提高新疆和静铁矿精矿质量选矿试验

相较于国外钢铁资源，我国铁矿石品位较低、嵌布粒度较细、结构构造复杂、矿物种类繁多，极大的增加了选别难度与成本^[1]，铁精矿产品中的硫、磷、硅等杂质含量超标，将无法满足冶炼要求。

新疆和静县铁矿硫含量较高，且主要赋存形式为磁黄铁矿，磁选作业无法有效脱除，铁精矿含硫量高达1.07%，远超铁精矿质量标准规定的0.2%～0.4%^[2]。因此，对该矿进行了浮选降硫试验研究，以达到提高铁精矿质量的目的。提高铁精矿质量，在我国对外铁矿石依赖日益严重的今天具有重要的价值和意义。

1 试验研究

1.1 试样性质

试验矿样为新疆和静县备战铁矿选厂弱磁选精矿产品，其化学多元素分析结果见表1。

表1 试样多元素分析结果 %

元素	MgO	Al₂O₃	SiO₂	S	K₂O	CaO	TiO₂
含量	4.760	1.987	5.181	1.07	0.158	0.937	0.153
元素	MnO	TFe	ZnO	Rb₂O	As	P	烧失
含量	0.289	62.79	0.052	0.004	0.0021	0.05	1.82

由表1可知，试样中主要有害元素为S，其次含有较高的MgO、SiO₂、Al₂O₃。经工艺矿物学研究查明，试样矿物赋存形式复杂、种类繁多，主要矿物组成为磁铁矿、石英、磁黄铁矿，含有少量的赤铁矿、褐铁矿、黄铁矿、菱铁矿、硅灰石、透辉石，微量矿物为闪锌矿、黄铜矿、软锰矿、长石等。

通过铁物相研究结果表明，硫主要赋存形式为磁黄铁矿，其次少量以黄铁矿形式存在。对其进行单体解离度测定研究结果表明，磁黄铁矿、黄铁矿单体解离良好，连生体含量较低。

1.2 试验设备及试剂

磨矿及选矿试验采用XMQ-240×90型球磨机、XFG、XFD型系列浮选机。试验用调整剂硫酸铜、硫酸、CS-01、AO、ACD为分析纯，捕收剂丁基黄药、异丁基黄药、戊黄药为工业纯，起泡剂2^#油为工业纯，试验用水为自来水，试验温度为室温，单元试验矿样质量1 kg。

1.3 试验方案

铁矿石脱硫常见选矿工艺有阶段磨矿阶段脱硫工艺^[3]、磁选脱硫工艺^[4]、浮选脱硫工艺^[5]、焙烧脱硫工艺^[6]、浸出脱硫工艺^[7]等。鉴于试样中的硫主要赋存状态为磁黄铁矿，且单体解离良好，因此试验采用浮选脱硫工艺。而磁黄铁矿天然可浮性较差，较难浮选，需对其活化后进行浮选^[8]。因此，试验需对活化剂种类及用量进行详细考察。

2 试验结果与讨论

2.1 捕收剂种类试验

黄药是常用的硫化矿捕收剂，因具有良好的捕收能力，在铁矿脱硫浮选中被广泛使用。试验选取了3种黄药类捕收剂，分别为丁基黄药、异丁基黄药和戊黄药。试验固定黄药用量均为200g/t，CS-01用量为2000g/t，2^#油用量为30g/t，考察捕收剂种类对浮选脱硫指标的影响，试验结果见表2。

表2 捕收剂种类对浮选脱硫指标的影响 %

捕收剂种类	产品名称	产率	硫品位	硫分布率
丁基黄药	铁精矿	95.82	0.26	23.22
	硫精矿	4.18	19.29	76.78
	原矿	100.00	1.05	100.00
异丁基黄药	铁精矿	95.26	0.24	21.41
	硫精矿	4.74	18.07	78.59
	原矿	100.00	1.09	100.00
戊黄药	铁精矿	94.55	0.27	23.76
	硫精矿	5.45	15.11	76.24
	原矿	100.00	1.08	100.00

由表2可见，从铁精矿中硫品位来看，脱硫指标依次为异丁基黄药＜丁基黄药＜戊黄药，使用异丁基黄药时脱硫效果最好，但3种捕收剂的脱硫能力相当；从铁精矿产率来看，依次为丁基黄药＞异丁基黄药＞戊黄药，使用丁基黄药时铁精矿的损失最小，异丁基黄药其次；综合考虑，确定异丁基黄药为浮选脱硫捕收剂。

2.2 捕收剂用量试验

捕收剂的用量会直接影响试验指标，为考察捕收剂用量对浮选脱硫指标的影响，固定CS-01用量为2000g/t、2^#油用量为30g/t进行捕收剂用量试验，试验结果见图1。

图1 捕收剂用量对浮选脱硫指标的影响

由图1可见，随着捕收剂异丁基黄药用量的增加，铁精矿中硫品位降低；当捕收剂用量大于200g/t后，铁精矿中硫品位趋于平缓，而铁精矿产率逐渐减少，但变化不大；综合考虑，确定异丁基黄药用量200g/t为宜。

2.3 活化剂种类试验

铁精矿中的硫很容易被氧化，在其表面形成一层亲水性薄膜，抑制了硫的上浮，所以在脱硫浮选时需要先活化再用黄药进行捕收。硫的活化方式一般有3种：一是溶解矿物表面抑制性薄膜；二是采用交换吸附或置换的化学反应，在矿物表面形成难溶的活化薄膜；三是消除矿浆中抑制性离子的有害影响^[9]。因此选取了硫酸、硫酸铜、CS-01、新型活化剂AO、ACD作为试验活化剂，考察活化剂种类对浮选脱硫指标的影响。试验固定异丁基黄药用量为200g/t，2^#油用量为30g/t，试验结果见表3。

表3 活化剂种类对浮选脱硫指标的影响 %

捕收剂种类	产品名称	产率	硫品位	硫分布率
硫酸	铁精矿	96.11	0.68	60.92
	硫精矿	3.89	10.75	39.08
	原矿	100.00	1.07	100.00
CS-01	铁精矿	95.26	0.24	21.41
	硫精矿	4.74	18.07	78.59
	原矿	100.00	1.09	100.00
AO	铁精矿	95.42	0.37	32.90
	硫精矿	4.58	15.53	67.10
	原矿	100.00	1.06	100.00
ACD	铁精矿	95.66	0.43	38.32
	硫精矿	4.34	14.92	61.68
	原矿	100.00	1.05	100.00
硫酸铜	铁精矿	95.35	0.41	36.43
	硫精矿	4.65	14.76	63.57
	原矿	100.00	1.08	100.00

由表3可见，使用CS-01为活化剂，铁精矿中的硫品位明显更低，达到0.24%，脱硫效果显著，符合铁精矿质量标准。虽然铁精矿产率最低，铁精矿损失最大，但各产品产率没有明显差异。综合考虑，以CS-01为浮选脱硫活化剂效果最佳。

2.4 组合活化剂试验

试验结果表明，以CS-01为活化剂时脱硫效果显著，但CS-01的用量较大。而将多种活化剂组合使用，可以产生较好的协同作用^[10]，可显著降低活化剂用量。因此，试验考察了CS-01+AO、硫酸铜+AO、硫酸铜+硫酸+AO和硫酸铜+硫酸+ACD共4种组合方式对浮选脱硫指标的影响。

2.4.1 CS-01+AO组合试验

试验固定异丁基黄药用量200g/t、2^#油用量30g/t、CS-01用量1000g/t、AO用量为变量，考察CS-01+AO组合对浮选脱硫指标的影响，试验结果见图2。

图2 CS-01与AO组合对浮选脱硫指标的影响

由图2可见，随着活化剂AO用量的增加，铁精矿中的硫品位以及铁精矿产率呈波动趋势。在AO用量为200g/t时，铁精矿中的硫品位最低，但是其脱硫效果明显低于单一活化剂CS-01脱硫效果。

2.4.2 硫酸铜+AO组合试验

试验固定异丁基黄药用量200g/t、2^#油用量30g/t、硫酸铜用量500g/t、AO用量为变量，考察硫酸铜+AO组合对浮选脱硫指标的影响，试验结果见图3。

图3 硫酸铜与AO组合对浮选脱硫指标的影响

由图3可见，随着AO用量的增加，铁精矿中的硫品位先急剧降低后几乎不变，而铁精矿产率持续下降。铁精矿损失也较高，因此判断硫酸铜+AO组合脱硫效果不及单一CS-01脱硫效果。

2.4.3 硫酸铜+硫酸+AO组合试验

试验固定异丁基黄药用量200g/t、2^#油用量30g/t、硫酸用量1500g/t、AO用量200g/t，硫酸铜用量为变量，考察硫酸铜+硫酸+AO组合对浮选脱硫指标的影响，试验结果见图4。

图4 硫酸铜+硫酸+AO组合对浮选脱硫指标的影响

由图4可见，随着硫酸铜用量的增加，铁精矿中的硫品位先下降后上升再下降，在硫酸铜用量为300g/t时最低，为0.29%，铁精矿产率呈下降趋势，但变化不大。相较于CS-01为捕收剂时浮选指标，其铁精矿中硫品位稍高，铁精矿产率差异不大，该活化剂组合可代替CS-01，但综合考虑药剂成本及工艺复杂程度，不选择该活化剂组合。

2.4.4 硫酸铜+硫酸+ACD组合试验

试验固定异丁基黄药用量200g/t、2^#油用量30g/t、硫酸用量1500g/t、ACD用量200g/t、硫酸铜用量为变量，考察硫酸铜+硫酸+ACD组合对浮选脱硫指标的影响，试验结果见图5。

图5 硫酸铜+硫酸+ACD组合对浮选脱硫指标的影响

由图5可见，随着硫酸铜用量的增加，铁精矿中的硫品位呈先下降后上升趋势，铁精矿产率呈先上升后下降趋势，硫酸铜用量为100g/t时，浮选指标最好；但相较于CS-01为捕收剂时浮选指标，其铁精矿中的硫品位偏高，铁精矿产率提高不明显，因此判断该活化剂组合活化能力不及单一CS-01。

2.5 活化剂用量试验

通过单一活化剂与组合活化剂试验发现，CS-01活化效果最好，因此决定采用CS-01为活化剂，并固定异丁基黄药用量200g/t、2^#油用量30g/t，考察CS-01用量对浮选脱硫的影响，试验结果见图6。

图6 活化剂用量对浮选脱硫的影响

由图6可见，随着CS-01用量的增加，铁精矿中的硫品位降低，当CS-01用量大于2000g/t时，铁精矿中的硫品位几乎不变，铁精矿产率几乎不变；综合考虑，CS-01用量为2000g/t时浮选指标最佳。

2.6 闭路试验

在条件试验和开路试验基础上进行闭路试验，闭路试验流程及药剂用量见图7，闭路试验结果见表4。

图7 浮选脱硫闭路试验流程

表4 浮选脱硫闭路试验结果 %

产品名称	产率	品位		回收率
产品名称	产率	TFe	S	TFe	S
硫精矿	3.39	25.29	49.68	2.68	80.14
铁精矿	96.61	0.22	63.25	97.32	19.86
原矿	100.00	1.07	62.79	100.00	100.00

由表4可见，以CS-01为活化剂，异丁基黄药为捕收剂，2^#油为起泡剂，经过1粗2精1扫的工艺流程，可获得全铁品位为63.25%、全铁回收率为97.32%、含硫0.22%、硫分布率为19.86%的铁精矿，脱硫效果理想，铁精矿品质得到了显著提高。

3 结论

（1）新疆和静县铁矿硫含量较高，且主要赋存形式为磁黄铁矿，磁选作业无法有效脱除，铁精矿含硫量高达1.07%。试样矿物赋存形式复杂、种类繁多，主要矿物组成为磁铁矿、石英、磁黄铁矿，含有少量的赤铁矿、褐铁矿、黄铁矿、菱铁矿、硅灰石、透辉石，微量矿物为闪锌矿、黄铜矿、软锰矿、长石等。铁物相研究结果表明，硫主要赋存形式为磁黄铁矿，其次少量以黄铁矿形式存在。单体解离度测定结果表明，磁黄铁矿、黄铁矿单体解离良好，连生体含量较低。

（2）针对该试样性质，以CS-01为活化剂，异丁基黄药为捕收剂，2^#油为起泡剂，经过1粗2精1扫的浮选工艺流程，可获得全铁品位为63.25%、全铁回收率为97.32%、含硫0.22%、硫分布率为19.86%的铁精矿，脱硫效果理想，铁精矿品质获得了显著提高。

常慕远李增华林俊领等（新疆宝地矿业有限责任公司等）本文发表于《现代矿业》2018年第7期

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