卜顯忠 陳 彤 薛季瑋 宛 鶴 張崇輝

（西安建筑科技大學(xué)資源工程學(xué)院，陜西 西安 710055）

近年來(lái)，鋼鐵行業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)取得了巨大的成就，促成了我國(guó)世界第一大鋼鐵生產(chǎn)國(guó)的地位［1-2］。面對(duì)日趨激烈的鋼鐵行業(yè)現(xiàn)狀，提高鋼鐵產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力迫在眉睫。鐵精礦是鋼鐵冶煉中重要的原料，故其質(zhì)量的高低也將直接影響到鋼鐵產(chǎn)品的品質(zhì)［3-4］。對(duì)鐵精礦而言，鋼鐵冶煉要求其鋅、硫含量分別低于0.10%和0.30%?，F(xiàn)有研究表明，鐵精礦中的鋅、硫含量超標(biāo)，會(huì)在后續(xù)冶煉過(guò)程產(chǎn)生諸多危害。在冶煉過(guò)程中，部分硫以有害氣態(tài)硫化物的形式隨煤氣排出爐外，對(duì)周邊環(huán)境和人體健康造成危害［5-6］；鋅在入爐后會(huì)很快分解，并在爐襯中冷凝下來(lái)，形成ZnO體積膨脹，破壞爐墻，提高冶煉成本，生成的鐵酸鋅降低鋼鐵產(chǎn)品硬度［7］。因而，針對(duì)鐵礦進(jìn)行降鋅脫硫的工藝研究具有重要意義。

新疆某鐵礦以磁鐵礦為主，鋅、硫主要以閃鋅礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦形式存在，礦物間連生關(guān)系緊密、嵌布粒度較細(xì)。原礦中鋅、硫含量較高，導(dǎo)致鐵精礦產(chǎn)品鋅、硫超標(biāo)，危害后續(xù)冶煉過(guò)程。因此，本研究針對(duì)鐵精礦中鋅硫含量超標(biāo)的問(wèn)題，結(jié)合該礦礦石性質(zhì)特點(diǎn)，開(kāi)展了降鋅脫硫工藝研究，以期生產(chǎn)的鐵精礦達(dá)到冶煉標(biāo)準(zhǔn)。

1 試樣、試驗(yàn)設(shè)備及藥劑

1.1 試樣性質(zhì)

1.1.1 試樣主要化學(xué)成分分析

試驗(yàn)所用礦樣取自新疆某鐵礦礦區(qū)，采用破碎和篩分的方法將礦樣全部破碎至2 mm以下，作為試驗(yàn)樣品。其主要化學(xué)成分分析結(jié)果見(jiàn)表1。

由表1可知，試樣中全鐵品位為35.65%，鋅、硫含量分別為1.12%、1.56%，雜質(zhì)成分CaO、SiO2、TiO2的含量分別為15.18%、12.94%、0.42%。

1.1.2 試樣礦物組成及其含量

試樣X(jué)RD分析結(jié)果見(jiàn)圖1，試樣中主要礦物及其含量分析結(jié)果見(jiàn)表2。

由圖1和表2可知，試樣中的鐵礦物以磁鐵礦為主，含量為48.03%，其次為少量黃鐵礦和磁黃鐵礦等硫化鐵礦物，含量分別為0.32%、1.88%。黃鐵礦屬弱磁性、易浮礦物，而磁黃鐵礦比磁化率與磁鐵礦接近，屬?gòu)?qiáng)磁性礦物。含鋅礦物主要為閃鋅礦，含量為2.02%，屬易浮礦物。脈石礦物包括方解石、輝石、綠泥石、角閃石，含量分別為9.69%、24.73%、3.26%、2.17%。

1.1.3 試樣中主要礦物的嵌布關(guān)系

試樣中主要礦物的嵌布關(guān)系見(jiàn)圖2。

由圖2可知，磁鐵礦呈碎裂狀分布，經(jīng)磨礦處理后易實(shí)現(xiàn)礦物單體解離，提高其選別回收率；閃鋅礦被磁鐵礦所包裹，且與磁黃鐵礦、黃鐵礦共生，磁黃鐵礦和黃鐵礦呈不規(guī)則狀均勻分布，且礦物嵌布粒度較細(xì)、連生關(guān)系緊密，采用常規(guī)浮選方法，易導(dǎo)致鐵精礦鋅硫含量超標(biāo)。

1.1.4 試樣中鐵、鋅、硫物相分析

試樣中鐵、鋅、硫物相分析結(jié)果分別見(jiàn)表3、表4、表5。

由表3可知，礦石中磁性鐵含量為31.79%，分布率為89.17%；赤褐鐵礦、硅酸鹽和碳酸鹽中鐵總含量為3.56%，分布率為9.98%；其余鐵賦存于硫化鐵中，含量和分布率分別為0.30%、0.85%。以上結(jié)果表明：礦石中鐵的賦存狀態(tài)較為復(fù)雜，主要賦存于磁性鐵中，少量鐵賦存在硫化鐵中，脫硫不會(huì)明顯降低鐵的回收率。

由表4可知，硫化相中鋅的含量和分布率分別為1.04%、92.86%；其余鋅賦存于氧化相和結(jié)合相中，含量分別為0.02%和0.06%。鋅的賦存狀態(tài)較為簡(jiǎn)單，主要賦存于硫化相中，因此，試樣降鋅的對(duì)象主要為閃鋅礦。

由表5可知，閃鋅礦中硫的含量為64.10%，磁黃鐵礦中硫的含量為14.10%，硫酸鹽和黃鐵礦中硫的含量均為10.90%。試樣中硫主要賦存于閃鋅礦中，其次為磁黃鐵礦、硫酸鹽和黃鐵礦。因此，試樣脫硫的主要對(duì)象是閃鋅礦、磁黃鐵礦和黃鐵礦。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備及藥劑

試驗(yàn)設(shè)備：a1b-224型電子分析天平（賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司），RK/FD-3型單槽浮選機(jī)（武漢洛克粉磨設(shè)備制造有限公司），RK/FD-0.5型單槽浮選機(jī)（武漢洛克粉磨設(shè)備制造有限公司），RK/ZQM（BM）-240·90型球磨機(jī)（武漢洛克粉磨設(shè)備制造有限公司），RK/ZQM（BM）-150·50型球磨機(jī)（武漢洛克粉磨設(shè)備制造有限公司），101-3型電熱鼓風(fēng)干燥箱（北京科委永興儀器有限公司），RK/ZL-φ260/φ 200型多功能真空過(guò)濾機(jī)（武漢洛克粉磨設(shè)備制造有限公司），XCGS-73型磁選管（天津市礦山儀器廠），DCXJ-400×240型電磁濕法多用鼓形磁選機(jī)（山東華特磁電科技股份有限公司）。

試驗(yàn)藥劑：石灰（CaO，天津市河?xùn)|區(qū)紅巖試劑廠），硫酸銅（CuSO4，天津市河?xùn)|區(qū)紅巖試劑廠），丁基黃藥（C4H6OCSSNa，天津市河?xùn)|區(qū)紅巖試劑廠），亞硫酸鈉（Na2SO3，天津市河?xùn)|區(qū)紅巖試劑廠），碳酸鈉（Na2CO3，天津市河?xùn)|區(qū)紅巖試劑廠），次氯酸鈉（Na-ClO，天津市福晨化學(xué)試劑廠），松醇油（工業(yè)純，洛陽(yáng)某鉬礦選礦廠）。

2 試驗(yàn)方案

由礦樣性質(zhì)分析結(jié)果可知，試樣中主要回收的鐵礦物為磁鐵礦，鋅硫主要賦存于連生關(guān)系緊密且嵌布粒度較細(xì)的閃鋅礦和磁黃鐵礦、黃鐵礦等金屬硫化礦中。在保證磁鐵礦質(zhì)量的前提下，實(shí)現(xiàn)鐵精礦的降鋅脫硫，關(guān)鍵在于將磁鐵礦與閃鋅礦、磁黃鐵礦、黃鐵礦等硫化礦物進(jìn)行有效分離。現(xiàn)有研究表明，浮選—磁選聯(lián)合工藝是實(shí)現(xiàn)鐵精礦降鋅脫硫的有效方法［8］。由于原礦中磁黃鐵礦含量較高，且磁黃鐵礦具有易碎的性質(zhì)，若采用先磁選后浮選的工藝流程，易造成泥化和磁團(tuán)聚現(xiàn)象，影響后續(xù)浮選效果［9-12］。因此，試驗(yàn)擬采用浮選—磁選聯(lián)合工藝的技術(shù)思路，浮選階段基于減少入磁選雜質(zhì)的目的，側(cè)重于去除尾礦中的硫化礦物，同時(shí)盡可能回收鋅礦物；磁選階段基于減少鐵精礦雜質(zhì)的目的，側(cè)重于磁精礦除雜，并進(jìn)一步強(qiáng)化鐵精礦的降鋅脫硫。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 浮選試驗(yàn)

在固定磨礦細(xì)度為-0.074 mm占70%的條件下，采用CaO為抑制劑，CuSO4為活化劑、丁基黃藥為捕收劑、松醇油為起泡劑，研究粗選藥劑用量對(duì)浮選尾礦中鋅、硫含量的影響，粗選條件試驗(yàn)流程見(jiàn)圖3。

3.1.1 CaO用量試驗(yàn)

試樣中閃鋅礦與黃鐵礦可浮性接近，且閃鋅礦含量較高，采用CaO作為抑制劑，能夠有效降低黃鐵礦的可浮性，優(yōu)先進(jìn)行閃鋅礦的浮選，進(jìn)而快速降低試樣中鋅、硫的含量［13］。在 CuSO4用量為 500 g/t，丁基黃藥用量為80 g/t的條件下，進(jìn)行了CaO用量試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，隨著CaO用量的增加，粗選尾礦中鋅、硫品位先下降后上升。在CaO用量為1 000 g/t時(shí)，尾礦中鋅、硫品位均最低，即在CaO用量為1 000 g/t的條件下降鋅脫硫效果最佳，此時(shí)鋅、硫品位分別為0.17%、0.55%。因此，后續(xù)粗選試驗(yàn)CaO用量選擇1 000 g/t為宜。

3.1.2 CuSO4用量試驗(yàn)

試樣中鋅、硫礦物主要為閃鋅礦，可浮性好，采用CuSO4作為活化劑可提高閃鋅礦的可浮性，降低浮選尾礦中鋅、硫含量［14］。因此，在CaO用量為1 000 g/t、丁基黃藥用量為80 g/t的條件下，進(jìn)行了CuSO4用量試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

由圖5可知，隨著CuSO4用量的增加，粗選尾礦中鋅的品位先下降后保持穩(wěn)定，硫品位先下降后上升。在300 g/t時(shí)，鋅、硫品位均最低，即在CuSO4用量為300 g/t條件下降鋅脫硫效果最好，此時(shí)鋅、硫品位分別為0.16%、0.50%。因此，后續(xù)粗選試驗(yàn)CuSO4用量選擇300 g/t為宜。

3.1.3 丁基黃藥用量試驗(yàn)

丁基黃藥是針對(duì)閃鋅礦、磁黃鐵礦浮選的良好捕收劑，與松醇油聯(lián)用可起到良好的捕收效果［1-4］。在CaO用量1 000 g/t、活化劑CuSO4用量300 g/t條件下，進(jìn)行了丁基黃藥用量試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

由圖6可知，隨著丁基黃藥用量的增加，尾礦中鋅品位先下降后保持穩(wěn)定，硫品位先下降后上升。在丁基黃藥用量為60 g/t時(shí)，鋅、硫品位最低分別為0.15%、0.48%；當(dāng)丁基黃藥用量大于60 g/t時(shí)，尾礦中鋅品位基本保持不變，硫品位逐漸上升；因此，后續(xù)粗選試驗(yàn)丁基黃藥用量選擇60 g/t。

3.1.4 掃選試驗(yàn)

為進(jìn)一步回收尾礦中的鋅、硫，減少入磁選雜質(zhì)含量，進(jìn)行了掃選試驗(yàn)，具體試驗(yàn)流程如圖7所示，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

由圖7和表6可知，試樣在磨礦細(xì)度為-0.074 mm占70%的條件下，最終可獲得鋅品位16.45%、鋅回收率達(dá)85.26%的鋅粗精礦，浮選尾礦產(chǎn)品中鋅、硫含量分別降至0.14%、0.35%，減少了入磁選產(chǎn)品中的雜質(zhì)含量，同時(shí)鋅也得到了有效富集。

3.2 磁選試驗(yàn)

通過(guò)前期磁選探索試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，以浮選尾礦為試驗(yàn)樣品，采用一級(jí)和二級(jí)磁場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)流程處理，磁場(chǎng)強(qiáng)度過(guò)低，鐵精礦回收率較低，磁場(chǎng)強(qiáng)度過(guò)高易造成磁團(tuán)聚，導(dǎo)致鐵精礦鋅硫含量超標(biāo)；采用磨礦—磁選試驗(yàn)流程處理，磨礦細(xì)度過(guò)細(xì)易造成礦物泥化，惡化磁選效果。因此，考慮采用高梯度磁選流程，保證鐵精礦中鐵的回收率；采用多級(jí)低場(chǎng)強(qiáng)磁選預(yù)選的方法，優(yōu)先選別出易選合格的鐵精礦，降低磨機(jī)處理量；為提高礦物單體解離度，減少磁團(tuán)聚，進(jìn)行磁粗選精礦再磨細(xì)度試驗(yàn)，從而進(jìn)一步提高鐵精礦品位?；谝陨戏治觯瑸榭疾於嗉?jí)磁場(chǎng)強(qiáng)度和磨礦細(xì)度對(duì)磁選指標(biāo)的影響，對(duì)浮選尾礦進(jìn)行了高梯度磁選試驗(yàn)、多級(jí)低場(chǎng)強(qiáng)預(yù)磁選試驗(yàn)和磁粗選精礦再磨細(xì)度試驗(yàn)。

3.2.1 高梯度磁選試驗(yàn)

高梯度磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)流程如圖8所示，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

由表7可知，隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的降低，鐵精礦中鐵品位逐漸升高，鋅、硫含量先下降后基本穩(wěn)定，鐵、鋅、硫回收率均呈逐漸下降的趨勢(shì)。當(dāng)磁粗選磁場(chǎng)強(qiáng)度為95.49 kA/m時(shí)，可獲得鐵回收率為87.21%，鋅、硫品位分別為0.09%、0.28%的鐵精礦，鋅、硫含量達(dá)到最低點(diǎn)；當(dāng)磁粗選磁場(chǎng)強(qiáng)度為87.54 kA/m時(shí)，可獲得鐵回收率為86.97%，鋅、硫品位分別為0.09%、0.28%的鐵精礦，鐵回收率達(dá)到最低點(diǎn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，采用適當(dāng)降低磁場(chǎng)強(qiáng)度的方法，能夠促使部分貧連生體為代表的閃鋅礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦等硫化礦物與磁鐵礦分離，降低入磁選硫化礦物的含量。但磁場(chǎng)強(qiáng)度過(guò)低，不僅無(wú)益于降低鐵精礦鋅、硫含量，還會(huì)使鐵回收率明顯下降。因此，后續(xù)試驗(yàn)選用的磁場(chǎng)強(qiáng)度依次為95.49 kA/m、71.62 kA/m、47.75 kA/m。

3.2.2 多級(jí)低場(chǎng)強(qiáng)預(yù)磁選試驗(yàn)

多級(jí)低場(chǎng)強(qiáng)預(yù)磁選試驗(yàn)流程如圖9所示，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8。

由圖9和表8可知，浮選尾礦在31.84 kA/m、31.84 kA/m、23.87 kA/m多級(jí)低場(chǎng)強(qiáng)預(yù)磁選條件下，進(jìn)行磁精選試驗(yàn)，可獲得鐵品位和回收率分別為65.08%、57.49%的鐵精礦1，其鋅、硫含量分別為0.08%、0.29%。然后將低場(chǎng)強(qiáng)磁選尾礦產(chǎn)品混合，并置于95.49 kA/m、71.62 kA/m、47.75 kA/m場(chǎng)強(qiáng)條件下，可獲得鐵品位和回收率分別為67.50%、30.43%的鐵精礦2，其鋅、硫分別為0.10%、0.26%。相較于單一降場(chǎng)強(qiáng)試驗(yàn)結(jié)果，磨機(jī)作業(yè)量降低了60.46%；鐵精礦1和2中鐵的綜合回收率，提高了0.71%；鋅綜合含量降低了0.01%。這表明采用多級(jí)低場(chǎng)強(qiáng)預(yù)磁選的方法，能夠有效降低磨機(jī)作業(yè)負(fù)荷，減少部分弱磁性硫化礦和貧連生體進(jìn)入鐵精礦，改善鐵精礦指標(biāo)。

3.2.3 磁粗選精礦再磨細(xì)度試驗(yàn)

磁粗選精礦再磨細(xì)度試驗(yàn)流程如圖10所示，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表9。

由表9可知，當(dāng)再磨細(xì)度-0.037 mm占46.15%時(shí)，鐵精礦2中鐵、鋅、硫品位分別為67.50%、0.10%、0.26%；當(dāng)再磨細(xì)度-0.037 mm含量大于46.15%時(shí)，鐵精礦2中鐵、鋅、硫品位保持穩(wěn)定。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著再磨細(xì)度的增加，鐵精礦2中鐵品位先升高后保持穩(wěn)定，鋅、硫品位先降低后保持穩(wěn)定，適當(dāng)提高磁粗選精礦再磨細(xì)度，有利于提高磁鐵礦與硫化礦物的解離。因此，確定磁粗選精礦最佳再磨細(xì)度為-0.037 mm占46.15%。

3.3 全流程閉路試驗(yàn)

全流程閉路試驗(yàn)流程如圖11所示，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表10。

由圖11及表10可知，試樣采用“1粗3精3掃”的浮選工藝，浮選尾礦采用多級(jí)低場(chǎng)強(qiáng)預(yù)磁選、高梯度磁選和磁粗選精礦強(qiáng)化再磨選鐵的聯(lián)合工藝，可獲得鐵、鋅、硫品位分別為65.15%、0.08%、0.29%和67.40%、0.10%、0.30%的合格鐵精礦1、鐵精礦2，2種鐵精礦產(chǎn)品鐵、鋅、硫含量均滿足后續(xù)冶煉指標(biāo)要求，實(shí)現(xiàn)了鐵精礦的降鋅脫硫目標(biāo)，綜合鐵品位和鐵回收率分別為65.93%、86.78%，鐵精礦終產(chǎn)品中鋅、硫含量分別為0.09%、0.29%。

4 結(jié)論

（1）新疆某鐵礦鐵品位為35.65%，磁鐵礦中的鐵占總鐵的89.17%；鋅品位為1.12%，硫化相中鋅占總鋅的92.86%；硫品位為1.56%，閃鋅礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦中硫合計(jì)占總硫的89.10%。因此，試樣主要回收磁鐵礦，其降鋅脫硫的對(duì)象為閃鋅礦、磁黃鐵礦、黃鐵礦。

（2）試樣嵌布關(guān)系分析結(jié)果表明，磁鐵礦呈碎裂狀分布，易于選別；閃鋅礦、磁黃鐵礦及黃鐵礦3種礦物嵌布粒度較細(xì)且連生關(guān)系緊密，采用常規(guī)浮選方法，易進(jìn)入鐵精礦導(dǎo)致其鋅、硫含量超標(biāo)。

（3）試樣采用“1粗3精3掃”的浮選工藝，浮選尾礦采用多級(jí)低場(chǎng)強(qiáng)預(yù)磁選、高梯度磁選和磁粗選精礦強(qiáng)化再磨選鐵的聯(lián)合工藝，可獲得鐵、鋅、硫品位分別為 65.15%、0.08%、0.29% 和 67.40%、0.10%、0.30%的合格鐵精礦1、鐵精礦2。鐵精礦終產(chǎn)品中鐵品位和鐵回收率分別為65.93%、86.78%，鋅、硫含量分別為0.09%、0.29%。2種鐵精礦產(chǎn)品指標(biāo)均滿足后續(xù)冶煉要求，實(shí)現(xiàn)了鐵精礦的降鋅脫硫目標(biāo)。