某碳泥质硫铁矿矿石性质研究与选矿工艺探索.pdf

第3 3 卷第4 期 2 0 1 3 年0 8 月 矿冶工程 M I N I N GA N DM E T A L L U R G I C A LE N G D 砸| E R D i G V 0 1 ．3 3 №4 A u g u s t2 0 1 3 某碳泥质硫铁矿矿石性质研究与选矿工艺探索① 胡开文，孙伟，曹学峰 中南大学资源加工与生物工程学院，湖南长沙4 1 0 0 8 3 摘要对贵州某碳泥质硫铁矿进行了工艺矿物学研究，并对其选矿工艺进行了探索。研究结果表明，该矿石中黄铁矿粒度分布 极不均匀，且存在磁黄铁矿，部分黄铁矿氧化现象严重。该矿的选别难点在于细粒黄铁矿的回收和富集。由分析确定先重选 摇 床 后浮选的工艺，并优化开路试验流程。其中重选得到的精矿产品S 品位为2 8 ．9 6 ％，回收率为7 2 ．1 9 ％。重选精矿优化浮选后的 精矿产品中s 品位为4 2 ．7 6 ％，综合回收率为4 3 ．5 0 ％。重选尾矿优化浮选后的精矿产品S 品位为1 9 ．5 9 ％，综合回收率1 0 ．0 4 ％。结 果表明，先重选后浮选的工艺适合该矿的分离，能够取得良好的效果。 关键词碳泥质硫铁矿；工艺矿物学；重选；浮选 中图分类号T D 9 2文献标识码A d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．0 2 5 3 - 6 0 9 9 ．2 0 1 3 ．0 4 ．0 1 8 文章编号0 2 5 3 6 0 9 9 2 0 1 3 0 4 0 0 7 4 0 4 S t u d yo nP r o p e r t i e sa n dB e n e f i c i a t i o nP r o c e s so f C a r b o n a c e o u sM u d d yP y r i t eO r e H UK a i w e n ，S U NW e i ，C A OX u e - f e n g S c h o o l 矿M i n e r a l sP r o c e s s i n ga n dB i o e n g i n e e r i n g ，C e n t r a lS o u t hU n i v e r s i t y ，C h a n g s h a4 1 0 0 8 3 ，H u n a n ，C h i n a A b s t r a c t P r o c e s sm i n e r a l o g ys t u d yf o rac a r b o n a c e o u sm u d d yp y r i t eo r ef r o mG u i z h o us h o w st h a tt h ep a r t i c l es i z e d i s t r i b u t i o no ft h i sk i n do fp y r i t ei se x t r e m e l yu n e v e nw h i l eap o r t i o no fp y r i t ei s s e r i o u s l yo x i d i z e d ，a n dt h e r ee x i s t s p y r r h o t i t ea sw e l l ．H e n c e ．t h ep u z z l ef o rb e n e f i e i a t i o no f t h i so r el i e si nr e c o v e r i n ga n de n r i c h m e n to ff i n ep y r i t e ．A p r o c e s so fg r a v i t yc o n c e n t r a t i o n - f l o t a t i o nw a sc h o s e na n da no p e n c i r c u i tf l o w s h e e tw a so p t i m i z e db a s e do nt h i sa n a l y s i s ． 飘eg r a v i t ys e p a r a t i o np r o c e s sw i t hs h a k i n gt a b l ey i e l d e dt h ec o n c e n t r a t ea p p r o a c h i n g2 8 ．9 6 ％Sa ta7 2 ．1 9 ％r e c o v e r y ． S u c hc o n c e n t r a t ew a st h e ns u b j e e t e dt op r e f e r e n t i a lf l o a t a t i o n ，r e s u l t i n gi nac o n c e n t r a t eg r a d i n g4 2 ．7 6 ％Sw i t ha c o m p r e h e n s i v er e c o v e r yo f4 3 。5 0 ％。M e a n w h i l e ，t h et a i l i n g sf r o mg r a v i t ys e p a r a t i o np r o c e s sw e r et h e ns u b j e c t e dt o p r e f e r e n t i a lf l o t a t i o n ．r e s u l t i n gi nac o n c e n t r a t eg r a d i n g1 9 ．5 9 ％Sw i t hac o m p r e h e n s i v er e c o v e r yo f1 0 ．0 4 ％．R e s u l t s i n d i c a t et h a tg r a v i t yc o n c e n t r a t i o n f l o t a t i o np r o c e s si ss u i t a b l ef o rt h ep r o c e s s i n go ft h i so r ea n ds a t i s f y i n ge f f e c tc a nb e o b t a i n e d ． K e yw o r d s c a r b o n a c e o u sm u d d yp y r i t eo r e ；p r o c e s sm i n e r a l o g y ；g r a v i t yc o n c e n t r a t i o n ；f l o t a t i o n 黄铁矿是自然界中分布最广泛的硫化矿物，在各 类岩石中都可出现。黄铁矿化学成分是F e S ，是提取 硫、制造硫酸的主要矿物原料。我国黄铁矿探明的储量 约4 6 亿吨，但大多数品位较低，矿石性质复杂。贵州某 碳泥质硫铁矿含全硫2 2 ．4 1 ％，发热量43 5 1 ．2J ／g ，含C 约7 ．4 8 ％，属于高碳硫铁矿。为获得高质量的硫铁矿 精矿，对该矿开展了选矿工艺实验。 1 原矿工艺矿物学分析 1 ．1 原矿多元素分析 贵州某碳泥质硫铁矿X R F 分析结果如表1 所示。 表1 碳质泥层硫铁矿X R F 分析结果 质量分数 ／％ X R F 分析结果表明，矿物s 品位为6 ．8 6 9 ％，F e 品 位为6 ．7 5 6 ％。矿物元素主要组成还有0 3 9 ．5 9 ％ 、 m 1 0 ．8 8 ％ 、S i 1 9 ．3 6 ％ 、c 7 ．4 8 0 ％ 等，其中元素 c 含量为化学分析结果。有色金属元素含量极低，该 矿为少有色金属杂质的单一高碳硫铁矿。 ①收稿日期2 0 1 3 - 0 3 1 6 作者简介胡开文 1 9 8 8 一 ，男，湖南长沙人，硕士研究生，主要研究方向为浮选理论及工艺。 万方数据 第4 期 胡开文等某碳泥质硫铁矿矿石性质研究与选矿工艺探索 1 ．2 原矿物相分析 对原矿进行了x 射线衍射分析，结果表明，该矿 物主要有用成分是黄铁矿，主要脉石为石英和高岭石。 1 ．3 有价矿物镜片分析 矿石中黄铁矿分布粒度极不均匀。如图1 所示，显 微镜下粗粒黄铁矿呈亮黄色，粗粒聚集且与高岭石不规 则共生，粒径可达数百微米。在扫描电镜下观察其二次 电子图像如图2 所示，由能谱分析可知图2 中方框区内 S 、F e 、O 含量分别为4 7 ．7 5 ％、3 8 ．9 7 ％、1 0 ．7 5 ％，据此 推断图2 黄铁矿方框区域内有黄铁矿被氧化，从而导 致氧含量上升。 图1显微镜下黄铁矿粗粒 图2 扫描电镜下黄铁矿粗粒 磁黄铁矿的化学组成式为F e 。一。S 戈 0 ～0 ．2 ， 理论组成为F e6 3 ．5 3 ％，S3 6 ．4 7 ％，实际上硫可达 4 0 ％以上。该矿中扫描电镜下用背散射电子模式扫描 如图3 所示，图中白色颗粒为硫铁矿物，方框部分矿物 图3 粗粒磁黄铁矿- 氧化铁矿扫描电镜图 经能谱分析S 、F e 、O 含量分别为3 4 ．0 4 ％、4 5 ．5 9 ％、 2 0 ．2 0 ％。该矿中的硫铁矿均共生有部分氧化矿，一般 通过扫描电镜分析含O 大概在1 0 ％左右，但通过检测 也有部分黄铁矿含O 达到3 8 ．8 9 ％。这部分矿则属于 氧化严重的矿，此类氧化矿一般都比较细，大概在1 0 3 0I ．L m 左右。 细粒黄铁矿在镜片下为亮黄色，在该矿中呈星点 状浸染分布，如图4 所示，在显微镜下可看出该细粒黄 铁矿粒径只有几到十几微米甚至更低。扫描电镜下的 细粒黄铁矿见图5 ，图中白色亮点为黄铁矿，根据能谱 分析，图中十字准星区域S 、F e 、O 含量分别为 4 5 ．2 9 ％、3 9 ．8 1 ％、9 ．5 1 ％，该黄铁矿也被部分氧化，通 过对其周边区域进行能谱分析知，黄铁矿周围为高岭 石和碳质物。因此细粒黄铁矿呈星点状浸染分布在高 岭石匕。 图4 显微镜下细粒黄铁矿 图5扫描电镜下的细粒黄铁矿 综上所述，该矿中黄铁矿粒度分布极不均匀，粗粒 可到数百微米，细粒粒径为几微米甚至更低。该黄铁 矿表面部分被氧化，且伴生有粗粒磁黄铁矿。根据上 述的研究，该矿进行选矿试验时，考虑先进行重选，选 出部分粗粒黄铁矿，再用浮选对重选后的精矿和尾矿 进行处理。 2 试验研究 2 ．1 重选优化试验 取1k g 矿石在球磨机中先粗磨，再进入摇床进行 万方数据 7 6 矿冶工程 第3 3 卷 分选。优化后的试验流程如图6 所示，实验结果见表2 。 粗磨3m i n 后粒度约为- 0 ．0 7 4m ／n 粒级占3 4 ．4 5 ％。 原矿 精矿 图6 重选优化流程 表2 重选优化流程实验结果 实验结果表明，重选能有效地预选分离大部分S 精矿，精矿s 含量2 8 ．9 6 ％，回收率7 2 ．1 9 ％。精矿产 品中F e 含量比s 高，表明部分磁黄铁矿和氧化铁也进 入了精矿中。同时该产品中高岭石和碳质含量不高， 主要脉石为石英。摇床尾矿中的黄铁矿以细粒为主， 大部分高岭石和碳质都进入该产品中。 2 ．2 摇床精矿产品浮选优化试验 根据以往文献。引可知，浮选分离黄铁矿与石英 等可采用黄原酸类捕收剂，水玻璃作抑制剂。该矿通 过摇床得到的精矿产品s 品位低，除了产品中有粗粒 石英混杂外，细粒黄铁矿与脉石矿物未单体解离也是 造成这一情况的重要原因之一。因此对摇床精矿产品 进行浮选分离时需再磨。通过条件实验优化流程后， 得出最佳试验流程如图7 所示，浮选结果见表3 。其 中再磨3m i n 后，粒度为一0 ．0 7 4m m 粒级占7 4 ．5 4 ％。 图7 摇床精矿产品浮选优化试验 2 5 0 5 0 1 2 表3 摇床精矿产品浮选优化试验结果 从表3 可看出，摇床精矿经过浮选后所得的硫精 矿中有价元素铁和硫之和占8 5 ．3 4 ％，产品中s i 含量 仅为1 ．1 3 ％，但产品中富集了部分再磨后分离出的碳 质。其中S 品位为4 2 ．7 6 ％，综合回收率为4 3 ．5 0 ％， 选矿指标较好。 2 ．3 摇床尾矿产品浮选试验 与摇床精矿产品相比，摇床尾矿中富集了绝大部 分的高岭石和碳质以及小部分石英，且粒度均很小，产 品性质比摇床精矿产品复杂。 试验先脱碳，通过分析，采用C a O 和腐植酸钠混 合可抑制黄铁矿浮选。在高碱体系下，黄铁矿表面氧 化电位降低，颗粒表面易于氧化生成F e C O ，和 S O 。2 。等亲水物质。同时在石灰存在的条件下，矿物表 面能同时吸附C a 2 形成C a O H 和C a S O 。等亲水钙 膜。腐植酸钠的含氧官能团能与多种金属离子生成螯 合盐，其中与铁离子的螯合能力最强。 优先浮选碳质的捕收剂为煤油，浮碳后选硫时采 用硫酸调p H 6 可优化浮选。这样可提高其表面自 身氧化电位从而阻碍亲水物质产生，以及去除吸附在 黄铁矿表面的亲水物质，使之露出新鲜表面。 浮硫段抑制的脉石主要为高岭石和石英，采用水 玻璃作调整剂进行分散和抑制。优化试验流程如图8 所示，试验结果见表4 。 碳精矿 监T 尾矿 ⋯． 药剂单位 I L o w J ．5 ∞o 划叫旱1 出g ／t ，r 腐植酸钠4 0 0 冰煤油 5 0 木2 4 油 2 4 脱碳l 粗选 空白尸 精矿2 中矿2扫精矿2 尾矿2 图8 摇床尾矿浮选试验优化流程 1 5 ∞ 1 5 0 6 黜吧 离 懒拗黼蝴 ∞鲫。靖； 删圬 璃刁①蠢驴油气未 冰黄∥兰 万方数据 第4 期 胡开文等某碳泥质硫铁矿矿石性质研究与选矿工艺探索 表4 摇床尾矿浮选试验优化流程结果 由表4 可知，摇床尾矿因性质复杂，粒度过细导致 浮选情况并不十分理想。优先浮出的碳质中含硫 3 ．1 ％，若需将其作为有用价值进行回收则应继续开发 抑硫浮碳精选工艺。浮硫段两段精选后的黄铁矿精矿 产品s 品位为1 9 ．5 9 ％，综合回收率1 0 ．0 4 ％。可能是 浮碳不彻底，被碳浸染的高岭石和石英进入黄铁矿精 矿中，导致黄铁矿精矿品位不高。 3 结语 1 对某碳质硫铁矿的工艺矿物学进行了研究，由 分析可知该矿石中黄铁矿粒度分布极不均匀，且存在 磁黄铁矿，部分黄铁矿氧化现象严重。由此确定先重 选后浮选的工艺。 2 通过摇床优化试验，重选能预选分离大部分s 精矿，该产品s 含量2 8 ．9 6 ％，回收率7 2 ．1 9 ％。 3 通过摇床精矿产品开路浮选优化试验，获得硫 精矿中有价元素铁和硫之和占8 5 ．3 4 ％，其中S 品位 为4 2 ．7 6 ％，综合回收率为4 3 ．5 0 ％。产品中s i 含量 仅为1 ．1 3 ％，但产品中富集了部分再磨后分离出的碳 质，选矿指标较好。若需再考虑提高精矿中硫品位，则 需考虑精矿中抑硫浮碳。 4 通过摇床尾矿产品开路浮选优化试验，获得的黄 铁矿精矿产品S 品位为1 9 ．5 9 ％，综合回收率1 0 ．0 4 ％。 参考文献 [ 1 ] 王龙贵，奇正义．高碳硫铁矿降碳提硫的研究[ J ] ．选煤技术。 2 0 0 2 3 1 6 一1 7 ． [ 2 ] 胡天喜，李振飞，成海芳，等．云南某高碳硫铁矿选矿工艺试验研 究[ J ] ．金属矿山，2 0 0 7 5 4 4 5 4 ． [ 3 ] 廖舟，许彬，杨小中，等．煤系硫铁矿降碳提硫研究[ J ] ．金 属矿山，2 0 0 6 8 3 4 3 6 ． [ 4 ]陈留红．贵州省煤系硫铁矿选矿试验[ J ] ．化工矿山技术，1 9 9 7 4 1 5 1 6 ． [ 5 ] 王申明．新桥硫铁矿矿石选矿工艺研究[ J ] ．有色矿山，2 0 0 0 ，2 9 3 3 2 3 4 ． [ 6 ] 杨柳毅，章晓林，宋凯伟，等．新型捕收剂在某低品位硫铁矿浮选 中的应用[ J ] ．矿产保护与利用，2 0 1 2 1 3 8 4 1 ． [ 7 ] 左向韶，郑东海．提高硫精矿品位的工艺技术探索[ J ] ．化工矿 物与加工，2 0 1 2 ，4 1 1 1 3 1 5 ． [ 8 ] 廖舟，杨小中，许彬，等．煤系硫铁矿综合利用新工艺研究 [ J ] ．矿冶工程，2 0 0 6 ，2 6 3 2 5 4 1 ． [ 9 ] 孙伟，张英，覃武林，等．被石灰抑制的黄铁矿的活化浮选机 理[ J ] ．中南大学学报 自然科学版 ，2 0 1 0 ，4 1 3 8 1 3 8 1 8 ． [ 1 0 ] 陈建华，钟建莲，李玉琼，等．黄铁矿、白铁矿和磁黄铁矿的电子 结构及可浮性[ J ] ．中国有色金属学报，2 0 1 1 7 1 7 1 9 1 7 2 7 ． [ 1 1 ] 李玉琼，陈建华，陈哗，等．黄铁矿 1 0 0 表面性质的密度泛函 理论计算及其对浮选的影响[ J ] ．中国有色金属学报，2 0 1 1 ，2 1 4 9 2 0 9 2 6 ． [ 1 2 ] 胡军，宋剑华，王淀佐，等．浮选药剂B E T 在煤与黄铁矿表面 作用的E S C A 分析 J ] ．北京科技大学学报，2 0 0 2 ，2 4 5 4 8 3 4 8 7 ． [ 1 3 ] 朱红，李虎林，欧泽深，等．黄铁矿表面改性产物的x R D 谱研 究【J ] ．燃料化学学报，2 0 0 0 ，2 8 3 2 2 1 2 2 4 ． [ 1 4 ]孙小俊，李建华．黄铁矿在酸性体系下的电化学研究[ J ] ．金属 矿山，2 0 1 l 9 7 2 7 5 ． [ 1 5 ] 冯筑松，许昌伦．磷尾矿中黄铁矿回收选矿工艺技术改造与生 产实践[ J ] ．化工矿物与加工，2 0 1 0 ，3 9 1 0 3 4 4 1 ． [ 1 6 ] 刘智林，许方．低碱度下组合抑制剂对易浮黄铁矿的抑制机 理研究[ J ] ．矿冶工程．2 0 0 5 ，2 5 5 3 3 3 5 ． [ 1 7 ] 刘书杰，何发钰，宋振国．干式磨矿对黄铁矿表面性质及后续浮 选的影响[ J ] ．有色金属，2 0 0 9 ，6 1 4 1 0 9 1 1 2 ． [ 1 8 ]张明强．蛇纹石与黄铁矿异相分散的调控机理研究[ D ] ．长沙 中南大学资源加工与生物工程学院，2 0 1 0 ． [ 1 9 ] 金锐．含金黄铁矿新型捕收剂浮选性能及量子化学研究 [ D ] ．南宁广西大学资源与冶金学院，2 0 0 9 ． 万方数据