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

( 廣西大學資源與冶金學院，廣西 南寧 530004 )

鐵帽是指各種金屬硫化物礦床經受較為徹底的氧化、風化淋蝕作用后，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，在組構上往往反映了原生硫化物的晶體形態，或某些礦物學上的特點等。在鐵帽形成過程中，地殼表層礦石中的金屬礦物經受強烈氧化、風化作用，會發生水解、水合、氧化、還原、離子交換等反應，導致元素的遷移和富集，主要表現為某些元素的淋濾失散和另一些元素的殘積富集兩個對立面。一些元素在遷移過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]。

從礦產資源可持續利用角度講，開發利用低品位礦，對于緩解冶金原料不足，保持行業穩定發展具有重要意義。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，總儲量大，估計有數百萬t。如果能綜合回收鋅、鐵，它將是一種很有潛力的鋅、鐵資源。基于國內外對該類型礦石研究少，且在處理含鋅10%左右的氧化礦方面沒有經濟可行的技術，并且礦石中含有40.2%的鐵，因此，對該礦石進行鋅、鐵回收試驗研究具有一定的現實意義。本文從常規物理選礦方法、常規堿性浸出、機械活化浸出以及深度還原-磁選等幾個方面，比較詳細地考察了回收有用金屬鋅、鐵的可能性，為后續開發利用該類型礦石提供基礎數據。

1 礦石性質

研究礦石為某地硫化礦床鐵帽中的含鋅、鐵氧化礦石，礦石多元素分析結果見表1，礦石XRD圖譜見圖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。礦石礦物組成簡單，但對該礦石進行的物相分析結果表明，礦石中存在鋅鐵類質同象。因此，該礦石屬于低品位難選礦石。

表1 礦石多元素分析結果

圖1 礦石XRD圖

2 試驗研究

2.1 選礦試驗研究

從礦石性質研究結果可知，礦石中含有獨立的鋅礦物與鐵礦物，若能進行選礦分離，進一步富集鋅、鐵礦物，從而得到獨立的鋅精礦與鐵精礦，將可以大大降低后續冶煉成本。因此，研究了該礦石的常規選礦試驗。對鋅氧化礦來講，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]。菱鐵礦比較經濟的選礦方法是重選、強磁選、磁化焙燒磁選等。回收褐鐵礦的方法有強磁選、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，浮選試驗考察了磨礦細度以及各種藥劑用量對選別指標的影響。磁選試驗考察了磨礦細度與磁場強度對選別指標的影響。重選試驗考察了磨礦細度對選別指標的影響。選礦試驗研究結果表明，浮選選鋅試驗最優結果為：精礦含鋅13.59%，含鐵38.22%，鋅回收率為33.56%，鐵回收率30.54%；浮選選鐵試驗最優結果為：精礦含鐵41.15%，含鋅13.12%，鐵回收率77.95%，鋅回收率為76.83%。磁選試驗最優結果為：精礦含鐵40.22%，含鋅13.05%，鐵回收率58.11%，鋅回收率為58.22%。重選試驗最優結果為：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，各種精礦中鋅、鐵品位均在原礦鋅、鐵品位上下波動，未能實現有效富集。因此，常規選礦方法不能有效分離鋅、鐵。

2.2 堿性浸出試驗研究

考慮到常規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，再對浸渣后續處理回收鐵。堿性浸出可以使氧化鋅礦石中的Fe、Si、Ca、Mg等雜質成分不進入溶液，避免了酸性浸出帶來的脫硅困難、渣量大、渣含鋅高等缺點。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]。浸出試驗試究主要考察了浸出劑種類、浸出劑初始濃度、浸出時間、浸出溫度等因素對金屬浸出率的影響。

2.2.1 常規堿性浸出

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、浸出時間、浸出溫度等因素對鋅、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，采用不同浸出劑時浸出時間對鋅、鐵浸出率的影響，見圖2與圖3。不同浸出劑浸出產品XRD圖譜與原礦XRD圖譜比較見圖4。

從圖2可以看出，隨著浸出時間的延長，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，隨著浸出時間的延長，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。總的看來，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，這說明礦石中的菱鋅礦被浸出而進入溶液。

2.2.2 機械活化浸出

機械活化是指礦物在機械力作用下產生晶格畸變和局部破壞，并形成各種缺陷，導致其內能增大，反應活性增強，從而可以實現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鋅、鐵浸出率的影響。邊活化邊浸出時，磨礦與浸出同時在行星式球磨機中進行，球料比為20∶1，浸出液固比為10∶1，浸出溫度為室溫，活化時間與浸出時間相同，均分別為10min、30min、60min、90min、120min、180min、300min、420min。先活化后浸出時，磨礦在行星式球磨機中進行，球料比為20∶1，活化時間分別為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，浸出時間與活化時間相同。不活化直接浸出時，浸出液固比為10∶1，浸出溫度為室溫，浸出時間分別為10min、30min、60min、90min、120min、180min、300min、420min。機械活化浸出對鋅浸出率的影響，見圖5。

從圖5可以看出，機械活化對鋅的浸出有積極作用。邊活化邊浸出時，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

由前面浸出結果可知，常規堿性浸出鋅，浸出率不高，在50%以下；機械活化浸出最好結果，才接近63%。這說明有相當一部分鋅在堿性介質中難以浸出，為了弄清其浸出規律，研究了多段浸出。多段浸出主要考察浸出次數對鋅浸出率的影響。在合適浸出劑濃度、液固比、浸出時間、浸出溫度條件下，浸出次數對鋅浸出率的影響見圖6。部分浸出產品XRD圖譜與原礦XRD圖譜比較見圖7。

圖2 不同浸出劑時浸出時間對鋅浸出率的影響

圖3 不同浸出劑時浸出時間對鐵浸出率的影響

圖4 不同浸出劑浸出產品XRD圖譜與原礦XRD圖譜

圖5 機械活化對鋅浸出率的影響

圖6 多段浸出對鋅浸出率的影響

圖7 多段浸出產品XRD圖譜與原礦XRD圖譜

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

2.3 深度還原-磁選試驗研究

由前面試驗研究結果可知，由于礦石中鋅鐵存在類質同象，導致選別關系復雜，采用常規選礦、常規浸出與常規焙燒-磁選等方法，均不能獲得理想的選別指標。考慮到在高溫時礦石中的鐵可以采用深度還原技術還原成海綿鐵，再采用磁選方法回收鐵；同時鋅也可以被還原出來，而鋅金屬沸點約在906℃，鋅揮發出來與氧形成氧化鋅，采用收塵可以回收鋅，最終實現鋅、鐵分離。深度還原-磁選試驗，考察了還原劑用量、焙燒溫度、焙燒時間、添加劑用量、磁選時磨礦細度以及磁選時磁場強度等因素對選別指標的影響。研究采用無煙煤做還原劑，其工業分析見表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%，焙燒時間為180 min，焙燒溫度分別為1000℃、1050℃、1100℃、1150℃、1200℃。焙砂經冷卻、磨礦后，進行磁選，其中焙燒溫度對選別指標的影響見圖9，對焙燒效果的影響見圖10。

表2 煤的工業分析結果

圖9 焙燒溫度對鋅、鐵選別指標的影響

圖10 焙燒溫度對焙燒效果的影響

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，鋅揮發率在97%以上，選別指標比較理想。

3 結論

1)研究礦石為硫化礦床鐵帽中含鋅、鐵氧化礦石，礦物組成簡單，但存在鋅鐵類質同象，導致礦石性質復雜，選別困難。

2)采用常規選礦方法，獲得的最好指標為鐵品位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，常規浸出在50%以下，機械活化浸出最好結果也僅接近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，鋅揮發率在97%以上。

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