某高砷硫精矿砷硫分离技术研究.pdf
某高砷硫精矿砷硫分离技术研究 ① 叶小璐1, 袁经中2 (1.北京矿冶研究总院,北京 102628; 2.云南锡业股份有限公司卡房分公司,云南 个旧 661000) 摘 要 对某被药剂污染过的高砷硫精矿进行了砷硫分离研究。 采用脱药-浮选-磁选联合工艺,选用砷矿物的高效抑制剂 HB,较 好解决了硫砷分离的难题,获得了硫精矿硫品位 47.43%、含砷 0.67%、硫回收率 75.31%,高铁硫精矿硫品位 33.67%、硫回收率 18.96%,砷精矿砷品位 37.86%、砷回收率 89.42%的技术指标,实现了高砷硫精矿资源化利用。 关键词 高砷硫精矿; 脱药; 浮选; 磁选; 砷硫分离 中图分类号 TD982文献标识码 Adoi10.3969/ j.issn.0253-6099.2017.03.018 文章编号 0253-6099(2017)03-0068-04 Separation of Arsenic and Sulfur from High Arsenic-bearing Pyrite Concentrate YE Xiao-lu1, YUAN Jing-zhong2 (1.Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy, Beijing 102628, China; 2.Kafang Branch of Yunnan Tin Company Group Limited, Gejiu 661000, Yunan, China) Abstract Research was conducted on arsenic-sulfur separation for a kind of high arsenic-bearing pyrite concentrate polluted by reagent. A combined flowsheet of reagent removal-flotation-magnetic separation was adopted with HB as arsenic depressant, leading to a satisfactory result for arsenic and sulfur separation. A sulfur concentrate assaying 47.43% S and only 0.67% As with a sulfur recovery of 75.31%, a high-iron sulfur concentrate grading 33.67% S at 18.96% recovery and an arsenic concentrate assaying 37.86% As at 89.42% recovery were obtained, testifying that the purpose of utilization of high arsenic-bearing sulfur concentrate can be attained. Key words high-arsenic sulfur concentrate; reagent removal; flotation; magnetic concentration; arsenic/ sulfur separation 硫铁矿和伴生硫铁矿是我国最主要的硫资源,在 我国资源总储量 80%的共伴生矿产中,硫铁矿是最常 见的共生矿物。 在共伴生矿床中常常伴生有以毒砂为 主要存在形式的砷化物[1-4]。 由于毒砂的可浮性与黄 铁矿、磁黄铁矿相近,导致其与有用矿物间浮选分离困 难,极易导致硫精矿中砷杂质超标[5-7]。 部分矿山因 砷杂质元素超标等原因,只能将产出的大量硫铁精矿 堆存,不仅占据了大量耕地,而且周边环境也存在不同 程度的砷污染。 因此,提硫降砷已成为选矿领域的一 大难题。 随着矿山资源的不断开发与消耗,矿物组成 愈发复杂,提硫降砷也更加困难,如何降低硫精矿中砷 等有害元素的含量并尝试综合回收砷已成为目前国内 外相关领域研究的重要课题[3]。 本文以某硫精矿为研究对象,在工艺矿物学基础上, 结合矿石性质,通过系统的选矿试验研究,研发了合理的 工艺流程及药剂制度,获得了硫精矿、高铁硫精矿和砷精 矿,实现了硫精矿提硫降砷及砷的强化回收,可为此类矿 石的高效分离及资源综合利用提供参考与借鉴。 1 矿石性质 某高砷硫精矿化学多元素分析结果见表 1。 由表 1 可知,硫精矿中硫含量为 39.49%,属低品位硫精矿; 砷含量高达 6.84%,严重影响了硫精矿的品质。 表 1 高砷硫精矿化学多元素分析结果(质量分数) / % FeSCuBiWO3Ag1)Au1)As 45.9539.490.020.0890.022.470.706.84 PbZnK2ONa2OCaOAl2O3MgOSiO2 0.300.230.11<0.0050.620.380.463.95 1) 单位为 g/ t。 对高砷硫精矿进行了矿物含量测定、砷物相分析 及含砷硫精矿 X 射线衍射,其中氧化砷占有率为 ①收稿日期 2016-11-25 作者简介 叶小璐(1991-),女,云南昭通人,助理工程师,硕士,主要从事工艺矿物学研究工作。 第 37 卷第 3 期 2017 年 06 月 矿矿 冶冶 工工 程程 MINING AND METALLURGICAL ENGINEERING Vol.37 №3 June 2017 万方数据 0.49%,硫化砷占有率为 99.51%。 硫化砷主要以毒砂 形式存在,硫铁矿主要为磁黄铁矿和黄铁矿,此外还含 有微量黄铜矿、砷黝铜矿、自然铋、辉铋矿、褐铁矿、闪 锌矿等金属矿物。 脉石矿物主要有石英、菱铁矿,少量 白云石、黑云母、绿泥石、透辉石、白云母、钾长石、高岭 石,偶见萤石、斜长石、钙铁榴石等。 高砷硫精矿主要矿物解离度测定结果如表 2 所 示。 由表 2 可知,黄铁矿、磁黄铁矿、毒砂解离程度都 较高,其单体解离率均在 80%以上。 表 2 高砷硫精矿主要矿物解离度测定结果 矿物 种类 单体解离度 / % 连生体/ % >3/43/4~1/21/2~1/4<1/4 黄铁矿86.0011.31.250.830.62 磁黄铁矿82.5613.572.340.780.75 毒砂80.5412.873.562.470.56 综上所述,该硫精矿为低硫高砷硫精矿,其主要有 用矿物为黄铁矿、磁黄铁矿及毒砂;毒砂与黄铁矿、磁 黄铁矿的嵌布关系并不十分密切,表明矿物学因素不 是影响砷-硫分离的主要因素,因此砷-硫分离的关键 在于选择合理的选矿药剂和工艺流程。 2 原则流程的确定 硫精矿表面常含有过剩药剂,脱药是影响浮选选 择性的重要因素[8];黄铁矿、磁黄铁矿及毒砂均具有 良好的可浮性,但是黄铁矿与磁黄铁矿和毒砂被氧化 后可浮性有明显差异,因此采用浮选法并配合适宜的 抑制剂可实现毒砂、磁黄铁矿与黄铁矿的分离;磁黄铁 矿具有磁性,而毒砂不具磁性,利用两者磁性差异,可 采用磁选法将二者分离。 为此,确定本研究的原则流 程如图 1 所示。 砷硫精矿 脱 药 水 浮选 选硫 硫精矿 磁选 选硫 高铁硫精矿砷精矿 图 1 原则流程 3 选矿试验方案选择 3.1 脱药必要性及脱药方式的选择 生产中常采用活性炭、硫化钠及加温等方式进行 脱药,并辅之以搅拌等机械手段。 活性炭吸附能力较 强,可吸附矿浆中过剩药剂,使浮选药剂在矿物表面解 吸;硫化钠则可解吸矿物表面的捕收剂薄膜;加温可分 解矿物表面的浮选药剂,从而增强浮选分离阶段捕收 剂的选择性。 分别采用硫化钠、活性炭及加温(90 ℃, 保温 90 min)等方式进行脱药,结果见表 3。 结果表 明,不脱药条件下硫砷难以实现分离,脱药后硫砷分离 指标均得到明显改善,相对来说,硫化钠脱药与加温脱 药获得的指标相对较好,考虑到加温脱药工艺相对复 杂,成本较高,因此选择硫化钠进行脱药处理,用量为 5 000 g/ t。 表 3 脱药方式对比 脱药 方式 药剂用量 / (gt -1 ) 产品 名称 产率 / % 品位/ %回收率/ % SAsSAs 硫化钠 硫精矿86.9440.737.3291.4889.89 0尾矿13.0625.265.488.5210.11 合计100.0038.717.08100.00 100.00 硫精矿65.0045.921.3776.9912.69 5 000尾矿35.0025.49 17.5123.0187.31 合计100.0038.777.02100.00 100.00 硫精矿64.5246.321.3977.0312.85 10 000尾矿35.4825.12 17.1522.9787.15 合计100.0038.806.98100.00 100.00 活性炭 硫精矿55.1343.014.0861.1832.09 3 000尾矿44.8733.54 10.6138.8267.91 合计100.0038.767.01100.00 100.00 硫精矿52.7945.264.1261.6930.81 5 000尾矿47.2131.43 10.3538.3169.19 合计100.0038.737.06100.00 100.00 硫精矿52.5145.694.0762.0630.58 10 000尾矿47.4930.89 10.2237.9469.42 合计100.0038.666.99100.00 100.00 硫精矿66.7746.021.5379.2114.55 加温尾矿33.2324.27 18.0520.7985.45 合计100.0038.797.02100.00 100.00 3.2 砷硫分离浮选试验 3.2.1 砷硫分离抑制剂试验 黄铁矿和毒砂可浮性均较好,但两者受氧化程度 却具有明显差异。 毒砂易氧化,在其新鲜表面上生成 亲水性薄膜而被抑制;而黄铁矿晶格中硫离子成对存 在,其尺寸比铁阳离子大,受氧化作用时表面易形成元 素硫,进而增强了疏水性,使黄铁矿可浮性不会明显降 低[9]。 磁黄铁矿具有高铁低硫的特点,表面极易受氧化 生成铁氢氧化物,从而形成亲水性薄膜,导致可浮性明 显降低,磁黄铁矿受氧化程度较黄铁矿高,与毒砂接近。 氯化铵是常见的铵类砷抑制剂,研究表明,黄铁矿 在碱性矿浆中受氯化铵保护而不被石灰抑制,而毒砂 则受到石灰的抑制作用可浮性降低,从而达到抑砷浮 硫的目的。 糊精是常见的大分子有机抑制剂,可消除 矿浆中的活化离子,在其大分子链烃上同时存在多种 官能团与极性基,从而提高药剂对毒砂的强烈选择性 抑制。 石灰是砷硫分离时常见的碱性无机抑制剂,毒 96第 3 期叶小璐等 某高砷硫精矿砷硫分离技术研究 万方数据 砂在强碱性环境中,表面易形成亲水性薄膜而使其矿 物表面亲水。 HB 是自主研发的高效铵盐改性无机砷 抑制剂,具有无毒环保、易制取等优点,在强碱性环境 下,可选择性抑制毒砂,而对黄铁矿的可浮性干扰较 小。 分别采用无机抑制剂 HB、氯化铵、糊精、石灰等 4 种砷抑制剂进行了对比试验,结果见表 4。 结果表明, 采用 HB、氯化铵及石灰作砷抑制剂时,硫精矿中砷含 量均有明显降低,且采用 HB 为砷抑制剂时,硫精矿中 硫回收率明显高于使用氯化铵及石灰的情况。 综合考 虑,最终采用 HB 作砷抑制剂。 HB 用量试验结果见 表 5。 结果表明,HB 的最佳用量为 600 g/ t。 表 4 抑制剂种类试验结果 抑制剂种类及用量 / (gt -1 ) 产品 名称 产率 / % 品位/ %回收率/ % SAsSAs 硫精矿64.6345.561.2676.0111.57 HB 400尾矿35.3726.28 17.6023.9988.43 合计100.0038.747.04100.00 100.00 硫精矿43.3148.111.8953.8311.66 氯化铵 200尾矿56.6931.53 10.9446.1788.34 合计100.0038.717.02100.00 100.00 硫精矿62.9446.165.0274.9245.27 糊精 5 000尾矿37.0626.25 10.3125.0854.73 合计100.0038.786.98100.00 100.00 硫精矿31.9548.932.6740.3912.19 石灰 5 000尾矿68.0533.919.0359.6187.81 合计100.0038.717.00100.00 100.00 表 5 HB 用量试验结果 HB 用量 / (gt -1 ) 产品 名称 产率 / % 品位/ %回收率/ % SAsSAs 硫精矿70.4142.213.1476.6831.50 200尾矿29.5930.5516.2523.3268.50 合计100.0038.767.02100.00100.00 硫精矿65.4845.251.8976.5617.50 400尾矿34.5226.2816.8923.4482.50 合计100.0038.707.07100.00100.00 硫精矿60.8248.561.0376.348.95 600尾矿39.1823.3716.2723.6691.05 合计100.0038.697.00100.00100.00 硫精矿60.6948.670.5676.214.83 800尾矿39.3123.4617.0523.7995.17 合计100.0038.767.04100.00100.00 3.2.2 砷硫分离闭路试验 在上述试验基础上,结合其他工艺参数的条件试 验,最终确定采用一粗二扫三精的浮选工艺流程进行 砷与黄铁矿的浮选分离,结果见表 6。 表 6 砷硫浮选分离试验结果 产品 名称 产率 / % 品位/ %回收率/ % SAsSAs 硫精矿61.5947.430.6775.315.88 硫浮选尾矿38.4124.9317.3024.6994.12 合计100.0038.797.06100.00100.00 经闭路试验,不仅可获得硫品位 47.43%、回收率 75.31% 的硫精矿,而且有效地将硫精矿中砷降至 0.67%,砷脱除率高达94.12%,实现了黄铁矿与毒砂的 高效分离。 3.3 砷硫分离磁选试验 浮硫尾矿中毒砂和磁黄铁矿可浮性相近,而磁性 却相差很大,因此生产中常采用磁选方法来分离磁黄 铁矿和毒砂。 由工艺矿物学研究结果可知,该矿区磁 黄铁矿磁性变化较大,部分呈强磁性,大部分则呈弱磁 性。 结合该矿区磁黄铁矿的性质特点,采用弱磁与强 磁相结合的流程进行毒砂与磁黄铁矿的分离。 对强磁 粗选磁场强度进行了试验,精选磁场强度视粗选适当 调节。 试验流程见图 2,结果见表 7。 给矿硫浮选尾矿 强 磁选 强磁 粗选 高铁硫精矿强磁尾矿 0.15 T 图 2 砷硫分离磁选流程 表 7 砷硫分离磁选试验结果 强磁场强 / T 产品 名称 产率 / % 品位/ %回收率/ % SAsSAs 高铁硫精矿44.1835.111.2462.223.19 0.30强磁尾矿55.8216.8829.8037.7896.81 硫浮选尾矿100.0024.9317.18100.00100.00 高铁硫精矿48.2734.761.3967.413.90 0.35强磁尾矿51.7315.7731.9232.5996.10 硫浮选尾矿100.0024.8917.21100.00100.00 高铁硫精矿56.8833.671.5177.135.02 0.45强磁尾矿43.1213.4137.8622.8794.98 硫浮选尾矿100.0024.8317.11100.00100.00 高铁硫精矿59.8232.871.5179.195.24 0.50强磁尾矿43.1214.5137.7620.8194.76 硫浮选尾矿100.0024.8317.23100.00100.00 结果表明,针对弱磁尾矿,增大强磁选磁场强度, 强磁精矿硫回收率随之增加,表明增大场强可有效回 收磁性较弱的磁黄铁矿。 当场强达到 0.45 T 时,硫回 收率趋于稳定,因此,可以确定粗选场强为 0.45 T。 值 得关注的是,强磁精矿中砷回收率随场强增大也略有 增加,这主要是磁选夹带所致,因此,对强磁选精矿在 场强 0.40 T 情况下,进行再次精选,减少强磁精矿中 砷含量。 3.4 全流程闭路试验 在脱药处理、砷硫浮选分离、砷硫磁选分离试验基 础上,进行了全流程试验,试验流程见图 3,结果见表 8。 07矿 冶 工 程第 37 卷 万方数据 含砷硫精矿 药剂单位g/t HB 丁基黄药 2油 粗 选 精选 1扫选 1 精选 2 扫选 2 600 200 45 3 min 2 min 1 min HB 丁基黄药 2油 300 70 15 3 min 2 min 1 min HB 丁基黄药 2油 100 20 5 3 min 2 min 1 min HB2003 min HB503 min HB203 min 精选 3 硫精矿 硫化钠 弱 磁选 高铁硫精矿砷精矿 0.15 T 强磁 粗选 0.45 T 强磁 精选 0.40 T 5000 图 3 闭路试验流程 表 8 闭路试验结果 产品 名称 产率 / % 品位/ %回收率/ % SAsSAs 硫精矿61.5947.430.6775.315.88 高铁硫精矿21.8433.671.5118.964.70 砷精矿16.5713.4137.865.7389.42 合计100.0038.797.02100.00100.00 结果表明,采用“预先脱药-抑砷浮硫”流程,并结 合高效砷抑制剂 HB,使毒砂得到选择性抑制,实现了 黄铁矿与毒砂的有效分离,获得了硫品位 47.43%、回 收率 75.33%的硫精矿,砷含量降至 0.67%。 此外,根 据该厂区磁黄铁矿磁性变化较大的特点,研发了针对 性的“弱磁-强磁”联合流程,突破了磁黄铁矿常规弱磁 选的瓶颈,不仅获得了硫品位 33.67%、砷含量 1.51%、 回收率 18.96%的高铁硫精矿,大大降低了高铁硫精矿 中砷含量,成功解决了毒砂与磁黄铁矿难分离的选矿 难题,而且获得了砷品位 37.86%、回收率 89.42%的砷 精矿,实现了高砷硫精矿的高效综合回收利用。 4 结 论 1) 某高砷硫精矿中主要矿物为黄铁矿、磁黄铁矿 和毒砂,矿物含量分别为 58.32%、13.31%及 14.86%, 硫精矿中砷主要以毒砂形式存在,硫精矿中硫、砷矿物 解离程度较高,矿物学因素对砷硫分离影响不大。 2) 采用硫化钠预先脱药,有效解决了药剂残留对 硫砷分离的影响,并配合高效砷抑制剂 HB,采用“抑 砷浮硫”工艺,实现了黄铁矿与砷的有效分离。 3) 采用“弱磁-强磁”联合流程,不仅有效实现了 毒砂与磁黄铁矿的高效分离,而且实现了砷的综合回 收,为我国此类高砷硫精矿的高效分离及综合回收利 用提供了参考与借鉴。 参考文献 [1] 孟书青,金华爱,陶红春,等. 高砷多金属硫化矿浮选降砷途径 [J]. 矿冶工程, 1991,11(1)37-40. 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