铁矿资源作为钢铁工业的基础原料，其硫含量直接影响冶炼效率和钢材质量。我国铁矿石资源禀赋复杂，约40%的矿床伴生黄铁矿、磁黄铁矿等含硫矿物，导致铁精矿硫含量普遍超标（0.3%-2.5%），不仅增加高炉脱硫负荷，更易引发钢材热脆现象。
含硫铁矿特性与脱硫难点
铁矿脱硫面临多重技术挑战，主要源于含硫矿物的复杂特性。
1. 硫赋存状态及影响铁矿中的硫主要以多种矿物形式存在：
- 黄铁矿（FeS₂）：立方晶体结构，可浮性良好但易过粉碎，磨矿中生成Fe²⁺离子活化脉石
- 磁黄铁矿（Fe₁₋ₓS）：存在单斜/六方两种晶型，六方晶型磁性弱（比磁化系数＜25×10⁻⁶m³/kg）、可浮性差，易进入磁选精矿
- 复合硫化物：如黄铜矿（CuFeS₂）等，需兼顾硫脱除与有价金属回收
2. 工艺瓶颈选矿脱硫过程中存在三大难题：
- 嵌布粒度微细：磁黄铁矿常以5-20μm包裹于磁铁矿中，需磨至-0.045mm占90%以上方能解离
- 矿浆干扰：磁黄铁矿氧化产生的Fe²⁺消耗活化剂（如CuSO₄），导致浮选剂耗量增加30%-50%
- 分选选择性差：磁黄铁矿与磁铁矿密度重叠（4.3-4.8g/cm³），重选分离效率不足50%
脱硫主流工艺与技术突破
针对不同类型的含硫铁矿，研发了多种高效脱硫工艺。
1. 阶段磨矿—阶段选别工艺该工艺特别适用于硫矿物嵌布粒度差异显著的矿石：
- 粗磨阶段：磨至-0.074mm占65%，弱磁选（磁场强度160mT）抛除40%尾矿，同步回收粗粒硫
- 再磨阶段：磁性产品磨至-0.045mm占90%，采用反浮选脱除微细粒磁黄铁矿
安徽某铁矿采用该工艺，铁精矿品位提升至66.97%，硫含量降至0.21%，回收率保持80.3%。
2. 磁选—浮选联合工艺该工艺针对难浮磁黄铁矿开发了专门的药剂体系：
- 活化剂优化：采用稀硫酸（10%浓度）+JL-02复合活化剂，破除磁黄铁矿表面氧化膜，其接触角从35°增至78°
- 捕收剂革新：丁基黄药+Q-319组合（比例2：1），对六方磁黄铁矿吸附量提升至1.2mg/m²
内蒙古某选厂应用该工艺后，铁精矿硫含量从0.82%降至0.26%，硫回收率提高至88.69%，吨矿药剂成本降低4.3元。
3. 焙烧—磁选工艺对于难选铁矿，开发了低温高效的热处理技术：
- 技术原理：在弱还原气氛（CO浓度15%-18%）中，磁黄铁矿转化为强磁性Fe₃O₄，磁选分离效率提升至92%
- 节能突破：悬浮焙烧炉温度降至620℃（传统竖炉＞850℃），燃料消耗减少35%；配套余热锅炉回收烟气热量，蒸汽发电效率达22%
关键设备与操作实践
设备创新推动了脱硫工艺效率的持续提升。
1. 浮选装备升级新型浮选设备针对含硫铁矿特性进行了专门优化：
- 充气调控系统：基于在线XRF分析仪动态调节充气量（低品位矿＜1.5g/t时设定1.2m³/min·m²）
- 浅槽浮选机：深宽比0.7，配合伞形叶轮，电耗降低18%
2. 重选预抛废设备高效重选设备实现了前端预抛废：
- 跳汰机：处理30-50mm粗粒级，抛废率＞40%（以攀西钒钛磁铁矿为例）
- 螺旋溜槽：DL2000型处理量达40t/h，倾斜角度45°时对-2mm赤铁矿回收率最高
3. 烟气脱硫设备创新焙烧工艺配套的气体处理设备也取得突破：
- 浸没式反应器：分割盘将气泡直径控制在0.5-1mm，气液接触面积增加300%
- 分体式设计：上筒体（含冷却模块）与下筒体（反应槽）螺栓连接，维护效率提升50%
工业实践与效益分析
各种脱硫技术在工业应用中取得了显著的经济效益。
1. 攀钢旋转喷镁脱硫技术针对特殊矿种的冶炼脱硫技术：
- 旋转喷枪：转速200rpm，镁粉分散度提升80%
- 定向调渣技术：添加CaO-Al₂O₃-SiO₂熔剂，渣相粘度从3.5Pa·s降至1.2Pa·s
该技术应用后，脱硫剂利用率提高至85%，吨钢成本下降40元，年处理铁水400万吨，创效超4000万元。
2. 微细粒脱硫经济性比较不同脱硫工艺存在明显的经济性差异：
- 反浮选：投资成本中等，运营成本高（主要是药剂成本），适用于-0.045mm细粒级
- 磁选—浮选联合：投资成本高，运营成本中等，适用于-0.074mm粒级
- 焙烧—磁选：投资成本极高，运营成本低，适用于全粒级矿石
技术发展趋势
铁矿脱硫技术正向着更精准、低碳的方向发展。
- 矿物基因研究：基于MLA（矿物解离分析）建立磁黄铁矿解离模型，指导磨矿细度优化，避免过粉碎
- 生物脱硫技术：氧化亚铁硫杆菌（Acidithiobacillus ferrooxidans）在pH=1.5、35℃条件下，72小时脱硫率＞80%
- 智能控制系统：结合在线粒度仪与AI算法，动态调节磨矿-浮选参数，硫品位波动率从±0.15%降至±0.05%
铁矿脱硫需遵循"矿物特性定工艺，粒度组成选设备"原则：对粗粒嵌布硫矿物，阶段磨选仍具成本优势；微细粒磁黄铁矿则依赖活化浮选与高效装备的创新耦合。未来技术突破点在于低成本解离、选择性吸附及低碳冶金的深度整合，最终实现全流程硫定向迁移与资源化。
