鐵帽礦石的鋅鐵分離與回收研究.pdf

1、鐵帽是各種金屬硫化物礦床在經(jīng)受比較徹底的氧化、風(fēng)化淋蝕作用之后，形成以鐵、錳等為主的氧化物、次生硫酸鹽、各種礬類及粘土質(zhì)混合物的堆積體，廣泛分布于硫化礦床上部或附近。鐵帽礦石富含鐵及其他有價(jià)金屬元素，屬于特殊類型的氧化礦石，具有重要的潛在開發(fā)價(jià)值。為開發(fā)利用鐵帽礦石資源，本論文以廣西某大型硫化礦鋅礦床鐵帽礦石為研究對象，圍繞礦石鋅鐵分離和綜合回收問題，借助XRD、SEM、EDS、AAS、ICP等現(xiàn)代儀器分析方法，運(yùn)用元素地球化學(xué)、冶金原

2、理、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)等理論，研究了鐵帽礦石的礦物學(xué)性質(zhì)，通過采用常規(guī)選礦、常規(guī)堿浸出、機(jī)械活化浸出、硫酸浸出、常規(guī)焙燒以及深度還原焙燒等工藝和技術(shù)處理礦石，系統(tǒng)研究了鐵帽礦石的選冶加工特性、產(chǎn)品特征以及過程中因素影響規(guī)律和過程機(jī)理。研究結(jié)果表明：
　　 (1)鐵帽礦石的主要礦物來源和性質(zhì)與大多數(shù)氧化礦石不同，是導(dǎo)致鐵帽礦石難選難冶的根本原因。所研究鐵帽礦石中的鐵主要賦存在菱鐵礦和褐鐵礦兩種礦物中，其中菱鐵礦為硫化礦床早期

3、形成時(shí)沉積原生菱鐵礦；褐鐵礦為鐵帽形成過程中硫化礦床的黃鐵礦氧化和風(fēng)化淋蝕的產(chǎn)物。鐵帽中的鋅主要賦存在菱鐵礦、褐鐵礦與菱鋅礦三種礦物中，其中，在原生沉積菱鐵礦形成過程，鋅以類質(zhì)同象方式進(jìn)入菱鐵礦中；在黃鐵礦氧化和風(fēng)化淋蝕為褐鐵礦過程中，褐鐵礦吸附攔截遷移中的硫酸鋅，導(dǎo)致鐵帽中大量的鋅以吸附態(tài)形式賦存在褐鐵礦中。
　　 (2)由于研究鐵帽礦石中獨(dú)立鋅礦物少，鋅主要以類質(zhì)同象形式存在于菱鐵礦中和以被吸附狀態(tài)存在于褐鐵礦中，因此，采用

4、常規(guī)選礦方法處理該鐵帽礦石，不僅粗精礦的品位指標(biāo)與鐵帽礦石原礦接近，而且回收率低，證實(shí)了該鐵帽礦石為難選氧化礦石，物理選礦無法實(shí)現(xiàn)鋅鐵的有效分離。
　　 (3)由于研究鐵帽礦石中的鋅主要以類質(zhì)同象形式存在于菱鐵礦中和以被吸附狀態(tài)存在于褐鐵礦中，少量鋅存在于菱鋅礦中，而這三種礦物在堿性溶液的溶解特性不同，菱鋅礦易溶，菱鐵礦和褐鐵礦難溶，因此，堿性浸出的實(shí)質(zhì)是菱鋅礦被溶解破壞釋放鋅，褐鐵礦所吸附的鋅被解吸進(jìn)入溶液，菱鐵礦不溶解性和褐

5、鐵礦中鋅解吸的非自發(fā)性和非徹底性是導(dǎo)致鐵帽礦石常規(guī)堿浸出工藝提鋅難的根本原因。采用堿性浸出方法處理該鐵帽礦石，單次浸出的鋅浸出率低，均低于50%，采用多次堿浸和機(jī)械活化堿浸可適當(dāng)提高鋅的浸出率，最高達(dá)63%。
　　 (4)由于硫酸易于溶解破壞菱鋅礦和從褐鐵礦中解吸吸附鋅，并且在較高濃度和較長作用時(shí)間條件下可破壞菱鐵礦，因此，采用硫酸浸出比堿性浸出更容易浸出鐵帽礦石中的鋅，鋅浸出率可達(dá)到90%以上，但鐵也進(jìn)入溶液，鐵浸出率大于50

6、%，將導(dǎo)致后續(xù)溶液鋅鐵分離難度大。
　　 (5)由于研究鐵帽礦石中的鋅鐵緊密復(fù)雜共生，在常規(guī)焙燒過程中容易生成穩(wěn)定難溶和無磁性的鐵酸鋅，因此，采用常規(guī)焙燒預(yù)處理該鐵帽礦石，致使焙燒產(chǎn)品的堿性浸鋅或磁選選鐵效果均不理想。
　　 (6)由于在高溫、強(qiáng)還原氣氛中鐵礦物容易較徹底地轉(zhuǎn)化為易于磁選回收的金屬鐵顆粒，而礦石中的鋅被轉(zhuǎn)化為低熔點(diǎn)的金屬鋅，再揮發(fā)轉(zhuǎn)化為氧化鋅進(jìn)入氣相，因此，深度還原-磁選工藝是處理鋅鐵以類質(zhì)同象和吸附關(guān)系

7、共存的該類型鐵帽礦石最適宜的工藝，可實(shí)現(xiàn)鋅鐵的高效分離和綜合回收。采用深度還原預(yù)處理該鐵帽礦石時(shí)，金屬化率達(dá)到92%以上，鋅揮發(fā)率達(dá)到97%以上，對深度還原產(chǎn)品進(jìn)行磁選分離，所得鐵精礦鐵品位與鐵回收率均在90%以上。
　　 (7)采用響應(yīng)面法分析浸出試驗(yàn)數(shù)據(jù)，易于確定各因素的影響主次及交叉作用規(guī)律，并獲得形式簡潔和預(yù)測可靠性高的二次回歸方程。在堿性浸出中，各因素影響的主次順序是：浸出時(shí)間>浸出劑濃度>浸出溫度，浸出時(shí)間和浸出劑濃

8、度兩因素的交互作用影響明顯大于其他兩因素組合的交互作用影響。在硫酸浸出中，各因素影響的主次順序是：硫酸濃度>浸出時(shí)間>浸出溫度，與硫酸濃度配合的兩因素組合交互作用影響大小接近，且明顯大于無硫酸濃度參與的其他兩因素組合的交互作用影響。
　　 (8)鐵帽礦石的浸出過程動(dòng)力學(xué)可以用收縮未反應(yīng)芯擴(kuò)散控制模型描述，模型參數(shù)與反應(yīng)條件密切相關(guān)，且浸出過程的活化能較低，均小于30 kJ/mol。其中，堿性浸出動(dòng)力學(xué)宜采用分段收縮未反應(yīng)芯擴(kuò)散控

9、制模型描述，且10～120 min時(shí)段的活化能低于120～360 min時(shí)段的活化能。根據(jù)模型擬合結(jié)果和活化能的分段特征，可以推斷在堿性浸出中，菱鋅礦溶解反應(yīng)活化能低，屬于快反應(yīng)過程，而褐鐵礦中鋅的解吸脫附活化能高，屬于慢反應(yīng)過程，因此，堿性浸出的關(guān)鍵是褐鐵礦中鋅的解吸脫附。硫酸浸出動(dòng)力學(xué)可采用整段收縮未反應(yīng)芯擴(kuò)散控制模型描述，且鋅浸出的活化能低于鐵浸出的活化能。根據(jù)模型擬合結(jié)果和活化能的特征，可以推斷在硫酸浸出中，菱鋅礦與菱鐵礦的溶解

10、反應(yīng)活化能低，屬于快反應(yīng)過程，而褐鐵礦中鋅的解吸脫附與褐鐵礦溶解的活化能高，屬于慢反應(yīng)過程，因此，硫酸浸出過程中鋅浸出的關(guān)鍵仍然是褐鐵礦中鋅的解吸脫附。
　　 總之，本論文結(jié)合地質(zhì)學(xué)、選礦學(xué)、冶金學(xué)等學(xué)科理論，通過試驗(yàn)研究和現(xiàn)代分析測試相結(jié)合的方法，揭示了鐵帽形成機(jī)制與其礦石礦物形成和主要元素賦存狀態(tài)的內(nèi)在關(guān)系，探清了采用常規(guī)選冶技術(shù)處理該類型礦石存在的問題以及難于選冶分離和回收的原因，指出了該類型礦石礦物分離和綜合利用的新方向