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        礦物浮選分離硫化銅及硫化鋅研究進(jìn)展

        2022-04-09 05:41:46
        現(xiàn)代礦業(yè) 2022年3期
        關(guān)鍵詞:硫化銅浮性鋅礦

        張 川

        (安徽太平礦業(yè)有限公司)

        新經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)下,我國礦產(chǎn)加工行業(yè)發(fā)展迅速,這不僅豐富了我國現(xiàn)代工業(yè)體系的生產(chǎn)業(yè)態(tài),而且有效促進(jìn)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。在金屬礦加工中,銅和鋅是較為常見的2種原材料,其中硫化銅礦以黃銅礦為主,其往往與硫化鋅礦中的閃鋅相伴而生,在磨礦作業(yè)中,黃銅礦會(huì)溶解出一定的銅離子,這些銅離子會(huì)使閃鋅礦活化,這在增加銅鋅可浮性的基礎(chǔ)上,增加了兩者的浮選分離難度?;诖?,進(jìn)行礦物浮選工藝的深層研究,實(shí)現(xiàn)硫化銅、硫化鋅的有效分離,繼而為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)奠定良好條件。

        1 銅、鋅礦石基本特征

        1.1 銅礦石特征

        作為一種重要的工業(yè)生產(chǎn)原料,銅在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中具有戰(zhàn)略價(jià)值,對(duì)于國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展影響深遠(yuǎn)。現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)體系下,工業(yè)生產(chǎn)對(duì)于有色金屬的需求不斷增加,就銅材料而言,其需求量僅次于鋁;除機(jī)械加工、電子科技外,銅材料在建筑工業(yè)、輕工業(yè)等領(lǐng)域也廣泛應(yīng)用。在工業(yè)快速發(fā)展的今天,對(duì)于銅材料的需求不斷增加,但隨著礦產(chǎn)資源的開采,富礦資源逐漸短缺,復(fù)雜硫化銅鋅礦的開采和利用顯得尤為重要。黃銅礦是一種負(fù)載的硫化銅鋅礦石,是提煉銅礦的重要原料。黃銅礦本身可浮性較好,化學(xué)晶體結(jié)構(gòu)與閃鋅礦、黝錫礦相差不大,其中的陽離子、陰離子分別分布在角頂和配位四面體中,由此構(gòu)成了四方體晶系[1]。

        1.2 鋅礦石特征

        鋅是一種極為重要的有色金屬,從鋅礦石原料來看,閃鋅礦中的含鋅量較高,整體含鋅量可達(dá)67.10%,同時(shí)閃鋅礦中含有一定的鐵元素。研究表明,閃鋅礦的鐵含量最高可達(dá)30%。工業(yè)生產(chǎn)中,若閃鋅礦中的鐵含量超過10%,則將此類礦石原料稱為鐵閃鋅礦[2]。閃鋅礦與其他硫化礦物存在一定的共存關(guān)系,即閃鋅礦可能和黃銅礦、黃鐵礦等礦物伴生共存。在酸性條件下,閃鋅礦的可浮性較為突出,但在堿性條件下,可浮性會(huì)有所下降。銅鋅礦分離過程中,磨礦工藝會(huì)產(chǎn)生一定的次生銅離子,鈣離子能使得閃鋅礦發(fā)生活化反應(yīng),受此影響,閃鋅礦與黃銅礦的可浮性相近,增加了銅鋅礦浮選分離的難度。工業(yè)生產(chǎn)中,有必要進(jìn)行銅鋅礦浮選分離工藝的優(yōu)化,以此來實(shí)現(xiàn)硫化銅、硫化鋅礦物質(zhì)資源的高效利用。

        2 礦物浮選分離工藝

        2.1 銅鋅礦物優(yōu)先浮選

        當(dāng)?shù)V物質(zhì)構(gòu)成較為簡單時(shí),可采用銅鋅礦物優(yōu)先浮選工藝進(jìn)行處理。就礦物本身而言,往往在可浮性層面具有一定的差異;銅鋅礦物優(yōu)先浮選工藝主要是利用可浮性差異進(jìn)行礦物分離。通常在浮選分離中,還會(huì)添加一定的藥劑,提升礦物浮選的效率和質(zhì)量。結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際可知,銅鋅礦物優(yōu)先浮選本身具有操作簡單的特點(diǎn),而且其生產(chǎn)所需的藥劑較少,生產(chǎn)礦物質(zhì)的品位較高。譬如,可通過優(yōu)先浮選工藝對(duì)高砷復(fù)雜銅鋅多金屬礦進(jìn)行處理,能獲得品位優(yōu)良的銅精礦、鋅精礦;該工藝下,銅回收率可達(dá)87.45%,鋅回收率可達(dá)90.14%。在銅鋅礦物優(yōu)先浮選工藝下,藥劑的使用會(huì)對(duì)浮選的效果造成影響,如可通過優(yōu)先浮銅再選鋅的工藝進(jìn)行礦物浮選分離處理,該工藝下使用高效復(fù)合抑制劑T20或新型高效銅捕收劑A11,均能實(shí)現(xiàn)銅鋅礦物的有效分離。需注意的是,在銅鋅礦分離浮選中,有的黃銅礦會(huì)嵌布在閃鋅礦中,這大大增加了銅鋅分離的難度。此時(shí),按照銅優(yōu)先浮選—銅粗精礦再磨再選—銅尾礦選鋅的工藝流程進(jìn)行處理,能實(shí)現(xiàn)銅鋅的有效分離,保證銅鋅材料的整體品位和回收效率[3]。

        2.2 銅鋅混合浮選—混合精礦分離

        除銅鋅礦物優(yōu)先浮選工藝外,銅鋅混合浮選—混合精礦分離在現(xiàn)代工業(yè)體系中的應(yīng)用也較為普遍。該工藝體系下,礦物質(zhì)往往被分成易浮和難浮兩部分,然后可按難易程度進(jìn)行浮選。該浮選工藝下,若礦物質(zhì)的可浮性相近,則其往往會(huì)被同時(shí)選出,由此形成一定的混合精礦,再進(jìn)行銅鋅礦的浮選分離,能有效的滿足現(xiàn)代工業(yè)的生產(chǎn)需要。如在含金高硫銅鋅多金屬硫化礦浮選分離過程中,為實(shí)現(xiàn)硫化銅、硫化鋅的有效分離,可在考慮礦石特征的基礎(chǔ)上,吸收優(yōu)先浮選工藝優(yōu)勢,然后按銅鋅混合浮選—混合精礦分離工藝進(jìn)行礦物質(zhì)浮選分離處理(圖1);嚴(yán)格按該流程及指標(biāo)進(jìn)行礦物質(zhì)浮選分離,能獲得較為理想的選礦指標(biāo)[4]。從工藝應(yīng)用效果來看,銅鋅混合浮選—混合精礦分離工藝的可控性較為突出,且生產(chǎn)中的藥劑需求量相對(duì)較少,不足之處在于該工藝的操作較為復(fù)雜,且浮選作業(yè)所需的時(shí)間較長,故而在工業(yè)生產(chǎn)中,其整體的使用次數(shù)相對(duì)較少。

        現(xiàn)代浮選分離選礦中,應(yīng)科學(xué)化地選擇浮選分離工藝,還需注重對(duì)礦石性質(zhì)的有效分析。在一定程度上,礦石性質(zhì)決定了后期浮選工藝的應(yīng)用。譬如,當(dāng)銅鋅礦的礦物組成較為復(fù)雜、各類型礦物嵌布密切、分解難度較大時(shí),可通過銅鋅混合浮選—混合精礦分離工藝進(jìn)行處理,該工藝能實(shí)現(xiàn)銅鋅礦的有效分離。

        3 礦物浮選分離藥劑

        在銅鋅礦物浮選過程中,規(guī)范化地使用分離藥劑能提升銅鋅礦石的浮選、分離效率,保證銅鋅礦石的品位和回收率?,F(xiàn)階段,礦物浮選分離藥劑的類型豐富,常見分離藥劑不僅包含選擇性捕收劑,可抑鋅浮銅,而且涉及抑銅浮鋅等藥劑。

        3.1 選擇性捕收劑

        礦物質(zhì)浮選分離工藝中選擇性捕收劑的應(yīng)用較為廣泛,該類分離藥劑具有改變礦物質(zhì)表面疏水性的特征,在選擇性捕收劑的作用下,浮游的礦粒會(huì)黏附在氣泡上,實(shí)現(xiàn)礦物質(zhì)的有效分離。從藥劑類型來看,其在離子性質(zhì)層面具有一定的差異,根據(jù)這種差異,可將其分為陰離子型、陽離子型、兩性型和非離子型;從應(yīng)用范圍來看,除硫化礦捕收劑、氧化礦捕收劑外,非極性礦物捕收劑也是較為常見的捕收劑應(yīng)用類型。這些捕收劑本身具有較強(qiáng)的物理、化學(xué)吸附性能,而且能使礦物產(chǎn)生一定的表面化學(xué)反應(yīng),這對(duì)礦物質(zhì)浮選分離回收率、精礦品位控制具有積極作用。譬如,在低品位銅鋅混合精礦浮選分離中,可選擇BK302 選擇性捕收劑作為浮選分離藥劑,在該藥劑作用下,可先進(jìn)行1 次粗選,然后按3 次掃選、3 次精選浮選工藝進(jìn)行礦物質(zhì)原材料處理,這樣浮選分離工藝中抑鋅浮銅特征較為明顯,能有效提升礦物質(zhì)浮選分離的品位,保證礦產(chǎn)資源的回收率。另外,在銅鋅多金屬硫化礦分選中,還可使用甲基硫氨脂、BK301等捕收劑混合液來提升浮選分離的效率和質(zhì)量;就甲基硫氨脂、BK301配比而言,需將其混合比例控制在4:1,這樣才能實(shí)現(xiàn)銅鋅礦的有效浮選分離,保證硫化銅、硫化鋅的產(chǎn)量,進(jìn)而為礦產(chǎn)加工奠定良好基礎(chǔ)[5]。

        3.2 抑鋅浮銅

        銅鋅礦石分離處理中,抑鋅浮銅工藝的應(yīng)用較為普遍,規(guī)范使用該工藝能實(shí)現(xiàn)礦物浮選分離技術(shù)的全面優(yōu)化,抑鋅浮銅工藝應(yīng)重視閃鋅礦抑制劑的研發(fā)和使用。硫酸鋅是較為常見的一種閃鋅礦抑制劑,將該抑制劑用于可浮性較差的閃鋅礦,能實(shí)現(xiàn)鋅物質(zhì)活化現(xiàn)象的有效抑制,這在降低鋅物質(zhì)可浮性的基礎(chǔ)上,可實(shí)現(xiàn)銅物質(zhì)的浮選分離。

        現(xiàn)代工業(yè)體系下,有的閃鋅礦被活化,這增加了銅鋅礦的分離難度,過去人們?cè)谇杌锏幕A(chǔ)上,配合使用其他抑鋅浮銅藥劑進(jìn)行處理。該處理工藝下,通過氰化物在礦漿中的水解作用,礦物質(zhì)混合料會(huì)產(chǎn)生一定的HCN 和CN-,當(dāng)浮選分離處于堿性環(huán)境時(shí),CN-濃度增大,此時(shí)藥劑的抑制效果會(huì)有所增強(qiáng);當(dāng)浮選分離處于酸性環(huán)境時(shí),HCN 物質(zhì)會(huì)快速形成,此時(shí)藥劑的抑制效果會(huì)有所下降,故而在過去的抑鋅浮銅工藝下,必須在堿性環(huán)境下使用氰化物。近年來,人們的環(huán)保意識(shí)增強(qiáng),抑鋅浮銅工藝中氰化物的使用量大大減少,為滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)需要,研究人員設(shè)計(jì)開發(fā)了多種新型抑鋅浮銅抑制劑。譬如,在銅鋅礦浮選分離中,有研究將石灰、TW、硫酸鋅和亞硫酸鈉組合藥劑作為抑制劑,并在銅礦石捕收劑層面使用捕收劑Z-200,該捕收劑的性能突出,能實(shí)現(xiàn)銅鋅礦物的有效分離。另外,在低品位高硅硫化銅鋅礦浮選分離中,考慮到礦物種類、礦物嵌布、脈石嵌布關(guān)系等因素的影響,可選擇碳酸鈉作為礦漿pH 值調(diào)整劑,同時(shí)在抑制劑的使用中可在腐植酸鈉、硫酸鋅應(yīng)用的基礎(chǔ)上,配合使用亞硫酸鈉形成組合抑制劑,使用EMB-513為捕收劑浮選銅;有研究顯示,使用這些抑制劑、捕獲劑后,低品位高硅硫化銅鋅礦的浮選分離能實(shí)現(xiàn)銅礦物及鋅礦物的有效分離,可獲得銅品位27.31%、銅回收率86.35%的銅精礦,鋅品位50.94%、鋅回收率78.11%的鋅精礦,保證銅礦物、鋅礦物的回收率和品位優(yōu)勢。

        3.3 抑銅浮鋅

        現(xiàn)代工業(yè)體系下,人們對(duì)于礦物浮選分離工藝的應(yīng)用逐漸深入,但在抑銅浮鋅層面相關(guān)研究仍然較少。這是因?yàn)樵诘V物浮選分離中,與閃鋅礦相比,黃銅礦往往具有較高的可浮性,受此影響,人們?cè)诟∵x分離工藝選擇中往往青睞于抑鋅浮銅工藝的應(yīng)用。但在浮選工藝中,若受銅離子影響,鋅礦物本身發(fā)生活化反應(yīng),自身的可浮性提升,且銅礦物在氧化作用下可浮性下降時(shí),可通過抑銅浮鋅的方式進(jìn)行浮選處理。

        銅鋅礦浮選分離中,考慮到銅鋅礦自身承受氧化能力的差異,可選擇性地進(jìn)行黃銅礦的氧化處理,然后再對(duì)其進(jìn)行浮選處理。目前,放置氧化法是較為常用的一種方式,該法操作簡單、經(jīng)濟(jì)效益顯著;不足之處在于氧化、浮選所需的周期較長。為滿足工業(yè)生產(chǎn)需要,可選擇使用一定的外加劑,在外加劑的作用下完成黃銅礦的快速氧化,然后進(jìn)行浮選分離處理,以此達(dá)到縮短浮選分離周期的目的。

        除上述工藝外,絡(luò)合物法在礦物浮選分離中也得到了深層次應(yīng)用。如可按1:3 的比例將硫酸銅和硫代硫酸鈉混合,由此得到一定的絡(luò)合物。從銅鋅礦浮選分離效果來看,該物質(zhì)在抑制黃銅礦并活化閃鋅礦層面效果突出,能有效滿足新時(shí)期硫化銅、硫化鋅的浮選分離需要。

        4 銅鋅礦浮選分離綠色方法研究

        4.1 銅鋅礦浮選分離新要求

        現(xiàn)代工業(yè)體系下,人們?cè)谧⒅厣a(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)上,對(duì)生產(chǎn)活動(dòng)中的生態(tài)效益提出了較高要求。在銅鋅礦浮選分離工藝下,需嚴(yán)格按照綠色、環(huán)保、節(jié)約的要求進(jìn)行生產(chǎn),這對(duì)銅鋅礦浮選分離工藝的應(yīng)用提出了全新要求,并在一定程度上對(duì)選礦效率造成了較大影響。在礦場生產(chǎn)中,按照傳統(tǒng)的選礦方式難以滿足新時(shí)期的生產(chǎn)需要,基于此,在規(guī)范使用各種捕收劑、抑制劑的基礎(chǔ)上,還需在其他外界手段的作用下,完成銅鋅礦物的物理、化學(xué)改性處理,以保證銅鋅礦浮選分離的整體效益。

        4.2 銅鋅礦浮選分離綠色新方法

        新時(shí)期,針對(duì)銅鋅礦浮選分離工藝研究的逐漸深入,由此產(chǎn)生了一些具有較高經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益的新方法,滿足了新時(shí)期銅鋅礦浮選分離的工作需要。例如,在對(duì)黃銅礦和閃鋅礦進(jìn)行分離時(shí),可通過刺槐豆膠進(jìn)行處理,該材料本身具有綠色環(huán)保的優(yōu)勢。從浮選分離效果來看,刺槐豆膠對(duì)閃鋅礦的抑制作用較為明顯,且抑制效果明顯超過了黃銅礦。通過分析可知,刺槐豆膠表面存在Zn(OH)2、ZnO 及羥基,這些物質(zhì)存在一定的吸附作用,能將閃鋅礦吸附在自身結(jié)構(gòu)表面,完成硫化鋅、硫化銅的快速分離。

        電化學(xué)法在銅鋅礦浮選分離中也得到了廣泛應(yīng)用,作為加溫氧化技術(shù)后產(chǎn)生的全新技術(shù),電化學(xué)法根據(jù)硫化礦物氧化速度的差異,通過電催化增大不同礦物間的可浮性差異,以此實(shí)現(xiàn)礦物質(zhì)的有效分離。從電位調(diào)控浮選效果來看,能有效縮短礦石的浮選時(shí)間,同時(shí)在浮選機(jī)數(shù)量控制中具有積極作用,能有效降低銅鋅礦浮選分離的經(jīng)濟(jì)成本。大量研究表明,使用電位調(diào)控浮選工藝能有效減少藥劑的使用,避免對(duì)周圍環(huán)境造成影響。值得注意的是,在不同硫化礦物浮選分離中,應(yīng)注重其浮選電位的系統(tǒng)控制,即在考慮礦漿pH 值、礦漿電位的基礎(chǔ)上,還應(yīng)對(duì)浮選藥劑進(jìn)行有效控制,以此來實(shí)現(xiàn)多種硫化物的有效分離。

        5 結(jié) 語

        (1)現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中,人們對(duì)于銅礦石、鋅礦石的需求量不斷增加,面對(duì)礦產(chǎn)資源日益短缺的局面,應(yīng)重視銅鋅礦的浮選分離處理。新時(shí)期,研究人員應(yīng)深入研究銅礦、鋅礦的基本特征,深層次分析銅鋅礦浮選分離工藝原料及藥劑應(yīng)用,并進(jìn)行浮選分離工藝的系統(tǒng)創(chuàng)新,才能有效提升硫化銅、硫化鋅的生產(chǎn)效率

        (2)黃銅礦本身具有良好的可浮性,在酸性條件下閃鋅礦的可浮性也較為突出??紤]到堿性條件下銅鋅礦物分離困難的問題,可通過銅鋅礦物優(yōu)先浮選、銅鋅混合浮選—混合精礦分離等工藝進(jìn)行浮選處理。在實(shí)際浮選中,應(yīng)重視浮選藥劑的選用,并深化刺槐豆膠浮選、電化學(xué)法的應(yīng)用,提升銅鋅礦浮選的經(jīng)濟(jì)效益、質(zhì)量效益和生態(tài)效益,實(shí)現(xiàn)銅、鋅礦產(chǎn)資源的綜合利用,促進(jìn)現(xiàn)代工業(yè)的有序發(fā)展。

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