某極細(xì)粒級黃鐵礦回收硫工藝試驗(yàn)

成 嵐 李茂林

(1.武漢科技大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院；2.冶金礦產(chǎn)資源高效利用與造塊湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3.長沙礦冶研究院有限責(zé)任公司)

某極細(xì)粒級黃鐵礦回收硫工藝試驗(yàn)

成 嵐1,2李茂林1，2，3

(1.武漢科技大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院；2.冶金礦產(chǎn)資源高效利用與造塊湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3.長沙礦冶研究院有限責(zé)任公司)

某鉛鋅尾礦濃密機(jī)溢流中黃鐵礦具有可回收價(jià)值，試驗(yàn)驗(yàn)證在GMX-100旋流器參數(shù)溢流管直徑為22 mm、沉砂嘴為14 mm、給礦壓力為0.3 MPa的條件下，制備得到的沉砂濃度達(dá)到50%左右，硫品位為30%，硫回收率為60%左右，與現(xiàn)場生產(chǎn)高硫的給礦條件相似。將沉砂與生產(chǎn)高硫給礦按2∶8的比例混合浮選，試驗(yàn)室1次粗選硫精礦指標(biāo)與原單一高硫給礦的浮選指標(biāo)相近，硫品位均達(dá)到43%以上，回收率達(dá)到93%以上，具有工業(yè)可行性。

極細(xì)粒級黃鐵礦 旋流器 硫精礦 浮選

黃鐵礦回收產(chǎn)品硫精礦是硫酸工業(yè)的重要原料，其作為有色金屬礦山的副產(chǎn)品也為礦山增加了經(jīng)濟(jì)效益[1-2]。某鉛鋅選礦廠鋅尾濃密機(jī)底流濃縮進(jìn)行高品位硫精礦的回收，濃密機(jī)溢流則濃縮后送至尾礦庫，分析結(jié)果可知這部分流量中含有粒度較細(xì)的大量黃鐵礦，在日光照射和雨淋作用下，會產(chǎn)生大量硫酸，致使尾礦酸化嚴(yán)重，直接進(jìn)入尾礦庫不但浪費(fèi)資源，而且污染環(huán)境[3-4]。試驗(yàn)探索將溢流進(jìn)行處理使其能達(dá)到一定的要求，進(jìn)而將其與高硫給礦按一定的比例混合進(jìn)行回收高硫精礦，一方面可提高硫回收率，另一面減少了生產(chǎn)上的設(shè)備改造投資。

1 試樣性質(zhì)

試樣取自現(xiàn)場鋅尾濃密機(jī)溢流濃縮后的底流礦漿，為充分了解礦物性質(zhì)對回收效果的影響，對試樣進(jìn)行了化學(xué)多元素、X衍射分析及粒度分析，其結(jié)果分別見表1～表3。

表1 試樣化學(xué)多元素分析結(jié)果 %

成分FePbZnCuAsSSiO2TiO2含量23.411.060.390.0240.09825.0420.190.14成分Al2O3CaOMgONa2OK2OC燒失含量5.6510.680.920.0601.752.6915.58

由表1可知，試樣中鉛和鋅的含量較低，可供選礦富集回收的主要元素硫含量達(dá)到25.04%，為達(dá)到富集有用礦物的目的，需要選礦排除的脈石組分主要是SiO2，次為Al2O3、CaO和K2O，四者合計(jì)含量為38.27%。

由圖1可見，樣品中的礦石組分簡單，金屬礦物主要是黃鐵礦，次為方鉛礦和閃鋅礦；脈石礦物以石英、方解石和絹云母為主，其次是白云石和綠泥石。

表2 試樣粒度分析結(jié)果

由表2可知，試樣中-5,-10μm粒級產(chǎn)率分別高達(dá)33.00%、44.29%，由表中的數(shù)據(jù)可以計(jì)算出平均粒徑為11.72μm，粒度極細(xì)，黃鐵礦主要分布在5～40μm粒級，分布率為77.53%，-5μm粒級占22.14%。

粒度分析顯示，-5μm粒級含量為33.00%，硫分布率為22.14%，若先用旋流器脫除這部分粒級[5]，盡管從表面上看會直接損失22.14%的回收率，但會帶來較明顯的益處：①微細(xì)粒的脫除一定會提高可浮性；②在脫除細(xì)顆粒的同時(shí)，提高了物料的濃度，入選體積量將大為減少，即使需要場地，場地的面積也會大為減少；③可以探索脫除細(xì)顆粒后-5μm粒級回到目前選硫系統(tǒng)的可行性，如果可行，將不需要新建系統(tǒng)，做到以較少的投入得到合適的經(jīng)濟(jì)效益；④由于不含極細(xì)粒級，過濾性能將比全粒級要好，將不會對目前的精礦水分產(chǎn)生顯著的影響。

圖1 試樣X射線衍射分析圖譜

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

試驗(yàn)先將礦樣通過GMX100旋流器處理，旋流器溢流管直徑為22 mm、沉砂嘴為14 mm、給礦壓力為0.3 MPa，再將沉砂直接經(jīng)過浮選回收，浮選捕收劑乙黃藥為現(xiàn)場采取的7%的溶液，活化劑硫酸為分析純，粗選設(shè)備為1.5 L的XFD單槽浮選機(jī)，浮選時(shí)間為5 min，試驗(yàn)流程見圖2。

圖2 旋流器處理粗選試驗(yàn)流程

2.1 旋流器參數(shù)驗(yàn)證試驗(yàn)

為使?jié)饷軝C(jī)溢流滿足與底流混合浮選的條件，試驗(yàn)探索使用旋流器將溢流進(jìn)行處理，目的是脫除溢流中含量較少的-5 μm粒級，制得沉砂濃度達(dá)到50%左右，與生產(chǎn)上高硫給礦濃度相當(dāng)，混合后才可能在不影響原流程生產(chǎn)指標(biāo)的情況下使得濃密機(jī)溢流也得以回收。給定旋流器參數(shù)du=14 mm、do=22 mm、給礦壓力為0.3 MPa，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 旋流器參數(shù)驗(yàn)證結(jié)果

由表3可知，在給定的旋流器參數(shù)下，沉砂濃度均達(dá)到50%左右，硫品位在30%左右，硫回收率在60%左右，為下一步浮選回收驗(yàn)證了可行性。

2.2 沉砂粒度組成分析

為了解浮選給礦的粒度大小，對沉砂進(jìn)行了粒度分析，其結(jié)果見表4。

由表4可知，對比旋流器的給礦能夠明顯看出沉砂更粗，沉砂中20～40 μm粒級含量遠(yuǎn)多于給礦的含量。

表4 沉砂粒度分析結(jié)果

2.3 硫酸用量試驗(yàn)

由于現(xiàn)場原礦樣pH值較高達(dá)到了12左右，是由于黃鐵礦在之前受到了大量石灰的強(qiáng)烈抑制，浮選之前首先要將其活化，硫酸是常用的活化劑，也是pH值調(diào)整劑[6]。在硫酸攪拌時(shí)間為6.5 min、乙黃藥用量為400 g/t、2#油用量為10 g/t、充氣量為130 L/h的試驗(yàn)條件下，進(jìn)行硫酸用量條件試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 硫酸用量試驗(yàn)結(jié)果

由表5可知，隨著硫酸用量的增加，精礦硫回收率升高，當(dāng)用量為7 kg/t時(shí)，硫回收率達(dá)94.71%，后再增加用量，硫回收率基本不變，故硫酸最佳用量為7 kg/t；過量的硫酸與脈石成分如方解石CaCO3反應(yīng)[7]生成了CaSO3，而CaSO3也正是黃鐵礦表面的抑制物。

2.4 硫酸攪拌時(shí)間試驗(yàn)

硫酸是浮選回收多金屬硫化礦的主要活化劑，其在礦漿中的均勻程度，也將影響硫酸與黃鐵礦之間的活化反應(yīng)，攪拌時(shí)間的長短主要影響硫酸在礦漿中的均勻程度。在乙黃藥用量為400 g/t、硫酸用量為7 kg/t，2#油用量為10 g/t、充氣量為130 L/h的試驗(yàn)條件下，進(jìn)行攪拌時(shí)間試驗(yàn)，結(jié)果見表6。

由表6可知，攪拌時(shí)間延長精礦硫品位先降低后升高，硫回收率先升高再降低，當(dāng)攪拌時(shí)間達(dá)到 5 min時(shí)，精礦硫品位為41.30%，精礦硫回收率最大達(dá)93.82%，故5 min為最佳攪拌時(shí)間。由于攪拌時(shí)間越長，硫酸能更均勻的作用于礦粒，使黃鐵礦粒得到充分活化，進(jìn)而使可浮顆粒增加，因此硫品位會有所升高；而攪拌時(shí)間過長，礦漿中進(jìn)入大量的空氣，會使一些本來可浮的顆粒被再次氧化，因此硫精礦回收率會降低。

表6 硫酸攪拌時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果

2.5 捕收劑用量試驗(yàn)

黃藥類多用于非金屬硫化礦的浮選，試驗(yàn)選用乙黃藥作為捕收劑，在硫酸用量為7 kg/t、硫酸攪拌時(shí)間為5 min、2#油用量為10 g/t、充氣量為130 L/h的條件下，進(jìn)行乙黃藥用量試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表7。

表7 乙黃藥用量試驗(yàn)結(jié)果

由表7可知，隨著乙黃藥用量的增加，精礦硫品位降低，而硫精礦回收率則升高；這可能是因?yàn)樵嚇恿６冗^細(xì)，過量的捕收劑使精礦產(chǎn)生了夾雜，硫精礦品位降低；而當(dāng)乙黃藥用量由100 g/t增加到200 g/t時(shí)，精礦硫回收率增加了22.42個(gè)百分點(diǎn)，后再增加用量，回收率增加不明顯且硫品位下降，因此200 g/t為最佳用量。

2.6 充氣量試驗(yàn)

充氣量的大小，直接決定著浮選礦漿中的氣泡量和氣泡的大小，尤其在細(xì)粒級浮選中，氣泡必須密實(shí)、豐富才能使礦粒與氣泡均勻接觸，并有效碰撞黏附。在硫酸用量為7 kg/t、硫酸攪拌時(shí)間為5 min、2#油用量為10 g/t、乙黃藥用量為200 g/t的條件下進(jìn)行充氣量試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表8。

由表8可知，隨著充氣量的增加，精礦硫回收率升高，當(dāng)充氣量達(dá)到160 L/h時(shí)，回收率最大，達(dá)到了88.51%，此時(shí)的硫品位略低于其他值；綜合考慮，充氣量為160 L/h時(shí)最佳。

表8 充氣量試驗(yàn)結(jié)果

2.7 混合浮選

為了在減少工業(yè)改造投資的條件下很好的回收沉砂中的黃鐵礦，設(shè)計(jì)了沉砂和硫給的混合浮選試驗(yàn)，其中浮選給礦是以沉砂和硫給礦的干礦質(zhì)量比為2∶8混合給入浮選機(jī)，試驗(yàn)流程見圖3，試驗(yàn)條件為條件試驗(yàn)確定的最佳值。因?yàn)榱蚪o礦已經(jīng)加入了一部分的硫酸活化，所以硫酸的用量按浮選給礦中沉砂的質(zhì)量為基準(zhǔn)進(jìn)行加藥，其他藥劑按照浮選給礦的總質(zhì)量為基準(zhǔn)進(jìn)行加藥。

圖3 混合浮選試驗(yàn)流程

2.7.1 捕收劑用量

為探究混合礦的浮選效果，對捕收劑用量做了定量試驗(yàn)，試驗(yàn)流程見圖3，試驗(yàn)結(jié)果見表9。

表9 乙黃藥用量試驗(yàn)結(jié)果

由表9可知，隨乙黃藥用量的增加，精礦硫品位略降低，當(dāng)乙黃藥用量增加到150 g/t時(shí)，精礦硫回收率增加了5.86個(gè)百分點(diǎn)；當(dāng)用量增加到200 g/t時(shí)，回收率僅增加了1.37個(gè)百分點(diǎn)，效果不明顯，因此選擇混合礦乙黃藥最佳用量為150 g/t。

2.7.2 浮選比較

取生產(chǎn)上硫給礦即時(shí)樣，與混合礦在相同的試驗(yàn)條件下，分別做了對比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表10。

表10 浮選對比試驗(yàn)結(jié)果

由表10可知，采用乙黃藥時(shí)，硫給礦單獨(dú)浮選和混合礦浮選精礦品位分別為43.05%和43.25%，硫回收率分別為93.15%和93.41%，硫品位和硫回收率基本接近；因此，可以認(rèn)為混合礦的浮選與硫給的單獨(dú)浮選結(jié)果相近，不會因?yàn)槌辽暗募尤霅夯x礦指標(biāo)，由此可判斷將沉砂與硫給混合浮選在工業(yè)生產(chǎn)上是可行性的。

3 結(jié) 語

用GMX100旋流器脫除某極細(xì)粒級黃鐵礦試樣中的-5 μm粒級，旋流器沉砂與原生產(chǎn)高硫的硫給礦按2∶8的干礦質(zhì)量比混合，1次粗選硫品位可達(dá)到43.25%、硫回收率達(dá)到93.41%、尾礦品位為6.20%，混合后的浮選性能與硫給獨(dú)立浮選的指標(biāo)沒有明顯的差異，不會因?yàn)槌辽暗募尤霅夯x礦指標(biāo)，具有工業(yè)可行性。這種回收工藝使極細(xì)粒級硫資源得到了快速回收，投資最小且技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)小，為其他類似尾礦回收提供了參考借鑒。

[1] 歐陽素勤，銀星宇．硫鐵礦選礦研究現(xiàn)狀[J]．礦產(chǎn)保護(hù)與利用，2011(6):102-107．

[2] 嚴(yán) 滎，張海平．從云浮硫鐵礦尾礦中回收硫精礦的研究[J]．湖南有色金屬，2012，28(2):13-14．

[3] 霍 濤，曹亦?。沉蜩F礦浮選尾礦再選試驗(yàn)研究[J]．礦山機(jī)械，2012，40(11):79-83．

[4] 黃菁華，張康生，劉運(yùn)財(cái)，等．復(fù)雜微細(xì)粒低品位硫回收試驗(yàn)研究[J]．礦冶工程，2010，30(1):38-40．

[5] 李茂林，顏亞梅．旋流器分選某低品位硫精礦試驗(yàn)[J]．現(xiàn)代礦業(yè)，2013(11):135-136.

[6] 楊俊彥，葉雪均，秦華偉．某選鋅尾礦回收硫礦物試驗(yàn)研究[J]．礦山機(jī)械，2013，41(6):92-95.

[7] 歐陽素勤，陳建華，黎鉉海．環(huán)江某鉛鋅礦中黃鐵礦的浮選試驗(yàn)研究[J]．礦產(chǎn)保護(hù)與利用，2010(2):33-35．

Process of Sulfur Recovery from an Ultrafine Grained Pyrite

Cheng Lan1,2Li Maolin1,2,3

(1.College of Resources and Environmental Engineering, Wuhan University of Science and Technology2.Hubei Key Laboratory for Efficient Utilization and Agglomeration of Metallurgical Mineral Resources;3.Changsha Institute of Mining and Metallurgy Co., Ltd.)

The pyrite ore in a lead-zinc ore thickener overflow has recovery value. Verification tests using GMX-100 hydrocyclone, overflow finder diameter is 22 mm, apex is 14 mm, feeding pressure is 0.3 MPa, was carried out, and sand concentration reached around 50% with sulfur grade and recovery of 30% and 60% respectively is obtained, similar to the feed conditions of on-site high sulfur production; Mixed flotation with feeding mass ratio of sand to high-sulfur products at 2∶8, sulfur concentrate index from one roughing concentration in laboratory conditions is similar to original single high-sulfur feeding, that is sulfur grade is higher than 43% and recovery is higher than 93%, with industrial feasibility.

Ultrafine pyrite, Cyclone, Sulphur concentrate, Flotation

2014-11-16)

成 嵐(1989—)，女，碩士研究生，430081 湖北省武漢市青山區(qū)和平大道建設(shè)一路947號。