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(yán)重環(huán)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(jī)器對該物料進(jìn)行了詳細(xì)的礦物學(xué)特征分析研究，為其提供可靠的技術(shù)依據(jù)。

一、硫磺渣堆特征

研究區(qū)位于云南省鎮(zhèn)雄縣黑樹地區(qū)，野外觀察可知硫磺渣堆層理明顯，具有粗粒+細(xì)粒的韻律旋回，這是因?yàn)樵诹蜩F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(dǎo)致細(xì)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(xiàn)在所看到的層理結(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)疏松，發(fā)育氣孔；細(xì)粒礦渣(渣土)呈粉砂狀，土黃色。根據(jù)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(jìn)行淺井、鉆井和剖面刻槽取樣，同時單獨(dú)采集了三種顏色渣塊樣品若干。

二、試樣化學(xué)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(jìn)行主量元素及微量元素化學(xué)定量分析。綜合大樣中主要成分為SiO2，含量高達(dá)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(biāo)。鐵是燒渣中主要可回收利用的元素，鈦元素的含量也達(dá)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(biāo)，生產(chǎn)鐵精礦時應(yīng)予以去除。

三種顏色渣塊中化學(xué)成分也有明顯差異。褐渣中FeO含量高，達(dá)23.20%，同時S元素含量高達(dá)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。

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(jìn)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(jù)S物相分析結(jié)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(jīng)鄂式破碎機(jī)、球磨機(jī)破碎研磨到－0.074mm，進(jìn)行X-射線衍射試驗(yàn)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(wěn)定產(chǎn)物，與實(shí)際情況相符。分析結(jié)果與化學(xué)物相分析結(jié)果一致，由此可知，為提取高質(zhì)量鐵精粉，大部分脈石礦物可以經(jīng)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(chǎn)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。

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(jìn)行顯微觀察，并對各色渣塊磨制探針片，運(yùn)用電子探針分析其中主要礦物化學(xué)成分。

（1）赤鐵礦

在砂光片中，目標(biāo)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(chǎn)出，粒度100～150μm，顆粒內(nèi)部疏松多孔，被脈石礦物充填；部分赤鐵礦呈細(xì)粒狀或隱晶質(zhì)彌散于脈石礦物中，這部分赤鐵礦的粒度較細(xì)，小于10μm，與脈石嵌布關(guān)系密切，即使在細(xì)磨條件下也很難與脈石完全解離；還有部分赤鐵礦呈不規(guī)則狀與脈石礦物呈復(fù)雜的連生體產(chǎn)出，粒度200～300μm，顆粒內(nèi)部空隙及其發(fā)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(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為63.87%，遠(yuǎn)低于赤鐵礦理論鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(zhì)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(chǎn)物鐵精礦的質(zhì)量造成一定影響。

（2）黃鐵礦

黃鐵礦是制硫過程中的殘留產(chǎn)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(guī)則狀到粒狀單體產(chǎn)出，見草莓狀或碎片狀黃鐵礦單體，內(nèi)部發(fā)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(nèi)到外色調(diào)不一，顯示化學(xué)成分不均勻的特點(diǎn)，內(nèi)部發(fā)育空隙，邊緣有細(xì)小顆粒呈彌散狀分布在基質(zhì)中。黃鐵礦顆粒化學(xué)成分不純，含有少量的Ti、Mo、Cu、Co等。黃鐵礦含鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為45.77%，比理論鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)46.67%略低。比較黃鐵礦顆粒核部和邊部的化學(xué)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(zhuǎn)變?yōu)榇劈S鐵礦。

（3）含鈦礦物

由化學(xué)成分分析可知，硫磺渣中鈦元素含量達(dá)到了綜合利用的要求，同時由物相分析結(jié)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(xì)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(yàn)，分別在0.2mm、0.074mm和0.043mm三個目標(biāo)細(xì)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(xì)，赤鐵礦單體含量也逐漸提高，結(jié)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(chǎn)出，并且多數(shù)與脈石礦物呈復(fù)雜連生體，故為提高赤鐵礦單體百分比，還需進(jìn)一步提高研磨細(xì)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(xì)度才能使赤鐵礦中分離，部分脈石均可以通過磁-重聯(lián)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(xué)的研究分析，為其綜合利用提供了非常可靠的理論依據(jù)。