一种利用黄铁矿硫化焙烧异极矿及富集锌铅铁的方法与流程

本发明属于资源环境技术领域，具体涉及到了一种利用黄铁矿硫化焙烧异极矿实现锌铅铁的物相转变，再通过磁选-浮选梯级富集锌铅铁的方法。

背景技术：
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我国的氧化铅锌矿大部分是低品位难选冶矿，而异极矿Zn₄Si₂O₇(OH)₂(H₂O)作为氧化矿中难选冶的典型，目前主要是采用常规的湿法浸出，湿法浸出主要包括酸浸和碱浸，通过调查发现，湿法浸出工艺效果并不理想，不能充分体现应用工艺有效综合开发的要求。原因是：酸浸时溶解产生的硅胶与回收的金属相互混合，难以将两者分离开，回收困难；碱浸因为浸出液固比难以控制、浸出药剂用量大、浸出液中锌浓度低且杂质多、浸出液难以处理等原因难以推广应用；因此异极矿一直没有得到很好的利用，其高效利用是解决当前矿物资源紧缺问题的有效途径。

与氧化矿相比，硫化矿可浮性较高，可通过浮选实现硫化物的富集，同时现有的铅锌冶炼原料也以硫化矿为主。因此，若能通过一种方法将氧化矿转化为人造硫化矿，再通过浮选实现其中硫化物的富集，将能有效解决氧化矿的综合利用问题。基于这一思路，我们提出了利用黄铁矿在惰性气氛中硫化焙烧处理异极矿的方法，通过硫化焙烧将异极矿中氧化态的铅锌转化为铅锌硫化物，同时异极矿和黄铁矿中的铁转化为磁性四氧化三铁，在此基础上，通过磁选-浮选的组合工艺实现磁性四氧化三铁和铅锌硫化物的富集回收。

黄铁矿是一种常见的硫化矿，是生产硫磺和硫酸的主要原料。就硫化焙烧而言，目前可使用的硫化剂主要有硫磺、黄铁矿等。本发明采用黄铁矿为硫化剂，解决了在高温下硫磺挥发过快的问题。在温度为450～550℃时，黄铁矿受热会发生分解，生成磁黄铁矿并缓慢释放出硫蒸汽，硫蒸汽能活化异极矿，加快异极矿的硫化过程。同时通过控制硫化焙烧过程的升温速率和惰性气体流量，使产生的硫蒸汽长时间保持在体系之中，能更加充分的硫化异极矿。

本发明采用黄铁矿在惰性气氛中硫化焙烧处理异极矿，两种矿物搭配处理，可同时实现矿物中铅锌铁的物相转变，使铅锌全部转变成硫化物，铁转变成四氧化三铁，再通过磁选-浮选梯级富集铁和锌铅，不仅解决了异极矿利用率低的问题，同时富集了黄铁矿中的铁资源，对低品位铅锌氧化矿产资源的综合利用具有重大意义。

技术实现要素：
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本发明的目的在于提供一种高效富集分离异极矿和黄铁矿中锌铅铁的方法，它能够同时富集回收黄铁矿和低品位难处理异极矿中的锌铅铁资源，并能够获得较高的品位和富集比。

为实现上述目标，所采用的技术方案为：

一种利用黄铁矿硫化焙烧异极矿及富集锌铅铁的方法，包括以下步骤：

1)将异极矿与黄铁矿磨碎后混合均匀；

2)将混合好的物料在惰性气氛保护下进行硫化焙烧；

3)硫化产物采用磁选-浮选组合分选工艺富集铁和铅锌。

步骤1)所述的异极矿和黄铁矿需过100～200目筛，取筛下部分。

步骤1)所述的黄铁矿用量为异极矿质量的15％～35％，具体用量根据硫化异极矿中有价金属的含量调控，有价金属包括铅、锌。

步骤2)所述的硫化温度为750～950℃。

步骤2)所述的保温时间为10～40min。

步骤2)所述的硫化焙烧过程的升温速率为5～10℃/min。

步骤2)所述的惰性气氛包括氮气或氩气；混合物料从升温到保温再到冷却，一直是在惰性气体保护下进行的。

步骤3)所述的硫化产物须经过湿磨-超声分散后再进行磁选和浮选。

步骤3)加水湿法球磨60～120min，再超声分散20～30min，调整液固比至20：1，充分搅拌成料浆后进行磁选，所述磁选的磁场强度控制在0.10～0.14T之间。

步骤3)所述的浮选工艺为常规的硫化铅锌矿浮选工艺。

与现有技术相比，本发明的优点在于：能实现异极矿中氧化锌(铅)、碳酸锌(铅)等铅锌氧化物的硫化转化，异极矿中铅锌的硫化率分别达到98％和92％以上；而且采用磁选-浮选的方法能够高效富集硫化产物中的铁锌铅，锌铅铁资源综合回收率高。综上所述，本发明技术特点是设计科学合理、操作简便、铅锌硫化转化率高、锌铁富集比高，有效解决了低品位异极矿难处理、金属资源浪费和环境污染等问题。研究表明，异极矿在加热时，会先失去结晶水，然后再失去羟基转变成硅锌矿，最后发生硫化反应。异极矿在本发明条件下进行硫化焙烧主要化学反应如下(其中M为Pb和Zn)：

FeS₂→Fe_1-xS+S₂(g) (1)

Zn₄Si₂O₇(OH)₂(H₂O)＝Zn₄Si₂O₇(OH)₂+H₂O (2)

Zn₄Si₂O₇(OH)₂＝2β-Zn₂SiO₄+H₂O (3)

β-Zn₂SiO₄＝α-Zn₂SiO₄ (4)

Zn₂SiO₄+1.5S₂＝2ZnS+SiO₂+SO₂ (5)

Zn₂SiO₄+Fe_1-xS→ZnS+Fe₃O₄+SiO₂ (6)

MCO₃＝MO+CO₂ (7)

MO+1.5S₂＝MS+SO₂ (8)

MO+Fe_1-xS→MS+Fe₃O₄ (9)

本发明在惰性气氛中反应才能发生上述反应，如果有氧气存在，则不能发生。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图；

图2为异极矿硫化焙烧前后的XRD图谱；

图3为异极矿硫化产物磁浮选精矿的XRD图谱。

具体实施方式

以下结合实施例旨在进一步说明本发明，而非限制本发明。

实施例1：云南兰坪某异极矿硫化焙烧磁选-浮选试验

异极矿的主要化学成分为：Zn 7.87％，Pb 6.94％，Fe 6.89％，Si 11.98％，Ca 18.43％，其中Zn、Pb主要是以Zn₄Si₂O₇(OH)₂H₂O、PbCO₃的形式存在。实验结果显示，该工艺同样对PbCO₃有较好的硫化效果。

(1)按照图1的工艺流程，将异极矿、黄铁矿按4：1的质量比例磨碎后混合均匀，于900～950℃，氮气保护下焙烧20～30min，测得铅锌硫化率高达92％和98％以上。异极矿原矿和硫化焙烧产物的XRD分析见图2。

(2)将硫化焙烧产物先加水湿法球磨60～120min，再超声分散20～30min，调整液固比至20：1，充分搅拌成料浆后进行磁选，磁选磁场强度为0.10～0.12T，磁选时间15～20min。测得磁选精矿中铁品位为42.73％，富集比为2.44。

(3)将磁选尾矿过滤烘干后，以10：1的液固比与水混合均匀，调节pH为7～8，加入浮选机中，在温度为60℃条件下进行浮选试验，浮选机转速为2000r/min，以六偏磷酸钠为分散剂和CMC为抑制剂(搅拌3min)、硫酸铜为活化剂(搅拌3min)、丁黄药为捕收剂(搅拌2min)，2#油为起泡剂(搅拌1min)，刮泡5min。测得浮选精矿中铅锌的品位分别为12.45％和12.73％，铅锌富集比分别为2.49和1.98。磁选和浮选精矿的XRD分析见图3。

实施例2：广西某异极矿的硫化焙烧磁选-浮选试验

异极矿的化学成分为：Zn 16.23％，Fe4.64％，Pb 0.79％，Si 18.58％，Ca 7.25％，其中锌主要是以硅酸锌(Zn₂SiO₄)和水化硅酸锌(Zn₄Si₂O₇(OH)₂H₂O)存在。

(1)按照图1的工艺流程，将异极矿和黄铁矿按10：3的质量比例磨碎后混合均匀，温度控制在750～850℃，焙烧时间为20～40min，测得锌的硫化率高达95％以上。

(2)将硫化产物先磨碎，加水超声分散20～30min后，再调整液固比至20：1，充分搅拌成料浆后直接进行磁选，磁选磁场强度为0.10～0.12T，磁选时间15～20min。测得磁选精矿中铁品位为52.87％，富集比为3.70。

(3)将磁选尾矿过滤烘干后，以10：1的液固比与水混合均匀，加入浮选机中，调节pH为7～8，在温度为60℃条件下进行浮选试验，浮选机转速为2000r/min，以六偏磷酸钠为分散剂和CMC为抑制剂(搅拌3min)、硫酸铜为活化剂(搅拌3min)、丁黄药为捕收剂(搅拌2min)，2#油为起泡剂(搅拌1min)，刮泡5min。浮选结束后测得精矿中锌品位为34.76％，富集比为2.44。