張博愛 陳湘根 晁彥德 陳天修 曹亦俊 李國勝 李 超

(1.鄭州大學(xué)中原關(guān)鍵金屬實驗室,河南 鄭州 450001;2.欒川龍宇鉬業(yè)有限公司,河南 洛陽 471500)

鉬被列為國家戰(zhàn)略金屬,在我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展中起著重要作用。鉬礦中鉬金屬含量低(＜0.1%),傳統(tǒng)全粒級球磨—浮選工藝流程長、能耗高,其中磨礦作業(yè)能耗最大,占選廠總能耗的45%～50%[1-2],且磨礦粒度越細(xì),能耗越高[3]。因此,提高浮選粒度上限能有效降低磨礦能耗和提高鉬礦分選效率。但分選粒度越大,顆粒受湍流影響越顯著,從氣泡表面脫附概率越高,導(dǎo)致回收率急劇下降[4-6]。

針對此問題,MANKOSA等[7]開發(fā)了水力浮選機用于粗顆粒礦物分選。水力浮選機是以干擾床分選機為基礎(chǔ),水/氣混合物通過文丘里管引入水力浮選機,提供上升水流的同時將氣體空化成泡。水力浮選過程是集重選和浮選特征于一體,通過氣泡選擇性吸附在疏水性目的礦物表面,擴大目的礦物與脈石礦物顆粒表觀密度差異,并依靠上升水流使表觀密度較小的氣泡與目的礦物集合體上浮,實現(xiàn)粗顆粒浮選[8-9]。與傳統(tǒng)機械攪拌浮選設(shè)備相比,水力浮選機具有以下3個優(yōu)點[10]:① 流態(tài)化床層區(qū)固相濃度高,礦物顆粒與氣泡碰撞概率高[11];② 上升水流提供水動力,增加粗顆粒分選區(qū)停留時間;③ 分選環(huán)境湍流程度低,顆粒脫落概率低[12-14]。

水力浮選技術(shù)已在國外得到廣泛工業(yè)應(yīng)用,例如用于解離度較高的粗粒磷酸鹽、鉀鹽、硫化銅等礦物分選[15]。國內(nèi)太原理工大學(xué)王懷法教授團(tuán)隊針對解離度較高的粗煤泥開發(fā)了一種新型粗煤泥分選機,其原理與水力浮選類似,用于強化粗煤泥分選[16-17]。但目前水力浮選對低解離度礦物的作用尚不清晰。鉬礦粗粒條件下解離度較低,無法通過常規(guī)分選獲得合格鉬精粉。通過粗粒鉬礦分選預(yù)拋尾,同時對鉬金屬進(jìn)行一定程度預(yù)富集,對降低后續(xù)磨浮分選成本意義重大。

本研究以河南欒川地區(qū)某鉬礦石為對象,采用自主研發(fā)的高效板式空化成泡水力浮選機,進(jìn)行水力浮選預(yù)拋尾試驗,系統(tǒng)考察了表觀水速、表觀氣速、床層高度、進(jìn)料速度及進(jìn)料高度等關(guān)鍵工藝參數(shù)對粗粒輝鉬礦水力浮選預(yù)拋尾的影響。本研究成果可為我國鉬及其他稀貴金屬的高效、低碳分級提供技術(shù)借鑒。

1 試驗原料及方法

1.1 試驗原料

試驗用輝鉬礦取自河南欒川某鉬選廠,其主要化學(xué)成分分析結(jié)果見表1。結(jié)果表明:試樣中主要有價元素為Mo,品位為0.067%;主要脈石成分為SiO2、Al2O3、Fe2O3,含量分別為69.95%、8.94%、4.97%。

表1 試樣主要化學(xué)成分分析結(jié)果Table 1 Results of main chemical composition analysis of the sample %

對輝鉬礦不同粒級的Mo品位進(jìn)行測量,結(jié)果表明:粒度越粗,輝鉬礦Mo品位越低,Mo趨向于在細(xì)粒級顆粒中富集。

1.2 試驗方法及設(shè)備

本試驗采用二次分級工藝,二次分級溢流(-1.0 mm)進(jìn)入水力浮選系統(tǒng)。每次取-1 mm粒級樣55 kg,在150 L的攪拌桶中將原料調(diào)漿至濃度35%,礦漿通過蠕動泵送入水力浮選機,添加捕收劑煤油80 g/t、起泡劑2#油20 g/t,待床層穩(wěn)定后,取精尾礦樣品進(jìn)行化驗,計算各指標(biāo)。

試驗用水力浮選機見圖1,設(shè)備內(nèi)徑為100 mm,分選柱體段高度為500 mm,底部為錐角60°的尾礦濃縮錐段。設(shè)備柱/錐銜接處為特殊設(shè)計布水/空化一體化孔板,水/氣混合進(jìn)入水力浮選機,經(jīng)孔板均勻布水的同時形成高強度孔板空化現(xiàn)象,氣體經(jīng)孔板成泡彌散進(jìn)入水力浮選機。

圖1 水力浮選機設(shè)備簡圖Fig.1 Equipment diagram of the hydrofloat separator

2 試驗結(jié)果與討論

通過研究表觀水速、表觀氣速、床層高度、進(jìn)料速度、進(jìn)料高度等關(guān)鍵參數(shù)對粗粒輝鉬礦水力浮選精尾礦品位、鉬金屬回收率與拋尾率,精尾礦粒度分布的影響,結(jié)合分選精尾礦樣品表面暴露率的分析,系統(tǒng)評估各工藝參數(shù)對粗粒輝鉬礦水力浮選效率的影響。

2.1 粗粒輝鉬礦水力浮選預(yù)拋尾影響因素研究

2.1.1 表觀水速對粗粒輝鉬礦水力浮選影響

在表觀氣速為0.42 cm/s、床層高度為40 cm、進(jìn)料速度為1 L/min、進(jìn)料高度為30 cm的條件下,考察表觀水速對粗粒輝鉬礦水力浮選的影響,結(jié)果見圖2。

圖2 表觀水速對粗粒輝鉬礦水力浮選指標(biāo)的影響Fig.2 Influence of the superficial water velocity on indexes in hydrofloat flotation for molybdenite

分析圖2可知:表觀水速從1.70 cm/s增加到4.24 cm/s,精礦Mo回收率從87.38%提高到98.46%;拋尾率、精礦Mo品位和尾礦Mo品位分別從69.26%、0.194%、0.012%逐漸降到12.91%、0.077%、0.008%;精、尾礦分級現(xiàn)象明顯,但平均粒徑均隨表觀水速的增加而增加。綜合考慮,確定適宜的表觀水速為2.55 cm/s。

造成以上現(xiàn)象的原因是:表觀水速增加,上升水流提供向上的水動力增強,目的礦物顆粒和解離度相對更低的粗顆粒均易隨上升水流進(jìn)入溢流區(qū),因此精礦Mo回收率、精礦平均粒徑隨表觀水速的增加而增加,而精礦Mo品位、拋尾率隨表觀水速的增加而降低。因表觀水速的增加,更多中等粒級進(jìn)入溢流區(qū),但其中較粗顆粒因重力過大依舊不能進(jìn)入溢流區(qū),尾礦中粗粒級占比增加,間接導(dǎo)致尾礦平均粒徑增大。

2.1.2 表觀氣速對粗粒輝鉬礦水力浮選影響

在表觀水速為2.55 cm/s、床層高度為40 cm、進(jìn)料速度為1 L/min、進(jìn)料高度為30 cm的條件下,考察表觀氣速對粗粒輝鉬礦水力浮選的影響,結(jié)果見圖3。

圖3 表觀氣速對粗粒輝鉬礦水力浮選指標(biāo)的影響Fig.3 Influence of the superficial gas velocity on indexes in hydrofloat flotation for molybdenite

分析圖3可知:表觀氣速從0.21 cm/s增加到0.64 cm/s,拋尾率與精礦Mo品位分別從55.40%、0.158%降低到12.23%、0.083%;精礦Mo回收率從94.42%增加到98.22%,而尾礦Mo品位則是先從0.008%降低到0.006%再增加到0.011%;精、尾礦分級現(xiàn)象明顯,精礦平均粒徑逐漸增加,尾礦平均粒徑逐漸降低。值得注意的是,當(dāng)表觀氣速為0.42 cm/s時,精礦Mo回收率可達(dá)96.48%,拋尾率41.78%,尾礦Mo品位低至0.006%,低于選廠尾礦Mo品位。綜合考慮,確定適宜的表觀氣速為0.42 cm/s。

表觀氣速影響床層膨脹率與氣泡尺寸。表觀氣速增大,成泡數(shù)量增加。使得氣泡與顆粒間黏附概率增加,氣-固聚合體有效密度大幅降低,進(jìn)而上浮進(jìn)入溢流區(qū)的概率提高。除此之外,表觀氣速越大,床層膨脹率越大,床層內(nèi)部間隙變大,目的礦物顆粒和脈石顆粒上升阻力減小,從而更易隨上升水流進(jìn)入精礦區(qū)。因此,隨表觀氣速增加,精礦Mo回收率、精礦平均粒徑增加,拋尾率、精礦Mo品位及尾礦平均粒徑逐漸降低。但是當(dāng)表觀氣速進(jìn)一步增加至0.64 cm/s時,浮選湍流程度增加且氣泡尺寸變大,氣泡易從顆粒表面脫附,不利于目的礦物顆粒礦化上浮至溢流區(qū)而沉降到脫水區(qū)成尾礦,因此尾礦Mo品位增加。

2.1.3 床層高度對粗粒輝鉬礦水力浮選影響

在表觀水速為2.55 cm/s、表觀氣速為0.42 cm/s、進(jìn)料速度為1 L/min、進(jìn)料高度為30 cm的條件下,考察床層高度對粗粒輝鉬礦水力浮選的影響,結(jié)果見圖4。

圖4 床層高度對粗粒輝鉬礦水力浮選指標(biāo)的影響Fig.4 Influence of the bed height on indexes in hydrofloat flotation for molybdenite

分析圖4可知:床層高度從25 cm增加到45 cm,精礦Mo回收率從88.26%增加到98.22%,而拋尾率、精礦Mo品位與尾礦Mo品位均逐漸降低,分別從64.97%、0.177%、0.013%降低到15.74%、0.082%、0.008%;精、尾礦分級現(xiàn)象明顯,精礦平均粒徑逐漸增加,尾礦平均粒徑逐漸降低。綜合考慮,確定適宜的床層高度為40 cm。

床層高度直接決定礦化顆粒的上升距離。床層越高,從流化床層表面進(jìn)入溢流區(qū)的距離越短,目的礦物越容易進(jìn)入精礦區(qū),而脈石礦物同樣更易隨上升水流進(jìn)入精礦區(qū)。因此床層越高,精礦Mo回收率、精礦平均粒徑越大,而拋尾率、精尾礦品位越低,尾礦平均粒徑越小。

2.1.4 進(jìn)料高度對粗粒輝鉬礦水力浮選影響

在表觀水速為2.55 cm/s、表觀氣速為0.42 cm/s、床層高度為40 cm、進(jìn)料速度為1 L/min的條件下,考察進(jìn)料高度對粗粒輝鉬礦水力浮選的影響,結(jié)果見圖5。

圖5 進(jìn)料高度對粗粒輝鉬礦水力浮選指標(biāo)的影響Fig.5 Influence of the feed height on indexes in hydrofloat flotation for molybdenite

分析圖5可知:進(jìn)料高度從20 cm增加到40 cm,精礦Mo回收率與尾礦Mo品位分別從92.20%、0.009%增加到97.88%、0.014%;而拋尾率與精礦Mo品位從58.67%、0.159%降到10.77%、0.078%;精、尾礦分級現(xiàn)象明顯,精礦平均粒徑略微增加,尾礦平均粒徑略微降低。綜合考慮,確定適宜的進(jìn)料高度為30 cm。

進(jìn)料高度越高,進(jìn)料口的顆粒離溢流區(qū)越近,導(dǎo)致目的顆粒與脈石顆粒不經(jīng)過流態(tài)化區(qū)的分選直接隨上升水流進(jìn)入溢流區(qū)的概率增大,因此精礦Mo回收率提高、精礦Mo品位降低;其中脈石顆粒進(jìn)入溢流區(qū)的占比顯著升高導(dǎo)致拋尾率降低,大量尾礦進(jìn)入溢流區(qū)導(dǎo)致尾礦中脈石顆粒占比降低,因此尾礦Mo品位相對增加。類似地,進(jìn)料高度越高,越多較粗顆?？芍苯与S上升水流進(jìn)入溢流區(qū),因此精礦平均粒徑增加,尾礦平均粒徑降低。

2.1.5 進(jìn)料速度對粗粒輝鉬礦水力浮選影響

在表觀水速為2.55 cm/s、表觀氣速為0.42 cm/s、進(jìn)料高度為30 cm、床層高度為40 cm的條件下,考察進(jìn)料速度對粗粒輝鉬礦水力浮選的影響,結(jié)果見圖6。

圖6 進(jìn)料速度對粗粒輝鉬礦水力浮選指標(biāo)的影響Fig.6 Influence of the feed speed on indexes in hydrofloat flotation for molybdenite

分析圖6可知:進(jìn)料速度從1.0 L/min增加到3.0 L/min,拋尾率與精礦Mo品位從62.28%、0.182%降到31.82%、0.100%,尾礦Mo品位逐漸從0.008%增加到0.012%,而精礦Mo回收率先略微增加后降低;精、尾礦分級現(xiàn)象明顯,精礦平均粒徑略微增大,尾礦平均粒徑略微減小。綜合考慮,確定適宜的進(jìn)料速度為1 L/min。

進(jìn)料速度影響床層密度。進(jìn)料速度增大,床層密度增大,床層內(nèi)部間隙變小,阻礙顆粒沉降,因此原本無法上浮的含有微量鉬元素的大顆粒可上浮至溢流區(qū),導(dǎo)致精礦Mo回收率略微增加,精礦平均粒徑增大,拋尾率、精礦Mo品位降低;同時導(dǎo)致大量粗粒脈石顆粒上浮進(jìn)入溢流區(qū),尾礦中粗粒脈石顆粒占比降低,尾礦Mo品位相對增加、尾礦平均粒徑減小。

2.2 表面暴露率分析

為進(jìn)一步研究粗粒輝鉬礦水力浮選的分選效果,對表觀水速為2.55 cm/s、表觀氣速為0.42 cm/s、床層高度為40 cm、進(jìn)料速度為1 L/min,進(jìn)料高度為30 cm條件下得到的精、尾礦單個顆粒進(jìn)行了光學(xué)顯微鏡掃描,結(jié)果見圖7。

圖7 輝鉬礦精、尾礦顆粒光學(xué)顯微鏡分析結(jié)果Fig.7 Analysis results of molybdenite concentrate and tailings particles with optical microscope

使用ImageJ軟件測量精、尾礦顆粒的表面暴露率,結(jié)果表明:水力浮選精礦顆粒表面暴露率為1.97%,尾礦顆粒表面暴露率較低,為0.22%。對比發(fā)現(xiàn),水力浮選能回收絕大數(shù)表面暴露率大于2%的輝鉬礦。這表明粗粒輝鉬礦水力浮選的分選效果良好,較粗粒級下可有效回收含鉬顆粒的連生體,避免有價礦物大量損失,同時大量拋出脈石顆粒。

3 結(jié) 論

(1)利用新型直徑100 mm的板式空化水力浮選機,針對河南某輝鉬礦開展了粒度上限達(dá)1.0 mm的粗粒分選預(yù)拋尾試驗。在表觀水速為2.55 cm/s、表觀氣速為0.32 cm/s、床層高度為40 cm、進(jìn)料速度為1 L/min、進(jìn)料高度為30 cm的條件下,精礦Mo回收率高達(dá)96.48%,拋尾率41.78%,尾礦Mo品位降低至0.006%,低于選廠浮選尾礦品位。

(2)水力浮選精、尾礦分級現(xiàn)象明顯,較粗粒級下可有效回收含鉬顆粒的連生體,同時大量拋出脈石顆粒,粗粒鉬礦水力浮選效果為粒度分級與界面分選協(xié)同作用結(jié)果。

(3)利用水力浮選工藝進(jìn)行粗顆粒鉬礦預(yù)拋尾可顯著降低球磨機返砂量,在降低噸礦磨礦能耗的同時提高現(xiàn)有工藝處理能力,具有工業(yè)推廣應(yīng)用價值。