王聞單，趙紅星，胡航嘉，文 婭

(昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院股份公司，云南 昆明 650051)

0 引 言

我國鉛鋅礦資源豐富，鉛鋅礦石經(jīng)分選所得固體廢棄物即為鉛鋅尾礦，長時(shí)間的開采已經(jīng)積累了大量的鉛鋅礦尾礦。在2002—2015年間，我國鉛鋅礦山產(chǎn)量累計(jì)7 140萬t，按照鉛鋅尾礦平均產(chǎn)生系數(shù)3.6，我國鉛鋅尾礦的累計(jì)排放量約5億t。一般情況下，每1 t鉛鋅礦石的處理會(huì)有0.5～0.95 t尾礦的排出。

鉛鋅尾礦具有數(shù)量多、粒度小、表面積大、化學(xué)活性高、易流動(dòng)、干燥后易風(fēng)化污染空氣，富含多種元素，礦物種類豐富，可利用性強(qiáng)等特點(diǎn)。尾礦的堆積和處理已經(jīng)成為礦山企業(yè)面臨的最大挑戰(zhàn)。近幾年來，國內(nèi)外日益重視尾礦的綜合開發(fā)研究，美國、加拿大等國家均投入了大量的資金，研究尾礦的綜合利用，并取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。尾礦中鐵的含量比重較大，如能從尾礦中高效的分離鐵的元素，對(duì)緩解我國鐵礦石的短缺局面具有重要的意義。

磁化焙燒是利用一定條件在高溫下將弱磁性礦物(赤鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦和黃鐵礦)轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)磁性礦物(磁鐵礦、假象赤鐵礦)的工藝流程。常用的磁化焙燒法可分為還原焙燒、中性焙燒、氧化焙燒、氧化還原焙燒和還原氧化焙燒等。經(jīng)過磁化焙燒之后，鐵礦物的磁性顯著增強(qiáng)而脈石礦物的磁性變化不大，為下一步分選創(chuàng)造了條件。

1 試驗(yàn)原料和研究方法

1.1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)中所用的主要材料為鉛鋅尾礦和無煙煤，無煙煤作為還原劑，經(jīng)破碎、干磨至直徑小于0.2 mm。鉛鋅尾礦的化學(xué)多元素分析見表1；XRD圖譜見圖1；還原劑成分分析見表2。

表1 鉛鋅尾礦化學(xué)元素分析

表2 還原劑成分分析

圖1 鉛鋅尾礦X射線衍射圖譜

由表1化學(xué)多元素分析結(jié)果可知，該尾礦中SiO2含量為32.76 %，TFe含量為12.98 %，Pb含量為0.33 %，Zn含量為0.29 %，P含量為0.066 %，S含量為8.96 %。

從表2可知，還原劑的固定碳含量較高，達(dá)到了72.21 %，水分含量較低，因此這類碳粉適合做還原劑。

由圖1可知，該鉛鋅尾礦中SiO2晶體的衍射峰強(qiáng)度十分明顯，并且峰值較高，說明鉛鋅尾礦中含有大量的SiO2晶體，還含有CaO、Fe2O3晶體。

1.2 研究方法

該次試驗(yàn)采用了磁化焙燒法和原子吸收光譜法。將礦樣品與還原劑按照一定的質(zhì)量配比裝入陶瓷坩堝中，在指定條件下放入達(dá)到設(shè)定溫度的馬弗爐中進(jìn)行磁化焙燒，放入后待溫度重新回升到指定溫度時(shí)開始計(jì)時(shí)。待磁化焙燒達(dá)到指定時(shí)間后，取出陶瓷坩堝，迅速放入水中進(jìn)行冷卻防止氧化。然后進(jìn)行磁選，將水淬好的焙燒樣烘干、磨礦，稱重后在指定條件下通過磁選管進(jìn)行磁選，選得的精礦烘干，稱重。磁選后得到的精礦，用王水溶解于燒杯中，放置于通風(fēng)櫥中，使用磁力攪拌器攪拌。待完全溶解后定容，利用原子吸收光譜儀測試鐵濃度，然后經(jīng)計(jì)算得到精礦的品位和回收率。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 磁化焙燒還原劑用量試驗(yàn)

本試驗(yàn)選擇還原劑配比(即還原劑與試樣用量的比值)5 %、10 %、15 %、20 %和25 %分別進(jìn)行試驗(yàn)。另外，本試驗(yàn)是碳粉作為固體還原劑，固—固反應(yīng)進(jìn)行緩慢，因此在試驗(yàn)前需把碳粉與試樣混合均勻。試樣用量每份50 g，磁化焙燒溫度選擇700 ℃，焙燒時(shí)間選擇30 min。磁化焙燒結(jié)束后烘干磨礦稱重，取經(jīng)過磨礦后的磁化焙燒樣用磁選管進(jìn)行弱磁選試驗(yàn)，磁場強(qiáng)度選擇256 kA/m，所得精礦用原子吸收光譜儀測定鐵元素濃度，計(jì)算得到鐵品位及回收率。不同還原劑用量磁化焙燒試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

由圖2可知，碳粉用量小于15 %時(shí)，鐵品位與回收率都隨碳粉用量的增大而升高，但當(dāng)碳粉比增加到20 %時(shí)，鐵品位和回收率不再隨碳粉的增加而增加，而是呈下降趨勢，當(dāng)碳粉用量為20 %時(shí)，鐵品位和回收率均達(dá)到最大值，分別為42.85 %和11.11 %。因此，最佳碳粉含量應(yīng)為20 %。

2.2 焙燒時(shí)間試驗(yàn)

磁化焙燒時(shí)間的長短決定了在特定的焙燒溫度條件下還原反應(yīng)進(jìn)行的徹底程度。本試驗(yàn)所用鉛鋅礦經(jīng)破碎與還原劑混合均勻，使礦物與還原劑充分接觸，適當(dāng)延長焙燒時(shí)間有利于焙燒后生成的磁鐵礦晶粒的二次再結(jié)晶并逐漸長大，從而有利于后續(xù)的磁選作業(yè)。

焙燒時(shí)間單因素條件試驗(yàn)選擇的時(shí)間分別是：40 min、60 min、80 min、100 min 和120 min。固定條件：試樣用量每份50 g，磁化焙燒溫度選擇700 ℃，還原劑用量為試樣用量的20 %(即10 g/次)。磁化焙燒結(jié)束后，烘干、磨礦、稱重，取經(jīng)過磨礦后的磁化焙燒樣，用磁選管進(jìn)行弱磁選試驗(yàn)，磁場強(qiáng)度選擇256 kA/m。所得精礦用原子吸收光譜儀測定鐵元素濃度，計(jì)算得到鐵品位及回收率。不同焙燒時(shí)間磁化焙燒試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

由圖3可知，鐵品位和回收率都是隨焙燒時(shí)間的增加呈先升高后下降的趨勢，并且在80 min時(shí)出現(xiàn)了一個(gè)很明顯的最大值。因此，磁化焙燒時(shí)間要適當(dāng)，本次最佳焙燒時(shí)間為80 min，得到的鐵品位為45.61 %，回收率為13.23 %。

2.3 焙燒溫度試驗(yàn)

焙燒溫度單因素條件試驗(yàn)選擇的溫度分別是：650 ℃、700 ℃、750 ℃、800 ℃和850 ℃。固定條件：試樣用量每份50 g，磁化焙燒時(shí)間選擇80 min，還原劑用量為試樣用量的20 %(即10 g/次)。磁化焙燒結(jié)束后，烘干、磨礦、稱重，取經(jīng)過磨礦后的磁化焙燒樣，用磁選管進(jìn)行弱磁選試驗(yàn)，磁場強(qiáng)度選擇256 kA/m。所得精礦用原子吸收光譜儀測定鐵元素濃度，計(jì)算得到鐵品位及回收率。不同焙燒溫度的磁化焙燒試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

圖2 還原劑用量試驗(yàn)結(jié)果

圖3 焙燒時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果

由圖4可知，當(dāng)溫度低于750 ℃時(shí)，鐵品位和回收率都隨焙燒溫度的升高而增大，但是當(dāng)溫度超過750 ℃后，鐵的回收率出現(xiàn)了明顯的下降趨勢，并且鐵品位的增長速度下降。當(dāng)焙燒溫度為750 ℃時(shí)，得到的精礦鐵品位和回收率分別為58.44 %和16.98 %。因此，最佳焙燒溫度為750 ℃。

2.4 磁場強(qiáng)度試驗(yàn)

為了探索磁化焙燒礦弱磁選的最佳指標(biāo)，對(duì)焙燒后的礦樣進(jìn)行了磁選不同磁場強(qiáng)度條件試驗(yàn)，選擇的磁場強(qiáng)度分別為：204 kA/m、236 kA/m、256 kA/m、268 kA/m、280 kA/m。固定條件：試樣用量每份50 g，獲得在最佳焙燒條件下(焙燒溫度750 ℃、焙燒時(shí)間80 min、還原劑配比為20 %)的焙燒產(chǎn)物，磁化焙燒結(jié)束后，烘干、磨礦、稱重，取經(jīng)過磨礦后的磁化焙燒樣，用磁選管進(jìn)行弱磁選試驗(yàn)。所得精礦用原子吸收光譜儀測定鐵元素濃度，計(jì)算得到鐵品位及回收率。磁場強(qiáng)度的磁化焙燒樣弱磁選的試驗(yàn)結(jié)果見圖5。

圖4 焙燒溫度試驗(yàn)結(jié)果

圖5 磁場強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

由圖5可知，鐵品位隨磁場強(qiáng)度的增大而減小，鐵的回收率隨磁場強(qiáng)度的增大而增大。磁場強(qiáng)度為204 kA/m時(shí)，鐵品位最高，為59.46 %，而回收率最低，為10.24 %。磁場強(qiáng)度為280 kA/時(shí)，鐵品位最低，為50.44 %，而回收率最高，為19.11 %。在256 kA/m時(shí)，二者綜合起來達(dá)到最佳，因此，最佳磁場強(qiáng)度為256 kA/m。

3 結(jié) 語

1)該鉛鋅尾礦中SiO2含量為32.76，TFe含量為12.98 %，可采用磁化焙燒法回收其中的鐵元素。

2)此鉛鋅尾礦磁化焙燒的最佳條件為：碳粉用量20 %，焙燒時(shí)間80 min，焙燒溫度750 ℃，磁場強(qiáng)度256 kA/m?？傻玫骄V鐵品位58.44 %，回收率16.98 %的指標(biāo)。此次研究為該地從鉛鋅尾礦中分離鐵元素提供了合理的技術(shù)路線，對(duì)該地區(qū)的鉛鋅尾礦二次利用具有重要意義。