高砷锡矿石的选矿预处理技术研究

砷是锡矿选冶中最麻烦的杂质。高砷锡矿石中，砷通常以毒砂形式存在，毒砂的密度与锡石接近、可浮性与锡石重叠，常规选矿方法很难将两者彻底分离。含砷超标的锡精矿在冶炼环节不仅要缴纳高额杂质扣款，还会增加环保处理成本，甚至被直接拒收。

处理高砷锡矿石，核心思路不是在最后阶段除砷，而是在选矿流程前端设置预处理环节。本文从高砷锡矿石的矿物学特征出发，分析几种预处理技术的原理、效果和适用条件。

一、高砷锡矿石的矿物学特征

了解砷在矿石中的赋存状态，是选择预处理技术的前提。

毒砂是最主要的含砷矿物，化学式为FeAsS，密度每立方厘米5.9到6.2克，与锡石的密度差仅为0.5到1.2。在重选过程中，毒砂和锡石的行为非常接近，两者一起进入重选精矿。

毒砂具有弱磁性，磁化率约为15到30乘10的负6次方立方厘米每克，而锡石是非磁性的。磁选是分离锡石和毒砂的技术路径之一。

毒砂表面易氧化，氧化后生成砷酸铁薄膜，改变其表面性质。这对于浮选分离既有利也有弊——氧化后的毒砂可浮性下降，但氧化产生的砷离子会活化其他硫化矿，干扰浮选。

毒砂在高温下易分解。在400到500摄氏度时开始分解，释放出砷蒸气。利用这一特性，可以通过焙烧脱除砷。这也是目前处理高砷锡矿石最彻底的方法。

高砷锡矿石还有一个特点：砷往往与黄铁矿、磁黄铁矿等硫化矿伴生。这意味着脱砷预处理往往也能同时脱硫，一举两得。

二、预处理技术路线

根据砷含量高低和共生关系，可以选择不同的预处理技术。

2.1 磁选脱砷技术

磁选脱砷是利用锡石和毒砂的磁性差异进行分离。锡石是非磁性矿物，毒砂属于弱磁性矿物。在强磁选设备中，毒砂可以被吸附除去。

工艺参数对分选效果影响显著。高场强磁选机的工作场强通常在1.0到1.8特斯拉。场强低于1.0特斯拉时，细粒毒砂难以被有效捕收；场强高于1.8特斯拉时，机械夹带严重，锡石损失增加。

给矿粒度也是一个关键因素。磁选脱砷的较佳粒度为0.1到1毫米。粒度过粗时，毒砂在磁场中受力不足；粒度过细时，磁性颗粒与非磁性颗粒的相互夹杂加剧，分离选择性下降。

云南某锡矿重选精矿含砷1.2%，采用湿式强磁选，场强1.4特斯拉，一次粗选得到含砷0.28%的锡精矿，脱砷率76.6%，锡回收率91.3%。磁选脱砷的优点是流程简单、不使用药剂、运行成本低。缺点是脱砷率有限，对于砷含量超过1.5%的矿石，单靠磁选往往达不到精矿含砷低于0.5%的要求。

2.2 浮选脱砷技术

浮选脱砷广泛应用于铜、铅、锌硫化矿中分离毒砂，在锡矿领域同样有应用空间。关键在于浮选药剂的选择性。

毒砂的天然可浮性较好，在弱酸性或中性介质中可被黄药类捕收剂浮选。锡石在同样的pH条件下可浮性较差。利用这一差异，可以在浮锡之前优先浮出毒砂。

浮选脱砷的典型药剂制度是：用硫酸或亚硫酸调节pH到6.0到6.5，硫酸铜做活化剂，丁基黄药做捕收剂，松醇油做起泡剂。毒砂被活化后上浮，锡石留在槽内作为脱砷后的重选给矿。

抑制毒砂也可以从另一个方向入手。用石灰调节pH到10以上，毒砂表面生成氢氧化铁薄膜而被抑制，此时可以浮选锡石。但这一方案对锡石的捕收剂要求较高，脂肪酸类捕收剂在碱性条件下的选择性有限。

某锡选厂原矿含砷0.9%，采用优先浮砷工艺，浮选作业脱砷率达82%，精矿含砷降至0.16%，锡在浮砷作业的损失控制在5%以内。

2.3 焙烧脱砷技术

焙烧脱砷是处理高砷锡矿石最彻底的技术手段。在高温氧化气氛下，毒砂发生化学反应，砷以三氧化二砷形式挥发进入烟气。

化学反应可简单表示为：2FeAsS + 5O₂ → Fe₂O₃ + As₂O₃↑ + 2SO₂↑。焙烧温度是影响脱砷率的核心参数。温度低于450℃时，毒砂分解不完全，脱砷率不到70%。温度在550到650℃时，脱砷率可达90%到95%。温度超过700℃，虽然脱砷率可以进一步提高，但锡石的过焙烧风险增加，部分锡转化为不溶性锡酸盐，影响后续冶炼回收率。

焙烧时间通常控制在30到60分钟。时间过短，毒砂核心部分未完全分解；时间过长，处理量下降，能耗上升。添加适量氯化剂可以降低焙烧温度，在450到500℃达到90%以上的脱砷率。氯化焙烧的效果更好，但对设备腐蚀严重，烟气处理复杂。

江西某地高砷锡精矿，含砷4.6%，采用回转窑氧化焙烧，焙烧温度580℃，时间40分钟，脱砷率达96.5%，焙砂含砷降至0.16%。焙烧后锡的回收率约97%，损失主要为焙烧烟尘中夹带的少量细粒锡石。

焙烧脱砷的投资和运行成本最高，但脱砷最彻底，适合处理砷含量超过2%的高砷精矿。

2.4 化学浸出脱砷

化学浸出脱砷是近年来发展较快的新技术。在碱性条件下，用硫化钠或氢氧化钠溶液浸出毒砂，砷以硫代亚砷酸盐形式进入溶液，锡石不反应留在固相中。

浸出条件：温度80到95℃，碱浓度10%到20%，浸出时间2到4小时。浸出过程中需要通入空气或添加氧化剂促进反应。

碱性浸出的脱砷率可达85%到95%，且对锡石的溶解损失很小。浸出液经处理后可以回收砷，实现资源化。

酸性氧化浸出是另一条路径，用硝酸或硫酸加氧化剂浸出。脱砷率更高，可达95%以上，但酸对设备腐蚀严重，废酸处理成本高。

化学浸出脱砷目前主要停留在实验室和中试阶段，工业应用案例较少。主要制约因素是浸出时间较长、药剂消耗量大、废液处理成本高。

三、预处理技术的经济性比较

选择预处理技术不能只看脱砷率，还要算经济账。以日处理100吨重选精矿的高砷锡矿为例进行对比。

磁选脱砷：设备投资约60到100万元（一台强磁选机加配套），吨矿运行成本约8到12元，脱砷率70%到80%。适合砷含量1%左右、精矿批量不大的情况。优点是投资低、见效快，运行几个月就能收回设备投资。

浮选脱砷：设备投资约40到70万元（浮选机加搅拌槽），吨矿运行成本约15到25元，脱砷率75%到85%。适合砷含量0.5%到2%、矿石中硫化矿可浮性好的情况。

焙烧脱砷：设备投资约300到600万元（焙烧炉、收尘系统、烟气处理），吨矿运行成本约60到100元，脱砷率95%以上。适合砷含量超过2%、长期稳定处理的规模较大的项目。

化学浸出脱砷：设备投资约150到250万元，吨矿运行成本约80到120元，脱砷率85%到95%。目前工业应用成熟度偏低，不建议作为首选。

四、组合工艺的优化思路

单一预处理技术各有局限，组合工艺往往能取得更好的综合效果。

磁选加浮选组合是较为经济的方案。先用磁选抛除大部分毒砂，磁选精矿再进入浮选进一步脱砷。磁选负担了粗粒毒砂的去除任务，减少了浮选的处理量；浮选负责磁选未能去除的细粒和连生体毒砂。广西某锡选厂采用这一组合工艺，脱砷率从单一磁选时的76%提升到89%，锡回收率保持在88%以上。

浮选加焙烧组合适用于砷含量较高的精矿。浮选先将砷含量从4%降到1%左右，焙烧再将1%降到0.2%以下。浮选承担了大部分的砷脱除任务，焙烧只处理小批量物料，投资和运行成本大幅降低。

无论采用哪种组合工艺，预处理后的锡精矿含砷应控制在0.3%以下，这是大部分锡冶炼厂的入炉标准。部分高端锡产品要求含砷低于0.1%，需要更严格的预处理。

五、研究展望

高砷锡矿石的选矿预处理技术正在向两个方向发展。

一是低成本的强化磁选技术。通过超导磁选机将场强提升到3到5特斯拉，可以捕收更细粒级、更低磁性的毒砂颗粒。超导磁选设备投资较高，但运行能耗低于常规电磁选，在大型项目上有应用前景。

二是选择性浸出药剂开发。寻找对毒砂具有高度选择性的浸出剂，在常压、低温条件下实现高效脱砷，同时减少对锡石的溶蚀。离子液体作为新型浸出介质，近年来在矿产加工领域受到关注，但距工业应用仍有距离。

处理高砷锡矿石的关键是预处理前置。等到锡精矿产出后再去脱砷，技术手段少、成本高、锡损失大。 在重选或浮选流程中提前设卡，将毒砂在早期作业中分离出去，才是经济可行的技术路线。建议根据矿石的含砷量和毒砂嵌布特征，选择磁选、浮选、焙烧中一种或组合工艺，在进入主流程前完成脱砷预处理。