河北某铁矿石降硫试验研究.pdf
第 35 卷矿冶工程Vol.35 2015 年 1 月MINING AND METALLURGICAL ENGINEERINGJanuary 2015 ① 收稿日期2014-12-16 作者简介程征1988-，男，湖南长沙人，选矿工程师，主要从事选矿工艺工作。 河北某铁矿石降硫试验研究河北某铁矿石降硫试验研究 ① 程征，郭灵敏，李文风 长沙矿冶研究院有限责任公司，湖南 长沙 410012 摘要介绍了河北某磁铁矿的矿石性质和浮选脱硫的试验研究结果。对比了先浮后磁和先磁后浮的工艺方案。试验结果表 明先磁后浮工艺优于先浮后磁工艺，前者可将铁精矿品位提高到 70.00，硫含量降低至 0.06。 关键词磁铁矿；磁黄铁矿；脱硫；工艺流程 中图分类号TD92文献标识码Adoi 10.3969/j.issn.0253-6099.2015.Z1.020 文章编号0253-60992015Z1-0083-06 Experimental Research on Desulphurization of an Iron Ore from Hebei Province CHENG Zheng, GUO Ling-min, LI Wen-feng Changsha Research Institute of Mining pyrrhotite; desulphurization; flowsheet 随着经济社会的发展，钢铁工业对铁精矿的质 量要求越来越高，而硫是影响铁精矿质量的主要有 害元素之一。铁精矿中的含硫量对炼铁炼钢有着关 键性影响，一方面直接影响钢铁的机械强度，另一 方面高炉冶炼中硫排放对环境也造成严重污染[1-3]。 某铁矿石含铁 58.13，硫含量为 3.20，为实现降 硫提铁的目标，在结合工艺矿物学的基础上对该铁 矿进行了较详细的选矿工艺研究。 1原矿性质 经镜下鉴定、化学成分分析和扫描电镜分析综合 研究查明，原矿中铁矿物主要是磁铁矿，次为假象赤 铁矿， 偶见褐铁矿； 金属硫化物包括黄铁矿、 白铁矿、 磁黄铁矿、黄铜矿、斑铜矿、铜蓝、闪锌矿和方铅矿； 脉石矿物以角闪石居多，其次是方解石、绿泥石和少 量石英、长石、黑云母、绢云母、滑石、磷灰石，其 它微量矿物尚见石膏、榍石、金红石、锆石和独居石 等。表 1～3 分别列出了原矿主要矿物含量、化学成 分、铁物相及硫物相分析结果。由表 1～3 可知，原 矿中可供选矿富集回收的主要元素是铁，其品位高达 58.13；矿石中硫含量达 3.20，应作为选矿排除的 主要有害元素； 其他需要选矿排除的组分主要是 SiO2 和 CaO，其次为 Al2O3和 MgO，四者合计含量达 12.96；铜含量为 0.20，Zn 含量为 0.19，可作为 综合回收的对象考虑。 表 1主要矿物组成质量分数/ 磁铁矿假象赤铁矿褐铁矿铜矿物闪锌矿方铅矿 72.861.420.120.500.29微量 磁黄铁矿黄铁矿白铁矿角闪石绿泥石滑 石方解石 1.713.1510.442.750.831.87 磷灰石黑云母绢云母石英长石其 他 0.451.841.270.50 84矿冶工程第 35 卷 表 2主要化学成分分析结果质量分数/ TFeFeOFe2O3CuPbZnCoSiO2 58.1327.2252.860.200.070.190.00996.82 TiO2Al2O3CaOMgOMnONa2OK2OP 0.0641.232.432.480.0570.200.230.084 AsSCO2烧失TFe/FeO碱性系数 0.03873.200.843.732.140.61 表 3化学物相分析结果 元素相态含量/分布率/ 铁 磁铁矿中铁50.1386.24 假象赤铁矿中铁3.516.04 赤褐铁矿中铁0.100.17 碳酸盐中铁0.210.36 磁黄铁矿中铁0.731.26 其他硫化物中铁1.502.58 硅酸盐中铁1.953.35 合计58.13100.00 硫 磁黄铁矿中硫0.6520.31 其他硫化物中硫1.9360.31 硫酸盐中硫0.309.38 元素硫0.3210.00 合 计3.20100.00 原矿中铁的赋存形式较为简单，呈磁铁矿产出 的铁所占比例为 86.24， 加上分布在假象赤铁矿中 的铁，合计分布率为 92.28。磁铁矿为自形、半自 形等轴粒状或不规则状，晶体粒度大多变化于 0.02～0.15 mm 之间，常紧密镶嵌构成致密状集合 体，集合体粒度粗者可至 1.0 mm 左右，一般在 0.05～0.4 mm 之间，少数呈浸染状分布在脉石中， 弱磁选即可有效富集和回收。 原矿中硫元素主要分布于黄铁矿和磁黄铁矿 中，次为单质硫和硫酸盐硫。黄铁矿多为不规则粒 状，多为单体，部分则沿磁铁矿边缘嵌布或呈细脉 状、蛇曲状沿裂隙、粒间充填交代磁铁矿而构成较 为复杂的交生关系，粒度 0.01～0.6 mm 不等，个别 粗者可至 1.0 mm 左右。磁黄铁矿的产出形式与黄 铁矿基本相同，但粒度总体略为细小，可交代黄铁 矿。黄铁矿和单质硫可通过磁选脱除，磁黄铁矿具 有一定的强磁性，主要通过浮选脱除。 综合分析原矿性质可知，可以认为原矿具低磷 高硫半自熔性原生磁铁矿矿石的特征。采用弱磁选 即可回收矿石中的铁矿物，欲获得低硫的高品质铁 精矿需通过磁选和浮选相结合的工艺。 2选矿试验 2.1 流程选择及对比试验 原矿工艺矿物学性质是研究和制定选矿工艺流 程的重要基础，针对伴生有硫元素的磁铁矿型矿石， 目前常采用的工艺流程有先磁后浮、先浮后磁、连 续磨矿或阶段磨矿的浮-磁-浮流程、 连续磨矿或阶段 磨矿的磁-浮-磁流程， 前两种方案主要用于处理含硫 量相对较低、且共生关系较简单、嵌布粒度较粗的 铁矿石，后两种方案通过多次选别，对铁矿物与硫 化矿密切共生，且嵌布粒度细的高磁黄铁矿型铁矿 石具有较好的适用性。结合矿石的基本性质，先磁 后浮工艺中的磁选作业可预先大幅降低铁精矿的硫 品位，降低浮选的单位药剂用量，同时有利于优化 浮选粒级，降低细泥对浮选脱硫的影响，此外，先 磁后浮工艺中的磁选作业可预先分选出矿石中的黄 铁矿和伴生的黄铜矿，有利于伴生铜矿物的综合回 收。若考虑回收矿石中的硫，先浮后磁可优先获得 硫精矿产品，简化对硫化矿物的回收工艺，同时可 有效降低先磁后浮中黄铁矿和磁黄铁矿的氧化以及 磁团聚对脱硫浮选的影响。 为考察先磁后浮和先浮后磁的工艺流程对本矿 石的适用性，对两种流程进行了比较试验，试验流 程见图1～2，试验结果见表4。 由表4可知，先浮后磁工艺可获得铁品位为 70.61、含硫0.32的铁精矿，铁回收率为87.38； 先磁后浮工艺的铁精矿品位为70.72、硫含量0.21， 铁回收率89.26。两工艺对比可见，后者铁精矿硫 含量低0.11个百分点，铁回收率高约2个百分点。可 见，先磁后浮可优化浮选的选择性，明显降低铁矿 物在浮硫泡沫中的损失率，浮选脱硫效率亦有较大 提高。 图 1先浮选后磁选试验流程 第 35 卷程征等 河北某铁矿石降硫试验研究85 图 2先磁选后浮选试验流程 表 4工艺流程比较 工艺 流程 产品 名称 产率 / 品位/回收率/ TFeSTFeS 先浮 后磁 铁精矿72.9670.610.3287.387.39 磁选尾矿15.2214.740.603.802.89 脱硫泡沫11.8243.9523.958.8289.72 给矿100.0058.963.17100.00100.00 先磁 后浮 铁精矿75.3870.720.2189.265.11 脱硫泡沫4.1256.1625.413.8733.77 磁选尾矿20.5020.009.266.8761.24 给矿100.0059.723.10100.00100.00 2.2先磁后浮试验 2.2.1磁选磁场强度试验 在磨矿细度为-0.075 mm粒级占83.2条件下， 采用Ф400 mm鼓式电磁弱磁机进行了不同磁场强度 磁选试验，结果见表5。试验结果表明，随着磁场强 度增大，磁选精矿铁矿品位略有降低，但铁回收率 逐步提高，因此，磁选较适合的磁场强度为0.20 T。 表 5磁选磁场强度试验结果 磁场强度 /T 产品 名称 产率 / 品位/回收率/ TFeSTFeS 0.08 磁选精矿80.2569.951.5593.7940.07 磁选尾矿19.7518.819.426.2159.93 给矿100.0059.853.10100.00100.00 0.15 磁选精矿82.5168.511.6194.5743.43 磁选尾矿17.4918.579.895.4356.57 给矿100.0059.773.06100.00100.00 0.20 磁选精矿82.9768.201.6794.8044.98 磁选尾矿17.0318.239.955.2055.02 给矿100.0059.693.08100.00100.00 2.2.2不同磨矿细度下磁选精矿浮选脱硫试验 为考查磁选粗精矿的细度对浮选脱硫的影响， 对不同磨矿细度下的原矿进行磁选作业，以获得的 磁选粗精矿进行浮选脱硫试验，结果见表 6。其中 磁选场强 0.2 T， 粗选硫酸用量 500 g/t， 硫酸铜用量 300 g/t，捕收剂 CY-F2用量 200g/t，2油用量 90 g/t； 精选 CY-F2用量 100 g/t，2油用量 30 g/t；浮选浓度 26，温度 20 ℃，转速 6.93 m/s。粗选泡沫与精选 泡沫合并为脱硫泡沫。试验结果表明，随着磨矿细 度提高，浮选脱硫获得的铁精矿中硫含量逐步降低， 在磨矿细度为-0.075 mm 粒级占 83.2时，经一粗一 精浮选脱硫获得铁品位为 70.72、铁作业回收率为 95.84、含硫 0.21的铁精矿。当磨矿细度进一步 提高至-0.074 mm 粒级占 91.4时，铁精矿中硫品位 升高至 0.26。结合不同磨矿细度下的磁选试验结 果， 先磁后浮工艺的最佳磨矿细度为-0.075 mm 粒级 占 83.2。 表 6不同磨矿粒度的浮选脱硫试验结果 -0.075 mm 粒级含量 / 产品 名称 产率 / 品位/回收率/ TFeSTFeS 55.8 铁精矿94.7770.240.3295.9717.40 脱硫泡沫5.2353.3827.534.0382.60 给矿100.0069.361.74100.00100.00 65.0 铁精矿94.6070.150.2895.7815.35 脱硫泡沫5.4054.1127.054.2284.65 给矿100.0069.281.73100.00100.00 70.4 铁精矿94.7470.270.2695.8815.32 脱硫泡沫5.2654.3625.884.1284.68 给矿100.0069.431.61100.00100.00 74.3 铁精矿94.6470.860.2595.7314.56 脱硫泡沫5.3555.7425.954.2685.43 给矿99.9970.051.6399.9999.99 80.8 铁精矿95.1171.000.2296.0514.25 脱硫泡沫4.8956.7925.743.9585.75 给矿100.0070.301.47100.00100.00 83.2 铁精矿94.8270.720.2195.8413.14 脱硫泡沫5.1856.1625.414.1686.86 给矿100.0069.971.52100.00100.00 91.4 铁精矿95.3270.970.2696.2517.74 脱硫泡沫4.6856.3924.553.7582.26 给矿100.0070.291.40100.00100.00 2.2.3活化剂种类试验 对磁黄铁矿的活化常用的活化剂有硫酸铜、 LS-2、硫酸等。对上述几种黄铁矿的活化剂及其组 合进行了磁选粗精矿一粗一精的粗选活化剂种类的 86矿冶工程第 35 卷 试验对比，试验结果见表 7。其中磁选场强 0.2 T， 粗选捕收剂 CY-F2用量 200 g/t，2油用量 90 g/t；精 选 CY-F2用量 100 g/t，2油用量 30 g/t，粗选泡沫与 精选泡沫合并为脱硫泡沫。结果表明，在活化剂用 量相当的条件下，硫酸与 LS-2 效果相当，经一粗一 精脱硫作业后得到的铁精矿含硫可降至 0.16以下。 试验表明硫酸铜作磁黄铁矿活化剂效果较差，而硫 酸与硫酸铜组合较与其他组合药剂活化降硫效果要 好，由于硫酸作活化剂可省药剂成本，单用药能使 生产工序简便实用，因此，硫酸或 LS-2 作活化剂较 为合适。 表 7活化剂种类试验结果 活化剂种类及用量 /gt-1 产品 名称 产率 / 硫品位 / 硫回收率 / 硫酸铜 300 铁精矿91.540.3016.87 脱硫泡沫8.4616.0083.13 给矿100.001.63100.00 硫酸硫酸铜 500300 铁精矿92.460.2011.34 脱硫泡沫7.5419.1688.66 给矿100.001.63100.00 六偏磷酸钠硫酸铜 500300 铁精矿90.210.2815.72 脱硫泡沫9.7913.8484.28 给矿100.001.61100.00 氟硅酸钠硫酸铜 500300 铁精矿89.960.2715.54 脱硫泡沫10.0413.1484.46 给矿100.001.56100.00 硫酸 2000 铁精矿92.450.169.75 脱硫泡沫7.5518.1290.25 给矿100.001.52100.00 LS-2 2000 铁精矿92.660.159.36 脱硫泡沫7.3418.3590.64 给矿100.001.49100.00 2.2.4活化剂用量试验 为考查活化剂较适宜的用量，进行了磁选粗精 矿一粗一精活化剂用量试验，药剂制度同前，结果 见表8。 结果表明，在硫酸与LS-2用量相当的条件下， 降硫效果接近。当硫酸用量为1000 g/t时经一粗一精 得到的铁精矿含硫可降至0.15。综合考虑药剂成 本，选用硫酸用量为1000 g/t作先磁后浮流程活化剂 较合适。 2.2.5捕收剂种类试验 合理选择有效的捕收剂是强化磁黄铁矿浮选的 关键因素之一，试验对戊黄药、乙黄药与丁铵黑药 组合、CY-F2、CY-137、CY-140等几种不同药剂进 表 8活化剂用量试验结果 活化剂 种类 用量 /gt-1 产品 名称 产率 / 硫品位 / 硫回收率 / LS-2 300 铁精矿91.220.2313.73 脱硫泡沫8.7815.0286.27 给矿100.001.53100.00 500 铁精矿91.330.2213.14 脱硫泡沫8.6715.3386.86 给矿100.001.53100.00 1000 铁精矿91.160.169.50 脱硫泡沫8.8415.7390.50 给矿100.001.54100.00 2000 铁精矿92.660.159.36 脱硫泡沫7.3418.3590.64 给矿100.001.49100.00 硫酸 300 铁精矿91.720.2414.21 脱硫泡沫8.2816.0685.79 给矿100.001.55100.00 500 铁精矿91.990.2112.47 脱硫泡沫8.0116.9287.53 给矿100.001.55100.00 1000 铁精矿92.450.159.10 脱硫泡沫7.5518.3690.90 给矿100.001.52100.00 2000 铁精矿92.450.169.75 脱硫泡沫7.5518.1290.25 给矿100.001.52100.00 行了磁选粗精矿一粗一精的捕收剂筛选试验研究， 试验结果列于表 9。其中磁选场强 0.2 T，粗选硫酸 用量 1000 g/t，捕收剂用量 200 g/t，2油用量 90 g/t； 精选捕收剂用量 100 g/t，2油用量 30 g/t，粗选泡沫 与精选泡沫合并为脱硫泡沫。 表 9捕收剂种类试验结果 捕收剂种类 产品 名称 产率 / 品位/回收率/ TFeSTFeS CY-F2 铁精矿92.4669.500.2093.7711.34 脱硫泡沫7.5456.5619.166.2388.66 给矿100.0068.531.63100.00100.00 戊黄药 铁精矿89.8869.660.2591.5213.75 脱硫泡沫10.1257.3013.928.4886.25 给矿100.0068.411.63100.00100.00 CY-137 铁精矿89.4169.640.3491.0018.38 脱硫泡沫10.5958.1112.749.0081.62 给矿100.0068.421.65100.00100.00 CY-140 铁精矿90.7569.440.3592.2219.44 脱硫泡沫9.2557.4614.237.7880.56 给矿100.0068.341.63100.00100.00 乙黄药丁胺黑药 1∶1 铁精矿88.8369.700.2490.6913.65 脱硫泡沫11.1756.8712.079.3186.35 给矿100.0068.271.56100.00100.00 结果表明，采用硫酸与硫酸铜组合作活化剂， 除捕收剂CY-F2经一粗一精得到的铁精矿含硫可降 至0.20外，其余几种药剂降硫效果相对较弱，说明 第 35 卷程征等 河北某铁矿石降硫试验研究87 CY-F2对磁黄铁矿捕收能力较强，而乙黄药丁胺黑 药1∶1组合用药脱硫泡沫产率大，铁损失率较高， 为此选用CY-F2作捕收剂较为合适。 2.2.6捕收剂用量试验 在确定捕收剂种类及最佳活化剂用量和起泡剂 用量的基础上，对捕收剂CY-F2进行了药剂用量的探 索试验，药剂制度同前，结果见表10。 试验结果表明，随着CY-F2用量增加，粗选脱硫 泡沫产率逐步增加，当CY-F2用量增加到300 g/t时， 铁精矿硫含量从0.17降低到0.12，继续增加捕收 剂用量，硫含量降低幅度不明显，可见，粗选作业 的捕收剂用量选用300 g/t较为合适。 2.2.7浮选温度试验 在粗选硫酸用量1000 g/t，粗选CY-F2、2油用量 分别为300 g/t和90 g/t，精选CY-F2、2油用量分别为 100 g/t和30 g/t条件下，进行了浮选温度试验。试验 结果见表11。 表 10粗选捕收剂 CY-F2 用量试验结果 CY-F2 用量 /gt-1 产品 名称 产率/硫品位/硫回收率/ 个别合计个别合计个别合计 100 铁精矿93.09 95.18 0.17 0.45 10.26 27.61 脱硫泡沫22.0912.8417.35 脱硫泡沫14.824.8223.1623.1672.3972.39 给矿100.00100.001.541.54100.00 100.00 200 铁精矿92.77 94.54 0.15 0.36 8.63 21.40 脱硫泡沫21.7711.6112.77 脱硫泡沫15.465.4623.2023.2078.6078.60 给矿100.00100.001.611.61100.00 100.00 300 铁精矿92.31 93.98 0.12 0.27 6.69 15.45 脱硫泡沫21.678.698.76 脱硫泡沫16.026.0223.2523.2584.5584.55 给矿100.00100.001.661.66100.00 100.00 400 铁精矿92.52 94.95 0.11 0.24 6.35 13.83 脱硫泡沫21.438.407.48 脱硫泡沫16.056.0522.8622.8686.1786.17 给矿100.00100.001.601.60100.00 100.00 表 11浮选温度试验结果 浮选温度 /℃ 产品 名称 产率/ 品位/回收率/ TFeSTFeS 个别合计个别合计个别合计个别合计个别合计 10 铁精矿92.76 94.07 70.23 70.07 0.09 0.16 94.10 95.21 5.57 10.35 脱硫泡沫21.3158.695.451.114.78 脱硫泡沫15.935.9355.9455.9422.6522.654.794.7989.6589.65 给矿100.00100.0069.2369.231.501.50100.00100.00100.00100.00 25 铁精矿94.01 95.11 69.57 69.45 0.11 0.25 95.12 96.07 6.90 16.00 脱硫泡沫21.1059.2112.400.959.10 脱硫泡沫14.894.8955.3255.3225.7525.753.933.9384.0084.00 给矿100.00100.0068.7668.761.501.50100.00100.00100.00100.00 35 铁精矿93.89 95.05 70.22 70.09 0.11 0.26 95.06 96.05 6.81 16.09 脱硫泡沫21.1659.3812.160.999.28 脱硫泡沫14.954.9555.3355.3325.7025.703.953.9583.9183.91 给矿100.00100.0069.3669.361.521.52100.00100.00100.00100.00 45 铁精矿94.50 95.52 69.65 69.54 0.18 0.33 95.49 96.38 11.30 20.74 脱硫泡沫21.0259.6613.890.899.44 脱硫泡沫14.484.4855.6655.6626.6326.633.623.6279.2679.26 给矿100.00100.0068.9268.921.511.51100.00100.00100.00100.00 试验结果表明，随着浮选温度从10 ℃增加到 45 ℃，脱硫泡沫产率从7.24逐步降到5.50，铁精 矿的含硫量从0.09增至0.18，这与浮选温度的上 升加速了磁黄铁矿及部分药剂的氧化分解有关，同 时泡沫表面张力降低，泡沫易脆。因此，温度升高 对降硫造成较大的不利影响。 采用先磁后浮流程，磨矿产品先经过磁选作 业，有利于降低矿浆温度，进而对后继浮选脱硫 作业有利。 2.2.8磁团聚对浮选脱硫的影响 为考查磁团聚对浮选脱硫的影响，进行了对磁 选精矿脱磁与不脱磁浮选脱硫对比试验，在粗选2 油、CY-F2用量分别为90 g/t和300 g/t条件下，以脱磁 与不脱磁的磁选精矿进行了浮选脱硫的对比试验， 88矿冶工程第 35 卷 结果列于表12。 表 12磁团聚对浮选脱硫影响试验结果 处理 方式 产品 名称 产率/硫品位/硫回收率/ 个别合计个别合计个别合计 不 脱 磁 铁精矿92.87 94.28 0.12 0.27 7.24 16.77 脱硫泡沫21.4110.49.53 脱硫泡沫15.725.7222.422.4083.2383.23 给矿100.00 100.001.541.54100.00100.00 脱 磁 铁精矿92.25 93.77 0.11 0.23 6.46 13.78 脱硫泡沫21.527.557.32 脱硫泡沫16.236.2321.7521.7586.2286.22 给矿100.00 100.001.571.57100.00100.00 试验结果表明，磁团聚对浮选脱硫的影响较 小，对磁选精矿脱磁后进行浮选，脱硫泡沫产率 较不脱磁产率略高，说明不脱磁时，磁黄铁矿与 磁铁矿等强磁性矿物的非选择性磁团聚效应降低 了磁黄铁矿的可浮性。脱磁与不脱磁的铁精矿硫 含量分别为 0.11和 0.12， 磁浮流程应考虑对磁 选精矿进行脱磁。 2.3流程试验 在条件试验的基础上，进行了先磁后浮的脱硫 流程试验，磁选粗精矿经脱磁后进行一粗两精的开 路试验，浮选温度 201℃。闭路试验数质量流程见 图 3。 试验结果表明，在磨矿细度-0.075 mm 粒级占 83.2条件下，首先经一次弱磁选，脱硫率达 60.68，获得含铁品位为 68.97、含硫 1.57磁选 精矿，经一粗两精的浮选脱硫作业可获得高品质铁 精矿。铁精矿产率为 73.07、铁品位 70.00、铁 回收率 87.10、含硫 0.06。试验结果表明，先磁 后浮工艺对本矿石具有较好的适用性。 3结论 1 河北某铁矿属低磷高硫半自熔性给生磁铁 矿矿石，给矿中铁矿物和硫化矿物嵌布粒度相对较 粗，硫化矿物主要以黄铁矿和磁黄铁矿形式存在。 2 流程对比试验表明， 先磁后浮流程优于先浮 图 3先磁选后浮选工艺脱硫试验数质量流程 后磁流程，表现为铁精矿中铁回收率高约 2 个百分 点，而硫品位低 0.11 个百分点，先磁后浮使提铁降 硫的选择性分离效果大为提高。 3 试验表明捕收剂 CY-F2与活化剂硫酸或和 LS-2 的组合能有效降低硫品位， 且精矿中铁损失率较 低。 此外， 浮选温度对脱硫有较大影响， 应合理调节。 4 采用先磁后浮工艺， 经一磁一粗两次精选的 磁浮流程，可获得硫含量为 0.06、铁品位为 70.00、铁回收率为 87.10的优质铁精矿。 参考文献 [1] 刘能云, 邓海波, 王虹. 分离高硫磁铁矿中磁黄铁矿的研究进展 [J]. 有色矿冶, 20095 17-20. [2] 徐修生. 磁黄铁矿与磁铁矿分离的试验研究[J]. 金属矿山, 20046 38-41. [3] 彭会清, 李禄宏, 徐林, 等. 某铁精矿浮选脱硫试验研究[J]. 金属 矿山, 200512 35-37.
矿业文库