王體琛 鄧久帥 盧 雨 孫振武 朱開順 朱萱菲

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,北京 100083;2.有色金屬行業(yè)三稀資源綜合利用工程技術(shù)研究中心,北京 100083;3.有色金屬行業(yè)共伴生資源分離加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100083;4.礦業(yè)大學(xué)(北京)內(nèi)蒙古研究院,內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017001)

鋅是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展不可或缺的重要原料,廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化工、電子、冶金等領(lǐng)域[1]。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展,我國(guó)對(duì)鋅金屬的需求量逐年增加[2]。鋅具有較強(qiáng)的親硫性,地殼中的鋅礦石以硫化鋅礦為主[3]。閃鋅礦是最常見的硫化鋅礦物,也是鋅最重要的礦物原料之一,通常與黃鐵礦等硫化礦緊密伴生。因此,生產(chǎn)實(shí)踐中普遍存在閃鋅礦與黃鐵礦的分離問(wèn)題[4-6]。

內(nèi)蒙古錫盟地區(qū)含鋅硫化礦石資源經(jīng)過(guò)多年開采,鋅品位逐漸降低,礦石氧化率逐年升高,加劇了鋅硫分離難度。為了有效脫硫、提高鋅選別效率及產(chǎn)品質(zhì)量,現(xiàn)場(chǎng)鋅硫分離作業(yè)加入了大量的石灰作為抑制劑,導(dǎo)致結(jié)垢堵管、安全隱患大、環(huán)境污染嚴(yán)重等問(wèn)題[7-9]。為了解決上述問(wèn)題,亟須一種新型抑制劑來(lái)替代石灰[10-11]。

為此,筆者所在課題組基于藥劑基團(tuán)設(shè)計(jì)的原則,篩選出與黃鐵礦結(jié)合能力強(qiáng),選擇性好的兩種抑制劑,按照一定比例進(jìn)行配制后再進(jìn)行改性處理,得到了一種新型黃鐵礦抑制劑HD12。為了探究其能否替代石灰作為硫抑制劑,通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比研究了HD12 與石灰對(duì)該含鋅硫化礦浮選效果的影響。研究結(jié)果可為此類礦石的有效利用提供可靠依據(jù)。

1 礦石性質(zhì)

本試驗(yàn)所用礦樣取自內(nèi)蒙古錫盟某硫化鋅礦區(qū),礦石中主要金屬礦物為閃鋅礦、磁鐵礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦等,主要脈石礦物為石英、鈣鐵石榴石、方解石、云母、閃石等。礦石的化學(xué)多元素及鋅、鐵、硫物相分析結(jié)果見表1～表4。

表1 礦石化學(xué)多元素分析結(jié)果Table 1 Analysis results of the chemical multi-elements for the ores%

由表1 可知,鋅和鐵是礦石中主要有價(jià)金屬,品位分別為1.46%、22.07%,其他組分的品位未達(dá)到工業(yè)利用標(biāo)準(zhǔn)。

從表2～表4 可知,鋅的賦存狀態(tài)較為簡(jiǎn)單,主要賦存于硫化相中,硫化相中鋅的含量和分布率分別為1.34%、91.78%;鐵的賦存狀態(tài)較為復(fù)雜,以磁性鐵為主,鐵的含量和分布率分別為14.18%、64.28%,僅有少量鐵賦存在硫化鐵中,說(shuō)明脫硫?qū)﹁F回收率影響較小;硫主要賦存于閃鋅礦中,硫的含量和分布率分別為1.14%、64.05%,其次為磁黃鐵礦、黃鐵礦和硫酸鹽。

表2 礦石鋅物相分析結(jié)果Table 2 Analysis results of the zinc phase for the ores%

表3 礦石鐵物相分析結(jié)果Table 3 Analysis results of the iron phase for the ores%

表4 礦石硫物相分析結(jié)果Table 4 Analysis results of the sulfur phase for the ores%

2 試驗(yàn)研究方案

2.1 選礦流程的確定

礦石中主要有價(jià)礦物為閃鋅礦、磁鐵礦,其中鋅的價(jià)值占據(jù)主導(dǎo)地位。因此,選別過(guò)程中需要注重鋅的回收。由于礦石中硫的含量偏高,為了提高鋅精礦的產(chǎn)品質(zhì)量,應(yīng)當(dāng)對(duì)黃鐵礦、磁黃鐵礦等含硫礦物進(jìn)行有效脫除,因此選擇“抑硫浮鋅”的工藝流程開展試驗(yàn)研究,如圖1所示。

圖1 條件試驗(yàn)流程Fig.1 Flow chart of the condition test

選別效率E采用下式計(jì)算:

式中,α為原礦品位,%;β為精礦品位,%;θ為尾礦品位,%;βx為閃鋅礦純礦物中鋅的百分含量,為67.01%。

2.2 試驗(yàn)藥劑及設(shè)備

試驗(yàn)所用設(shè)備包括XFD 型單槽浮選機(jī)(1.5、0.75、0.5L)、電子天平(型號(hào)MTB500)、真空過(guò)濾機(jī)及數(shù)顯恒溫鼓風(fēng)干燥箱等。

試驗(yàn)所用藥劑包括實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)的新型黃鐵礦抑制劑HD12,傳統(tǒng)抑制劑石灰(工業(yè)純),捕收劑丁基鈉黃藥(工業(yè)級(jí)),活化劑硫酸銅(分析純),起泡劑松醇油(工業(yè)級(jí))。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 磨礦細(xì)度試驗(yàn)

磨礦有助于實(shí)現(xiàn)目的礦物與其他礦物間的單體解離,進(jìn)而提高精礦品位[12-13]。為了確定鋅硫分離粗選適宜的磨礦細(xì)度,在鋅粗選石灰用量為4 000 g/t、硫酸銅用量為240 g/t、丁基鈉黃藥用量為80 g/t、松醇油用量為30 g/t,鋅掃選丁基鈉黃藥用量為40 g/t、松醇油用量為10 g/t 的條件下,考察了磨礦細(xì)度對(duì)鋅精礦選別指標(biāo)的影響,試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 磨礦細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果Fig.2 Results of the grinding fineness test

由圖2 可知,隨著磨礦細(xì)度的增加,鋅精礦中鋅品位逐漸下降,鋅回收率先增加后基本不變。綜合考慮,確定適宜的磨礦細(xì)度為-0.074 mm 占75%。

3.2 捕收劑用量試驗(yàn)

丁基鈉黃藥是常見的硫化礦捕收劑,其極性基團(tuán)中的二價(jià)硫原子能夠與硫化礦表面發(fā)生化學(xué)吸附,對(duì)硫化鋅礦物的捕收能力好、選擇性強(qiáng),可以實(shí)現(xiàn)硫化鋅礦物與脈石的分離[14]。因此,本試驗(yàn)選取丁基鈉黃藥作為鋅選別作業(yè)的捕收劑。在鋅粗選石灰用量為4 000 g/t、硫酸銅用量為240 g/t、松醇油用量為30 g/t,鋅掃選松醇油用量為10 g/t 的條件下,考察了丁基鈉黃藥總用量對(duì)鋅精礦選別指標(biāo)的影響,其中鋅粗選丁基鈉黃藥用量為鋅掃選丁基鈉黃藥用量的2 倍,試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 丁基鈉黃藥總用量對(duì)鋅精礦指標(biāo)的影響Fig.3 Effect of sodium butyl xanthate total dosage on zinc concentrate index

由圖3 可知,浮選過(guò)程中丁基鈉黃藥用量的適當(dāng)增加有利于精礦中鋅回收率的增加。當(dāng)鋅粗選丁基鈉黃藥用為80 g/t、鋅掃選丁基鈉黃藥用量為40 g/t時(shí),精礦中鋅回收率達(dá)到最大值,為84.97%,鋅品位也較高,為50.72%,此時(shí)鋅精礦指標(biāo)最佳。因此,使用該藥劑用量開展后續(xù)試驗(yàn)。

3.3 活化劑用量試驗(yàn)

硫酸銅是閃鋅礦常用的活化劑,其用量對(duì)鋅精礦的指標(biāo)具有顯著的影響[15-16]。當(dāng)硫酸銅用量不足時(shí),部分目的硫化鋅礦物沒有被銅離子活化上浮,導(dǎo)致鋅在尾礦中的損失增大[17]。在鋅粗選石灰用量為4 000 g/t、丁基鈉黃藥用量為80 g/t、松醇油用量為30 g/t,鋅掃選丁基鈉黃藥用量為40 g/t、松醇油用量為10 g/t 的條件下,考察了硫酸銅用量對(duì)鋅精礦選別指標(biāo)的影響,試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

圖4 硫酸銅用量對(duì)鋅精礦指標(biāo)的影響Fig.4 Effect of copper sulfate dosage on zinc concentrate index

由圖4 可知,隨著硫酸銅用量的增加,精礦中鋅品位先升高后趨于穩(wěn)定,鋅回收率呈逐漸升高的趨勢(shì)。當(dāng)硫酸銅用量達(dá)到240 g/t 時(shí),精礦中鋅回收率為50.72%、鋅品位為84.97%,均處于較高值。綜合考慮藥劑成本與鋅精礦指標(biāo),確定鋅粗選硫酸銅用量為240 g/t。

3.4 抑制劑種類與用量試驗(yàn)

通過(guò)捕收劑用量試驗(yàn)與活化劑用量試驗(yàn)研究,確定了丁基鈉黃藥最佳用量為80 g/t,硫酸銅最佳用量為240 g/t。為了對(duì)比石灰和HD12 這2 種抑制劑對(duì)鋅浮選指標(biāo)的影響,探索實(shí)際生產(chǎn)中HD12替代石灰的可行性,在鋅粗選硫酸銅用量為240 g/t、丁基鈉黃藥用量為80 g/t、松醇油用量為30 g/t,鋅掃選丁基鈉黃藥用量為40 g/t、松醇油用量為10 g/t 的條件下,分別以石灰和HD12 為抑制劑,考察其用量對(duì)鋅精礦指標(biāo)的影響,試驗(yàn)結(jié)果見圖5。

圖5 抑制劑用量對(duì)鋅精礦指標(biāo)的影響Fig.5 Effect of inhibitors dosage on zinc concentrate index

由圖5(a)可知,當(dāng)石灰從2 000 g/t 逐漸增加到4 000 g/t 時(shí),精礦中鋅品位和鋅回收率逐漸上升。當(dāng)石灰用量為4 000 g/t 時(shí),精礦中鋅回收率達(dá)到最大值84.97%,此時(shí)鋅品位為50.72%。若繼續(xù)增大石灰用量,精礦中鋅回收率及品位有所下降。

由圖5(b)可知,采用HD12替代石灰作為抑制劑,當(dāng)HD12 用量為10 g/t 時(shí),精礦中鋅回收率為85.25%、鋅品位為49.78%,取得了良好的鋅選別指標(biāo)。若繼續(xù)增大HD12 的用量,過(guò)量的抑制劑不僅會(huì)抑制黃鐵礦,也會(huì)影響部分閃鋅礦的可浮性。

對(duì)比HD12(用量10 g/t)與石灰(用量4 000 g/t)的浮選指標(biāo),可以發(fā)現(xiàn)精礦中鋅品位從50.72%降低至49.78%,降低了0.94 個(gè)百分點(diǎn);鋅回收率從84.97%提高至85.25%,提高了0.28 個(gè)百分點(diǎn)。上述結(jié)果證明HD12 具備替代石灰作為抑制劑的潛力。

3.5 全閉路試驗(yàn)

在條件試驗(yàn)所確定的最佳藥劑制度下,分別進(jìn)行了HD12、石灰為抑制劑的實(shí)驗(yàn)室閉路試驗(yàn)。閉路試驗(yàn)流程見圖6,試驗(yàn)結(jié)果見表5。

圖6 閉路試驗(yàn)流程Fig.6 Flowsheet of the closed-circuit test

表5 閉路試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Results of the closed-circuit test%

由表5 可知,石灰用量為4 000 g/t 時(shí),試樣經(jīng)“1粗2 精3 掃”的鋅選別作業(yè),最終可獲得鋅品位51.73%、鋅回收率85.66%的鋅精礦產(chǎn)品,鋅選別效率為66.44%。HD12 用量為10 g/t 時(shí),試樣經(jīng)過(guò)相同的鋅選別作業(yè),最終可獲得鋅品位50.04%、鋅回收率88.97%的鋅精礦產(chǎn)品,鋅選別效率為66.70%,兩者均獲得良好的鋅選別指標(biāo)。

相比之下,HD12 用量?jī)H為石灰用量的1/400時(shí),最終得到的鋅精礦產(chǎn)品中鋅品位降低了1.69 個(gè)百分點(diǎn),鋅回收率提高了3.31 個(gè)百分點(diǎn),鋅選別效率提高了0.26 個(gè)百分點(diǎn)。說(shuō)明HD12 是一種高效、選擇性強(qiáng)的硫抑制劑,能夠有效地替代石灰。

4 結(jié)論

(1)內(nèi)蒙古錫盟地區(qū)含鋅硫化礦含鋅1.46%、含鐵22.07%,主要金屬礦物為閃鋅礦、磁鐵礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦等。其中鋅的賦存狀態(tài)較為簡(jiǎn)單,主要賦存于硫化相中,硫化相中鋅的含量和分布率分別為1.34%、91.78%;鐵的賦存狀態(tài)較為復(fù)雜,以磁性鐵為主,磁性鐵中鐵的含量和分布率分別為14.18%、64.28%。硫主要賦存于閃鋅礦中,閃鋅礦中硫的含量和分布率分別為1.14%、64.05%,其次為磁黃鐵礦、黃鐵礦和硫酸鹽。

(2)針對(duì)該礦石的主要礦物組成及賦存狀態(tài),在磨礦細(xì)度為-0.074 mm 占75%的情況下,以HD12 為硫礦物抑制劑,硫酸銅為鋅活化劑,丁基鈉黃藥為鋅捕收劑,經(jīng)過(guò)“1 粗2 精3 掃”的閉路試驗(yàn)流程,最終獲得了鋅品位為50.04%、鋅回收率為88.97%的鋅精礦,實(shí)現(xiàn)了含鋅硫化礦中鋅資源的高效回收。

(3)HD12 與石灰的選別指標(biāo)相比,鋅精礦中鋅品位降低了1.69 個(gè)百分點(diǎn),鋅回收率提高了3.31 百分點(diǎn),鋅選別效率提高了0.26 個(gè)百分點(diǎn)。說(shuō)明HD12能夠替代石灰作為硫抑制劑,在顯著降低藥劑用量的同時(shí),解決使用石灰導(dǎo)致的安全、環(huán)保等問(wèn)題。