一、研究的背景与问题

首钢集团于1992年成功收购秘鲁铁矿股份有限公司（以下简称首钢秘铁），并拥有其所属670.7平方公里矿区的永久开采权、勘探权和经营权，是迄今为止我国海外铁矿投资最成功的案例。矿区探明铁矿资源储量达22.17亿t，还蕴藏有大量的铜、铅、锌等多种伴生有价金属矿产资源。2018年建成的首钢秘铁新区选矿厂是“一带一路”落地南美洲的首个项目，年产铁精矿1000万吨。

随着矿山开采范围的扩展，以14^#矿体（储量1.3亿吨）为代表的高锌高硫难选磁铁矿矿体已进入实质性开发阶段，矿石中锌硫载体矿物种类多、嵌布粒度微细、共生关系复杂，导致铁精矿深度降锌降硫难度大，由于该类矿石缺少铁精矿高效除杂技术，生产铁精矿中锌硫等杂质含量高，产品积压滞销，严重影响企业经济效益。如果这些高锌高硫原生磁铁矿矿体得不到技术支撑进行有效处理，将导致储量达1.3亿吨（价值95亿元人民币）铁矿资源的浪费。

为开发利用好秘铁复杂共伴生铜铅锌原生磁铁矿资源，长沙矿冶研究院与首钢秘鲁铁矿股份有限公司联合从铁精矿降锌脱硫和伴生铜铅锌金属综合回收两个方面开展科技攻关。

二、解决问题的思路或技术原理

高端特种钢对铁精矿质量要求极为严格，其中锌、硫杂质含量分别需要达到0.02%和0.1%以下。此外，选铁尾矿中的铜铅锌有价资源需在海水体系下进行综合回收，硫化矿浮选矿浆体系异常复杂。数十年间多家国内外研究机构（如德国的IMC、BISA等）相继开展了大量研究工作，均未取得突破，首钢秘铁在铁精矿深度降锌降硫及铜铅锌高效富集与分离技术方面面临前所未有的挑战。

长沙矿冶研究院从矿石本征特点研究入手，发现首钢秘铁铁精矿深度除杂及铜铅锌高效富集与分离存在的技术瓶颈主要为：（1）锌、硫载体矿物种类多、嵌布粒度极细，其矿物表面金属质点暴露概率小，被亲水性物质与水化膜罩盖，导致捕收剂难以与矿物表面的这些活性金属质点作用；（2）锌、硫载体矿物的深度活化和海水中高浓度钾钠钙镁离子对矿物可浮性及捕收剂性能产生了“钝化效应”，导致伴生铜铅锌难以高效富集与分离；（3）浮选过程中加入的药剂使得尾矿中大量微细颗粒因同性电荷排斥作用大而具有较大稳定性，导致选矿废水采用常规技术净化处理效果不理想。

针对上述难点，长沙矿冶研究院研发了新型绿色活化剂CYA-29、耐盐型抑制剂CYZ-10和有机聚合物混凝剂CYH，以及超细碎-高效预选工艺、铜铅锌同步浮选-异步失活-选择性抑制浮选工艺和智能控制技术，建立了从基础研究、核心关键技术创新突破到选矿工艺、装备、药剂开发应用，以及选矿废水循环回用的整套技术研发体系，打通了从基础研究到产业化应用的链接通道，成功突破了困扰首钢秘铁铁精矿深度除杂和伴生铜铅锌高效综合利用的世界级选矿技术难题。中国金属学会组织的鉴定会评价委员会认为“项目整体技术达到国际领先水平”。

图1  总体研究思路

三、主要创新性成果

（1）开发了多活化功能耦合协同的锌硫矿物广谱活化剂CYA-29和极细粒锌、硫载体多矿物同步活化技术。针对闪锌矿和铁闪锌矿易被矿泥、亲水性金属羟基化合物和水化膜罩盖，磁黄铁矿表面易被过度氧化形成亲水性物质的特点，采用不同螯合基和非极性基的基团接枝与分子组装技术，研制出螯合作用、电位调控与定位离子调节耦合协同的锌硫矿物活化剂，解决了铁精矿深度除杂技术难题，获得品位TFe70.8%、S 0.08%、Zn 0.018%、SiO₂ 0.5%的高纯铁精矿。

图2  高锌高硫矿深度除杂技术

（2）研发了CYZ-10耐盐抑制剂，实现海水体系下铜铅锌同步浮选、异步失活-选择性抑制浮选。通过耐盐型抑制剂的胶粒吸附、氧化还原、氢键和化学键键合协同作用，对黄铁矿、闪锌矿等进行选择性失活以及界面精准调控，解决了选铁尾矿中铜铅锌的富集与分离难题，获得铜精矿品位Cu 20%、铜回收率68%，锌精矿品位Zn 40%、锌回收率67%。

图3 官能团与矿物表面之间化学键合和氢键作用示意图

（3）针对选矿废水中胶体化微细悬浮物含量高、金属离子与残留选矿药剂交互影响大，导致沉降速度慢的特点，研发了使废水中微细颗粒快速失稳与凝聚生长的CYH有机聚合物混凝剂，实现了高浊度选矿废水快速澄清净化和选矿废水全部回用。

表1  废水处理前后主要指标/%

（4）基于超细碎-高效预选、铁精矿深度除杂、选铁尾矿铜铅锌综合回收、智能控制技术集成创新，建成了年产1000万吨高纯铁精矿大型现代化选矿厂和年处理800万吨选铁尾矿综合回收铜铅锌选矿厂。

图4  年产1000万吨高纯铁精矿大型选矿厂

四、应用情况与效果

首钢秘铁新区选矿厂于2018年10月建成调试，2019年1月应用活化浮选深度除杂（锌、硫）选矿技术工业投产以来，系统至今运行平稳，由于疫情影响2020年1月~6月停产半年，2019年1月至2020年12月，一年半时间共计生产高纯铁精矿1205万吨，品位TFe70.8%、Zn 0.018%、S 0.08%、SiO₂0.5%，明显优于铁精矿C67一级标准（Fe≮67%、S 0.1%～0.2%，Zn 0.1%～0.2%），CYA-29新型活化剂效果显著，锌含量由0.08%降至0.018%；硫含量由0.56%降至0.08% 。

海水体系下选铁尾矿综合回收伴生铜铅锌有价元素，采用铜铅锌同步浮选、异步失活-选择性抑制浮选技术，配合使用耐盐型高效抑制剂CYZ-10，实现了海水体系下铜铅锌矿物的选择性分离，2019年1月~2020年12月铜精矿产量10.37万吨、品位Cu20%，铜回收率68%，产值9.333亿元；锌精矿产量15.71万吨、品位Zn40%，锌回收率67%，成功实现综合回收利用的目的。

信息来源：长沙矿冶研究院