某鐵精礦浮選脫硫探究試驗

張洋洋 吳雪蘭 ，2＊ 陳意帆 雍 超 趙文濤

（1.安徽工業大學冶金工程學院，安徽 馬鞍山 243032；2.安徽工業大學<冶金減排與資源綜合利用教育部重點實驗室>，安徽 馬鞍山 243002）

鐵礦資源是鋼鐵行業發展的基礎支撐和重要保障，是我國一種非常重要的戰略性礦產資源，對保障國家資源經濟安全、國防安全等具有重要意義。我國鐵礦石分布較廣，儲量較大，遍及全國。 大部分鐵礦分布在東北、華東地區，例如河北、內蒙古、安徽等省份[1-2]。

鐵精礦，作為鐵礦造塊的一個重要原料，其質量決定著爐料的好壞， 繼而對鋼鐵生產有著直接的影響。硫作為鋼鐵中的有害元素，其含量越高，則會顯著降低鋼的塑性，因而鋼鐵工業對爐料中硫含量有著嚴格的要求[3]。 基于此，脫除高硫鐵精礦中的硫，不僅能夠提高鐵精礦的質量，而且能提高鋼鐵的質量，對鐵精礦市場競爭力的提升有著重要的意義[4]。

礦石中硫的存在狀態大部分來自黃鐵礦和磁黃鐵礦，經物相分析，本試驗所用鐵精礦含硫主要來自磁黃鐵礦。 由于磁黃鐵礦的復雜性，采用常規的磁選法很難將其與磁鐵礦分離[5]，對于硫超標的鐵精礦，國內外主要采用浮選工藝脫硫[6-10]，從實際的研究和實踐來看，這種方法脫硫效果普遍良好，因而本次試驗用浮選法降硫脫出磁黃鐵礦， 探究不同的藥劑用量、pH 對鐵精礦脫硫實驗效果的影響。

1 原礦鐵精礦的性質

1.1 鐵物相分析

本次試驗礦樣為山西某鐵精礦，該鐵精礦經中鋼集團安徽天源科技股份有限公司中心實驗室，在溫度25℃，60%RH（RH 為相對溫度）的檢測環境，采取 GB/T6730.65-2009 的檢測方法測得全鐵含量， 采取TYZX/ZY-04-005 的檢測方法測其他金屬鐵礦物，具體數據見表1。

表1 鐵物相分析

1.2 硫物相分析

該鐵精礦硫物相分析結果由安徽省銅陵有色設計院檢測所得，具體數據見表2。

表2 硫物相分析

綜合以上兩表可知，該鐵精礦樣品硫礦物，硫酸鹽占量較多，硫化物中的硫又以磁黃鐵礦為多數（作為磁性鐵一同被檢測出），黃鐵礦較少，其中還含有一些其他的鐵礦物。 鐵精礦鐵品位為66.39%，全硫品位為0.328%，由此得到該鐵精礦的組成以及鐵/硫物相，為后續工作的進行以及實驗流程和方法的確定奠定基礎。

1.3 粒度分布

粒度分布見表3， 粒度累計曲線見圖1。 由此可見，本次試驗礦樣粒度較細，在一定程度上已部分實現礦物的單體解離，若再磨并且時間過長，會導致礦樣過細及捕收劑用量的增加， 同時降低硫的分選效果， 因而試樣在短時間內經磨礦以暴露新鮮表面后，參與浮選試驗。

表3 粒度分布表

2 試驗方法

2.1 試驗藥劑

經查閱相關資料及結合現有的試驗條件，選取丁黃藥為捕收劑，硫酸銅為活化劑，硫酸（1%）為pH 調整劑，2 號油為起泡劑， 探究不同的藥劑用量對鐵精礦脫硫實驗效果的影響。

圖1 粒度累計曲線

2.2 反浮選試驗

本次試驗采用反浮選脫硫法。 反浮選試驗是在容積為500 mL 的實驗室單槽浮選機上進行，設定攪拌轉數為2 000 r/min。試驗之前對礦物實行堆錐混勻，然后四分取樣，使取得的樣更具有代表性；調漿使pH 至設定值，攪拌3 min；加入活化劑進行活化，攪拌3 min；加入捕收劑，攪拌3 min；加入起泡劑，攪拌后進行刮泡，待泡沫上無礦物時，刮泡結束，將所得精礦和尾礦進行過濾、烘干、稱重、計算產率以及取樣進行化驗。具體數據和實驗操作過程因控制變量、自變量不同而不同。 試驗浮選流程圖如圖2 所示。

圖2 浮選流程圖

3 實驗結果與討論

3.1 不同礦漿pH 對浮選脫硫的影響

保持礦漿濃度為55%以及活化劑和捕收劑的用量和種類不變。 測定每組實驗pH 值， 平均初始礦漿pH，用濃度為1%的硫酸進行調槳，探究礦漿pH=6.0，pH=6.5，pH=7.0 時對浮選脫硫的影響。 待攪拌均后，加入濃度為1%的活化劑硫酸銅，用量500 g/t 并保持不變，攪拌3 min；加入濃度為1%的丁黃藥，用量400 g/t 并保持不變，攪拌3 min；加入2 號油，充氣、刮泡。得到不同pH 值對浮選脫硫的影響，見表4。

表4 不同pH 值對浮選脫硫的影響

由表 4 和圖 3 可得當保礦漿 pH 為 6.5 時， 脫硫效果較好，脫硫效果在酸性條件下更好。 在酸性條件下，既能防止捕收劑的水解和變質，同時在一定程度上可清洗礦物表面的污泥和親水性氧化薄膜，具有一定的洗滌作用，因此建議選擇礦漿pH 為6.5 左右。

圖3 不同pH 值對浮選脫硫的影響

3.2 捕收劑用量對脫硫影響

本次試驗通過堆錐法混勻， 四分法進行取樣，取得礦樣（-200 目）289.93 g，采用 500 mL 實驗室單槽浮選機，保持礦漿濃度為55%左右，同時保持活化劑的用量和種類以及礦漿pH（pH=6.5）不變，采用控制變量的方法探究捕收劑用量對反浮選脫硫的影響。

每次試驗前測定礦漿初始pH，加入濃度為1%的硫酸進行調漿， 同時在一定程度上也起到活化的作用，使用硫酸調至礦漿pH 為6.5 左右；待攪拌均后，加入濃度為1%的活化劑硫酸銅，使用300 g/t 的用量保持不變，攪拌3 min；加入捕收劑丁基黃藥，每次加入量為 100 g/t，200 g/t，300 g/t，400 g/t，500 g/t，600 g/t 以探究對實驗脫硫的影響；加入2 號油，用量50 g/t保持不變，充氣、刮泡至泡沫發白。試驗結果見表5 和圖4。

由表5 及圖4 可知捕收劑的用量對硫化礦的浮選有一定的效果，隨著捕收劑劑用量的增加，脫硫效果是先升高后降低。 對比丁黃藥用量分別為500 g/t和400 g/t 效果，500 g/t 時鐵回收率較高，硫回收率相差不大，但脫硫尾礦鐵含量較低，硫含量較高，所以根據本次試驗結果，建議丁黃藥用量為400 g/t。

表5 丁黃藥用量對脫硫影響

圖4 丁黃藥用量對脫硫影響

3.3 活化劑用量對脫硫影響

本次試驗通過堆錐法混勻， 四分法進行取樣，礦樣用量為289.93 g，保持礦漿濃度在55%左右，采用控制變量的方法探究活化劑用量對反浮選脫硫的影響。

每次試驗前測定礦漿初始pH 值，加入濃度為1%的硫酸進行調漿，使用硫酸調至礦漿pH 為6.5 左右；攪拌均后，加入濃度為1%的活化劑硫酸銅，每次加入量為 300 g/t，400 g/t，500 g/t，600 g/t 以探究對實驗脫硫的影響，攪拌3min；加入捕收劑丁基黃藥，使用300 g/t 的用量保持不變，加入2 號油，用量50 g/t 保持不變，充氣刮泡至泡沫發白。 試驗結果見表6 和圖5。

根據表6 和圖5 可得，用硫酸銅作為鐵精礦脫硫的活化劑，在用量不同的情況下，其降硫效果不同，當硫酸銅用量為500 g/t 時，脫硫效果較好，得到的鐵精礦中硫的品位可降到0.224%，且鐵品位也較高，故根據本次試驗結果，建議使用硫酸銅用量為500 g/t。

表6 硫酸銅用量對脫硫影響

圖5 硫酸銅用量對脫硫影響

3.4 綜合條件下脫硫實驗

由表7 可知，使用濃度為1%的硫酸溶液為pH 調整劑，濃度為1%硫酸銅溶液為活化劑，濃度為1%丁黃藥溶液為捕收劑，2 號油為起泡劑，固定礦漿pH 為6.5左右， 固定酸銅用量為 500 g/t， 丁黃藥用量 400 g/t，2號油用量 50 g/t， 當礦漿 pH 為 6.5 時， 硫含量降至0.17%，此時全鐵含量為67.35%，符合磁鐵精礦C67標準[11]。

4 結論

（1）山西某鐵精礦全硫含量為0.328%，硫含量較高，影響高爐煉鐵的質量。硫主要存在于磁黃鐵礦中，由于磁黃鐵礦的復雜性， 采用重選難以與磁鐵礦分離，需采用浮選法。

（2）本次試驗所用礦樣粒度較細，粒度-0.063 mm占77.7%，若再長時間磨礦會增加浮選難度，因而只需短暫磨礦以暴露新鮮表面。

（3） 使用濃度為1%的硫酸溶液為pH 調整劑，濃度為1%硫酸銅溶液為活化劑，濃度為1%丁黃藥溶液為捕收劑，2 號油為起泡劑，固定礦漿pH 為6.5 左右，固定硫酸銅用量為500 g/t，丁黃藥用量400 g/t，2 號油用量50 g/t，當礦漿pH 為 6.5 時，硫含量降至 0.17%，此時全鐵含量為67.35%，符合磁鐵精礦C67 標準。

表7 綜合條件脫硫實驗