陳新 ，晁彥德 ，黃業(yè)豪 ，李樹磊

（1.欒川縣鑫鑫礦業(yè)有限公司，河南 洛陽 471500；2.欒川龍宇鉬業(yè)有限公司，河南洛陽 471000；3.河南省地質研究院，河南 鄭州 450016；4.中國礦業(yè)大學，江蘇徐州 221116）

鉬是一種重要的過渡稀有金屬，屬戰(zhàn)略資源，廣泛應用于冶金、合金、航天等領域，對整個國民經(jīng)濟的發(fā)展起著重要作用[1]。在工業(yè)生產(chǎn)中，常常通過選礦、冶金等工藝獲得鉬金屬，而輝鉬礦是提取鉬金屬的主要礦產(chǎn)原料[2]。輝鉬礦一般嵌布粒度較細，對于微細粒級輝鉬礦，受浮選粒度下限的影響，一般浮選效率低、回收率低[3-4]。在強化微細粒礦物浮選方面，國內外科技工作者在以下方面開展了系列研究工作：①降低氣泡尺寸，如微泡浮選[5]；②優(yōu)化浮選過程流體環(huán)境，如強化浮選過程的微觀湍流[6]；③增大微細顆粒表觀粒徑，如剪切絮凝[7]、選擇性絮凝[8]、油團聚等[9]。微泡浮選是強化微細粒礦物回收的重要手段之一，其強化作用機理主要為[5,10]：① 微泡彌散效果好，有助于提高氣泡與目的礦物的碰撞概率；② 微泡上升速率慢，有助于延長氣泡與目的礦物的接觸時間，促進礦化；③ 微泡比表面積大、表面張力強，促進其與微細粒目的礦物之間的粘附。微觀湍流強化也是強化微細顆粒礦化的有效手段，湍流動能耗散率越大，渦尺度越小，越能作用于微細尺度顆粒，渦動能越高，微細粒獲得的動能則越高，氣泡也被“撕裂”得越小[11]。旋流-靜態(tài)微泡浮選柱由中國礦業(yè)大學劉炯天院士團隊研發(fā)，通過將逆流礦化、旋流礦化、管流礦化多段礦化與微泡浮選相融合實現(xiàn)細粒/微細顆粒浮選過程強化，具有氣泡尺寸小、紊流度高、處理量大、操作方便等特點，已在煤炭、金、銅、鉬、鎢等礦山領域得到廣泛應用[12-15]。

欒川縣鑫鑫礦業(yè)是一家大型鉬礦采選企業(yè)，公司自有礦山，礦石資源類型主要是矽卡巖型鉬礦石。選礦廠設計生產(chǎn)規(guī)模3000 t/d，自投產(chǎn)運行以來，微細粒輝鉬的損失問題一直未得到有效解決，另外，公司計劃通過多碎少磨擴產(chǎn)至4000 t/d，故需要進一步延長浮選時間。為此，經(jīng)過系統(tǒng)的考查與論證，公司提出增加1 臺FCSMC 5500 mm×8000 mm 旋流-靜態(tài)微泡浮選柱技術改造項目，以適應選礦廠4000 t/d 擴能改造的需要，并協(xié)同強化微細粒輝鉬礦回收，最終提高企業(yè)經(jīng)濟效益。項目投產(chǎn)實施后，微細粒輝鉬礦的回收得到明顯強化，總回收率提高約4 個百分點。旋流-靜態(tài)微泡浮選柱的應用較為成功，可為同類型礦山提供了技術參考和方法借鑒。

1 生產(chǎn)現(xiàn)狀及主要問題

1.1 礦石性質

礦石為矽卡巖型鉬礦，主要金屬礦物為輝鉬礦、黃鐵礦，其次為少量白鎢礦、黃銅礦、方鉛礦、磁鐵礦等，脈石礦物主要為輝石、綠簾石、黑云母、鉀長石，其次含少部分蒙脫石、方解石和綠泥石等。礦石中Mo 品位為0.1%左右，鉬主要以輝鉬礦的形式存在，約占95%，輝鉬礦嵌布粒度較細，基本不存在+0.074 mm 的輝鉬礦，-0.038 mm 的輝鉬礦占75.80%，-0.020 mm 的輝鉬礦占38.68%，主要呈彎曲鱗片狀、葉片狀，并以束狀或團塊狀集合體沿細脈或浸染狀分布，回收率受輝鉬礦粒度及泥質含量影響較大。

1.2 生產(chǎn)現(xiàn)狀

選礦廠設計規(guī)模3000 t/d，目前實際生產(chǎn)規(guī)模2800 t/d。磨礦分級工藝流程為兩段兩閉路，一段磨礦分級由MQY 3600 mm×6000 mm 型球磨機和Φ610 mm 旋流器構成，二段磨礦分級由MQY 3200 mm×4900 mm 型球磨機和Φ350 mm 旋流器構成。原礦磨至-0.074 mm 80%后進入浮選系統(tǒng)，粗掃選作業(yè)工藝流程為一粗三掃一預精，粗選為1 臺CCF 4000 mm×8000 mm 充氣式浮選柱，三掃為6 臺KYF/XCF-50 m3浮選機（平均分配），掃一泡沫經(jīng)2 臺KYF/XCF-8 m3浮選機進行預精選，預精選泡沫與Φ150 mm 旋流器和JM1200 mm 立式再磨機構成閉路再磨，Φ150 旋流器溢流細度控制為-0.032 mm 90%，其與CCF 4000 mm×8000 mm浮選柱粗選泡沫合并進入精選作業(yè)，粗掃選作業(yè)工藝流程見圖1；精選工藝流程為三次精選四次精掃選，最終精礦Mo 品位大于40%。

圖1 改造前粗掃選作業(yè)工藝流程Fig.1 Process flow of roughing and scavenging before transformation

選礦廠入選礦石Mo 品位為0.1%左右，礦石嵌布粒度細，原礦中-0.038 mm 55%，金屬分布率在70%以上。入選濃度在33%左右，粗選Mo 回收率在40%左右，Mo 總回收率在75%～78%。損失在尾礦中的Mo 主要以輝鉬礦形式存在，占比83.33%，損失輝鉬礦中-0.020 mm 粒級單體占比84.39%，平均粒徑0.008 mm，解離程度良好，因此進一步強化微細粒輝鉬礦的回收是提高回收率的關鍵。

1.3 主要生產(chǎn)問題

（1）粗選作業(yè)回收率較低

公司2018 年委托鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所對磨浮流程進行了系統(tǒng)的流程查定，通過流程查定發(fā)現(xiàn)粗選浮選時間不夠，粗選回收率偏低，約35%。對粗選浮選柱給礦、泡沫、底流進行金屬分布率的考查與分析，數(shù)據(jù)統(tǒng)計結果見表1。通過給礦與底流數(shù)據(jù)對比分析可知，-0.038 mm 粒級金屬分布率下降幅度不大，說明細粒級鉬回收效果較差，并綜合掃選作業(yè)回收率（約70%）情況分析，粗選作業(yè)回收率偏低，其原因主要是：①設備性能限制了微細粒級的回收；②浮選時間不足，導致作業(yè)回收率偏低。

表1 粗選作業(yè)各產(chǎn)品Mo 分布率變化Table 1 Change of metal distribution rate of each product in roughing flotation

（2）微細粒級輝鉬礦回收效果差

為探究尾礦中輝鉬礦的損失形式，對生產(chǎn)尾礦進行制片并于光學顯微鏡下分析，鏡下顯微照片見圖2，輝鉬礦粒度統(tǒng)計分析結果見表2，尾礦中輝鉬礦主要以微細粒級單體形式的損失，其中-0.020 mm84.39%，平均粒徑為0.008 mm。

表2 尾礦鏡下粒度統(tǒng)計分析結果Table 2 Statistical analysis results of tailings particle size under microscope

圖2 尾礦鏡下顯微照片F(xiàn)ig.2 Microscopic micrograph of tailings

（3）泥質含量高影響回收率

礦石中含有大量的綠簾石、蒙脫石、綠泥石等泥質礦物，部分坑口泥質礦物含量可達到40%以上，導致過磨嚴重、礦漿粘度較大、泡沫粘度高、藥劑消耗大、回水發(fā)渾等一系列的問題。此外，泥質礦物因其表面積大，易與目的礦物發(fā)生非選擇性的團聚，導致目的礦物可浮性變差，阻礙目的礦物與脈石礦物的分離，使得浮選回收率降低[16-17]。

2 旋流-靜態(tài)微泡浮選柱

2.1 分選機理

旋流-靜態(tài)微泡浮選柱主體結構包括柱浮選段，旋流分選段、管流礦化段三部分[12-13]。管流礦化的關鍵部件是氣泡發(fā)生器，依靠射流負壓自身引入氣體并把氣體粉碎成氣泡，含有氣泡的三相體系在浮選管段內高度紊流礦化，然后以較高能量狀態(tài)沿切向高速進入旋流分離段，當大量氣泡沿切向進入旋流分離段時，由于離心力和浮力的共同作用，便迅速以旋轉方式向旋流分離段中心匯集，進入柱分離段并在柱體斷面上得到分散；與此同時，由上部給入的礦漿連同礦物顆粒呈整體向下塞式流動，與呈整體向上升浮的氣泡發(fā)生逆向運動與碰撞；氣泡在上升過程中不斷礦化，形成柱分選的持續(xù)礦化過程。

2.2 設備優(yōu)點[12-15]

（1）微泡浮選，適合微細粒礦物回收。產(chǎn)生氣泡具有尺寸小、數(shù)量多、粒度分布均勻等特點，微泡比表面積大，能夠增加氣泡與礦物之間的碰撞概率，更適合與微細粒礦物之間的粘附；另外，小尺度氣泡在柱體中的上升速率慢，延長礦物與氣泡之間的接觸時間，促進目的礦物礦化。

（2）中礦循環(huán)，有利于提高回收率。將逆流礦化中未捕獲的礦物通過多次中礦循環(huán)，實現(xiàn)其在管流段和旋流段的礦化，兼具掃選作用，提高目的礦物礦化概率，降低尾礦品位。

（3）富集比高，實現(xiàn)短流程分選。在靜態(tài)-微泡浮選柱分選設備中，柱分離段的更重要的作用是精選作用，它要對來自柱分選設備底部的旋流力場及管浮選回收的中礦進行精選，并從總體上保證整個柱分選設備的精礦產(chǎn)品質量，具有富集比高的特點，能夠縮短工藝流程。

（4）旋流分選，強化礦物回收。旋流浮選不僅提供了一種高效礦化方式，而且使得浮選粒度下限大大降低，浮選速度大大提高，更適合微細粒礦物分選。

3 實驗室浮選柱實驗及工業(yè)實踐

3.1 實驗室浮選實驗

根據(jù)流程查定結果，為考查旋流-靜態(tài)微泡浮選柱對該類礦石的適應性，委托中國礦業(yè)大學進行了旋流-靜態(tài)微泡浮選柱與浮選機實驗室對比實驗，實驗樣品分為兩個：①CCF 4000 mm×8000 mm 浮選柱粗選尾礦；②生產(chǎn)中最終浮選尾礦。粗選尾礦進行再選時，工藝流程為一粗一掃；最終尾礦進行再選時，工藝流程為一次粗選；柱機對比實驗的藥劑制度參照生產(chǎn)藥劑制度并保持完全一致，實驗結果見表3。

表3 浮選柱與浮選機浮選實驗結果Table 3 Flotation results of flotation column and flotation machine

由表3 中A、B 數(shù)據(jù)可知，對于粗選尾礦，旋流-靜態(tài)微泡浮選柱粗選回收率為64.83%，遠高于浮選機粗選回收率（53.83%），且富集比較高；旋流-靜態(tài)微泡浮選柱尾礦品位為0.0127%，遠低于浮選機尾礦品位（0.0172%）。由表3 中C、D 數(shù)據(jù)可知，對于總尾礦，旋流-靜態(tài)微泡浮選柱粗選回收率同樣高于浮選機，且浮選柱粗精礦富集比高出浮選機1 倍多。綜上，旋流-靜態(tài)微泡浮選柱對該礦石具有回收率高、富集比高等優(yōu)勢，對提高生產(chǎn)指標有利，并可縮短工藝流程。

3.2 工業(yè)改造應用

為適應選礦廠4000 t/d 擴能改造的需要，并協(xié)同強化粗選與微細粒級輝鉬礦回收，根據(jù)現(xiàn)有CCF 4000 mm×8000 mm 充氣式浮選柱處理量與浮選效果，在粗選FCSMC 4000 mm×8000 mm 充氣式浮選柱與掃一KYF/XCF-50 m3浮選機之間新增1 臺FCSMC 5500 mm×8000 mm 旋流-靜態(tài)微泡浮選柱進行粗選浮選作業(yè)，具體工藝流程為：FCSMC 5500 mm×8000 mm 旋流-靜態(tài)微泡浮選柱與CCF 4000×8000 mm 充氣式浮選柱串聯(lián)，旋流器溢流先進入CCF 4000 mm×8000 mm 充氣式浮選柱進行粗選一，粗選一尾礦由給料泵給入FCSMC 5500 mm×8000 mm 旋流-靜態(tài)微泡浮選柱進行粗選二，依舊保持2 臺KYF/XCF-50 m3浮選機進行掃選一，掃選一泡沫進行預精選，預精選泡沫經(jīng)分級再磨后與2 臺浮選柱粗選泡沫合并進入精選系統(tǒng)，考慮到擴能后精選作業(yè)的壓力，精掃選尾礦品位高，改造返回至旋流-靜態(tài)微泡浮選柱，改造后的工藝流程見圖3。

圖3 改造后粗掃選作業(yè)工藝流程Fig.3 Process flow chart of roughing and cleaning after transformation

3.3 改造前后技術指標分析

對改造前后處理量、精礦品位、回收率等生產(chǎn)技術指標進行統(tǒng)計，得到改造前后技術指標變化表，見表4。改造前鉬礦的平均浮選回收率為78.87%；改造后，在生產(chǎn)擴產(chǎn)前，鉬礦的平均浮選回收率提高至83.68%，回收率提高4.81 個百分點，顯著提高了輝鉬礦回收率。2022 年6 月份，進行擴產(chǎn)改造后，日處理能力從2700 t/d 提高至3300 t/d，浮選回收率達到82.90%，浮選回收率高于改造前4.03 個百分點?？梢?，增加1 臺旋流-靜態(tài)微泡浮選柱，不僅可以提高整個系統(tǒng)的礦石處理量，也可顯著提高鉬的回收率，成效顯著。

表4 改造前后浮選技術指標分析Table 4 Analysis of flotation technical indexes before and after transformation

對生產(chǎn)期間2 臺浮選柱的作業(yè)回收率變化情況進行統(tǒng)計分析，分析結果見圖4。從圖4 浮選回收率結果可以看出，充氣式浮選柱回收率波動大，受礦石性質變化影響較大，而旋流-靜態(tài)微泡浮選柱浮選回收率變化可以看出，其受礦石性質變化影響小，作業(yè)回收率整體與充氣式浮選柱呈現(xiàn)“此消彼長”趨勢，在易選礦石上共同提高回收率，在難選礦石上旋流-靜態(tài)微泡浮選柱為鉬浮選回收起到“兜底”作用，提高進入精選作業(yè)的金屬量，進而保證和提高總回收率。

圖4 兩臺浮選柱Mo 作業(yè)回收率變化Fig.4 Recovery rate change of Mo for the two flotation columns

3.4 浮選柱精礦產(chǎn)品粒度及尾礦損失分析

為分析FCSMC5500 mm×8000 mm 旋流-靜態(tài)微泡浮選柱對強化回收微細粒級輝鉬礦的作用，將CCF4000 mm×8000 mm 充氣式浮選柱泡沫與FCSMC 5500 mm×8000 mm旋流-靜態(tài)微泡浮選柱泡沫產(chǎn)品進行粒度分析，分析結果見圖5。

圖5 2 臺浮選柱泡沫產(chǎn)品粒度分析結果Fig.5 Particle size analysis results of the flotation columns froth

由圖5 可知，2 臺浮選柱的泡沫產(chǎn)品粒度總體較細，但對于+0.074 mm 粒級，充氣式浮選柱泡沫產(chǎn)品中產(chǎn)率高于旋流-靜態(tài)微泡浮選柱，而對于-0.074 mm 尤其是-0.038 mm 微細粒級，旋流-靜態(tài)微泡浮選柱泡沫產(chǎn)品中產(chǎn)率則明顯高于充氣式浮選柱，這說明旋流-靜態(tài)微泡浮選柱對微細粒輝鉬礦回收表現(xiàn)出更為優(yōu)異的捕收性能。

對改造前后的尾礦中細粒級損失進行分析，見圖6。改造后，尾礦中-0.074 mm 粒級鉬損失率明顯下降，-0.038 mm 粒級鉬損失率下降更為顯著，該結論和上述旋流-靜態(tài)微泡浮選柱精礦中微細粒級含量占比增加的結論是一致的，說明旋流-靜態(tài)微泡浮選柱對于微細粒輝鉬礦的回收更為有利，可強化微細粒輝鉬礦的礦化回收。

圖6 改造前后細粒級鉬損失占比變化Fig.6 Fine Mo loss change before and after modification

3.5 旋流-靜態(tài)微泡浮選柱強化微細輝鉬礦浮選回收機理分析

一般認為，增大氣泡與疏水顆粒間的碰撞概率和粘附概率是提高微細粒輝鉬礦浮選效率的有效途徑。對于微細顆粒而言，一旦完成有效碰撞和粘附，其由于慣性小，很難從氣泡表面脫附。因此，對于微細輝鉬礦顆粒而言，提高微細輝鉬礦與氣泡間的碰撞概率對于強化礦化至關重要。大量研究表明，顆粒與氣泡的碰撞概率Pc與顆粒的粒徑和氣泡的直徑比相關。Yoon 等[18]研究指出，顆粒與氣泡的碰撞概率Pc與氣泡的直徑、礦粒直徑、水流狀態(tài)及礦漿濃度等有關，其表達式為：

式中：DP為礦粒直徑；Db為 氣泡直徑；Reb為氣泡的雷諾數(shù)。

由公式（1）可知，礦物顆粒-氣泡的碰撞概率與顆粒粒徑、氣泡粒徑、浮選流體環(huán)境雷諾數(shù)等有關。一般充氣式浮選柱在逆流礦化段的雷諾數(shù)數(shù)量級約為103，而旋流-靜態(tài)微泡浮選柱的旋流礦化段和管流礦化段雷諾數(shù)數(shù)量級分別約為105和106，和充氣式浮選柱逆流礦化相比，旋流-靜態(tài)微泡浮選柱采用梯級強化礦化的方式，其湍流度更高，強湍流更利于微細顆粒與氣泡的碰撞。同時，充氣式浮選柱的氣泡尺寸一般集中在1～2 mm，而旋流-靜態(tài)微泡浮選柱由于其射流空化自吸發(fā)泡形式，其氣泡尺寸多集中在0.1～0.5 mm，氣泡尺寸更小，更均勻[19]?？梢娦?靜態(tài)微泡浮選柱的尺寸粒徑變小后，礦物顆粒一定情況下，Dp/Db比增大，微細顆粒與氣泡間碰撞概率增大，有利于微細輝鉬礦顆粒在氣泡表面的碰撞，因此，通過增加旋流-靜態(tài)微泡浮選柱來引進湍流和微小氣泡，有利于強化微細輝鉬礦與氣泡間的碰撞概率，有利于其礦化，故鉬礦中的微細粒輝鉬礦顆粒損失顯著降低。

3.6 經(jīng)濟效益分析

按照擴產(chǎn)前74200 t/月入選量，原礦品位0.1%，實際回收率78%，每月可生產(chǎn)鉬品位40%精礦144.69 t，按年均噸度價2500 元計算，則：

月產(chǎn)值為：144.69×40×2500=1446.9 萬元；

成本：1172.36萬元；

稅費：102.44萬元；

利潤：172.1萬元。

按照擴產(chǎn)后86800 t/月入浮量，原礦品位0.1%，實際回收率82%，每月可生產(chǎn)40%精礦177.94 t，按年均噸度價2500元計算，則:

月產(chǎn)值為：177.94×40×2500=1779.4萬元；

成本：1371.44萬元；

稅費：125.98萬元；

利潤：281.98萬元；

增加利潤：281.98萬元/月-172.1萬元/月=109.88萬元/月；

年增加利潤=109.88萬元/月×12月=1318.56萬元。

4 結 論

（1）該鉬礦嵌布粒度微細，-0.038 mm和-0.020 mm輝鉬礦分別占75.80%和38.68%；含有大量的綠簾石、蒙脫石、綠泥石等泥質礦物，部分坑口泥質礦物含量40%以上；現(xiàn)有浮選工藝對微細粒級回收差，尾礦中-0.020 mm粒級鉬損失占比在50%以上。

（2）實驗室浮選實驗結果表明旋流靜態(tài)微泡浮選柱對總尾礦和粗選尾礦中的鉬均具有良好的浮選效果，精礦富集比和鉬回收率均顯著優(yōu)于浮選機。

（3）工程應用表明旋流-靜態(tài)微泡浮選柱對現(xiàn)有充氣式浮選柱起到“兜底”的作用，擴能后鉬回收率提高4個百分點以上，顯著降低了微細粒鉬在尾礦中損失，年增加經(jīng)濟效益約1318.56萬元。

（4）旋流-靜態(tài)微泡浮選柱在鑫鑫礦業(yè)的成功應用，為國內外同類型礦山企業(yè)提供了技術參考和方法借鑒。