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云南某硫精矿提硫除砷试验研究及应用 ① 熊 涛， 谢美芳， 黄会春 （赣州金环磁选设备有限公司，江西 赣州 341000） 摘 要 对云南某硫精矿进行了提硫除砷试验研究。 采用磁选工艺，分别研究了高梯度磁选给矿量、磁场强度、冲次等因素对提硫 除砷效果的影响。 结果表明，在粗选磁场强度 1.1 T、精选磁场强度 0.9 T 条件下，获得的硫精矿硫品位 27.65％、含砷 0.38％，硫回收 率 81.62％、除砷率 90％以上，基本达到硫精矿制酸要求。 关键词 磁选； SLon 立环高梯度磁选机； 硫精矿； 提质降杂； 除砷 中图分类号 TD924文献标识码 Adoi10.3969／ j.issn.0253－6099.2019.02.011 文章编号 0253－6099（2019）02－0049－04 Application of HGMS in Sulfur Upgrading by Removing Arsenic for Sulfur Concentrate from Yunnan XIONG Tao， XIE Mei-fang， HUANG Hui-chun （SLon Magnetic Separator Ltd， Ganzhou 341000， Jiangxi， China） Abstract Experimental study was conducted to improve sulfur grade of a sulfur concentrate from a plant in Yunnan Province by removing arsenic. High gradient magnetic separation was introduced， and influences of operation parameters， such as feed rate， magnetic intensity and pulsating stroke frequency， on processing effect were investigated. The results showed that， with the magnetic field strength for roughing at 1.1 T， and for cleaning at 0.9 T， sulfur grade and recovery for the sulfur concentrate attained 27.65％ and 81.62％， respectively， while the arsenic content therein were reduced to 0.38％， and over 90％ of arsenic were removed. The obtained sulfur concentrate basically met the requirement for acid manufacturing. Key words magnetic separation； SLon vertical ring magnetic separator； sulfur concentrate； quality improvement and impurity reduction； arsenic removal 硫铁矿是一种基本的化工原料，其主要用途是制 造硫酸。 在硫酸生产过程中，砷会使触媒中毒，生成氧 化砷结晶，使转化率下降，并堵塞管道，造成清理困难， 还容易使人中毒；排出的污水中含砷会造成环境污染。 硫精矿的提质降杂工艺改造，不仅能提高硫精矿产品的 销售价格，打开市场销售渠道，还能实现硫铁矿中硫和 铁资源最大化利用，减轻环境污染，增加企业经济效益， 实现无危害排放。 因此，对高砷硫铁矿进行脱砷处理， 对于减少硫酸生产过程中固体废物、废气排放，提高企 业及社会经济效益，具有十分重要的意义［1－5］。 云南某选厂每年产出硫精矿约 10 万吨，硫精矿硫 品位 22.18％左右、含铁 40％左右、含砷 3％以上，有害 杂质砷严重超标，限制了硫精矿产品的使用。 为了加 强资源综合利用，减少尾矿堆存，本文对该硫精矿产品 进行了提硫除砷试验研究。 1 矿石性质 对硫精矿试验样品进行了化学多元素分析，结果 见表 1。 经镜下鉴定、X 射线衍射分析和扫描电镜分 析测定综合研究查明，硫精矿样品中矿物成分主要为 磁黄铁矿、黄铁矿、毒砂，以及少量锡石。 脉石矿物以 石英为主，少量云母，微量绿泥石、萤石及闪石等。 对 样品中主要矿物含量进行了统计，结果见表 2。 对硫 精矿样品进行了筛分分析，结果见表 3。 表 1 试样主要化学成分分析结果（质量分数） ／ ％ CuSnZnAl2O3CaOMgOS 0.110.270.713.374.726.8822.18 TFeSiO2Na2OK2OMnOAs 40.8614.540.200.750.223.65 ①收稿日期 2018－08－26 作者简介 熊 涛（1982－），男，江西抚州人，工程师，硕士，主要研究方向为磁选设备研制及应用。 第 39 卷第 2 期 2019 年 04 月 矿矿 冶冶 工工 程程 MINING AND METALLURGICAL ENGINEERING Vol.39 №2 April 2019 万方数据 由表 1 可知，试样硫品位较低，有回收价值的元素 为硫、铁，所含杂质以 SiO2为主，其次为 MgO、CaO、 Al2O3，其中有害元素砷超标严重，限制了硫精矿的 使用。 表 2 矿石主要矿物组成 磁黄铁矿、少量黄铁矿磁铁矿毒砂闪锌矿锡石 57.5106.21.090.28 云母长石石英绿泥石滑石其他 6.192.1910.22.952.90.5 表 3 硫精矿筛析结果 粒级 ／ mm 产率 ／ ％ 品位／ ％回收率／ ％ FeSAsFeSAs ＋0.151.28 23.80 11.820.550.750.680.19 －0.15＋0.0745.1042.89 25.89 1.315.355.951.83 －0.074＋0.04515.7646.89 27.48 3.9818.0819.5317.18 ＋0.045＋0.03811.9741.88 24.76 4.5512.2613.3614.92 －0.03865.89 39.44 20.363.6563.5660.4865.87 合计100.00 40.88 22.183.65100.00 100.00 100.00 由表 3 可知，试样细粒级含量较高，－0.074 mm 粒 级含量高达93.62％，93.90％的铁、93.37％的硫和97.98％ 的砷均分布在这一粒级范围内。 2 试验结果与讨论 2.1 原则流程 工艺矿物学研究结果表明，样品中矿物成分主要 为磁黄铁矿、磁铁矿，均为强磁性矿物，而脉石矿物以 石英为主，有害元素砷则主要以毒砂形式存在，二者均 为非磁性矿物。 与此同时，硫精矿样品镜下检测结果 显示，磁黄铁矿（少量黄铁矿）解离度约为 87.5％，主 要与脉石连生，少量与锡石、毒砂连生，磁黄铁矿粒径 一般在 15～125 μm 之间；毒砂解离度约为 88.5％，主 要与脉石连生，少量与磁黄铁矿、锡石连生，毒砂粒径 一般在 10～45 μm 之间。 由此可知，硫精矿中目的矿 物磁黄铁矿与脉石矿物石英及毒砂存在较大的磁性差 异，且磁黄铁矿、毒砂的单体解离度均较高，存在通过 磁选工艺实现提质降杂的可能性，但硫精矿粒度非常 细，因此，尽管硫精矿磁性较强，普通永磁筒式磁选机 除砷效果非常差，必须选用立环脉动高梯度磁选机来 提质降杂。 硫精矿磁选提纯工艺较浮选工艺具有选矿 成本较低、设备占地面积较小、操作简单、人工费用较 低等优点，因此最终拟定采用高梯度磁选工艺作为该 硫精矿的提质降杂试验研究的工艺，试验流程见图 1。 B3 SLon 2 423D33 SLon * 图 1 硫精矿提硫除砷试验流程 2.2 磨矿细度条件试验 考察了磨矿细度对高梯度磁选除砷效率的影响， 结果见图 2。 从图 2 可以看出，随着磨矿时间延长，磨 矿细度越细，硫精矿含砷品位逐步降低，砷去除率不断 提高，硫精矿含硫品位自然提高。 这是由于原矿细度 较粗，通过磨矿作业增大了目的矿物的单体解离度，有 利于硫精矿降砷，同时也对少部分目的矿物造成了过 磨现象，导致部分目的矿物微细泥化难以有效回收，造 成这部分目的矿物的损失进而影响硫精矿回收率指 标。 综合考虑再磨作业生产成本以及企业经济效益最 大化，确定采用不磨直接磁选工艺较为适宜。 63;0min 0.80 0.70 0.60 0.50 85 83 81 79 77 75 03691215 As8 As9*5         图 2 磨矿细度条件试验结果 2.3 给矿量条件试验 高梯度磁选试验设备选用 SLon－100（1.8 T）周期 式脉动高梯度磁选机。 在磁场强度 1.1 T、冲次 250 次／ min 条件下，研究了给矿量对磁选效果的影响，结 果见图 3。 从图 3 可以看出，随着给矿量增加，高梯度 磁选精矿即硫精矿含砷量先下降而后上升，砷去除率 先逐步提高而后下降。 这是由于随着处理量增大，磁 性矿物吸附在磁选机磁棒上的量逐渐增多，磁棒外部 吸附磁性矿物与非磁性脉石杂质的连生体容易被冲洗 进入尾矿中，从而导致硫精矿中砷品位略有下降而去 除率提高。 因此，确定 Slon－100（1.8 T）周期式脉动高 梯度磁选机的适宜给矿量为 200 g／ 次。 05矿 冶 工 程第 39 卷 万方数据 -34g *-1 1.5 1.3 1.1 0.9 0.7 0.5 80 78 76 74 72 70 150100200250300 As8 As9*5           图 3 给矿量条件试验结果 2.4 脉动冲程冲次条件试验 矿粒与磁介质的碰撞次数可以近似地认为与冲程 冲次即脉动力呈线性关系［6－7］，竞争力与冲程呈线性 增长关系，而与冲次呈抛物线增长关系，增大冲程冲次 有利于提高磁选精矿品位，因此改变冲次对提高磁性 精矿品位比改变冲程更有效果，且冲程调节为机械调 节，不太方便，冲次调节为改变脉动电机频率，更为方 便，因此这里只研究了冲次对硫精矿含砷的影响，结果 见图 4。 *** min-1 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 80 75 70 65 60 55 501000150200250300 As8 As9*5             图 4 冲次条件试验结果 从图 4 中可以看出，当脉动最大速度为 0 时，矿浆 从磁介质上表面给入，磁介质上表面吸附磁性矿粒后 形成磁链，非磁性矿粒通过磁介质受阻，因而非磁矿粒 的机械夹杂非常严重，硫精矿含砷高。 随着矿浆脉动 速度增大，脉动力打破磁性矿形成的磁链，非磁性矿粒 可顺利通过磁介质，因而机械夹杂越来越少，硫精矿含 砷越来越低。 但冲次越大，鼓膜使用寿命越小，因此最 终确定合适的脉动冲次为 250 次／ min。 2.5 粗选背景磁场强度条件试验 为进一步考察磁场强度对精矿含砷的影响，分别 在不同磁场强度条件下进行了全粒级磁选试验，结果 见图 5。 由图 5 可以看出，随着背景磁场强度提高，高 梯度磁选精矿即硫精矿回收率逐渐提高，而硫精矿产 品中砷去除率则随着磁场强度增加而降低。 这是由于 随着磁场强度增大，部分磁性矿物与脉石的连生体也 被吸附入磁性产品中，从而提高了硫精矿回收率，但夹 带了部分非磁性砷连生体，所以砷去除率降低。 当背 景磁场达到一定强度后，甚至会有少量非磁性矿物受 到磁化而产生磁性，进入了磁选产品中影响硫精矿品 位。 因此，最终确定适宜的磁场强度为 1.1 T。 *8,T 95 90 85 80 75 70 65 60 85 83 81 79 77 75 0.30.50.70.91.11.3 S/;5 As9*5           图 5 粗选背景磁场强度条件试验结果 2.6 精选背景磁场强度条件试验 为进一步脱除硫精矿产品中的有害元素砷，增加精 选作业以提高砷的脱除率，精选磁场强度对磁选效果的 影响见图 6。 由图 6 可知，增加精选作业有助于脱除部 分毒砂与目的矿物的连生体，进而提高砷脱除率，有害 元素砷含量降低明显。 硫精矿产品中铁品位与硫品位 随着精选磁场强度增加而降低，铁、硫回收率则随之升 高。 但精选磁场强度达到 0.9 T 后，继续增大精选磁场 强度，铁、硫回收率增幅较小，精矿产品铁品位与硫品位 反而降低。 因此，确定适宜的精选磁场强度为 0.9 T。 *8,T 85 83 81 79 77 75 92 90 88 86 84 82 0.30.50.70.91.1 S/;5 As9*5           图 6 精选背景磁场强度条件试验结果 2.7 硫精矿提质除砷流程试验 通过磨矿细度、给矿量、脉动冲次、粗选磁场强度、 精选磁场强度等一系列条件试验，最终推荐硫精矿提 质降杂工艺流程见图 1，获得选矿指标见表 4。 由表 4 可知，经过提质降杂工艺处理后的硫精矿产品铁品位 提高了 9.25 个百分点，硫品位提高了 4.63 个百分点， 有害元素砷品位脱除率可达 90.85％。 15第 2 期熊 涛等 云南某硫精矿提硫除砷试验研究及应用 万方数据 表 4 硫精矿提质除砷流程试验指标 产品 名称 产率 ／ ％ 品位／ ％回收率／ ％ FeSAsZnSnFeSAsZnSn 硫精矿69.2349.7827.140.460.650.2185.0383.479.1565.2250.13 综合尾矿30.7719.7112.0910.270.770.4714.9716.5390.8534.7849.87 给矿100.0040.5322.513.480.690.29100.00100.00100.00100.00100.00 3 工业应用 云南某选厂生产的硫精矿品质较差且不稳定，导 致硫精矿销售困难，经济效益低，为了加强资源综合利 用，减少尾矿堆存，实现生态环境与效益的和谐统一， 云南某硫精矿选厂采购了 2 台赣州金环磁选设备有限 公司生产的 SLon－1500 磁选机进行硫精矿提硫除砷 应用，生产结果见图 7。 由图 7 可知，经过提质降杂工 艺处理后的硫精矿产品铁品位提高了9.31 个百分点，硫 品位提高了 5.47 个百分点，硫精矿含砷降至 0.38％，基 本满足硫精矿制酸要求。 40.88;22.18;3.65 100.00;100.00;100.00 100.00 23.50;10.24;11.01 15.67;12.58;82.18 27.25 22.18;17.68;5.52 3.95;15.80;11.00 7.27 50.19;27.65;0.38 80.39;81.62;6.82 65.48 47.39;26.65;0.89 84.33;87.42;17.82 72.75 SLon * B3 8 Fe;S;As /;5 Fe;S;As 3 3 SLon 2 D3423 5 图 7 硫精矿提质降杂数质量流程 4 结 论 1） 硫精矿样品含硫 22.61％，含铁 40.50％，杂质 以SiO2为主，其次为MgO、CaO、Al2O3等，金属矿物以 磁黄铁矿、黄铁矿为主，脉石及杂质以石英为主，还有 少量毒砂、云母、锡石，微量绿泥石、萤石及闪石。 最终 拟定采用磁选工艺作为硫精矿样品提质降杂工艺。 2） 通过单次处理量、脉动冲次、预先脱磁、场强、 磨矿细度、精选条件等详尽试验，确定硫精矿提质降杂 工艺条件为粗选场强 0.9 T，脉冲 250 次／ min，精选条 件场强 0.8 T，脉冲 250 次／ min，可获得铁品位 49.78％、 硫品位27.14％、砷含量 0.46％、铁回收率 85.03％、硫回收 率 83.47％的硫精矿产品。 参考文献 ［1］ 刘四清，张文彬. 高砷硫精矿除砷的研究［J］. 矿产保护与应用， 2005（6）28－31. ［2］ 董风芝，王 苹. 某硫铁矿烧渣选铁除砷工艺研究［J］. 金属矿 山， 2012（2）159－161. ［3］ 陈红兵，陈绍伟，李燕华，等. 高砷硫精矿综合回收利用研究［J］. 云南化工， 2015（3）28－30. ［4］ 潘基泽. 综合回收高砷硫精矿的试验研究［J］. 有色金属， 2000 （4）222－223. ［5］ 叶小璐，袁经中. 某高砷硫精矿砷硫分离技术研究［J］. 矿冶工 程， 2017，37（3）68－71. ［6］ 熊大和，刘树贻，刘永之，等. 脉动高梯度磁选中冲程冲次对选矿 指标的影响［J］. 中南矿冶学院学报， 1989（5）497－504. ［7］ 熊大和，刘建平. 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