某硫磺渣矿选矿前矿物学特征相关研究

硫磺渣是一种典型的矿山固体垃圾，如果不加以处理，将会造成严重环境及土地污染。为了能够提高硫磺渣的回收使用价值，红星机器对该物料进行了详细的矿物学特征分析研究，为其提供可靠的技术依据。

一、硫磺渣堆特征

研究区位于云南省镇雄县黑树地区，野外观察可知硫磺渣堆层理明显，具有粗粒+细粒的韵律旋回，这是因为在硫铁矿烧制时，将形成的矿渣堆放在平台上，长时间放置后，由于重力作用导致细粒矿渣下落，而粗粒矿渣仍位于上部，多次的堆放即形成了现在所看到的层理结构。渣堆单层韵律厚度介于6～27cm，其中粗粒矿渣(渣块)大到(10×10)cm，小为(1×1)cm，结构疏松，发育气孔；细粒矿渣(渣土)呈粉砂状，土黄色。根据颜色的不同，可将粗粒矿渣(渣块)分为褐渣、黑渣和红渣三种类型。在野外对渣堆进行浅井、钻井和剖面刻槽取样，同时单独采集了三种颜色渣块样品若干。

二、试样化学成分分析

将浅井、钻井和剖面刻槽所取综合大样和各色渣块样品粉碎到－0.074mm，其进行主量元素及微量元素化学定量分析。综合大样中主要成分为SiO2，含量高达37.60%，其次为Fe2O3和FeO，含量为28.12%和3.75%，折算成TFeO为29.05%。有害元素S和P2O5均超标。铁是烧渣中主要可回收利用的元素，钛元素的含量也达到了综合利用的要求，而微量元素V、Cr、Co、Ni含量较低，无法利用。但是，按照铁精矿的要求，元素S、P含量均超标，生产铁精矿时应予以去除。

三种颜色渣块中化学成分也有明显差异。褐渣中FeO含量高，达23.20%，同时S元素含量高达6.41%，为其他颜色渣块的4～10余倍，但Fe2O3含量低，9.92%；红渣的Fe2O3含量高，43.22%，是其他颜色渣块的2～5倍，而S元素含量低，为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颜色的渣块。不同颜色渣块中有价元素Ti的含量比较接近，TiO2变化范围为5.13%～6.09%，平均值为5.56%，略低于综合大样钛含量。

三、试样物相分析

对综合大样中有价元素Fe、Ti及有害元素S进行物相分析。分析有价元素铁主要以赤铁矿、硅酸铁、磁铁矿及硫化铁的形式存在，其中赤铁矿和磁铁矿为主要的回收对象，两种矿物相中的铁占总铁量的73.59%，而硅酸铁、硫化铁和碳酸铁中的铁则难以利用。

根据S物相分析结果看出，硫元素主要以硫酸盐和硫化物形式存在，其中硫酸盐中硫占全硫含量的66.67%，为元素硫主要的存在形式。由表4可知钛主要以锐钛矿、钛铁矿、钛硅酸盐及钛磁铁的形式存在，其中锐钛矿、钛铁矿和钛磁铁矿可以作为主要回收对象，三种矿物相中的钛占总钛含量的74.86%。

四、试样主要矿物成分分析

为了查明硫磺矿渣的矿物种类，将硫磺矿渣综合大样及其中各色渣块分别经鄂式破碎机、球磨机破碎研磨到－0.074mm，进行X-射线衍射试验分析。综合大样中含铁有用矿物主要为赤铁矿和磁铁矿；含钛有用矿物主要为锐钛矿和钛铁矿；主要脉石矿物为莫来石，透长石、石英、方石英和石膏，及少量残留的原矿中矿物黄铁矿，其中莫来石、透长石和方石英均为高温下稳定产物，与实际情况相符。分析结果与化学物相分析结果一致，由此可知，为提取高质量铁精粉，大部分脉石矿物可以经过磁-重法抛除，而残留的黄铁矿，则需要通过浮选法去除。

试样中矿物组成及相对含量分析可知，各色渣块中矿物种类与综合大样中一致，但矿物含量差别较大：红渣中赤铁矿和磁铁矿含量高；褐渣中有用矿物赤铁矿含量低，而残留矿物黄铁矿含量高，并可能形成脱硫不完全的产物磁黄铁矿；黑渣中有用矿物赤铁矿含量居中，磁铁矿和残留矿物黄铁矿含量低，同时含有较多脉石矿物莫来石、透长石和石英。

五、试样主要矿物嵌布特征及电子探针分析

为了查明主要矿物的特征，以－0.2mm综合样压制砂光片进行显微观察，并对各色渣块磨制探针片，运用电子探针分析其中主要矿物化学成分。

（1）赤铁矿

在砂光片中，目标矿物赤铁矿的嵌布特征有以下几种形式：部分赤铁矿呈晶形较好的粒状单体产出，粒度100～150μm，颗粒内部疏松多孔，被脉石矿物充填；部分赤铁矿呈细粒状或隐晶质弥散于脉石矿物中，这部分赤铁矿的粒度较细，小于10μm，与脉石嵌布关系密切，即使在细磨条件下也很难与脉石完全解离；还有部分赤铁矿呈不规则状与脉石矿物呈复杂的连生体产出，粒度200～300μm，颗粒内部空隙及其发育，与脉石矿物密切共生；此外还有少量赤铁矿与磁铁矿共生。

赤铁矿颗粒不纯，含有少量Al、Ti、Si和Mg等元素，其含铁质量分数平均为63.87%，远低于赤铁矿理论铁质量分数70%。其中Al、Ti元素含量较高，分别占2.82%和1.81%，它们均以类质同象的形式替换铁元素从而存在于赤铁矿中，可能对选矿产物铁精矿的质量造成一定影响。

（2）黄铁矿

黄铁矿是制硫过程中的残留产物，是选矿中需要去除的矿物。黄铁矿在砂光片中主要呈它形不规则状到粒状单体产出，见草莓状或碎片状黄铁矿单体，内部发育裂缝和空隙，粒径约50～100μm。褐渣中黄铁矿含量高，在其电子探针背散射照片中可观察到黄铁矿颗粒(白色部分)由内到外色调不一，显示化学成分不均匀的特点，内部发育空隙，边缘有细小颗粒呈弥散状分布在基质中。黄铁矿颗粒化学成分不纯，含有少量的Ti、Mo、Cu、Co等。黄铁矿含铁质量分数平均为45.77%，比理论铁质量分数46.67%略低。比较黄铁矿颗粒核部和边部的化学成分，可知边部S元素含量减少，表明在烧制硫磺过程中，黄铁矿边部脱硫程度相对较高，逐步转变为磁黄铁矿。

（3）含钛矿物

由化学成分分析可知，硫磺渣中钛元素含量达到了综合利用的要求，同时由物相分析结果可知，元素钛主要赋存于锐钛矿、钛铁矿及钛磁铁矿中。含钛多的矿物锐钛矿为透明矿物相，故反射光下，砂光片镜下观察无法辨别出锐钛矿；由上文可知，锐钛矿主要存在于细粒的渣土之中，故对渣块的研究中也未观察到锐钛矿。

六、试样中赤铁矿的解离特征

对选矿综合大样开展赤铁矿单体解离度试验，分别在0.2mm、0.074mm和0.043mm三个目标细度占80%条件下分别测定赤铁矿的单体解离度。测定的单体分别为46.90%、52.81%和68.52%，与脉石连生体分别为53.10%、47.19%和31.48%。

随着磨矿粒度越来越细，赤铁矿单体含量也逐渐提高，结合显微镜下观察可知，赤铁矿颗粒粒度变化较大，由300μm到10μm均有产出，并且多数与脉石矿物呈复杂连生体，故为提高赤铁矿单体百分比，还需进一步提高研磨细度。

通过以上分析，有效的探明了该硫磺渣中主要组成成分、物矿嵌布特征及赤铁矿的解离特征。同时反映了在选矿过程中需提高研磨细度才能使赤铁矿中分离，部分脉石均可以通过磁-重联合工艺抛出，其余黄铁矿则可以通过浮选法去除。此次对硫磺渣工艺矿物学的研究分析，为其综合利用提供了非常可靠的理论依据。