钢铁工业对我国经济发展至关重要，而铁矿石是钢铁工业的基础原材料，由于我国铁矿石具有“贫、细、杂”的特点，国产铁精矿供不应求，对外依存度极高[1-2]。此外，近年来美西方对我国贸易政策收紧，我国铁矿石供应安全受到威胁，为应对这一困局，我国钢铁企业加快了在非洲、印尼等地的矿业布局[3],以拓宽铁矿石来源。同时，随着世界高品质铁矿资源逐年减少，低品质铁矿资源的开发利用愈发重要，高硫铁矿便是其中之一[4]。高硫铁矿的回收利用大多较难，不仅需要考虑最终铁精矿的铁含量，最大难点还在于铁精矿的硫含量不能超标，否则不仅影响后续钢铁冶炼工序及钢材质量[5],还会加大企业的环保压力。目前高硫铁矿的选矿回收工艺有“先磁后浮”和“先浮后磁”两大类，研究重点在于磁浮工艺的顺序选择以及磁黄铁矿浮选药剂种类的筛选与配比等[6-7],均取得了一些进展。李宇雄等[8]采用先浮后磁工艺，使用硫酸和硫酸铜作活化剂、丁基黄药作捕收剂处理新疆某高硫铁矿，所得铁精矿硫含量降至0.071%;曹玉川等[9]采用弱磁—铁粗精矿脱硫—再磨—弱磁工艺，使用CSY-3作活化剂，丁基黄药+丁铵黑药(比例3∶1)作捕收剂处理某高硫铁矿，所得铁精矿含铁63.35%,含硫0.21%。本文研究的矿样为来自印尼塔岛的某高硫铁矿床，该铁矿床的储量较大，且主要为磁铁矿。为开发利用该铁矿资源，首先对该矿样进行了详细的工艺矿物学研究，在此基础上进行了详细的选矿试验研究，确定了最佳的选矿工艺流程及技术参数，并获得了相应条件下的选矿技术指标，为后期选矿厂建设及经济评价提供了技术支撑，同时也为类似矿石的处理提供了参考价值。

1、原矿的工艺矿物学性质

1.1 化学多元素分析

原矿的化学多元素分析结果见表1。由表1可知，该矿石主要有用元素铁的含量为35.96%,主要有害元素S和P的含量均不低，分别为0.45%、0.034%,有害元素F的含量为0.69%,K2O+Na2O的含量也较高，为0.465%,主要杂质SiO2的含量为20.36%,其次MgO的含量为14.05%,其他元素含量均不高。

表1 矿石化学多元素分析结果

1.2 矿物组成和含量

原矿的矿物组成及含量见表2。由表2可知，矿石中主要金属矿物为磁铁矿，含量为44.62%,其次水镁石含量为16.87%,另有少量赤铁矿、褐铁矿和(磁)黄铁矿，以及微量黄铜矿；脉石矿物以石英、长石为主，含量分别为10.96%和6.21%,另有少量帘石和碳酸盐类矿物。

表2 矿物组成及含量

1.3 铁、硫化学物相分析

原矿的铁、硫化学物相分析结果见表3、表4。由表3可知，原矿中铁绝大部分为磁性铁，占比89.35%;其次以赤、褐铁矿形式存在的铁占比5.87%,另有少量铁以其他形式存在。由表4可知，原矿中硫主要以硫化物形式存在，占比55.56%;其次为硫酸盐中的硫，占比31.11%;另有少量硫以单质等其他形式存在，占比13.33%。

表3 铁化学物相分析结果

表4 硫化学物相分析结果

1.4 磁铁矿的嵌布粒度分布

原矿中磁铁矿的嵌布粒度分布见表5。由表5可知，原矿中磁铁矿的嵌布粒度粗细不均，以中细粒嵌布为主，-0.07 mm粒级分布率为55.58%,需要通过适当磨矿使其充分单体解离才能实现有效分选。

表5 磁铁矿嵌布粒度分布范围

2、试验结果与讨论

2.1 磨前湿式预选

由前述分析结果可知，磁铁矿是原矿石中的主要目的矿物，通过磁选易于回收，另外，为了降低磨矿成本，减少细粒尾矿排放，缓解尾矿库压力，提高生产效益[10],首先将原矿石破碎至0～10 mm, 利用CCTS-0503型粗粒湿式永磁筒式磁选机在磁场强度为318.47 kA/m的条件下进行磁选抛尾，所得结果见表6。由表6可知，将原矿破碎至粒度不超过10 mm, 经过湿式粗粒磁选抛尾，可以抛掉产率为27.85%、铁品位为8.04%的尾矿，全铁的损失率为6.23%,磁性铁损失率仅为0.72%,预选效果较好。以该湿式粗粒磁选精矿为对象，进行后续磨选试验。

表6 湿式粗粒磁选试验结果

2.2 磨矿细度条件试验

由于磁黄铁矿在磁选过程中会富集到磁选铁精矿中，导致其硫含量偏高，从而影响铁精矿质量。对于该类矿石，有“先磁后浮”和“先浮后磁”两种工艺流程。“先磁后浮”具有节省药剂用量、更加环保、铁回收率更高的优点，但磁选精矿需要浓缩才能进入后续浮选，导致流程更加复杂，且精矿脱硫效果稍差。“先浮后磁”具有脱硫效果更佳、流程简便的优点，但浮选药剂用量消耗更大，且铁回收率更低[11-12]。由于湿式粗粒磁选精矿中S含量为0.50%,不是太高，因此本次试验选择“先磁后浮”的流程方案。

将湿式粗粒磁选精矿磨至不同粒度，进行弱磁选试验。试验流程为一粗一精，磁场强度分别为159.24 kA/m和95.54 kA/m。试验结果如图1所示。由图1可知，随着磨矿细度-0.074 mm占比由45%增加到95%,铁精矿TFe品位由59.14%逐渐升高至65.28%,而TFe回收率由90.37%逐渐降低至88.86%,当-0.074 mm占比为90%时，铁精矿TFe品位大于65%,为65.04%,此时TFe回收率为88.05%,因此，选择磨矿细度-0.074 mm占比90%较合适。

图1 弱磁选磨矿细度试验结果

2.3 浮选脱硫试验

2.3.1 粗选矿浆pH试验

矿浆pH不仅能影响矿物可浮性，同时也能影响其他药剂的活性及浮选环境，是显著影响浮选效果的一个重要因素[13]。铁精矿浮选脱硫往往在偏酸性矿浆中进行，本文以H2SO4作为矿浆pH调整剂，考察矿浆pH对铁精矿浮选脱硫的影响。浮选流程为一次粗选，浮选工艺条件为：活化剂HH-1的用量为800 g/t, 丁基黄药的用量为1 200 g/t, 2#油的用量为46 g/t, 矿浆质量浓度为26%,浮选时间为5 min。试验结果如图2所示。

图2 粗选矿浆pH试验结果

由图2可知，随着矿浆pH由6增加到8,铁精矿中S品位由0.23%逐渐升高至0.29%,而S回收率由55.00%逐渐升高至65.12%。说明在适当范围内pH越低，越有利于铁精矿浮选脱硫，一方面是因为硫酸会洗去磁黄铁矿表面的Fe(OH)3氧化物亲水薄膜，降低磁黄铁矿表面的亲水性[14],另一方面是因为在酸性环境中丁基黄药会发生氧化还原反应生成双黄药，并吸附于磁黄铁矿表面进一步增加其疏水性，使其可浮性增强[15]。但酸性越强，所耗硫酸越多，且对设备腐蚀越严重[16],综合考虑，选择矿浆pH为6.5左右较合适。

2.3.2 粗选活化剂HH-1用量试验

本文使用的磁黄铁矿无机活化剂HH-1性质稳定，无毒无害，溶于水中能生成Cu2+,本次试验考察了活化剂HH-1用量对铁精矿浮选脱硫的影响。试验流程为一次粗选，试验工艺条件为：丁基黄药1 200 g/t, 2#油46 g/t, 矿浆pH 6.5,矿浆质量浓度26%,浮选时间5 min。试验结果如图3所示。

图3 粗选HH-1用量试验结果

由图3可知，随着活化剂HH-1用量增加，铁精矿中S品位由0.28%快速降低至0.23%后几乎不变，而S回收率则由61.90%先快速降低至56.10%,然后缓慢降低至53.66%。说明适当添加活化剂HH-1有利于铁精矿浮选脱硫，但用量进一步加大效果有限，这主要是因为适量的Cu2+可吸附在磁黄铁矿表面的S位点上生成疏水表面，使其浮选行为与黄铜矿相近[17-18],易于磁黄铁矿上浮。综合考虑，选择活化剂HH-1用量为800 g/t较合适。

2.3.3 粗选丁基黄药用量试验

丁基黄药是磁黄铁矿选矿中最常用的捕收剂之一[19],本文以丁基黄药作为铁精矿浮选脱硫的捕收剂，考察粗选丁基黄药用量对铁精矿浮选脱硫的影响。浮选流程为一次粗选，浮选工艺条件为：活化剂HH-1 800 g/t, 2#油46 g/t, 矿浆pH 6.5,矿浆质量浓度26%,浮选时间5 min。试验结果如图4所示。

图4 粗选丁基黄药用量试验结果

由图4可知，随着丁基黄药用量由800 g/t增加至1 400 g/t, 铁精矿中S品位由0.27%逐渐降低至0.23%,而S回收率则由61.90%逐渐降低至55.00%。综合考虑，选择丁基黄药用量为1 200 g/t较合适。

2.3.4 扫选丁基黄药用量试验

本次试验考察扫选丁基黄药用量对铁精矿浮选脱硫的影响。浮选流程为一粗一扫，浮选粗选工艺条件为：活化剂HH-1 800 g/t, 丁基黄药1 200 g/t, 2#油46 g/t, 矿浆pH 6.5,矿浆质量浓度26%,浮选时间5 min。试验结果如图5所示。

图5 扫选丁基黄药用量试验结果

由图5可知，随着扫选丁基黄药用量由200 g/t增加至500 g/t, 铁精矿中S品位由0.24%逐渐降低至0.21%,而S回收率则由52.38%逐渐降低至47.50%。综合考虑，选择丁基黄药用量为400 g/t较合适。

2.4 全流程试验

在上述试验的基础上，采用磨前湿式预选—磨矿—弱磁选选铁—浮选脱硫的工艺流程进行全流程试验。试验数质量流程如图6所示。

图6 原矿全流程选矿工艺数质量流程

由图6可知，通过全流程试验，最终可以获得产率为45.37%、铁品位为65.39%(硫含量为0.22%)、铁回收率为82.44%的铁精矿，选别指标较佳，另外该流程试验同时可以获得产率为3.86%、铁品位为61.92%(硫含量为2.59%)、铁回收率为6.64%的次铁精矿，次铁精矿含硫量太高不宜单独使用，可以在烧结球团配料过程中与其他优质铁精粉配合添加使用。

2.5 铁精矿产品考查

对图6流程所得铁精矿进行化学多元素分析，结果见表7。由表7可知，铁精矿中S含量0.21%,P含量0.003%,F含量0.12%,K2O和Na2O含量均较低，分别为0.018%和0.038%,该流程所得铁精矿的S、P、F、K2O+Na2O含量均满足铁精矿质量标准的要求[20]。

表7 铁精矿化学多元素分析结果

3、结论

(1) 某高硫铁矿石的主要有用元素铁含量为35.96%,其绝大部分为磁性铁，占比89.35%,其次以赤、褐铁矿形式存在的铁占比5.87%;主要杂质SiO2含量为20.36%,另外MgO含量为14.05%;主要有害元素S含量较高，为0.45%,主要以硫化物形式存在，占比55.56%,其次为硫酸盐中的硫，占比31.11%,另有少量硫以单质等其他形式存在，占比13.33%;有害元素P和F含量分别为0.034%和0.69%,另外K2O+Na2O含量较高，为0.465%。

(2) 某高硫铁矿石的主要金属矿物是磁铁矿，含量为44.62%,其次是水镁石，含量为16.87%,另有少量赤铁矿、褐铁矿和(磁)黄铁矿，以及微量黄铜矿。磁铁矿是开发利用该矿石的主要目的矿物，其嵌布粒度粗细不均，以中细粒嵌布为主，-0.07 mm粒级分布率为55.58%,需要通过适当磨矿使其充分单体解离才能实现有效分选。脉石矿物以石英、长石为主，含量分别为10.96%和6.21%,另有少量帘石和碳酸盐类矿物。

(3) 原矿经磨前湿式预选—磨矿—弱磁选选铁—浮选脱硫的工艺流程，获得了产率为45.37%、铁品位为65.39%(硫含量为0.22%)、铁回收率为82.44%的铁精矿，以及产率为3.86%、铁品位为61.92%(硫含量为2.59%)、铁回收率为6.64%的次铁精矿，选矿指标较佳，所得铁精矿的S、P、F、K2O+Na2O的含量均满足铁精矿质量标准的要求。

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文章来源:张凛,骆洪振,王海亮,等.国外某高硫铁矿磁浮联合选矿工艺试验研究[J].矿业研究与开发,2024,44(11):261-267.