七寶山鐵尾礦伴生有色多金屬回收試驗研究

裴小冬

（江西銅業(yè)集團(tuán)七寶山礦業(yè)有限公司）

七寶山礦業(yè)公司鐵礦資源自開采以來，一直采用篩分—洗礦工藝回收塊狀鐵礦，洗礦產(chǎn)生的粉礦成為尾礦，長期大量堆存于尾礦庫中。該尾礦含有大量膠泥，并伴生多種有色金屬組分，性質(zhì)極其復(fù)雜，綜合回收難度非常大。由于受技術(shù)水平和生產(chǎn)條件的限制，大量價值較高的有色金屬未能被回收。

公司對鐵尾礦的綜合利用非常重視，從20 世紀(jì)70 年代初開始進(jìn)行綜合利用研究，先后和幾家研究單位一起合作攻關(guān)，已取得一定的研究成果，鐵礦資源有了較成熟的回收工藝和方案［1-2］，但對鉛、鋅、銅資源的回收研究較少，且常規(guī)的選礦方法一直難以有效分離。通過對鐵尾礦性質(zhì)研究，確定了尾礦中的主要有價回收成分為鐵、鉛、鋅、銅等。根據(jù)尾礦性質(zhì)特點，使用磁化焙燒—弱磁選工藝回收鐵礦資源，同時在焙燒過程中加入氯化劑，使銅、鉛、鋅分別以氯化物形態(tài)揮發(fā)出來，從而達(dá)到綜合回收的目的［3］。在確保鐵礦資源充分回收的試驗條件下，通過開展大量探索性試驗，最終確定了氯化焙燒—揮發(fā)工藝參數(shù)，并獲得了較好的試驗指標(biāo)。

1 礦樣性質(zhì)

1.1 鐵尾礦工藝礦物學(xué)研究

鐵尾礦化學(xué)多元素分析結(jié)果見表1，鐵、鉛、鋅、銅、鈷的物相分析結(jié)果見表2～表6。

注：Au、Ag含量單位為g/t。

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由表1～表6可知，礦樣中可供回收的主要是鐵，鐵品位為36.29%，鉛、鋅、銅和鈷均可作為綜合利用的對象，而鎳、金、銀等其他有價金屬元素均含量較低，綜合利用價值不大。鐵賦存狀態(tài)較為簡單，呈赤（褐）鐵礦產(chǎn)出的高價氧化鐵占98.32%，加上分布在磁鐵礦中的鐵，分布率合計達(dá)98.40%，即為回收鐵礦物鐵的最大理論回收率。鉛、鋅、銅均主要以氧化物的形式存在，硫化鉛、硫化鋅和硫化銅的分布率分別為4.42%，11.36%，9.36%。鈷主要賦存在褐鐵礦中，分布率達(dá)70.00%，預(yù)計隨著鐵品位的提高，鈷將得到一定程度的富集。根據(jù)褐鐵礦中錳和鉛的含量變化較大，鋅、銅和鈷的含量相對較為穩(wěn)定的特點，加之樣品中鉛硬錳礦出現(xiàn)的頻率較高，預(yù)計通過選別后，錳（包括鉛）與鐵具有一定的分選效果，而鋅、銅和鈷將隨著鐵品位的提高而得到一定程度的富集。但總體來看，樣品中褐鐵礦是錳、鉛、鋅、銅和鈷最重要的賦存礦物，根據(jù)褐鐵礦的形成特性，初步認(rèn)為上述元素主要呈吸附態(tài)分布在褐鐵礦中［4］，因此欲通過物理選礦方法大幅降低鐵精礦中鉛、鋅、銅的含量難度較大，故也不可能獲得單獨的鉛精礦、鋅精礦、銅精礦、鈷精礦［5］。

1.2 鐵尾礦粒度組成及金屬分布率

礦石的粒度組成是合理選擇回收工藝的一個重要因素，可為有效開展試驗研究提供指導(dǎo)依據(jù)。鐵尾礦中主要回收組分鐵、鉛、鋅的粒度組成及金屬分布率見表7。

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由表7可知，鐵、鉛、鋅在各個粒級中品位含量相對比較穩(wěn)定，金屬分布率與各粒級產(chǎn)率相近。

2 試驗研究

礦樣中褐鐵礦是主要的回收資源，經(jīng)研究攻關(guān)，在焙燒溫度1 000～1 250 ℃、焙燒時間60～120 min、還原劑褐煤添加量15%的條件下，使用磁化焙燒—弱磁選工藝能較好地回收尾礦中的鐵資源；而對尾礦中銅、鉛、鋅的綜合回收研究還有待深入，該試驗在滿足鐵尾礦磁化焙燒回收鐵資源的基礎(chǔ)上，探索性研究采用氯化揮發(fā)工藝綜合回收銅、鉛、鋅等資源［6-10］，對后續(xù)氯化物的分離未做深入研究。

在添加氯化劑進(jìn)行氯化焙燒時，因磁化焙燒有還原劑存在，由于還原劑能降低氧氣的分壓，但不與氯發(fā)生明顯反應(yīng)，因此氯的利用能顯著地提高，并且能使本來不能進(jìn)行的氯化反應(yīng)變?yōu)榭尚校寡趸U、鋅和銅轉(zhuǎn)化為低沸點的氯化物，將鉛、鋅和銅揮發(fā)，達(dá)到綜合回收鐵、鉛、鋅和銅的目的［11-13］。

2.1 焙燒溫度試驗

當(dāng)焙燒溫度大于980 ℃時，超過氯化鉛、鋅和銅的沸點，從而使鉛、鋅、銅與鐵礦物分離，隨著焙燒溫度的升高，銅、鉛、鋅的揮發(fā)率逐步提高［14-15］。在還原劑褐煤用量15%、焙燒溫度700～1 200 ℃、氯化劑氯化鈣用量5%的條件下，進(jìn)行焙燒溫度對銅、鉛、鋅揮發(fā)率的影響試驗，結(jié)果見圖1。

由圖1 可見，當(dāng)溫度達(dá)到1 000 ℃時，鉛、鋅的揮發(fā)率均超過75%，銅揮發(fā)率達(dá)40%左右；當(dāng)溫度繼續(xù)升高，鉛、鋅揮發(fā)率上升幅度不大；故焙燒溫度選擇1 000 ℃。

2.2 焙燒時間試驗

金屬氧化物與氯化劑的反應(yīng)速度直接影響焙燒時間，反應(yīng)速度慢，需要的焙燒時間長，反應(yīng)速度快，需要的焙燒時間短，但焙燒時間過長會造成鐵過還原。在褐煤用量15%、焙燒溫度1 000 ℃、氯化劑氯化鈣用量5%的條件下，進(jìn)行焙燒時間試驗，結(jié)果見圖2。

由圖2 可見，隨著焙燒時間的延長，銅、鉛、鋅的揮發(fā)率均有所增加；當(dāng)焙燒時間達(dá)90 min 時，鉛、鋅揮發(fā)率增長較小；故焙燒時間選擇90 min。

2.3 氯化劑種類及用量試驗

氯化劑選擇氯化鈣和氯化鈉進(jìn)行對比試驗，氯化劑用量3%～9%。在焙燒溫度1 000 ℃，焙燒時間90 min，還原劑褐煤用量15%，氯化劑用量分別為3%，5%，7%，9%的條件下進(jìn)行氯化劑種類與用量試驗，試驗結(jié)果見圖3、圖4。

由圖3、圖4 可見，隨著氯化劑用量的增加，銅、鉛、鋅的揮發(fā)率均上升；當(dāng)氯化鈣用量為5%時，銅、鉛、鋅揮發(fā)率分別為39.63%，82.32%，75.31%；當(dāng)氯化鈣用量為7%時，銅、鉛、鋅揮發(fā)率分別為42.59%，84.32%，78.41%；當(dāng)氯化鈣用量為9%時，銅、鉛、鋅揮發(fā)率分別為46.82%，85.63%，80.76%。隨著氯化鈉用量的增加，銅、鉛、鋅揮發(fā)率同樣均在上升；當(dāng)氯化鈉用量為5% 時，銅、鉛、鋅揮發(fā)率分別為43.36%，85.89%，78.59%；當(dāng)氯化鈉用量為9%時，銅、鉛、鋅揮發(fā)率分別為48.72%，88.29%，83.46%；氯化鈉用量7%與9%相比，銅、鉛、鋅的揮發(fā)率變化不大；綜合考慮2種氯化劑試驗數(shù)據(jù)和成本因素，選擇5%的氯化鈉較合適。

3 結(jié) 語

（1）通過對七寶山鐵尾礦進(jìn)行性質(zhì)檢測和分析，發(fā)現(xiàn)有色金屬組分主要呈吸附態(tài)分布在褐鐵礦中，因此欲通過物理選礦方法不可能獲得單獨的鉛精礦、鋅精礦、銅精礦、鈷精礦。

（2）在磁化焙燒過程中，加入適量的氯化劑，可有效回收鐵尾礦中的有色金屬組分。在焙燒溫度1 000 ℃、焙燒時間90 min、氯化劑氯化鈉用量5%的條件下，銅、鉛、鋅揮發(fā)率分別達(dá)39.63%，82.32%，75.31%。銅的揮發(fā)率低，揮發(fā)速度慢，有待后續(xù)試驗深入研究。