随着钢铁行业的飞速发展，铁矿资源的需求量越来越大，大量的贫铁矿、含铁尾矿和一些难处理铁矿石也逐渐被开发利用。这些矿石产出的铁精矿杂质含量一般较高，尤其是硫的含量偏高，难以满足炼铁与炼钢的质量要求。
安徽某硫铁矿矿石中含铜0.3%、硫34.95%、铁42.64%（磁性铁6%～7%），属低铜硫矿石。目前该矿采用优先浮选铜的工艺流程，产出铜精矿和硫精矿，铁未回收。为了提高资源的综合利用率，考虑回收其中的铁，并探索铁精矿降硫的方法。
一、矿石性质及试验方法
（一）原矿性质
原矿中主要矿物为黄铁矿，次为磁铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿、辉铜矿、褐铁矿、铜蓝、孔雀石等，含少量自然金、银。黄铁矿多呈半自形晶粒状集合体、块状，粒度为 0.02～5mm；黄铜矿呈他形粒状充填在黄铁矿或脉石中，粒度为0.01～1.4mm；其它铜矿物呈脉状充填交代，粒度为0.003～0.lmm。原矿多元素分析结果与铜、硫、铁物相分析结果分别见表1和表2。
该矿中有用元素主要为硫、铜、铁和金银。铜矿物主要为硫化铜，硫矿物主要为黄铁矿、少量磁黄铁矿，可回收的铁矿物为磁铁矿。
表1 原矿多元素分析结果（质量分数）/%
Cu | S | Fe | MgO | CaO | Al2O3 | SiO2 | Au1) | Ag1) |
0.30 | 34.95 | 42.64 | 1.24 | 1.94 | 0.71 | 6.78 | 1.18 | 23.5 |
1） 单位为g/t。
表2 原矿物相分析结果
物相名称 | 相别 | 含量/% | 占有率/% |
铜物相 | 硫化铜中铜 | 0.279 | 93.00 |
氧化铜中铜 | 0.013 | 4.33 | |
其它铜 | 0.008 | 2.67 | |
总铜 | 0.30 | 100.00 | |
硫物相 | 黄铁矿中硫 | 31.89 | 91.24 |
磁黄铁矿中硫 | 2.59 | 7.41 | |
硫酸盐中硫 | 0.47 | 1.35 | |
总硫 | 34.95 | 100.00 | |
铁物相 | 四氧化二铁中铁 | 6.84 | 16.04 |
三氧化二铁中铁 | 2.12 | 4.97 | |
磁黄铁矿中铁 | 1.97 | 4.62 | |
其它硫化铁中铁 | 29.72 | 69.70 | |
硅酸铁中铁 | 0.19 | 0.45 | |
碳酸铁中铁 | 1.80 | 4.22 | |
总铁 | 42.64 | 100.00 |
（二）试验方法
试验矿石为低铜铁高硫矿石，常规选矿工艺流程有先磁后浮和先浮后磁两种，限于该矿现有工艺流程为优先浮选流程，本次试验以先浮后磁工艺得到铁精矿，然后用浮选的方法进行铁精矿脱硫研究。
试验单个试样重 500g，先用 XMQ－40×90锥形球磨机磨矿，后采用XFD型单槽浮选机和湿式间歇式高梯度磁选机分别进行浮选和磁选。试验所用的药剂有2#油、石灰、丁黄药、煤油、硫酸铜、硫酸，均为分析纯试剂。
二、试验结果及分析
（一）先浮后磁试验
根据现场生产实际情况，确定了磨矿粒度为-0.074mm粒级占68%、磁场强度为64kA/m，磁选采用一次粗选一次精选流程，试验工艺流程见图1，试验结果见表3。
表3 先浮后磁试验结果
产品名称 | 产率/% | 品位/% | 回收率/% | ||||
Cu | S | Fe | Cu | S | Fe | ||
铜粗精矿 | 6.63 | 3.78 | 37.55 | 83.24 | 7.13 | ||
铁精矿 | 12.99 | 0.11 | 9.44 | 63.08 | 4.75 | 3.51 | 19.48 |
硫精矿 | 80.38 | 0.045 | 38.79 | 12.01 | 89.36 | ||
合计 | 11.00 | 0.30 | 34.90 | 42.06 | 100.00 | 100.00 | |
由表3可知，采用-粗-精磁选工艺流程、磁场强度为64kA/m，磁选得到的铁精矿含硫为9%左右，硫含量较高。为提高铁精矿质量，需进行脱硫处理。
（二）铁精矿脱硫试验
1、再磨粒度试验
为确定磁性铁与磁黄铁矿是否解离及磨矿粒度对脱硫的影响，采用硫酸调整矿浆PH值至6.2、硫酸铜活化、煤油和丁黄药作捕收剂，进行了铁精矿再磨脱硫试验，试验工艺流程见图2，试验结果见表4。
表4 铁精矿再磨脱硫试验结果
磨矿时间/min | 产品名称 | 产率/% | 品位/% | 回收率/% | ||
Fe | S | Fe | S | |||
0 | 铁精矿 脱硫泡沫 合计 | 48.72 51.28 100.00 | 65.88 60.93 63.34 | 0.45 16.54 8.70 | 50.67 49.33 100.00 | 2.52 97.48 100.00 |
4 | 铁精矿 脱硫泡沫 合计 | 46.74 53.26 100.00 | 65.95 61.22 63.43 | 0.39 16.70 9.08 | 48.60 51.40 100.00 | 2.01 97.99 100.00 |
8 | 铁精矿 脱硫泡沫 合计 | 46.98 53.02 100.00 | 65.70 60.57 62.58 | 0.32 16.89 9.11 | 49.10 50.99 100.00 | 1.65 98.34 100.00 |
由表4可见，采用以上脱硫药剂条件，铁精矿不再磨脱硫。可得到铁精矿品位65.88%、含硫0.45%的铁精矿，铁作业回收率为50.67%；再磨后脱硫，铁精矿含硫可降至0.4%以下，较不再磨略低，铁精矿品位和回收率与不再磨相近，说明再磨有利于降低铁精矿含硫。试验中不再磨铁精矿含硫可降到0.5%以下，综合考虑，以下试验不进行再磨。
2、脱硫作业pH值试验
磁选进入铁精矿中的硫主要为磁黄铁矿，其自然可浮性较黄铁矿差，加之选铜时受抑制，脱除较困难。按照图2所示流程，在其它药剂及用量相同条件下，进行了脱硫pH值试验，试验结果见表5。
表5 pH值试验结果
硫酸用量/ (g·t-1) | 产品名称 | 产率/% | 品位/% | 回收率/% | ||
Fe | S | Fe | S | |||
0 (pH=7.0) | 铁精矿 脱硫泡沫 合计 | 79.87 20.13 100.00 | 64.88 55.07 62.91 | 6.44 20.16 9.20 | 82.38 17.62 100.00 | 55.90 44.10 100.00 |
250 (pH=6.7) | 铁精矿 脱硫泡沫 合计 | 68.07 31.93 100.00 | 65.72 57.65 63.14 | 3.04 20.70 8.68 | 70.85 29.15 100.00 | 23.84 76.16 100.00 |
500 (pH=6.2) | 铁精矿 脱硫泡沫 合计 | 48.72 51.28 100.00 | 65.88 60.93 63.34 | 0.45 16.54 8.70 | 50.67 49.33 100.00 | 2.52 97.48 100.00 |
表5结果表明，不添加硫酸调整pH值，仅采用硫酸铜活化，铁精矿中的硫可浮性较差、上浮量小，铁精矿含硫较高；添加硫酸调整矿浆pH值，随着硫酸用量的增加，pH值降低，硫可浮性较好，铁精矿含硫降低。硫酸用量为500g/t、pH值6.2时，铁精矿含硫可降到0.45%。
3、活化剂用量试验
硫酸铜为铁精矿脱硫的常用活化剂。进行了硫酸铜用量对铁精矿脱硫效果的影响试验，工艺流程见图2，pH=6.2，其它药剂及用量固定不变，试验结果见表6。
表6 硫酸铜用量试验结果
硫酸用量/ (g·t-1) | 产品名称 | 产率/% | 品位/% | 回收率/% | ||
Fe | S | Fe | S | |||
0 | 铁精矿 脱硫泡沫 合计 | 88.71 11.29 100.00 | 64.10 55.06 63.08 | 6.93 26.26 9.11 | 90.15 9.85 100.00 | 67.46 32.54 100.00 |
150 | 铁精矿 脱硫泡沫 合计 | 61.17 38.83 100.00 | 65.46 60.18 63.41 | 1.02 20.04 8.41 | 63.15 36.85 100.00 | 7.42 92.58 100.00 |
300 | 铁精矿 脱硫泡沫 合计 | 48.72 51.28 100.00 | 65.88 60.93 63.34 | 0.45 16.54 8.70 | 50.67 49.33 100.00 | 2.52 97.48 100.00 |
表6结果表明，不添加活化剂脱硫，铁精矿含硫6.93%，硫脱除率仅为32.54%，说明该矿中的磁黄铁矿可浮性较差，铁精矿中的磁黄铁矿与磁铁矿的磁絮作用增加了磁黄铁矿脱除的难度，仅采用捕收剂难以有效地脱除铁精矿中的硫。采用硫酸铜活化，脱硫效果较明显，随着硫酸铜用量的增加，铁精矿硫含量下降；硫酸铜用量为150g/t时，铁精矿含硫为1.02%，用量为300g/t时、铁精矿含硫为0.45%。
4、捕收剂用量试验
铁精矿脱硫常用捕收剂一般为黄药类，生产实践证明，以煤油和黄药联合进行脱硫，效果较单一黄药好。按照图2所示流程，在pH=6.2，硫酸钢用量为 300g/t时，以煤油和丁黄药联合进行了脱硫作业捕收剂试验，试验结果见表7。
表7 捕收剂用量试验结果
硫酸用量/ (g·t-1) | 产品名称 | 产率/% | 品位/% | 回收率/% | ||
Fe | S | Fe | S | |||
煤油40 丁黄药100 | 铁精矿 脱硫泡沫 合计 | 52.39 | 65.65 | 0.51 | 54.15 | 3.06 |
47.61 | 61.18 | 17.79 | 45.85 | 96.94 | ||
100.00 | 63.52 | 8.74 | 100.00 | 100.00 | ||
煤油40 丁黄药140 | 铁精矿 脱硫泡沫 合计 | 49.93 | 65.43 | 0.46 | 51.76 | 2.54 |
50.07 | 60.81 | 17.58 | 48.24 | 97.46 | ||
100.00 | 63.12 | 9.03 | 100.00 | 100.00 | ||
煤油40 丁黄药180 | 铁精矿 脱硫泡沫 合计 | 48.13 | 65.58 | 0.44 | 49.93 | 2.35 |
51.87 | 61.03 | 16.99 | 50.07 | 97.65 | ||
100.00 | 63.22 | 9.02 | 100.00 | 100.00 | ||
表7结果表明，采用煤油及丁黄药作脱硫捕收剂，可有效脱除铁精矿中的硫，但其用量较大。以煤油4Og/t、丁黄药 100g/t为宜。
5、活化剂与捕收剂用量正交试验
生产实践表明，铁精矿脱硫活化剂硫酸铜与捕收剂丁黄药有一定的交互效应，为了解二者的用量关系，在pH=6.2时，对两种药剂进行了正交试验，试验结果见表8。
表8 活化剂与捕收剂正交试验结果
硫酸用量/ (g·t-1) | 产品名称 | 产率/% | 品位/% | 回收率/% | ||
Fe | S | Fe | S | |||
CuSO4200 煤油40 丁黄药80 | 铁精矿 脱硫泡沫 合计 | 57.35 | 65.49 | 1.16 | 59.17 | 7.63 |
42.65 | 60.76 | 18.89 | 40.83 | 92.37 | ||
100.00 | 63.47 | 8.72 | 100.00 | 100.00 | ||
CuSO4200 煤油40 丁黄药140 | 铁精矿 脱硫泡沫 合计 | 54.55 | 65.38 | 0.52 | 56.33 | 3.39 |
45.45 | 60.83 | 17.78 | 43.67 | 96.61 | ||
100 | 63.31 | 8.36 | 100.00 | 100.00 | ||
CuSO4200 煤油70 丁黄药140 | 铁精矿 脱硫泡沫 合计 | 54.33 | 64.98 | 0.54 | 55.80 | 3.53 |
45.67 | 61.23 | 17.54 | 44.20 | 96.47 | ||
100.00 | 63.27 | 8.30 | 100.00 | 100.00 | ||
CuSO4300 煤油40 丁黄药80 | 铁精矿 脱硫泡沫 合计 | 53.88 | 65.31 | 0.48 | 55.68 | 3.07 |
46.13 | 60.73 | 17.68 | 44.32 | 96.93 | ||
100.00 | 63.20 | 8.41 | 100.00 | 100.00 | ||
CuSO4300 煤油40 丁黄药140 | 铁精矿 脱硫泡沫 合计 | 46.92 | 65.99 | O.45 | 49.14 | 2.33 |
53.08 | 60.38 | 16.68 | 50.86 | 97.67 | ||
100.00 | 63.01 | 9.06 | 100.00 | 100.00 | ||
CuSO4300 煤油40 丁黄药180 | 铁精矿 脱硫泡沫 合计 | 48.13 | 65.58 | 0.44 | 49.93 | 2.35 |
51.87 | 61.03 | 16.99 | 50.07 | 97.65 | ||
100.00 | 63.22 | 9.02 | 100.00 | 100.00 | ||
表8结果表明，在一定用计范闹内，硫酸铜用过大时，可减少了黄药用量，而硫酸铜用量小时，需增加丁黄药用量，以保证脱硫效果。硫酸钠用社300g/t、丁黄药用量140g/t和180g/t时，铁精矿含硫分别为0.45%和0.44%，说明增加药剂用量，也难以明显的降低铁精矿中的硫。本次试验以硫酸铜用量200～300g/t、丁黄药用量80～140g/t为宜。
（三）闭路试验
在条件试验的基础上，进行了闭路试验，闭路试验流程见图3，结果见表9。
表9结果表明，采用先浮后磁工艺流程，可得到含铜10.98%、铜回收率77.78%的铜精矿，含铁65.38%、含硫 0.84%、铁回收率11.78%的铁精矿（磁铁矿回收率为73.44%），含硫37.90%，硫回收率97.82%的总硫精矿，试验结果较为理想。
表9 闭路试验结果
铜精矿 | 1.99 | 10.98 | 36.89 | 35.14 | 77.78 | 1.73 | 2.00 |
脱硫泡沫 | 5.97 | 0.162 | 60.12 | 23.99 | 3.44 | 8.46 | 4.09 |
铁精矿 | 7.65 | 0.061 | 65.38 | 0.84 | 1.66 | 11.78 | 0.18 |
硫精矿 | 84.39 | 0.057 | 39.25 | 38.88 | 17.12 | 78.03 | 93.73 |
总硫精 | 90.36 | 0.064 | 40.63 | 37.90 | 20.56 | 86.49 | 97.82 |
合计 | 11.00 | 0.28 | 42.45 | 35.01 | 11.00 | 11.00 | 100.00 |
三、结语
（一）安徽某硫铁矿矿石属低铜高硫矿石，含铜0.3%、硫34.95%、铁42.64%，目前采用优先浮铜工艺，产出铜精矿和硫精矿，铁未回收。采用先浮后磁常规方法得到铁精矿，再以2#油作起泡剂，硫酸和硫酸铜作调整剂和活化剂，煤油和丁黄药作捕收剂进行了铁精矿脱硫全流程闭路试验，可得到含铜10.98%、铜回收率77.78%的铜精矿及含铁65.38%、含硫0.84%、铁回收率11.78%的铁精矿，效果较理想。
（二）作为调整剂的硫酸，一般是以浓硫酸的形式直接进行添加，因此存在一定的危险性。近年来，国内外已研制出了一种可替代硫酸和硫酸铜的组合药剂，并在类似矿山生产中投入使用，取得了较好的指标，因此建议下一步进行组合药剂的探索试验。
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