某铁精矿浮选脱硫探究试验

张洋洋 吴雪兰 ，2＊ 陈意帆 雍 超 赵文涛

（1.安徽工业大学冶金工程学院，安徽 马鞍山 243032；2.安徽工业大学<冶金减排与资源综合利用教育部重点实验室>，安徽 马鞍山 243002）

铁矿资源是钢铁行业发展的基础支撑和重要保障，是我国一种非常重要的战略性矿产资源，对保障国家资源经济安全、国防安全等具有重要意义。我国铁矿石分布较广，储量较大，遍及全国。 大部分铁矿分布在东北、华东地区，例如河北、内蒙古、安徽等省份[1-2]。

铁精矿，作为铁矿造块的一个重要原料，其质量决定着炉料的好坏， 继而对钢铁生产有着直接的影响。硫作为钢铁中的有害元素，其含量越高，则会显著降低钢的塑性，因而钢铁工业对炉料中硫含量有着严格的要求[3]。 基于此，脱除高硫铁精矿中的硫，不仅能够提高铁精矿的质量，而且能提高钢铁的质量，对铁精矿市场竞争力的提升有着重要的意义[4]。

矿石中硫的存在状态大部分来自黄铁矿和磁黄铁矿，经物相分析，本试验所用铁精矿含硫主要来自磁黄铁矿。 由于磁黄铁矿的复杂性，采用常规的磁选法很难将其与磁铁矿分离[5]，对于硫超标的铁精矿，国内外主要采用浮选工艺脱硫[6-10]，从实际的研究和实践来看，这种方法脱硫效果普遍良好，因而本次试验用浮选法降硫脱出磁黄铁矿， 探究不同的药剂用量、pH 对铁精矿脱硫实验效果的影响。

1 原矿铁精矿的性质

1.1 铁物相分析

本次试验矿样为山西某铁精矿，该铁精矿经中钢集团安徽天源科技股份有限公司中心实验室，在温度25℃，60%RH（RH 为相对温度）的检测环境，采取 GB/T6730.65-2009 的检测方法测得全铁含量， 采取TYZX/ZY-04-005 的检测方法测其他金属铁矿物，具体数据见表1。

表1 铁物相分析

1.2 硫物相分析

该铁精矿硫物相分析结果由安徽省铜陵有色设计院检测所得，具体数据见表2。

表2 硫物相分析

综合以上两表可知，该铁精矿样品硫矿物，硫酸盐占量较多，硫化物中的硫又以磁黄铁矿为多数（作为磁性铁一同被检测出），黄铁矿较少，其中还含有一些其他的铁矿物。 铁精矿铁品位为66.39%，全硫品位为0.328%，由此得到该铁精矿的组成以及铁/硫物相，为后续工作的进行以及实验流程和方法的确定奠定基础。

1.3 粒度分布

粒度分布见表3， 粒度累计曲线见图1。 由此可见，本次试验矿样粒度较细，在一定程度上已部分实现矿物的单体解离，若再磨并且时间过长，会导致矿样过细及捕收剂用量的增加， 同时降低硫的分选效果， 因而试样在短时间内经磨矿以暴露新鲜表面后，参与浮选试验。

表3 粒度分布表

2 试验方法

2.1 试验药剂

经查阅相关资料及结合现有的试验条件，选取丁黄药为捕收剂，硫酸铜为活化剂，硫酸（1%）为pH 调整剂，2 号油为起泡剂， 探究不同的药剂用量对铁精矿脱硫实验效果的影响。

图1 粒度累计曲线

2.2 反浮选试验

本次试验采用反浮选脱硫法。 反浮选试验是在容积为500 mL 的实验室单槽浮选机上进行，设定搅拌转数为2 000 r/min。试验之前对矿物实行堆锥混匀，然后四分取样，使取得的样更具有代表性；调浆使pH 至设定值，搅拌3 min；加入活化剂进行活化，搅拌3 min；加入捕收剂，搅拌3 min；加入起泡剂，搅拌后进行刮泡，待泡沫上无矿物时，刮泡结束，将所得精矿和尾矿进行过滤、烘干、称重、计算产率以及取样进行化验。具体数据和实验操作过程因控制变量、自变量不同而不同。 试验浮选流程图如图2 所示。

图2 浮选流程图

3 实验结果与讨论

3.1 不同矿浆pH 对浮选脱硫的影响

保持矿浆浓度为55%以及活化剂和捕收剂的用量和种类不变。 测定每组实验pH 值， 平均初始矿浆pH，用浓度为1%的硫酸进行调桨，探究矿浆pH=6.0，pH=6.5，pH=7.0 时对浮选脱硫的影响。 待搅拌均后，加入浓度为1%的活化剂硫酸铜，用量500 g/t 并保持不变，搅拌3 min；加入浓度为1%的丁黄药，用量400 g/t 并保持不变，搅拌3 min；加入2 号油，充气、刮泡。得到不同pH 值对浮选脱硫的影响，见表4。

表4 不同pH 值对浮选脱硫的影响

由表 4 和图 3 可得当保矿浆 pH 为 6.5 时， 脱硫效果较好，脱硫效果在酸性条件下更好。 在酸性条件下，既能防止捕收剂的水解和变质，同时在一定程度上可清洗矿物表面的污泥和亲水性氧化薄膜，具有一定的洗涤作用，因此建议选择矿浆pH 为6.5 左右。

图3 不同pH 值对浮选脱硫的影响

3.2 捕收剂用量对脱硫影响

本次试验通过堆锥法混匀， 四分法进行取样，取得矿样（-200 目）289.93 g，采用 500 mL 实验室单槽浮选机，保持矿浆浓度为55%左右，同时保持活化剂的用量和种类以及矿浆pH（pH=6.5）不变，采用控制变量的方法探究捕收剂用量对反浮选脱硫的影响。

每次试验前测定矿浆初始pH，加入浓度为1%的硫酸进行调浆， 同时在一定程度上也起到活化的作用，使用硫酸调至矿浆pH 为6.5 左右；待搅拌均后，加入浓度为1%的活化剂硫酸铜，使用300 g/t 的用量保持不变，搅拌3 min；加入捕收剂丁基黄药，每次加入量为 100 g/t，200 g/t，300 g/t，400 g/t，500 g/t，600 g/t 以探究对实验脱硫的影响；加入2 号油，用量50 g/t保持不变，充气、刮泡至泡沫发白。试验结果见表5 和图4。

由表5 及图4 可知捕收剂的用量对硫化矿的浮选有一定的效果，随着捕收剂剂用量的增加，脱硫效果是先升高后降低。 对比丁黄药用量分别为500 g/t和400 g/t 效果，500 g/t 时铁回收率较高，硫回收率相差不大，但脱硫尾矿铁含量较低，硫含量较高，所以根据本次试验结果，建议丁黄药用量为400 g/t。

表5 丁黄药用量对脱硫影响

图4 丁黄药用量对脱硫影响

3.3 活化剂用量对脱硫影响

本次试验通过堆锥法混匀， 四分法进行取样，矿样用量为289.93 g，保持矿浆浓度在55%左右，采用控制变量的方法探究活化剂用量对反浮选脱硫的影响。

每次试验前测定矿浆初始pH 值，加入浓度为1%的硫酸进行调浆，使用硫酸调至矿浆pH 为6.5 左右；搅拌均后，加入浓度为1%的活化剂硫酸铜，每次加入量为 300 g/t，400 g/t，500 g/t，600 g/t 以探究对实验脱硫的影响，搅拌3min；加入捕收剂丁基黄药，使用300 g/t 的用量保持不变，加入2 号油，用量50 g/t 保持不变，充气刮泡至泡沫发白。 试验结果见表6 和图5。

根据表6 和图5 可得，用硫酸铜作为铁精矿脱硫的活化剂，在用量不同的情况下，其降硫效果不同，当硫酸铜用量为500 g/t 时，脱硫效果较好，得到的铁精矿中硫的品位可降到0.224%，且铁品位也较高，故根据本次试验结果，建议使用硫酸铜用量为500 g/t。

表6 硫酸铜用量对脱硫影响

图5 硫酸铜用量对脱硫影响

3.4 综合条件下脱硫实验

由表7 可知，使用浓度为1%的硫酸溶液为pH 调整剂，浓度为1%硫酸铜溶液为活化剂，浓度为1%丁黄药溶液为捕收剂，2 号油为起泡剂，固定矿浆pH 为6.5左右， 固定酸铜用量为 500 g/t， 丁黄药用量 400 g/t，2号油用量 50 g/t， 当矿浆 pH 为 6.5 时， 硫含量降至0.17%，此时全铁含量为67.35%，符合磁铁精矿C67标准[11]。

4 结论

（1）山西某铁精矿全硫含量为0.328%，硫含量较高，影响高炉炼铁的质量。硫主要存在于磁黄铁矿中，由于磁黄铁矿的复杂性， 采用重选难以与磁铁矿分离，需采用浮选法。

（2）本次试验所用矿样粒度较细，粒度-0.063 mm占77.7%，若再长时间磨矿会增加浮选难度，因而只需短暂磨矿以暴露新鲜表面。

（3） 使用浓度为1%的硫酸溶液为pH 调整剂，浓度为1%硫酸铜溶液为活化剂，浓度为1%丁黄药溶液为捕收剂，2 号油为起泡剂，固定矿浆pH 为6.5 左右，固定硫酸铜用量为500 g/t，丁黄药用量400 g/t，2 号油用量50 g/t，当矿浆pH 为 6.5 时，硫含量降至 0.17%，此时全铁含量为67.35%，符合磁铁精矿C67 标准。

表7 综合条件脱硫实验