湯優(yōu)優(yōu) 陳 雄 1
(1.廣東省科學(xué)院資源綜合利用研究所,廣東廣州510650;2.稀有金屬分離與綜合利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東廣州510650;3.廣東省礦產(chǎn)資源開發(fā)和綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東廣州510650)
鉛鋅作為國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的重要有色金屬,在諸多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。鉛是最軟的重金屬,可制成鉛蓄電池、顏料、油漆和光學(xué)儀器、原子能工業(yè)及X射線儀器設(shè)備的防護(hù)材料等。鋅在有色金屬的消費(fèi)中僅次于銅和鋁,廣泛用于鋼材和鋼結(jié)構(gòu)件表面防腐蝕的鍍層,合金制造以及化工行業(yè)等。
隨著中國鉛鋅工業(yè)的高速發(fā)展和鉛鋅冶煉產(chǎn)能的擴(kuò)張,國內(nèi)外對(duì)低品位鉛鋅礦資源的開發(fā)利用越來越重視。低品位鉛鋅礦石的開發(fā)利用以浮選法為主,但生產(chǎn)過程中的磨礦成本、藥劑成本、浮選指標(biāo)直接決定企業(yè)的盈虧。因此,如何提高鉛鋅礦石分選效率、降低生產(chǎn)成本對(duì)于低品位鉛鋅礦石開發(fā)利用顯得尤為重要[1-3]。
本研究針對(duì)西南某低品位硫化鉛鋅礦石進(jìn)行了工藝礦物學(xué)研究,查明影響鉛鋅選礦指標(biāo)的礦物學(xué)因素;通過重液浮沉試驗(yàn)判定礦石預(yù)選拋尾的可行性,并進(jìn)行了詳細(xì)的浮選回收試驗(yàn)研究。根據(jù)重液浮沉試驗(yàn)和浮選試驗(yàn)結(jié)果,提出了重介質(zhì)預(yù)選富集—浮選分離聯(lián)合工藝流程,為同類型低品位鉛鋅礦石資源高效開發(fā)利用提供借鑒。
表1為原礦化學(xué)多元素分析結(jié)果。
注:Au、Ag的含量單位為g/t。
由表1可知,原礦中具有回收價(jià)值的金屬元素為鉛和鋅,品位分別為2.99%和1.57%;原礦中銀的品位為10.80 g/t,可隨同鉛鋅浮選精礦伴生回收;原礦中雜質(zhì)成分主要為SiO2和Al2O3,含量分別為64.57%和7.17%,有害元素砷的含量為0.18%,其存在會(huì)影響浮選精礦的品質(zhì)。
對(duì)原礦進(jìn)行了鉛、鋅物相分析,結(jié)果分別見表2和表3。
由表2和表3可知,原礦中鉛主要以硫化鉛形式存在,分布率為94.31%;鋅主要以硫化鋅形式存在,分布率為92.36%,該礦石屬于典型的硫化鉛鋅礦。
通過鏡下觀察、人工重砂分析及X-射線衍射分析,得到原礦中主要礦物及其含量,結(jié)果見表4。
由表4可知,原礦中有硫化物、碳酸鹽、氧化物、硅酸鹽、磷酸鹽5類礦物存在,主要金屬礦物為方鉛礦、閃鋅礦和黃鐵礦,含量分別為3.45%、2.34%和5.16%;脈石礦物主要為方解石、石英、絹云母等。
原礦中方鉛礦呈自形-半自形,多包裹閃鋅礦,與閃鋅礦關(guān)系密切(圖1(a));閃鋅礦與黃鐵礦、方鉛礦、毒砂混雜分布(圖1(b));細(xì)粒黃鐵礦稠密浸染于透明礦物顆粒之間(圖1(c));毒砂多與黃鐵礦混雜分布,部分毒砂呈稀疏-稠密浸染狀分布在透明礦物顆粒之間(圖1(d))。
礦物嵌布特征結(jié)果表明,方鉛礦、閃鋅礦、黃鐵礦以及毒砂礦物間混雜分布,呈現(xiàn)出集合體嵌布趨勢(shì),其中方鉛礦多包裹閃鋅礦,緊密共生。因此,鉛鋅礦物浮選分離難度較大,需通過合理的磨礦細(xì)度,減少鉛、鋅精礦中的鉛、鋅互含。
由原礦工藝礦物學(xué)分析結(jié)果可知,方鉛礦、閃鋅礦、黃鐵礦呈現(xiàn)出集合體嵌布趨勢(shì),在中碎后有大量單體脈石產(chǎn)出,具備預(yù)選拋尾的先決條件。通過預(yù)選拋尾不僅能提高入選品位、減少入磨量、降低選礦成本,還可以緩解低品位礦產(chǎn)資源開發(fā)利用普遍面臨的大量尾礦堆存的環(huán)境問題[4-6]。
為考察該礦石重介質(zhì)預(yù)選拋尾的可能性,將原礦閉路碎礦至-12 mm,篩除-1 mm細(xì)粒級(jí)部分,粗粒級(jí)部分分成12~5 mm粒級(jí)和5~1 mm兩種粒級(jí)產(chǎn)品(稱為產(chǎn)品1和產(chǎn)品2),采用三溴甲烷與無水乙醇配制成密度為 2.6 kg/m3、2.7 kg/m3、2.8 kg/m3的 3 種重液,將兩種粒級(jí)產(chǎn)品依次通過上述3種密度的重液進(jìn)行重液浮沉試驗(yàn),根據(jù)礦石密度與重液密度差異,分離得到不同密度區(qū)間的產(chǎn)品。具體試驗(yàn)流程見圖2,試驗(yàn)結(jié)果見表5。
由表5可知,當(dāng)重液密度為2.7 kg/m3時(shí),得到密度小于2.7 kg/m3的輕產(chǎn)品相對(duì)原礦產(chǎn)率為45.20%,鉛品位為0.29%、相對(duì)原礦鉛損失率為4.48%,鋅品位為0.23%、相對(duì)原礦鋅損失率為6.62%;得到密度大于2.7 kg/m3的重產(chǎn)品鉛品位10.48%、鋅品位5.37%,相對(duì)原礦品位富集近3倍。研究結(jié)果表明該低品位鉛鋅礦具備預(yù)選拋尾條件,可采用重介質(zhì)選礦技術(shù)進(jìn)行預(yù)選拋尾。
本試驗(yàn)針對(duì)原礦進(jìn)行了詳細(xì)的浮選試驗(yàn)研究,了解礦石中鉛、鋅礦物浮選分離難易程度以及鉛鋅回收指標(biāo)情況。
2.2.1 試驗(yàn)方案制定
由于方鉛礦的天然可浮性比閃鋅礦好,閃鋅礦被抑制后通過活化可恢復(fù)良好的可浮性,鉛鋅分離一般采用抑鋅浮鉛的方案。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,采用乙硫氮作為方鉛礦捕收劑時(shí),在低堿度礦漿及低捕收劑用量條件下方鉛礦浮選效果好,受黃鐵礦影響較小[7-10]。因此,本試驗(yàn)擬充分發(fā)揮方鉛礦和黃鐵礦間可浮性差異,避免“強(qiáng)抑強(qiáng)拉”的藥劑消耗,在低堿度礦漿體系下,采用鉛優(yōu)先浮選—鋅硫混選再分離的流程方案,浮選試驗(yàn)原則流程如圖3所示。
2.2.2 鉛優(yōu)先浮選條件試驗(yàn)
2.2.2.1 磨礦細(xì)度試驗(yàn)
磨礦作業(yè)使目的礦物與脈石礦物充分單體解離,為目的礦物有效回收提供有利條件。試驗(yàn)采用“1粗1掃”,固定粗選條件:石灰用量1 000 g/t(此時(shí)礦漿pH值為8.0),硫酸鋅+亞硫酸鈉用量(1000+500)g/t,乙硫氮用量40 g/t,掃選階段乙硫氮用量 20 g/t,考察磨礦細(xì)度對(duì)鉛粗精礦(粗掃選精礦合并,以下同)指標(biāo)的影響,結(jié)果見圖4。
由圖4可知,隨著磨礦細(xì)度增加,鉛粗精礦中鋅品位及鋅回收率逐漸降低,鉛粗精礦中鉛品位逐漸升高,而鉛回收率呈先增加后降低的趨勢(shì)。一段磨礦磨礦細(xì)度的增加,對(duì)鉛粗精礦中鋅含量的影響較小。綜合考慮,后續(xù)試驗(yàn)?zāi)サV細(xì)度確定為-0.074 mm占70%。
2.2.2.2 硫酸鋅+亞硫酸鈉用量試驗(yàn)
硫酸鋅是閃鋅礦良好的抑制劑,與亞硫酸鈉共用時(shí)抑制作用強(qiáng)烈[11]。本試驗(yàn)選用硫酸鋅和亞硫酸鈉配合使用,比例為2∶1,試驗(yàn)采用“1粗1掃”,固定粗選條件:磨礦細(xì)度-0.074 mm占70%,石灰用量1 000 g/t,乙硫氮用量40 g/t,掃選階段乙硫氮用量20 g/t,考察硫酸鋅+亞硫酸鈉用量對(duì)鉛粗精礦(粗掃選精礦合并)指標(biāo)的影響,結(jié)果見圖5。
由圖5可知,隨著硫酸鋅+亞硫酸鈉用量的增加,對(duì)閃鋅礦抑制作用增強(qiáng),鉛粗精礦中鋅品位逐漸降低,鉛品位逐漸升高,但鉛回收率逐漸降低。當(dāng)硫酸鋅+亞硫酸鈉用量超過(1 500+750)g/t時(shí),鉛粗精礦中鉛回收率下降明顯。因此,后續(xù)試驗(yàn)硫酸鋅+亞硫酸鈉用量確定為(1 500+750)g/t。
2.2.2.3 乙硫氮粗選用量試驗(yàn)
乙硫氮作為方鉛礦捕收劑時(shí),具有良好的選擇性和捕收能力,而對(duì)黃鐵礦捕收能力較弱,可減少黃鐵礦對(duì)方鉛礦浮選影響。捕收劑與抑制劑、pH值調(diào)整劑等存在交互作用,當(dāng)捕收劑用量過多時(shí),pH值調(diào)整劑、抑制劑用量也需增大,導(dǎo)致藥劑消耗。本試驗(yàn)在石灰用量1 000 g/t(礦漿pH為8.0)的低堿度體系下,采用“1粗1掃”,固定粗選條件:磨礦細(xì)度-0.074 mm占70%,硫酸鋅+亞硫酸鈉用量(1 500+750)g/t??疾煲伊虻诌x用量對(duì)鉛粗精礦(粗掃選精礦合并)指標(biāo)的影響,結(jié)果見圖6。掃選乙硫氮用量為粗選用量的1/2。
由圖6可知,當(dāng)乙硫氮粗選用量僅為20 g/t時(shí),鉛粗精礦中鉛回收率也能達(dá)到85%,鉛粗精礦中鋅品位最低;隨著乙硫氮粗選用量的增加,鉛粗精礦中鉛回收率增加,鋅品位及鋅回收率也增加;當(dāng)乙硫氮粗選用量超過60 g/t時(shí),鉛粗精礦中鉛回收率基本不變,但鉛粗精礦中鋅回收率增加明顯。因此,后續(xù)試驗(yàn)乙硫氮粗選用量確定為60 g/t,掃選用量確定為30 g/t。
2.2.3 鋅硫混浮條件試驗(yàn)
硫酸銅是閃鋅礦常用的活化劑,可在閃鋅礦的表面生成一層易浮的硫化銅薄膜,起到活化閃鋅礦的作用;丁基黃藥是閃鋅礦常用的捕收劑。鋅硫混浮階段條件試驗(yàn)的給礦為鉛優(yōu)先浮選尾礦,選用硫酸銅作為活化劑,丁基黃藥作為捕收劑。
2.2.3.1 硫酸銅粗選用量試驗(yàn)
試驗(yàn)采用“1粗1掃”,固定丁基黃藥粗選用量為100 g/t,掃選用量為50 g/t,考察硫酸銅粗選用量對(duì)鋅粗選精礦(粗掃選精礦合并)指標(biāo)的影響,結(jié)果見圖7。硫酸銅掃選用量為粗選用量的一半。
由圖7可知,隨著硫酸銅粗選用量的增加,鋅粗精礦中鋅回收率升高幅度較大,鋅品位下降明顯,說明硫酸銅對(duì)閃鋅礦活化作用明顯。當(dāng)硫酸銅粗選用量超過200 g/t時(shí),鋅粗精礦鋅回收率上升幅度不明顯。后續(xù)試驗(yàn)硫酸銅粗選用量確定為200 g/t,掃選用量為100 g/t。
2.2.3.2 丁基黃藥用量試驗(yàn)
試驗(yàn)采用“1粗1掃”,固定硫酸銅粗選用量為200 g/t,掃選用量為100 g/t,考察丁基黃藥粗選用量對(duì)鋅粗選精礦(粗掃選精礦合并)指標(biāo)的影響,結(jié)果見圖8。丁基黃藥掃選用量為粗選用量的1/2。
由圖8可知,隨著丁基黃藥粗選用量的增加,鋅粗選精礦中鋅回收率增加,鋅品位呈下降趨勢(shì)。當(dāng)丁基黃藥粗選用量超過100 g/t時(shí),鋅粗選精礦中鋅回收率基本不變。因此后續(xù)試驗(yàn)硫酸銅粗選用量確定為100 g/t,掃選用量為50 g/t。
本試驗(yàn)鋅硫混選精礦通過1次精選后進(jìn)入鋅硫分離作業(yè),采用石灰為黃鐵礦抑制劑,調(diào)節(jié)礦漿pH值至10.0,浮選閃鋅礦抑制黃鐵礦,分別得到鋅精礦和硫精礦;鋅硫混選精礦增加再磨作業(yè),使閃鋅礦和黃鐵礦得到充分解離,降低硫精礦中鋅品位,提高鋅硫分離效果。
2.2.4 全流程閉路試驗(yàn)
在上述條件試驗(yàn)基礎(chǔ)上,利用實(shí)驗(yàn)室靜態(tài)的單元試驗(yàn)?zāi)M生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)的過程,考察藥劑累計(jì)、中礦礦物分配對(duì)浮選的影響,進(jìn)行了全程閉路試驗(yàn)。鉛優(yōu)先浮選階段采用1次粗選和1次掃選,鉛粗精礦再磨后2次精選流程;鋅硫混選段采用1次精礦、1次粗選和1次掃選,鋅硫混合精礦再磨后進(jìn)行鋅硫分離,鋅硫分離流程為1次粗選、1次掃選和1次精選。試驗(yàn)流程見圖9,閉路試驗(yàn)結(jié)果見表5。
注:Ag的品位單位為g/t。
由表5可知,在低堿度礦漿體系,采用鉛優(yōu)先浮選—鋅硫混選再分離流程,最終可得到鉛品位69.26%、鉛回收率95.21%,銀品位126.60 g/t、銀回收率為47.13%的鉛精礦及鋅品位59.83%、鋅回收率84.26%的鋅精礦。
(1)原礦中鉛、鋅和銀的含量分別為2.99%、1.57%和10.80 g/t,鉛主要以硫化鉛的形式存在,分布率為94.31%;鋅主要以硫化鋅的形式存在,分布率為92.36%;原礦中主要金屬礦物為閃鋅礦、方鉛礦、黃鐵礦,脈石礦物主要為方解石、石英和絹云母等。
(2)通過重液浮沉試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),當(dāng)重液密度為2.7 kg/m3時(shí),密度大于2.7 kg/m3產(chǎn)品鉛鋅品位相對(duì)原礦富集近3倍;密度小于2.7 kg/m3產(chǎn)品相對(duì)原礦產(chǎn)率為45.20%,鉛、鋅損失率分別為4.48%和6.62%,密度小于2.7 kg/m3產(chǎn)品鉛、鋅損失較低。該低品位鉛鋅礦具備預(yù)選拋尾有利條件,可采用重介質(zhì)選礦技術(shù)進(jìn)行預(yù)選拋尾。
(3)通過浮選試驗(yàn)研究,在低堿度礦漿體系,磨礦細(xì)度-0.074 mm占70%的條件下,采用鉛優(yōu)先浮選—鋅硫混選再分離的流程方案,可獲得鉛品位為69.26%、鉛回收率為95.21%的鉛精礦和鋅品位為59.83%、鋅回收率為84.26%的鋅精礦。該浮選流程主要在低堿度礦漿體系下進(jìn)行,充分利用礦物間可浮性的差別,具有藥劑用量少、流程簡單等特點(diǎn)。
(4)采用重介質(zhì)選礦技術(shù)進(jìn)行預(yù)選拋尾,不僅可以提高入選品位,減少入磨量,降低選礦成本,而且粗粒拋尾廢石可綜合利用,減少尾礦堆存,對(duì)低品位鉛鋅礦開發(fā)利用具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。后續(xù)應(yīng)繼續(xù)針對(duì)該礦石進(jìn)行重介質(zhì)旋流器分選中試試驗(yàn),驗(yàn)證預(yù)選拋尾可行性以及重介質(zhì)預(yù)選富集—浮選分離聯(lián)合工藝的鉛鋅綜合指標(biāo),為工業(yè)化應(yīng)用提供依據(jù)。