(duì)比了硫酸銅、硫酸、草酸、鹽酸這4種活化劑對(duì)浮選作業(yè)脫硫效果的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 活化劑試驗(yàn)結(jié)果

由圖4結(jié)果可知：經(jīng)這4種活化劑活化后的最終鐵精礦硫含量差異明顯，其中以硫酸銅和鹽酸的活化效果最好，鐵精礦的硫品位從單分散劑的0.30%分別降至0.28%和0.26%，但仍高于本研究設(shè)定的鐵精礦硫含量≤0.25%的目標(biāo)值，故考慮將鹽酸和硫酸銅進(jìn)行組合，探尋二者協(xié)同作用強(qiáng)化浮選脫硫效果的可行性。

（4）鹽酸+硫酸銅活化效果及機(jī)理分析。前人在研究磁鐵礦與磁黃鐵礦浮選分離時(shí)發(fā)現(xiàn)，在pH5～6范圍內(nèi)磁黃鐵礦可浮性較好[2]，因此在研究鹽酸和硫酸銅協(xié)同活化時(shí)，確定試驗(yàn)條件為鹽酸調(diào)節(jié)礦漿pH至5.5，硫酸銅用量200g/t，其余條件與分散劑試驗(yàn)一致，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 酸性條件下Cu2+活化浮選結(jié)果

由表3結(jié)果可知：采用鹽酸+硫酸銅的組合有效地強(qiáng)化了硫化物的浮選，磁精礦中的硫品位降至0.18%，達(dá)到了試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。與此同時(shí)，磁精礦中的鐵品位達(dá)到67.24%，混合硫精礦中的硫和銅回收率也分別達(dá)到90.66%和89.40%。

為理清組合活化劑對(duì)磁黃鐵礦的活化機(jī)理，對(duì)藥劑處理前后的單斜磁黃鐵礦純礦物進(jìn)行了XPS測(cè)試，礦物表面XPS全譜圖及各元素含量分別如圖5所示。

圖5 藥劑處理前后磁黃鐵礦表面的XPS全譜圖

由圖5可知，磁黃鐵礦未與藥劑作用前，表面檢測(cè)到Fe、S、C和O四種元素，其中Fe、S為磁黃鐵礦的組成元素，C元素為制樣及測(cè)試時(shí)吸附的空氣中的污染碳，而O元素則是由于制樣及測(cè)試時(shí)，磁黃鐵礦暴露于空氣中被氧化所導(dǎo)致的。當(dāng)磁黃鐵礦經(jīng)鹽酸處理以及Cu2+離子活化后，XPS全譜圖中出現(xiàn)了Cu2p特征峰，表明Cu2+吸附于經(jīng)鹽酸作用后的磁黃鐵礦表面。

為了進(jìn)一步探明鹽酸與磁黃鐵礦表面的作用機(jī)制，結(jié)合文獻(xiàn)中磁黃鐵礦的分峰結(jié)果[6]，對(duì)磁黃鐵礦與藥劑作用前后的Fe2p3/2以及O1s窄譜圖進(jìn)行了分峰擬合，結(jié)果如圖6、圖7所示。

圖6 磁黃鐵礦Fe2p窄譜掃描圖譜

圖7 磁黃鐵礦O1s窄譜掃描圖譜

由圖6可知，磁鐵礦與藥劑作用前，F(xiàn)e2p3/2窄譜圖中出現(xiàn)了三個(gè)特征峰，為別是位于707.16eV處的單質(zhì)鐵特征峰，711.08eV處的FeOOH特征峰以及713.25eV處的Fe2(SO4)3特征峰。磁黃鐵礦經(jīng)鹽酸處理后，三個(gè)特征峰的峰位置分別偏移至707.30eV、710.80eV以及713.14eV，其中FeOOH的特征峰偏移量最大，說(shuō)明鹽酸主要與FeOOH作用，能夠“清洗”礦物表面的FeOOH；同時(shí)作用后FeOOH的特征峰的峰面積由80.19%降至67.09%，這也說(shuō)明鹽酸清洗掉了礦物表面的FeOOH。從圖7可以看出磁黃鐵礦的O1s有三個(gè)特征峰，其中O2-為氧化物中氧的特征峰、Fe-OH為羥基鐵中氧的特征峰、為硫酸根中氧的特征峰。經(jīng)鹽酸處理后，F(xiàn)e-OH中氧的特征峰面積從55.26%降至51.95%，進(jìn)一步說(shuō)明鹽酸處理可以減少磁黃鐵礦表面的FeOOH親水薄膜。

圖8為磁黃鐵礦經(jīng)鹽酸及Cu2+離子作用后的Cu2p3/2窄譜圖。由圖8可知，Cu2p3/2在931.80eV處有明顯的特征峰，表明銅離子吸附于磁黃鐵礦表面。這可能是由于鹽酸作用清洗了礦物表面的FeOOH親水薄膜，促進(jìn)了Cu2+離子的吸附。

圖8 Cu2p3/2窄譜掃描圖譜

3.結(jié)論

（1）大冶鐵礦原礦中硫含量高且含難處理磁黃鐵礦，采用硅酸鈉作分散劑和單一的硫酸銅、鹽酸、草酸、硫酸作活化劑難以將鐵精礦中的硫降到0.25%以下。

（2）采用鹽酸+硫酸銅的組合可將鐵精礦中的硫含量降至0.18%，此時(shí)精礦鐵品位為67.24%，回收率為78.78%。

（3）XPS結(jié)果表明，磁黃鐵礦表面容易氧化生成以FeOOH和Fe2(SO4)3為主的親水薄膜，用鹽酸調(diào)漿能對(duì)該薄膜進(jìn)行清洗，從而提高了磁黃鐵礦的可浮性并有利于活化劑銅離子在磁黃鐵礦表面的吸附，綜合強(qiáng)化了混合浮選的效果。