楊金林，廖仕臻，劉繼光，羅美秀，馬少健

(廣西大學(xué) 資源環(huán)境與材料學(xué)院，廣西 南寧 530004)

0 引言

鐵酸鋅具有穩(wěn)固的尖晶石結(jié)構(gòu)[1]，其應(yīng)用范圍廣泛。研究表明，鐵酸鋅可作為催化劑對稀類有機(jī)化合物進(jìn)行氧化脫氫，在工業(yè)上多用于高溫煤氣脫硫何丁烯氧化脫氫[2]；能吸收特定波段的電磁波，利用這一特點(diǎn)可將其作為一種隱形材料加以利用[3-4]；鐵酸鋅化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，耐腐蝕，熔點(diǎn)較高，耐高溫，并且對人體無害，可用作無毒防銹涂料[5-8]。由于天然鐵酸鋅礦物在自然界中含量較低，目前鐵酸鋅的來源基本來自于人工合成，但傳統(tǒng)的鐵酸鋅生產(chǎn)工藝存在耗能高，對周邊生態(tài)環(huán)境造成污染等缺點(diǎn)。因此，研究新的具有工業(yè)應(yīng)用價值的鐵酸鋅制備技術(shù)成為了重中之重。事實(shí)上，除專門合成生產(chǎn)的鐵酸鋅外，在很多高溫工業(yè)的生產(chǎn)中(如電弧爐煉鋼、硫化鋅精礦氧化焙燒)鐵酸鋅的身影常常在副產(chǎn)物中出現(xiàn)[9-11]。在副產(chǎn)物中的鐵酸鋅往往得不到有效的回收而作為浸出渣被排放，不但浪費(fèi)了鋅鐵資源，同時也破壞了工廠周邊的生態(tài)環(huán)境。為了解決這一問題，目前工業(yè)上主要的處理思路是分解鐵酸鋅再分別提取鋅、鐵元素[12-16]。但是，這些方法工藝流程較為復(fù)雜、回收環(huán)節(jié)能源成本和經(jīng)濟(jì)成本比較高、在回收的過程中也會對環(huán)境造成一定程度上的污染。因此，本文探索一種可以使工業(yè)副產(chǎn)物中的鐵酸鋅和其他產(chǎn)物分離的方法。本文的實(shí)驗(yàn)材料來自于課題前期的鋅浸出渣[17]，利用浮選實(shí)驗(yàn)，研究富集鐵酸鋅的可行性，為后續(xù)鋅焙砂富集鐵酸鋅的高效利用提供理論基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)原料鋅焙砂取自廣西某冶煉廠，其鋅鐵含量分別為53.22 %和 14.20 %；經(jīng)物相分析，該鋅焙砂的主要成分為紅鋅礦和鋅鐵尖晶石，同時還含有少量的硅鋅礦、石英、赤鐵礦及鉛礬，其具體含量如表1所示。

表1 鋅焙砂 XRD分析結(jié)果

對該原料進(jìn)行硫酸浸出，按照1∶7的固液比在500 mL的燒杯中加入50 g的鋅焙砂和濃度為160 g/L的硫酸溶液。利用HH-S6型數(shù)顯恒溫水浴鍋中，將浸出溫度控制為85 ℃，經(jīng)過攪拌離心后將鋅焙砂浸出并固液分離。再經(jīng)過抽濾、洗滌、烘干后將得到的固體粉末進(jìn)行XRD測試，結(jié)果見表2?？梢园l(fā)現(xiàn)，鋅焙砂經(jīng)過硫酸浸出得到了初步的富集，鋅鐵尖晶石含量由原來的39 %變成了83 %。

表2 鋅浸出渣XRD分析結(jié)果

2 浮選試驗(yàn)研究

考慮到浸出渣中主要雜質(zhì)礦物為石英、赤鐵礦、鉛礬等，其中主要的雜質(zhì)為具有一定可浮性的鉛礬和石英，為了進(jìn)一步富集浸出渣中的鐵酸鋅，本文嘗試對鋅浸出渣進(jìn)行浮選提純。

2.1 陽離子十八胺捕收劑的浮選試驗(yàn)

陽離子十八胺捕收劑的浮選試驗(yàn)條件為：磨礦細(xì)度-200目75 %，碳酸鈉調(diào)整pH值在8～9，捕收劑十八胺用量分別為200、400、600 g/t，起泡劑2號油用量為20 g/t。結(jié)果見表3。

表3 陽離子十八胺捕收劑試驗(yàn)結(jié)果

從表3中可以看出，十八胺200 g/t 時，尾礦產(chǎn)率達(dá)75.33 %，精礦中Si的品位也由3.06 %提高到3.86 %，這說明石英有一定程度的富集。將十八胺200 g/t 時的選別精礦和尾礦分別進(jìn)行XRD分析，結(jié)果如表4所示。

表4 陽離子十八胺捕收劑試驗(yàn)XRD分析結(jié)果

從表4可以看出，通過陽離子十八胺捕收劑浮選試驗(yàn)，精礦中石英含量由給礦中5 %提高到6 %，尾礦僅含有3 %的石英。尾礦中鋅鐵尖晶石的含量為89 %，與給礦中鋅鐵尖晶石相比，提高了6個百分點(diǎn)。這說明當(dāng)磨礦細(xì)度-200目75 %，利用碳酸鈉調(diào)整溶液的pH值在8～9，起泡劑2號油用量為20 g/t，只使用單一捕收劑(陽離子十八胺)，使用量為200 g/t時，鋅鐵尖晶石可以利用浮選進(jìn)行一定程度的富集。

2.2 陰離子油酸鈉捕收劑的浮選試驗(yàn)

陰離子油酸鈉捕收劑的浮選試驗(yàn)條件為：磨礦細(xì)度-200目75 %，溶液pH值為7左右(使用碳酸鈉調(diào)整)，捕收劑油酸鈉用量分別為200、400、600 g/t，起泡劑2號油用量為20 g/t。試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 陰離子油酸鈉捕收劑試驗(yàn)結(jié)果

從表5可以看出，精礦產(chǎn)率隨著油酸鈉用量的增加而增加，但精礦中鐵的品位變化不大。油酸鈉200 g/t時，精礦產(chǎn)率最小而尾礦產(chǎn)率最大，將此條件下的精礦和尾礦分別進(jìn)行XRD分析，結(jié)果如表6所示。

表6 陰離子油酸鈉捕收劑試驗(yàn)XRD分析結(jié)果

從表6可以看出，捕收劑油酸鈉用量為200 g/t時，浮選浸出渣后赤鐵礦在精礦和尾礦中的含量都為4 %，其他礦物含量也變化很小。由此可見，油酸鈉單獨(dú)對赤鐵礦的捕收效果并不理想。

2.3 陰離子丁基黃藥捕收劑的浮選試驗(yàn)

陰離子丁基黃藥捕收劑的浮選試驗(yàn)條件為：磨礦細(xì)度-200目75 %，采用碳酸鈉調(diào)整pH值在9～10，硫化鈉1 000 g/t，捕收劑丁基黃藥用量分別為100、300、500 g/t，起泡劑2號油用量為20 g/t。試驗(yàn)結(jié)果見表7。

表7 陰離子丁基黃藥捕收劑試驗(yàn)結(jié)果

從表7可以看出，隨著丁基黃藥用量的增加，精礦產(chǎn)率從40.65 %增加到43.48 %，增加幅度不大，鉛的品位分別為3.32 %、3.34 %、和3.29 %，變化幅度也很小。選取丁基黃藥100 g/t的精礦和尾礦分別進(jìn)行XRD分析，結(jié)果如表8所示。

表8 陰離子丁基黃藥捕收劑試驗(yàn)XRD分析結(jié)果

從表8可以看出，采用硫化浮選法可以把一部分的鉛礬浮選上來，但同時也抑制了石英，精礦中鐵酸鋅含量比浮選前提高了6個百分點(diǎn)，達(dá)到89 %，尾礦中鐵酸鋅含量也比浮選前提高了5個百分點(diǎn)，達(dá)到88 %。雜質(zhì)礦物的成分發(fā)生了變化，這說明在磨礦細(xì)度-200目75 %，pH值在9～10(碳酸鈉做調(diào)整劑)，硫化鈉(Na2S)1 000 g/t，起泡劑(2號油)用量20 g/t，捕收劑(丁基黃藥)用量100 g/t的條件下，可以實(shí)現(xiàn)一定程度的鋅鐵尖晶石的富集。

2.4 全流程浮選試驗(yàn)

通過上述捕收劑試驗(yàn)結(jié)果可以看出，單一捕收劑浮選方法可以除去部分雜質(zhì)礦物，實(shí)現(xiàn)鐵酸鋅富集，但效果有限。為了進(jìn)一步探索提高鐵酸鋅含量的可能性，進(jìn)行全流程浮選試驗(yàn)。試驗(yàn)流程如圖1所示，試驗(yàn)結(jié)果見表9。對全流程浮選試驗(yàn)產(chǎn)品進(jìn)行XRD分析，結(jié)果見圖2～圖5、表9。

圖1 全流程浮選試驗(yàn)流程

表9 全浮選試驗(yàn)結(jié)果

表10 浮選試驗(yàn)XRD分析結(jié)果

從表9、表10可以看出，經(jīng)過全流程浮選試驗(yàn)，鐵酸鋅主要在精礦中富集。第一次浮選時硫化鈉(Na2S)的主要作用是抑制含鉛礦物，同時其作硫化劑輔助丁基黃藥、油酸鈉可以有效富集鐵酸鋅，精礦1、2、3中的鐵酸鋅含量達(dá)到92 %、88 %和89 %，分別提高了9個百分點(diǎn)、5個百分點(diǎn)和6個百分點(diǎn)；尾礦中僅含有84 %的鐵酸鋅，且尾礦產(chǎn)率僅為8.31 %。因此，通過浮選試驗(yàn)可以拋去一部分的石英、赤鐵礦等雜質(zhì)礦物，實(shí)現(xiàn)鐵酸鋅在一定程度上的富集提純。

圖2 精礦1的XRD

圖3 精礦2的XRD

圖4 精礦3的XRD

圖5 浮選尾礦XRD

3 結(jié)論

① 采用單一捕收劑浮選，可以除去部分雜質(zhì)礦物，實(shí)現(xiàn)一定程度上的鐵酸鋅富集，但對其他雜質(zhì)去除效果不明顯。

② 采用全流程浮選，鐵酸鋅含量由浮選前的83 %提高到92 %，提高了9個百分點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了鐵酸鋅的較好富集。

③ 針對鋅冶金副產(chǎn)鐵酸鋅，研究證明在不破壞鐵酸鋅晶體結(jié)構(gòu)的條件下，將鐵酸鋅從鋅焙砂中富集出來作為獨(dú)立產(chǎn)品是可能的。