硫鐵礦選礦工藝流程優化設計

夏忠勇

（日昌升集團有限公司，浙江 杭州 310000）

某硫鐵礦礦體成因類型為火山熱液型，屬大型黃鐵礦、赤鐵礦綜合礦床。平均總硫品位為20.58%，鐵品位為TFe43.29%。黃鐵礦和鐵礦儲量分別為8500萬噸和1785萬噸。鐵礦石為高硫、高磷、高氟赤鐵礦，硫、磷是鐵礦中的雜質，容易導致雜質超標，故該礦的鐵屬難選赤鐵礦。

隨著我國經濟的飛速向前發展以及化肥工業對硫酸的需求在不斷增加，對黃鐵礦作為生產硫酸的重要原料的需求也在增加。本文所述的礦是一個硫鐵礦選礦廠，年處理能力為120萬噸/年，主要生產兩種類型的產品，具體為硫精礦和鐵精礦。車間由破碎系統、磨浮系統、磁選系統和脫水系統四個大系統來組成。主要工藝采用“優先浮硫—尾礦收鐵”地工藝。生產發現該工藝存在硫精礦和鐵精礦回收率低、鐵精礦品位不合格、高硫雜質等制約生產指標提高的問題。

類似的問題國內也有人做了一些研究。對于提高鐵精礦品位的問題，許永偉[1]等通過對該鐵礦的浮選尾礦進行再磨再選,進一步降低浮選尾礦品位,提高鐵精礦的回收率和產量；李月旺等[2]對研山鐵礦進行再磨后浮選，提高了選礦指標；趙忠花[3]對某硫鐵礦進行中礦再磨再選也取得了良好的指標。對于硫鐵礦的選礦方面，國內從浮選工藝上研究的較多[4]，采用全浮選工藝較為成熟，但藥劑制度每個礦山都有所不同，要針對本礦山的礦石性質調整。

1 原礦性質

對于鐵礦來說，各種礦石都有其特點，尤其是礦石的結晶、與其它礦物的堪布狀態對于鐵礦的品位有重要影響。本文探討的礦山所含的鐵礦為赤鐵礦，對于該類礦石的選礦來說，將礦石磨至適宜的粒度很重要。

目前，我國鐵礦石資源少，品位較差，對外依存度高，需要大量進口，國家資源供應受制于國際礦業巨頭，對此，充分利用國內資源，提高資源利用率，對提高工業企業的自給能力有重要的意義。另外，隨著我國優質鐵礦石資源日益枯竭，加強技術創新，提升技術水平，充分利用低品位、難選礦石是趨勢。但目前國內部分礦山技術還有待提升，尤其是對難選的多金屬礦的選礦技術還有待提高。本文討論的礦為難選的赤鐵礦，含硫含磷高，容易影響產品質量，造成有害元素超標，提升該類礦石的技術，對于類似的低品位礦石具有很好的參考意義。

原礦品位為43.38%，總硫品位為20.92%，有效硫品位為18.79% 表1顯示了原始礦石的多元素分析結果。 主要的硫礦物是黃鐵礦（FeS2），其中含有少量的硫酸鹽和少量的單體硫礦物。鐵礦石主要成分為赤鐵礦，分別占78%和32%。 石礦物主要是硅酸鹽粘土，其次是碳酸鹽礦物、硫酸鈣、硬石膏和其他少量的礦物。

表1 原礦多元素分析結果 %

2 現有生產工藝

破碎過程主要采用三步一閉路工藝，在開始粗碎的時候，采用顎式破碎機，隨后采用標準圓錐破碎機用來中破碎，而短頭圓錐破碎機用來最終的細碎，篩分采用重型且堅固的圓形振動篩。最終壓碎的產品尺寸控制在-12mm左右。磨削采用兩步閉路工藝。第一步研磨和液體旋風分離器形成一個閉路系統，其分級粒度為-200目。

第二段磨礦也分級采用水力旋流器分級，最終磨礦細度為-200目。

浮選采用一次粗選、一次掃選和兩次精選流程。中礦順序返回，產品為硫精礦。浮選尾礦進入磁選選鐵工藝。

磁選過程采用一粗二精三掃工藝，選擇采用弱磁分離，而掃描選擇采用強磁分離。 弱磁精礦和鐵磁尾礦被整合到最終的鐵尾礦中，鐵磁尾礦成為最終的尾礦。圖1顯示了現有的鐵選礦過程。

脫水過程包括濃縮和過濾，將浮選硫精礦和磁選精礦分別進行濃縮過濾，得到最終的硫精礦和鐵精礦。

現有工藝處在的主要問題為（1）硫精礦指標不理想，回收率偏低，導致后面的鐵精礦含硫容易超標（2）鐵精礦品位不高，含硫容易超標。

圖1 現有選鐵工藝流程圖

3 優化后的選礦生產工藝

3.1 選硫工藝優化

針對選礦廠硫精礦指標達不到要求的問題，我們在當下立即分析了黃鐵礦的離解度。黃鐵礦的晶粒尺寸較粗，分布比為+0.07 mm，占60.39%。當研磨細度為-200目90%時，黃鐵礦的解離度達到95%，因此解離度不受限制，這是導致黃鐵礦精礦指標不足的主要原因。

對生產現場情況的詳細分析表明，有兩個主要原因。一個是原始設計的浮選時間太過于短，這可能會導致過程中的短路，部分礦石為充分選別便進入下段流程；二是捕收劑捕收性能不好，捕收能力不足，浮選速度偏慢，從而造成尾礦硫品位偏高。

針對浮選時間較短的問題。改造方法是：將單系列地3槽16m3粗選浮選機變更為3槽30m3浮選機，后將掃選3槽16m3浮選機變更為2槽30m3浮選機，并且增加掃二作業和掃三作業，精一從兩槽16m3浮選機增加到三槽16m3浮選機，精二仍是兩槽16m3浮選機。

針對捕收劑捕收能力不足的問題，改造方法是：采用以丁基黃藥為主的復合黃藥作為黃鐵礦捕收劑代替原來采用的乙基黃藥。

通過工藝優化，獲得了硫精礦品位47%，回收率87%地理想指標，優于原設計指標。

3.2 選鐵工藝流程的優化

針對精礦塔鐵精礦品位出現較低的問題，研究與分析了生產現場礦石的工藝礦物學特性。

（1）赤鐵礦的浸染粒徑比較為小，即使破碎到-0.074 mm時也占95%，解離度僅僅只為58.15%。 一些脈石以共生形式進入精礦，影響鐵精礦的品位。 因此，為了使赤鐵礦更好地進行單體離解并獲得合格的鐵精礦指數，需要對其進行進一步研磨以提高離解度，這是提高鐵品位的基礎。

（2）與赤鐵礦結合的一部分受到環境的影響，會有一些雜質進入到鐵精礦。這是導致鐵礦無法進行有效脫硫的主要原因。為了有效降低鐵精礦的硫品位并進一步提高鐵精礦品位，得對經過磁選后鐵精礦進行濃縮、脫硫和浮選等工藝優化，以達到最終合格的目的，然后獲得優質的鐵精礦。最終鐵品位超過59%，硫含量低于0.5%，達到產品的各項標準要求。

經過論證，優化后的選鐵工藝流程見圖2。

圖2 優化后的選鐵工藝流程圖

尾礦進入立環脈動高梯度磁選機，以進行粗略選擇和掃選擇。粗選的產品進入由磨機和旋風分離器組成的中等礦石中，然后重新進行研磨。粉碎機的細度為-0.043mm，占83%。旋風分離器的溢流進入垂直環脈動高梯度磁選機，進行兩步磁選，進行一次粗選和一次掃強。兩階段的磁選綜合精礦進行浮選脫硫，最終產品是達到合格標準的鐵精礦。

通過工藝優化，獲得了鐵精礦品位59%，雜質硫含量0.42%，回收率42%地理想指標，達到了設計要求。

在浮選生產中，由于礦山各處礦石的可浮性存在差異，有些可浮性好，有些較差，導致實際生產時會有部分礦因浮選速度慢而跑尾，因此適當延長浮選時間對于提到回收率有益，這一點值得類似礦山參考。另外，導致精礦品位低的一個重要原因就是解離度不夠，解決該問題的一個重要途徑就是中礦再磨，該礦山的工藝改造表明，再磨再選工藝對解決該類問題效果明顯，也值得同類礦山參考。

4 結論

（1）考慮到實施本項目技術改造的便利性以及十分有限的占地面積，確定了浮選-強磁再磨-強磁浮選脫硫工藝為最優化方案。

（2）通過優化后的工藝，合格鐵精礦的回收率如下：硫精礦回收率為87%，有效硫級為47.00%，鐵級為59%，雜質硫含量為0.42%和回收率為42%。

（3）通過對工藝后進行優化，企業可以更合理地利用黃鐵礦和鐵礦石資源，更有效地利用礦產資源，為硫酸生產和煉鐵提供優質的原料，具有一定的經濟效益以及獨特的優勢。