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某硫磺渣礦選礦前礦物學特征相關研究

作者:紅星機器 發布時間:2016-04-15 00:00:00 更新時間:2019-05-17 00:00:00

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硫磺渣是一種典型的礦山固體垃圾,如果不加以處理,將會造成嚴重環境及土地污染。為了能夠提高硫磺渣的回收使用價值,紅星機器對該物料進行了詳細的礦物學特征分析研究,為其提供可靠的技術依據。

硫磺渣礦

一、硫磺渣堆特征

研究區位于云南省鎮雄縣黑樹地區,野外觀察可知硫磺渣堆層理明顯,具有粗粒+細粒的韻律旋回,這是因為在硫鐵礦燒制時,將形成的礦渣堆放在平臺上,長時間放置后,由于重力作用導致細粒礦渣下落,而粗粒礦渣仍位于上部,多次的堆放即形成了現在所看到的層理結構。渣堆單層韻律厚度介于6~27cm,其中粗粒礦渣(渣塊)大到(10×10)cm,小為(1×1)cm,結構疏松,發育氣孔;細粒礦渣(渣土)呈粉砂狀,土黃色。根據顏色的不同,可將粗粒礦渣(渣塊)分為褐渣、黑渣和紅渣三種類型。在野外對渣堆進行淺井、鉆井和剖面刻槽取樣,同時單獨采集了三種顏色渣塊樣品若干。

二、試樣化學成分分析

將淺井、鉆井和剖面刻槽所取綜合大樣和各色渣塊樣品粉碎到-0.074mm,其進行主量元素及微量元素化學定量分析。綜合大樣中主要成分為SiO2,含量高達37.60%,其次為Fe2O3和FeO,含量為28.12%和3.75%,折算成TFeO為29.05%。有害元素S和P2O5均超標。鐵是燒渣中主要可回收利用的元素,鈦元素的含量也達到了綜合利用的要求,而微量元素V、Cr、Co、Ni含量較低,無法利用。但是,按照鐵精礦的要求,元素S、P含量均超標,生產鐵精礦時應予以去除。

三種顏色渣塊中化學成分也有明顯差異。褐渣中FeO含量高,達23.20%,同時S元素含量高達6.41%,為其他顏色渣塊的4~10余倍,但Fe2O3含量低,9.92%;紅渣的Fe2O3含量高,43.22%,是其他顏色渣塊的2~5倍,而S元素含量低,為0.38%;黑渣的FeO和Fe2O3元素含量居中,但Si、Al、K元素含量均高于其他顏色的渣塊。不同顏色渣塊中有價元素Ti的含量比較接近,TiO2變化范圍為5.13%~6.09%,平均值為5.56%,略低于綜合大樣鈦含量。

鄂式破碎機

三、試樣物相分析

對綜合大樣中有價元素Fe、Ti及有害元素S進行物相分析。分析有價元素鐵主要以赤鐵礦、硅酸鐵、磁鐵礦及硫化鐵的形式存在,其中赤鐵礦和磁鐵礦為主要的回收對象,兩種礦物相中的鐵占總鐵量的73.59%,而硅酸鐵、硫化鐵和碳酸鐵中的鐵則難以利用。

根據S物相分析結果看出,硫元素主要以硫酸鹽和硫化物形式存在,其中硫酸鹽中硫占全硫含量的66.67%,為元素硫主要的存在形式。由表4可知鈦主要以銳鈦礦、鈦鐵礦、鈦硅酸鹽及鈦磁鐵的形式存在,其中銳鈦礦、鈦鐵礦和鈦磁鐵礦可以作為主要回收對象,三種礦物相中的鈦占總鈦含量的74.86%。

四、試樣主要礦物成分分析

為了查明硫磺礦渣的礦物種類,將硫磺礦渣綜合大樣及其中各色渣塊分別經鄂式破碎機、球磨機破碎研磨到-0.074mm,進行X-射線衍射試驗分析。綜合大樣中含鐵有用礦物主要為赤鐵礦和磁鐵礦;含鈦有用礦物主要為銳鈦礦和鈦鐵礦;主要脈石礦物為莫來石,透長石、石英、方石英和石膏,及少量殘留的原礦中礦物黃鐵礦,其中莫來石、透長石和方石英均為高溫下穩定產物,與實際情況相符。分析結果與化學物相分析結果一致,由此可知,為提取高質量鐵精粉,大部分脈石礦物可以經過磁-重法拋除,而殘留的黃鐵礦,則需要通過浮選法去除。

試樣中礦物組成及相對含量分析可知,各色渣塊中礦物種類與綜合大樣中一致,但礦物含量差別較大:紅渣中赤鐵礦和磁鐵礦含量高;褐渣中有用礦物赤鐵礦含量低,而殘留礦物黃鐵礦含量高,并可能形成脫硫不完全的產物磁黃鐵礦;黑渣中有用礦物赤鐵礦含量居中,磁鐵礦和殘留礦物黃鐵礦含量低,同時含有較多脈石礦物莫來石、透長石和石英。

球磨機

五、試樣主要礦物嵌布特征及電子探針分析

為了查明主要礦物的特征,以-0.2mm綜合樣壓制砂光片進行顯微觀察,并對各色渣塊磨制探針片,運用電子探針分析其中主要礦物化學成分。

(1)赤鐵礦

在砂光片中,目標礦物赤鐵礦的嵌布特征有以下幾種形式:部分赤鐵礦呈晶形較好的粒狀單體產出,粒度100~150μm,顆粒內部疏松多孔,被脈石礦物充填;部分赤鐵礦呈細粒狀或隱晶質彌散于脈石礦物中,這部分赤鐵礦的粒度較細,小于10μm,與脈石嵌布關系密切,即使在細磨條件下也很難與脈石完全解離;還有部分赤鐵礦呈不規則狀與脈石礦物呈復雜的連生體產出,粒度200~300μm,顆粒內部空隙及其發育,與脈石礦物密切共生;此外還有少量赤鐵礦與磁鐵礦共生。

赤鐵礦顆粒不純,含有少量Al、Ti、Si和Mg等元素,其含鐵質量分數平均為63.87%,遠低于赤鐵礦理論鐵質量分數70%。其中Al、Ti元素含量較高,分別占2.82%和1.81%,它們均以類質同象的形式替換鐵元素從而存在于赤鐵礦中,可能對選礦產物鐵精礦的質量造成一定影響。

(2)黃鐵礦

黃鐵礦是制硫過程中的殘留產物,是選礦中需要去除的礦物。黃鐵礦在砂光片中主要呈它形不規則狀到粒狀單體產出,見草莓狀或碎片狀黃鐵礦單體,內部發育裂縫和空隙,粒徑約50~100μm。褐渣中黃鐵礦含量高,在其電子探針背散射照片中可觀察到黃鐵礦顆粒(白色部分)由內到外色調不一,顯示化學成分不均勻的特點,內部發育空隙,邊緣有細小顆粒呈彌散狀分布在基質中。黃鐵礦顆粒化學成分不純,含有少量的Ti、Mo、Cu、Co等。黃鐵礦含鐵質量分數平均為45.77%,比理論鐵質量分數46.67%略低。比較黃鐵礦顆粒核部和邊部的化學成分,可知邊部S元素含量減少,表明在燒制硫磺過程中,黃鐵礦邊部脫硫程度相對較高,逐步轉變為磁黃鐵礦。

(3)含鈦礦物

由化學成分分析可知,硫磺渣中鈦元素含量達到了綜合利用的要求,同時由物相分析結果可知,元素鈦主要賦存于銳鈦礦、鈦鐵礦及鈦磁鐵礦中。含鈦多的礦物銳鈦礦為透明礦物相,故反射光下,砂光片鏡下觀察無法辨別出銳鈦礦;由上文可知,銳鈦礦主要存在于細粒的渣土之中,故對渣塊的研究中也未觀察到銳鈦礦。

六、試樣中赤鐵礦的解離特征

對選礦綜合大樣開展赤鐵礦單體解離度試驗,分別在0.2mm、0.074mm和0.043mm三個目標細度占80%條件下分別測定赤鐵礦的單體解離度。測定的單體分別為46.90%、52.81%和68.52%,與脈石連生體分別為53.10%、47.19%和31.48%。

隨著磨礦粒度越來越細,赤鐵礦單體含量也逐漸提高,結合顯微鏡下觀察可知,赤鐵礦顆粒粒度變化較大,由300μm到10μm均有產出,并且多數與脈石礦物呈復雜連生體,故為提高赤鐵礦單體百分比,還需進一步提高研磨細度。

通過以上分析,有效的探明了該硫磺渣中主要組成成分、物礦嵌布特征及赤鐵礦的解離特征。同時反映了在選礦過程中需提高研磨細度才能使赤鐵礦中分離,部分脈石均可以通過磁-重聯合工藝拋出,其余黃鐵礦則可以通過浮選法去除。此次對硫磺渣工藝礦物學的研究分析,為其綜合利用提供了非??煽康睦碚撘罁?。

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