某含硫鐵礦優化硫資源回收的工藝礦物學研究

楊葆華 鄒安華 孫體昌 徐承焱

(北京科技大學土木與資源工程學院)

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某含硫鐵礦優化硫資源回收的工藝礦物學研究

楊葆華 鄒安華 孫體昌 徐承焱

(北京科技大學土木與資源工程學院)

南京某鐵礦選礦廠在利用含硫鐵礦石選鐵的過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較差。運用礦物解離分析儀(MLA)測試、化學分析、XRD分析等相結合的手段，研究了現有入浮原礦和浮選硫精礦中硫礦物的工藝礦物學特征，主要對黃鐵礦的粒度分布及其解離度進行了測定，分析了黃鐵礦浮選指標較差和浮選鐵尾礦含硫較高的原因。研究結果表明：入浮原礦的磨礦細度較低，-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%，連生體較多是導致其品位較低的主要原因。黃鐵礦的嵌布特征分析結果表明，大部分連生體中的黃鐵礦容易進一步實現單體解離。因此可通過優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，并通過對浮選粗精礦再磨—精選提高硫精礦品位，且該研究結果可為優化該含硫鐵礦的硫資源回收工藝提供重要的理論基礎。

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掃流程實現脫硫除磷得到鐵精礦，同時得到浮選副產品硫精礦，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%。由于國內外鐵精礦和硫精礦市場激烈競爭，為保證硫精礦與鐵精礦產品競爭優勢，在進一步提高硫精礦產品質量和回收率的同時降低鐵精礦含硫量勢在必行。由于選礦廠要求避免入浮原礦粒度改變對浮選脫硫后鐵回收工藝的影響，并且考慮到節約能耗和成本，不能改變現有入浮原礦的磨礦細度，因此對硫浮選的入浮原礦進行了工藝礦物學研究，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不理想的原因，對優化硫浮選工藝、改善其指標至關重要，同時，對提高該選礦廠的經濟效益具有重要意義。

傳統的顯微鏡統計工作量大，難以準確實現對礦物嵌布粒度及解離度的測定，礦物解離分析儀(Mineral Liberation Analyzer，簡稱MLA)在礦物的查找與測試方面優勢明顯，可獲得礦物的種類、含量、各礦物粒度分布、礦物解離度等工藝礦物學參數。故該研究采用MLA測試與XRD分析等相結合，對該礦石進行工藝礦物學研究，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不理想的原因，為提高硫精礦品位、硫回收率并降低后續鐵精礦中含硫量的工藝優化提供參考依據[1-7]。

1 入浮原礦化學多元素分析

對南京某鐵礦脫硫入浮原礦進行化學多元素分析，分析結果見表1。

表1 入浮原礦化學多元素分析結果 %

由表1可知，入浮原礦中主要有價元素為鐵，鐵品位為44.69%,其中硫含量為1.41%，作為鐵礦中的雜質，其含量較高，若在反浮選脫硫的同時將泡沫產品回收，得到優質的硫精礦作為副產品，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，對入浮原礦進行XRD分析及MLA測試。XRD分析結果見圖1，MLA分析結果見表2，由于MLA測試中無法區分赤褐鐵和赤鐵礦，故在表2中將兩者含量合并計算。

圖1 入浮原礦XRD分析結果

表2 MLA測試所得入浮原礦主要礦物組成 %

由圖1及表2可知，MLA測試結果與XRD分析結果一致，兩種測試結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測試結果還表明，入浮原礦中還含有少量的磷灰石、透輝石、長石和白云母等，其中白云母、綠泥石屬于易泥化礦物，磨礦過程容易產生細泥，這將對浮選過程中提高硫精礦品位和回收率產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

為了更加準確地定量確定主要有價元素鐵和硫以何種礦物存在，對入浮原礦進行了鐵物相和硫物相分析，結果見表3、表4。

表3 入浮原礦中鐵物相分析結果 %

表4 入浮原礦中硫物相分析結果 %

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，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

根據礦物物相分析結果及XRD測試結果可知，入浮原礦中主要需要回收的含硫礦物為黃鐵礦，故根據MLA測試結果，對入浮原礦及硫精礦產品中的黃鐵礦與其他礦物的連生關系進行分析，分析結果見表5。由表5可知，黃鐵礦與磁鐵礦和赤鐵礦伴生關系比例最大，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MLA測試得到的電鏡圖(圖2)，對黃鐵礦的嵌布特征進行分析可得，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；根據高登(Gaudin)和阿姆斯蒂茨(G.C.Amstutz)[8]對連生的類型進行劃分，可見黃鐵礦主要呈以下幾種嵌布關系：①黃鐵礦呈脈狀、縫狀、網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、磷灰石等不規則地嵌布在一起。其中，主要的幾種連生體類型如圖2(a)～(d)所示。其中大部分連生體為脈狀、毗鄰狀、港灣狀及斑點狀連生體，這幾類連生體在再次磨礦時，只要稍加粉碎就會有新的單體產生[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程中易于進一步解離。

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，故根據MLA測試結果對入浮原礦中的黃鐵礦粒度特征進行統計和分析，結果見表6。

由表6可知，目前入浮原礦中-0.074 mm粒級占60.80% ，可知入浮原礦磨礦細度較低，且仍有35.74% 的黃鐵礦賦存在+0.074 mm 的較粗粒級中，若較粗粒級的連生體進入精礦產品中，將嚴重影響硫精礦的質量。

圖2 黃鐵礦的主要連生體類型的MLA測試所得電鏡圖

粒級/mm產率/%累計產率/%黃鐵礦分布/%分布率累計分布率+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品中黃鐵礦的粒度特征，對現有硫精礦產品進行了MLA測試，其黃鐵礦的粒度特征分析結果見表7。

表7 目前硫精礦產品粒度組成及黃鐵礦在各粒級中的分布

由表7可知，硫精礦產品中黃鐵礦在較粗粒級中的分布率比入浮原礦中相應粒級的分布率低，表明粒度較小的黃鐵礦顆粒得到了有效回收，而粗粒級的黃鐵礦未得到有效回收；硫精礦產品中+0.074 mm粒級產率仍占33.23%，且仍有44.51%的黃鐵礦分布在該粒級中，說明部分含黃鐵礦的粗顆粒進入到精礦中，再結合入浮原礦中黃鐵礦的嵌布特征可知，這部分粗粒級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MLA測試所得數據分別計算[7]得出目前入浮原礦及硫精礦產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%，硫精礦產品中黃鐵礦的單體解離度為80.72%，說明入浮原礦中還有近30%的黃鐵礦未實現單體解離。此外，對入浮原礦與現有硫精礦所含的所有賦含黃鐵礦的顆粒中，單體、連生顆粒數量所占比例進行統計，結果見表8。

表8 賦含黃鐵礦的顆粒中的單體及連生顆粒數量比例 %

由表8可知，硫精礦產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所占比例較多，為71.80%，該數據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，并且沒有完全解離的黃鐵礦顆粒進入硫精礦中，也會造成精礦品位不高，這是導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、港灣狀等易于進一步解離的連生體數量較多，而浸染狀及包裹型等很難進一步解離的連生體數量很少，由此可見，如果對硫浮選的粗精礦進行再磨[8]，大部分連生體中的黃鐵礦容易進一步實現單體解離。此外，因為入浮原礦中含有白云母及綠泥石等易泥化礦物，經再磨后將使礦泥可能進一步增加，從而嚴重影響下一步對硫精礦品位和回收率的提高，惡化硫浮選過程，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浮選脫硫后鐵回收工藝的影響，因此，可通過優化藥劑制度及浮選條件提高浮選粗選的硫回收率，并且通過對浮選粗精礦再磨—精選提高硫精礦品位，同時改善泥化現象對浮選的不利影響，降低鐵尾礦中的硫含量，從而增強梅山鐵礦鐵精礦產品和硫精礦產品的市場競爭力。并且，對粗精礦進行再磨而不改變入浮原礦的磨礦細度，不僅能避免入浮原礦粒度改變對浮選脫硫后鐵資源回收工藝的影響，而且可以減小磨機負荷，節約能耗和成本。

5 結 論

(1)由南京某鐵礦選礦廠入浮原礦的化學分析及MLA測試可得，對于硫的回收，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)現有入浮原礦和現有硫精礦的工藝礦物學研究表明，入浮原礦的磨礦細度較粗，-0.074 mm含量僅為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量較多，而浸染狀及包裹型等很難進一步解離的連生體數量很少，因此對浮選的粗精礦進行再磨，可有效提高黃鐵礦的單體解離度。通過優化藥劑制度及浮選條件提高浮選粗選的硫資源回收率，通過對浮選粗精礦進行再磨—精選提高硫精礦品位，并降低鐵尾礦的硫含量，可增強該選礦廠鐵精礦和硫精礦的市場競爭力，為企業創造更高的經濟效益。

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2016-07-22)

楊葆華(1991—)，女，100083 北京市海淀區學院路30號。