内蒙古某选厂铁精矿脱锌试验研究

王丽明 刘 涛 白春霞 关 迪 李宏静

（包钢集团矿山研究院）

内蒙古东部某多金属矿是内蒙古自治区最重要的多金属矿山之一，该矿拥有1个综合回收选厂，主要用于回收铁、锌、锡和钨等资源。目前，该选厂生产出的铁精矿全铁品位很高，但其中的锌含量约为0.20%，无法直接作为入炉原料使用。这是由于锌的还原温度和液态锌的沸点均较低，在高炉炼铁过程中几乎不能被渣铁吸收，从而对高炉炉况产生不利影响［1］。

锌含量偏高对高炉的影响主要体现在：①影响高炉使用寿命，炉内富集的锌蒸汽可渗入炉墙内与炉衬结合，形成低熔点化合物而软化炉衬，加快炉衬的腐蚀速度［2］；②影响高炉稳定生产，当锌的富集加剧时，炉内黏结严重，频繁产生悬料现象，严重时导致高炉停产［3］。

对于锌含量超标的铁精矿，一种利用方式是通过选矿提铁降锌，将其中的锌含量降至0.1%以下，成为符合铁精矿质量标准要求的主流铁精矿销售；另一种利用方式是与锌含量低的高品质铁精矿进行配矿使用［4］。当作为配矿使用时，锌含量高的铁精矿的消纳量将严重受限。因此，通过选矿工艺进行提铁降锌，使其转化为杂质含量符合铁精矿质量标准要求的铁精矿产品是处理该类铁精矿的首选方法。

该选厂生产的铁精矿与具有相同全铁品位但锌含量在0.10%以下的铁精矿比较，其销售价格低约100元/t，严重影响该厂铁精矿的经营利润。因此，为有效降低铁精矿产品中的锌含量，提高产品销售价格，以该选厂生产出的铁精矿为试验原料，开展了详细的化学元素分析和工艺矿物学研究，以此为基础开展铁精矿降锌工艺试验研究。

1 原矿性质

试样为内蒙东部某多金属矿山铁精矿，其化学成分分析结果见表1。对原矿进行筛分分析，化验各粒级全铁和锌元素含量并计算其在各粒级的分布率，结果见表2。

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由表1可知，原矿中全铁含量65.70%、磁性铁含量65.20%，氧化钙含量2.26%，锌含量0.20%。

由表2可知，原矿中+0.045 mm和-0.025 mm粒级产率较高，占比近90%，锌元素在这2个粒级中的分布率也超过了75%；在所有粒级铁和锌的分布率基本同步，说明铁和锌的相关度较高。

对原矿采用显微镜进行初步观察分析，结果表明，原矿主要由磁铁矿和辉石、石榴石、石英、萤石、碳酸盐等脉石矿物组成。其中磁铁矿占79.7%，脉石矿物占20.3%。磁铁矿粒度悬殊，最大粒径200μm，最小粒径5μm以下，50～75μm居多。较大的磁铁矿颗粒棱角分明，5μm以下的微粒多呈长条状（图1a）。铁精矿中的锌矿物有闪锌矿、锌尖晶石和日光榴石，数量较少。原矿中独立锌矿物的数量较少，还含有极少量锌尖晶石，主要以包裹体形式存在（图1b），其中微细粒锌尖晶石包裹体大部分嵌布粒度为10～50 μm，也有部分为1～10μm。显然，磁铁矿中微细粒的锌尖晶石难以采取磨矿方式从磁铁矿中完全解离出来，再通过机械选矿去除，要降低原矿中的锌含量只能通过磨矿打开较粗粒级的锌尖晶石包裹体，将锌尖晶石充分暴露后再采用弱磁选工艺将其抛掉。

采用MLA测定原矿中磁铁矿和主要杂质矿物的粒度分布，结果见表3。

由表3可知，原矿中磁铁矿的粒度相对较细，而杂质矿物的粒度相对较粗，但锌铁尖晶石和锡石仍是以微细粒为主。

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采用MLA矿物自动定量检测系统测定原矿矿物组成和含量，结果见表4。

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由表4可知，原矿中磁铁矿含量为89.105%。杂质矿物种类较复杂，主要有萤石、黑云母、钙铁榴石、符山石、绿泥石及硫砷矿物（包括磁黄铁矿、毒砂、斜方砷铁矿）等；原矿中锌矿物的种类有闪锌矿和锌尖晶石，含量均较低，独立锌矿物的数量极少，不是引起铁精矿含锌高的主要因素。

2 原矿中的锌矿物赋存状态

原矿MLA检测结果表明，铁精矿中蕴含的锌矿物主要有闪锌矿和锌尖晶石。闪锌矿莫氏硬度为3～4.5，密度为3.9～4.2 g/cm3［5］。镜头下闪锌矿颜色变化较大，从浅黄到棕红、棕褐至黑色，金刚光泽至半金属光泽，采用扫描电镜能谱仪对原矿中的闪锌矿进行微区化学成分检测，结果见表5。

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由表5可知，该闪锌矿中大部分含铁较低，最低全铁含量1.31%，平均锌含量62.57%。闪锌矿主要与硫化矿物和脉石的嵌布关系较密切，多见浸染嵌布于脉石中，常与毒砂伴生。矿样中闪锌矿主要与云母、毒砂连生，闪锌矿扫描电镜BSE图见图2。

原矿中锌矿物除闪锌矿外，还有锌尖晶石。锌尖晶石属于尖晶石亚族，晶体结构为正尖晶石型，晶体常呈八面体，少量菱形十二面体和立方体，晶体较完整，颜色为暗绿、灰绿和黑绿色。半透明，玻璃光泽，硬度7.5～8，密度4～4.6 g/cm3［6］。在锌尖晶石晶体结构中，锌常被Fe2+、Mn2+、Mg2+类质同象代替，铁精矿中锌尖晶石的化学成分见表6。

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由表6可知，锌尖晶石中锌被铁、锰和镁等代替，氧化锌含量11.31%，折算成锌含量为9.08%。

采用能谱仪随机测定原矿中23颗磁铁矿微区化学成分见表7。

由表7可知，一半以上的磁铁矿中不含锌尖晶石包裹体，锌含量为0.00%～0.75%，平均锌含量0.18%。

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采用扫描电镜能谱仪对铁精矿中的磁铁矿进行特征X射线面扫描观察，扫描照片见图3。特征X射线面扫描照片显示，在铁精矿中磁铁矿颗粒包含锌尖晶石包裹体，这些包裹体部位具有富锌、铝而贫铁的特征。

磁铁矿属于强磁性矿物，比磁化系数为9.2×l0-2cm3/g，而锌尖晶石属于尖晶石类矿物，磁性随含铁量增加磁性变大，比磁化系数为4.6×l0-5～2.0×l0-4cm3/g［4］。显然，磁铁矿与锌尖晶石之间具有较大的磁性差，可通过调整合适的磁场强度采用弱磁选工艺对磁铁矿与锌尖晶石进行分选，在弱磁选工艺中已解离的锌尖晶石不易进入铁精矿，未解离的锌尖晶石应磨矿以使其达到单体解离，然后再通过弱磁选使磁铁矿与锌尖晶石分离。

3 磨矿—磁选试验

原矿通过选取不同的磨矿细度进行不同磁场强度条件下的弱磁选试验，磨矿—弱磁选工艺流程见图4。

3.1 磨矿—磁选试验

取300 g原矿，采用武汉洛克粉磨设备制造有限公司生产的RK/ZQM-160×60型智能球磨机进行磨矿粒度试验，磨矿粒度与时间关系曲线见图5。

3.2 磁选试验

将原矿磨至不同细度，采用磁选管进行弱磁选试验。首先，将原矿磨至-0.074 mm71.84%，采用不同磁场强度进行弱磁选试验，结果见表8。

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由表8可知，随着磁场强度的增加，弱磁选精矿产率升高，精矿中全铁品位降低，全铁回收率升高，但锌在精矿中的品位和回收率未有明显变化；在该细度条件下，无论磁场强度如何变化，均不能将原矿中的锌有效降低。

将原矿磨至-0.074 mm82.01%，采用不同磁场强度进行弱磁选试验，试验结果见表9。

由表9可知，随磁场强度的增加，弱磁选精矿产率升高，精矿全铁品位降低，全铁回收率升高；锌在磁选精矿中的品位及回收率均降低，说明随着磨矿粒度变细，原矿中的锌杂质逐渐暴露，此时采用弱磁选即可降低原矿中的锌含量，但此时弱磁选精矿中的锌含量仍较高，需要继续磨矿进行弱磁选试验。

将原矿磨至-0.074 mm92.71%，采用不同磁场强度进行弱磁选试验，试验结果见表10。

由表10可知，将原矿磨至-0.074 mm92.71%时，随磁场强度的增加，弱磁选精矿产率升高，全铁品位降低，全铁回收率升高；锌在磁选精矿中的品位下降，锌回收率降低；在磁场强度143.28 kA/m时，弱磁选精矿中的锌含量降至0.08%，再升高磁场强度精矿中的全铁和锌指标基本不变；因此选择最佳磨矿—弱磁选试验条件为磨矿细度-0.074 mm92.71%，磁场强度143.28 kA/m。

4 结语

（1）内蒙古某原矿中全铁含量65.70%、锌含量0.20%，通过筛分分析及显微镜下分析可知，原矿中独立锌矿物的数量较少，包含有极少量锌尖晶石，主要以包裹体形式存在。原矿MLA检测结果表明，原矿中蕴含的锌矿物主要由闪锌矿和锌尖晶石组成，其中闪锌矿主要与云母、毒砂连生，锌尖晶石大多在磁铁矿颗粒内以包裹体形式存在，需通过磨矿使包裹体内的锌尖晶石暴露，再通过弱磁选除去。

（2）将原矿磨至-0.074 mm92.71%，在磁场强度143.28 kA/m的条件下进行弱磁选别，得到的弱磁选精矿全铁品位为68.10%，全铁回收率98.99%，弱磁选精矿含锌0.08%。与原矿比较，全铁品位提高了2.4个百分点，同时锌含量降低了0.12个百分点，有效提高了铁精矿质量，可以不用配矿直接用作球团原料入炉冶炼，相应的产品价格也可得到大幅提高，经济效益显著。