青海某高硫鐵礦弱磁精礦提鐵降硫試驗

廖軍平 黃自力 崔 軍 高 斯 王福坤 葉子青

（1.武漢科技大學資源與環境工程學院，湖北 武漢430081；2.冶金礦產資源高效利用與造塊湖北省重點實驗室，湖北 武漢430081；3.青海南川美格金屬粉末開發有限公司，青海 格爾木730000）

鐵精礦硫含量是衡量鐵精礦質量高低的重要標準之一，根據鋼鐵冶煉要求可知，鐵礦石中硫含量每升高0.1個百分點，焦比升高5個百分點［1］，焦比的升高會對高爐煉鐵產生有害影響。在冶煉過程中，鐵精礦中的硫一部分以硫的氣態化合物形式產出，另一部分則進入生鐵中，含硫的生鐵在其熱加工時會產生熱脆等現象，降低鋼鐵的產品質量［2-3］。硫的氣態化合物排放到大氣中將會對環境產生污染，如造成酸雨、水污染及土壤酸化等。為了消除或避免以上問題，需從源頭解決。黃鐵礦在磁選過程中就能脫除，但磁黃鐵礦因具有強磁性易混入磁選鐵精礦中，而浮選是去除磁黃鐵礦的有效方法［4-5］。

1 試樣性質

1.1 試樣物質組成

試驗礦樣為青海某高硫鐵礦的弱磁選鐵粗精礦。對試樣進行化學多元素分析和礦物組成分析，結果分別如表1和表2所示。

由表1可知，試樣鐵品位為57.30%，硫品位較高，達9.35%，不能直接進行鋼鐵冶煉，在降硫和提鐵方面均有較大空間。

由表2可知，試樣主要金屬礦物是磁鐵礦、磁黃鐵礦，其次是閃鋅礦、黃鐵礦，少量黃銅礦等，脈石礦物主要為方解石、云母、綠簾石和石英等。

1.2 試樣磁鐵礦嵌布特征

試樣中磁鐵礦多呈次角狀、次圓狀或不規則狀等零散分布，多見單晶體（圖1）；部分磁鐵礦與閃鋅礦、磁黃鐵礦、黃鐵礦等硫化礦交代或連生，可被閃鋅礦、磁黃鐵礦包裹或連生（圖2、圖3），裂隙中常見黃銅礦、磁黃鐵礦、閃鋅礦、輝銅礦等分布，可被赤鐵礦交代，少量磁鐵礦與脈石礦物連生，粒徑0.01～0.1 mm不等。試樣結構構造與磁鐵礦嵌布特征復雜，礦物間相互包裹交代，受構造應力作用產生的磁鐵礦網狀碎裂被后期礦物充填交代，使其嵌布結構更加復雜。此外，從磁鐵礦單體解離度分析結果（表3）可以得知，磁鐵礦單體解離度為77.7%，且主要分布在細粒級中，故需細磨進一步提高磁鐵礦單體解離度。

2 試驗結果及討論

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試樣要進行提鐵降硫必須細磨以達到合適的單體解離度。為此，首先進行了先磁后浮和先浮后磁2種探索試驗方案對比。結果表明：先磁后浮得到的最終鐵精礦硫品位比先浮后磁的高，進一步分析表明，該高硫鐵礦中的硫鐵礦主要是磁黃鐵礦，而磁黃鐵礦的特點是細磨易泥化、易氧化，雖然先磁后浮方案在磁選過程中可以先脫除礦泥，但是該工藝過程會使細磨產生的新鮮礦物表面尤其是新鮮的磁黃鐵礦表面會被氧化導致礦物表面被氧化膜覆蓋，這為后續浮選增加了很大難度。因此最終選擇先浮后磁的試驗方案。

2.1 磨礦細度試驗

選擇立式攪拌磨機進行磨礦，磨礦濃度為70%。磨礦產品在自然pH（pH=6.76）、活化劑CuSO4總用量為100 g/t（磨機和浮選槽中各加入50 g/t）、捕收劑高級黃藥（烴基碳原子數大于4的黃藥，下同）用量為200 g/t、起泡劑2號油用量為60 g/t條件下進行反浮粗選試驗，結果見圖4。

由圖4可知：隨著磨礦細度的增加，鐵粗精礦鐵品位先小幅升高后小幅降低，但總體變化幅度不大，鐵回收率先升高后降低，硫品位先逐漸降低后小幅升高；當磨礦細度為-0.038 5 mm占95.48%時，鐵粗精礦硫品位最低，而鐵品位、鐵回收率最高；隨著磨礦細度的進一步提高，試樣中磁黃鐵礦發生過磨，泥化嚴重，鐵粗精礦指標降低。因此，確定磨礦細度為-0.038 5 mm占95.48%。

2.2 活化劑試驗

在磨礦細度為-0.038 5 mm占95.48%條件下進行活化劑試驗。

2.2.1 活化劑種類試驗

因磁黃鐵礦可浮性較差，為實現其與磁鐵礦的有效分離，需選用高效活化劑來提高磁黃鐵礦的表面疏水性，提高磁黃鐵礦可浮性。固定硫酸調節礦漿pH值為5.0，高級黃藥用量為200 g/t，2號油用量為60 g/t，活化劑CuSO4總用量為200 g/t（磨機和浮選槽中各加入100 g/t），活化劑Na2S用量為40 g/t（加入磨機中），活化劑H2C2O4用量為200 g/t（加入磨機中）。試驗結果如表4所示。

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從表4可以看出，當采用CuSO4+Na2S+H2C2O4復合活化劑時，脫硫效果最好，鐵粗精礦硫品位降至2.25%。因此，采用CuSO4+Na2S+H2C2O4為復合活化劑。

2.2.2 Na2S用量試驗

在硫酸調節礦漿pH值為5.0、活化劑CuSO4總用量為200 g/t（磨機和浮選槽種各加入100 g/t），H2C2O4用量為200 g/t（加入磨機中），高級黃藥用量為200 g/t、2號油用量為60 g/t條件下，考察Na2S（加入磨機中）用量對鐵粗精礦指標的影響，結果如圖5所示。

從圖5可以看出，隨Na2S用量的增加，全鐵品位先增后減，Na2S用量為40 g/t時，硫品位最低。硫品位過最低點后一直增加，是因為Na2S過量后，S2-發生水解，產生HS-吸附在硫化礦表面與捕收劑產生了競爭吸附，從而使鐵粗精礦硫品位提高。因此，確定Na2S最佳用量為40 g/t。

2.2.3 CuSO4總用量試驗

在硫酸調節礦漿pH值為5.0、Na2S用量為40g/t（加入磨機中），H2C2O4用量為200 g/t（加入磨機中），高級黃藥用量為200 g/t、2號油用量為60 g/t條件下，考察CuSO4總用量（磨機和浮選槽種各加入總用量的50%）對鐵粗精礦指標的影響，結果如圖6所示。

從圖6可以看出，隨著CuSO4總用量的增加，鐵粗精礦鐵品位先增后減，而鐵回收率和硫品位均為先減后增，當CuSO4總用量為200 g/t時，鐵粗精礦鐵品位最高。因此，確定CuSO4總用量為200 g/t。

2.2.4 H2C2O4用量試驗

在硫酸調節礦漿pH值為5.0、活化劑CuSO4總用量為200 g/t（磨機和浮選槽種各加入100 g/t），Na2S用量為40 g/t（加入磨機中），高級黃藥用量為200 g/t、2號油用量為60 g/t條件下，考察H2C2O4（加入磨機中）用量對鐵粗精礦指標的影響，結果如圖7所示。

由圖7可知，隨著H2C2O4用量的增加，鐵粗精礦鐵品位先增加后基本不變，而鐵回收率和硫品位均先降低后基本不變，當H2C2O4用量為200 g/t時，鐵粗精礦硫品位較低，當H2C2O4用量大于200 g/t時，硫品位隨H2C2O4用量增加減小趨勢明顯減緩。因此，確定H2C2O4用量為 200 g/t。

2.3 捕收劑試驗

在條件試驗確定的最佳磨礦細度和活化劑條件下進行捕收劑試驗。

2.3.1 捕收劑種類試驗

在硫酸調礦漿pH值為5.0，2號油用量為60 g/t條件下，考察捕收劑種類對鐵粗精礦指標的影響（4種捕收劑或其組合：高級黃藥、丁黃藥、高級黃藥+丁銨黑藥（1∶1）和高級黃藥+丁黃藥（1∶1）總用量均為300 g/t），結果見表5。

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從表5可以看出：不同捕收劑組合所得鐵粗精礦鐵品位及回收率相差不多，當用高級黃藥+丁銨黑藥作為組合捕收劑時，鐵粗精礦硫品位可降至1.91%。因此，確定高級黃藥+丁銨黑藥為組合捕收劑進行試驗，且丁銨黑藥本身具有起泡性能，可以不添加2號油。

2.3.2 捕收劑用量試驗

在硫酸調礦漿pH值為5.0，捕收劑丁銨黑藥與高級黃藥用量比為1∶1條件下，考察捕收劑總用量對鐵粗精礦指標的影響，結果見圖8。

從圖8可以看出：隨著捕收劑總用量的增加，鐵粗精礦鐵品位先增加后降低，鐵回收率和硫品位均先降低后增加；當捕收劑總用量為400 g/t時，鐵粗精礦鐵品位最高且含硫量最低。因此，確定捕收劑總用量為400 g/t。

2.4 掃選試驗

從條件試驗結果可知，1次粗選僅能使鐵粗精礦硫含量降至1.17%，要進一步降低鐵精礦硫含量需對其進行掃選。掃選加藥種類和順序同粗選，1次掃選不加pH調整劑硫酸，其余藥劑用量為粗選用量的一半；2次掃選除不加pH調整劑硫酸，其余藥劑用量為1次掃選用量的一半；3次掃選藥劑用量為2次掃選用量的一半。試驗結果見表6。

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從表6可以看出，隨著掃選次數的增加，所得鐵精礦硫含量下降趨勢明顯放緩，而鐵回收率下降明顯，且2次掃所得選鐵精礦硫品位可降至1.05%；故掃選次數定為2次。

2.5 磁選試驗

磁黃鐵礦按晶體結構主要分為單斜晶系和六方晶系2類：六方晶系磁黃鐵礦磁性弱、可浮性差、S含量與Fe含量之比（S/Fe）低；單斜晶系磁黃鐵礦磁性強、可浮性好、S/Fe相對較高［6］。為實現六方晶系磁黃鐵礦與磁鐵礦的有效分離，試樣經1粗2掃反浮選所得鐵精礦在磁場強度為47.75 kA/m條件下進行弱磁選，最終鐵精礦全鐵品位、回收率分別為66.57%、50.94%，硫品位0.82%，達到用戶要求。

在條件試驗的基礎上按圖9流程進行閉路試驗，結果見表7。

3 結 論

（1）試樣主要金屬礦物為磁鐵礦，硫化礦主要是磁黃鐵礦，其次是閃鋅礦和黃鐵礦；試樣有用礦物嵌布粒度較細，磁鐵礦與硫鐵礦嵌布關系復雜，相互包裹交代，需要細磨來實現其充分單體解離。

（2）采用先浮后磁聯合流程，試樣與Na2S、H2C2O4及CuSO4一同放入攪拌磨機中細磨至-0.038 5 mm占95.48%，用硫酸調節礦漿pH，以CuSO4+Na2S+H2C2O4為復合活化劑，高級黃藥+丁銨黑藥為捕收劑，經1粗2掃3精反浮選，反浮選精礦在47.75 kA/m場強下弱磁選，得到最終鐵精礦鐵品位為66.57%、硫品位為0.82%、鐵回收率為50.94%，副產品硫精礦硫品位為53.27%，回收率為38.31%。

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［3］ 劉占華，孫體昌，孫 昊，等.從內蒙古某高硫鐵尾礦中回收鐵的研究［J］.礦冶工程，2012，32（1）:46-49.Liu Zhanhua，Sun Tichang，Sun Hao，et al.Research on recovery of iron from a high sulfur iron tailings in Inner Mongolia［J］.Metallurgical Engineering，2012，32（1）:46-49.

［4］ 曹永丹，程建忠，劉占全，等.內蒙古某高硫磁鐵礦復合活化—脫硫浮選試驗研究［J］.有色金屬：選礦部分，2015（6）:54-57.Cao Yongdan，Cheng Jianzhong，Liu Zhanquan，etal.Experimental study on composite activated-desulphurization flotation of a highsulfur magnetite in Inner Mongolia［J］.Non-ferrous Metals：Mineral Processing Section，2015（6）:54-57.

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［6］ 梁冬云，何國偉，鄒 霓.磁黃鐵礦的同質多象變體及其選別性質差異［J］.材料研究與應用，1997（1）:1-5.Liang Dongyun，He Guowei，Zou Ni.A variants and their separation properties of magnetite pyrite［J］.Materials Research and Application，1997（1）:1-5.