某高硫鉛鋅礦降砷工藝流程方案對比試驗研究*

高連啟，劉 進，張紅英，劉志成，郎召有，惠世和

（1.馳宏科技工程股份有限公司，云南 曲靖 655000；2.廣東省科學院資源利用與稀土開發研究所，廣東 廣州 510650）

鉛鋅精礦降砷是選礦工藝中的一個難題，尤其是對于晶格含砷的銅、鉛礦的降砷研究未能取得明顯性進展[1-3]，本研究的降砷的目的礦物是性質與方鉛礦相似的灰硫砷鉛礦，通過采用高效抑制劑TH、選擇性好的捕收劑A1進行抑鉛浮砷，最終達到了砷鉛分離的目標。對于原工藝只能得到含砷1%左右的鉛精礦，采用此工藝，可得到含砷0.4%以內的低砷鉛精礦和含砷較高的高砷鉛精礦，試驗指標良好，降砷效果明顯，可實現鉛鋅精礦降砷提質的目標。

1 原礦性質分析

1.1 原礦主要元素分析及主要礦物組成及相對含量

原礦X射線衍射分析結果如圖1，主要礦物組成及相對含量見表1，原礦多元素分析結果見表2。

圖1 原礦X射線衍射（XRD）圖譜Fig.1 X-ray diffraction spectrogram of raw ore

表1 原礦主要礦物組成及相對含量Tab.1 Mineral composition and the relative content of raw ore %

表2 原礦主要元素分析結果Tab.2 Main element analysis results of raw ore %

從圖1、表1和表2可知，該原礦的主要礦物為白云石、閃鋅礦、方鉛礦、黃鐵礦、方解石、白云母等。原礦由三十多種礦物組成，金屬礦物主要是閃鋅礦、方鉛礦和黃鐵礦，分別占礦物總量的29.48%、6.40%和33.41%，累計占礦物總量69.29%；其次為褐鐵礦、灰硫砷鉛礦、白鉛礦、鉛釩、砷鉛礦、硅鋅礦、毒砂等[4]。

原礦中的鉛礦物以方鉛礦為主，少量硫鹽類礦物：灰硫砷鉛礦、硫銻鉛礦，并有種類繁多的其他鉛礦物：砷鉛礦、白鉛礦、鉛礬、鉛硬錳礦、磷氯鉛礦、碳鉛鈾礦和硒鉛礦等；鋅礦物主要為閃鋅礦，其次為氧化鋅礦物硅鋅礦，極微量的水鋅礦。

脈石礦物主要為白云石，占礦物總量的17.96%，其次為方解石和白云母，分別占原礦的6.26%和1.58%，少量褐鐵礦、石英和綠泥石等。

1.2 原礦中鉛、鋅物相分析及砷在原礦中的平衡分配

對原礦中的鉛和鋅進行了化學物相分析，物相分析結果分別見表3、表4和表5。

表3 原礦鉛物相分析結果Tab.3 Analysis results of lead phase in raw ore %

表4 原礦鋅物相分析結果Tab.4 Analysis results of zinc phase in raw ore %

表5 砷在原礦中的平衡分配Tab.5 Balanced distribution of arsenic in raw ore %

鉛、鋅相分析結果表明，礦石中鉛主要以硫化鉛為主，占有率為83.49%，氧化鉛和鉛鐵釩及其它的占有率合計為16.51%；礦石中鋅主要以硫化鋅為主，占有率為95.49%。

砷的賦存狀態結果可見，原礦中砷主要存在灰硫砷鉛礦、砷鉛礦及黃鐵礦中，灰硫砷鉛礦和砷鉛礦中砷品位均很高，黃鐵礦中砷品位不高，但砷占有率達49.32%。

1.3 影響降砷指標的工藝礦物學因素分析

該礦中影響降砷指標的最主要因素是：①黃鐵礦中含類質同象替代的砷，黃鐵礦砷含量較高，選礦過程中黃鐵礦一旦進入鉛、鋅精礦，易造成鉛、鋅精礦砷金屬量增加；②灰硫砷鉛礦是一種鉛砷硫鹽礦物，與方鉛礦理化性質相近，部分灰硫砷鉛礦呈小于10 μm的包裹體包含于方鉛礦中。灰硫砷鉛礦在浮選過程中不可避免進入硫化鉛精礦，導致鉛精礦砷含量超標；③砷鉛礦是一種含鉛砷酸鹽礦物，與白鉛礦等氧化鉛礦物的理化性質相近，易在浮選過程中進入氧化鉛精礦，造成氧化鉛精礦中砷超標[5-7]。

2 試驗方案的制定

原礦工藝礦物學分析可知，選礦過程中降砷的途徑主要是避免黃鐵礦進入鉛、鋅精礦中，并分離方鉛礦與灰硫砷鉛礦、砷鉛礦[8]。砷鉛礦含量較低，屬于氧化礦，不容易進入硫化鉛、鋅精礦中。灰硫砷鉛礦含量較高，因此，影響鉛、鋅精礦砷超標的主要礦物是灰硫砷鉛礦。且灰硫砷鉛礦可浮性與方鉛礦相近因而進入鉛精礦造成鉛精礦砷超標，對鋅精礦影響較小，現場鋅精礦及探索試驗中鋅精礦含砷量均不超標。

探索試驗過程發現，磁選和重選均無法對砷和鉛進行有效分離，優化條件下灰硫砷鉛礦的可浮性優于方鉛礦，因此，可以采取優先浮出灰硫砷鉛礦。或對含砷的鉛精礦進行砷鉛分離兩種方式進行鉛精礦降砷。因此，確定降砷采取“高砷鉛優先浮選”與“砷鉛混浮-砷鉛分離”兩個試驗方案。因鋅精礦中砷不超標，兩方案中硫化鋅、氧化鉛及氧化鋅工藝完全相同，因此，本文主要討論硫化鉛精礦降砷試驗研究。

3 試驗結果及討論

3.1 降砷工藝流程

“高砷鉛優先浮選”工藝，利用礦物未受藥劑污染，存在天然可浮性差異，采用選擇性好的捕收劑A1，在選廠現有工藝流程的基礎上采用鉛浮選作業“一粗一掃一精”的簡單工藝，除去含砷的灰硫砷鉛礦，試驗流程如圖2所示。

圖2 “高砷鉛優先浮選”試驗工藝流程Fig.2 Process flow of“preferential flotation of high arsenic lead”test

“砷鉛混浮-砷鉛分離”，對選廠現有工藝流程中得到的含砷鉛精礦，以TH作抑制劑、A1為捕收劑進行“一粗二掃二精”的砷鉛分離工藝，得到砷含量不同的低砷鉛精礦和高砷鉛精礦，試驗流程如圖3所示。

圖3 “砷鉛混浮-砷鉛分離”試驗工藝流程Fig.3 Process flow of“mixed flotation of arsenic and lead-separation of arsenic and lead”test

3.2 試驗指標對比

“高砷鉛優先浮選”與“砷鉛混浮-砷鉛分離”工藝閉路試驗結果對比見表6。閉路試驗結果表明，兩種工藝流程均解決了含砷鉛礦物與方鉛礦可浮性相近分離難的問題，所得低砷鉛精礦砷含量均在0.4%以內，但“高砷鉛優先浮選”工藝所得低砷鉛精礦鉛回收率高1.36%。

表6 “高砷鉛優先浮選”與“砷鉛混浮-砷鉛分離”工藝閉路試驗結果對比Tab.6 Comparison of the closed circuit test results of“preferential flotation of high arsenic lead”and“mixed flotation of arsenic and lead-separation of arsenic and lead” %

3.3 藥劑成本估算對比

“高砷鉛優先浮選”工藝與“砷鉛混浮-砷鉛分離”工藝藥劑成本估算對比見表7。前者比后的藥劑成本低10.03元/t。

表7 “高砷鉛優先浮選”與“砷鉛混浮-砷鉛分離”藥劑成本估算對比Tab.7 Comparison of agent cost estimation of“preferential flotation of high arsenic lead”and“mixed flotation of arsenic and lead-separation of arsenic and lead”

3.4 對現場現有工藝的影響

“高砷鉛優先浮選”工藝與“鉛砷混浮-砷鉛分離”工藝均需對現有流程進行簡單的改造，后者從選廠鉛精礦開始降砷，不影響選廠現有的鉛、鋅的選別，但所需的設備較多。

3.5 推薦工藝流程

“高砷鉛優先浮選”工藝簡單、以A1作含砷鉛礦的捕收劑，將含砷鉛礦從原礦中優先選出，降低了從現有的鉛精礦中進行砷、鉛分離的技術難度、簡化了工藝流程、降低了藥劑成本。綜合考慮兩個工藝方案的優缺點，推薦“高砷鉛優先浮選”工藝。

3.6 高砷鉛精礦浸出

對分離所得的高砷鉛精礦，其中的砷存在于灰硫砷鉛礦晶格中，只能通過“浸出”等化學手段使砷、鉛分離。本研究對高砷鉛精礦進行浸出，得到鉛浸出率90.55%的結果。

4 結語

1）對于理化性質（比重、比磁化系數及可浮性）相近的灰硫砷鉛礦與方鉛礦，采用“高砷鉛優先浮選”工藝和“鉛砷混浮-砷鉛分離”工藝，均解決了含砷鉛礦物與方鉛礦性質相似分離難的問題，所得低砷鉛精礦含砷均在0.4%以內；

2）采用“高砷鉛優先浮選”新工藝，對含Pb 6.55%、Zn 19.53%、As 0.23%的原礦，獲得含Pb 67.18%、含As 0.37%、Pb回收率81.89%的低砷鉛精礦和含Pb 69.17%、含As 2.26%、Pb回收率4.54%的高砷鉛精礦，試驗指標良好，降砷效果明顯，實現了高硫鉛鋅礦降砷提質的目標；與“砷鉛混浮-砷鉛分離”工藝相比，“高砷鉛優先浮選”工藝所得低砷鉛精礦鉛回收率高1.36%，藥劑成本低10.03元；

3）與“高砷鉛優先浮選”工藝相比，“鉛砷混浮-砷鉛分離”工藝從鉛精礦開始降砷，工業化應用過程中，對選廠現有的鉛、鋅的生產影響最小，但設備投資、能耗及維護成本較高；綜合考慮兩個工藝方案的優缺點，基于工業化應用的綜合經濟效益，推薦“高砷鉛優先浮選”工藝作為降砷的最終流程；對高砷鉛精礦進行浸出，得到鉛浸出率90.55%的結果。