熊宇農(nóng) 封東霞 童 雄 李容嬌 羅亨通 張小永

(1.昆明理工大學(xué) 國(guó)土資源工程學(xué)院，昆明 650093；2.金屬礦尾礦資源綠色綜合利用國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心，昆明 650093)

鉬是重要的難熔稀有金屬，輝鉬礦的化學(xué)成分為MoS2，是提煉鉬的最主要礦物原料，屬于最重要的鉬礦資源。鉬及其合金在鋼鐵工業(yè)、農(nóng)用肥料、現(xiàn)代電子工業(yè)、模具工業(yè)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[1]，發(fā)展前景廣闊，是不可缺少的重要礦產(chǎn)資源，在推動(dòng)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中起重要作用。近年來，我國(guó)主要礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量實(shí)現(xiàn)增長(zhǎng)，鉬等礦產(chǎn)品產(chǎn)量多年保持全球第一[2]，礦產(chǎn)資源呈現(xiàn)儲(chǔ)量多、品位低的特點(diǎn)，對(duì)鉬礦進(jìn)行礦物加工都伴有大量的細(xì)泥狀的鉬尾礦產(chǎn)生[3，4]。

現(xiàn)選礦廠多利用浮選選取鉬，浮選是利用礦物顆粒表面物化性質(zhì)差異實(shí)現(xiàn)有用礦物和脈石礦物選擇性分離的選礦方法。入料粒度的大小會(huì)對(duì)浮選效果產(chǎn)生顯著影響，傳統(tǒng)的機(jī)械浮選需在(-150+15)μm粒徑范圍內(nèi)效益才可觀，礦石磨得越細(xì)越耗能，且除此之外還引發(fā)許多下游工藝問題，例如粗顆粒流失、細(xì)粒尾礦難脫水、處理成本昂貴、存在安全風(fēng)險(xiǎn)等問題，提高浮選粒度上限能夠有效降低磨礦能耗和提高鉬礦分選效率[5]，但若增大分選粒度，顆粒受湍流影響便越顯著，從氣泡表面脫附的概率越高，致使回收率急劇下降[6-8]，因此為保證選礦廠回收率，增大其經(jīng)濟(jì)效益，便可使用粗顆粒浮選技術(shù)助力達(dá)到這一目的。

粗顆粒浮選技術(shù)一般是指直接浮選回收+150 μm粒級(jí)的礦粒[9]，粗顆粒因其粒度較大，存在顆粒與氣泡間的黏附概率低、脫附概率高及浮力限制三方面的影響，使其浮選難度增大[10]，且許多較脆的礦物如輝鉬礦，在碎磨過程中易發(fā)生過粉碎現(xiàn)象，造成能源浪費(fèi)及金屬流失[11，12]。針對(duì)粗顆粒難選特點(diǎn)，使用粗顆粒浮選技術(shù)對(duì)其進(jìn)行浮選有顯著優(yōu)勢(shì)：可對(duì)粗粒尾礦進(jìn)行再選，顯著提高資源利用率，節(jié)能降本；采用粗顆粒浮選技術(shù)，可以直接將部分解離的粗粒目標(biāo)礦物選出，避免礦物過磨，提高回收效率。本試驗(yàn)采用HydroFloat水力浮選機(jī)作為粗顆粒浮選設(shè)備。

HydroFloat水力浮選機(jī)采用流化床技術(shù)對(duì)礦物進(jìn)行浮選，同時(shí)在選別過程中引入上升水流，使粗顆粒能夠克服重力隨氣泡上升從而達(dá)到富集的目的[13]，可有效解決傳統(tǒng)機(jī)械浮選所帶來的一系列問題。

運(yùn)用水力浮選機(jī)回收粗顆粒尾礦中的有價(jià)金屬，一方面，水力浮選機(jī)的應(yīng)用可以將有價(jià)組分的經(jīng)濟(jì)效益最大化；另一方面，可一定程度上為尾礦堆存問題的解決方案提供理論依據(jù)，助力“綠色礦山”建設(shè)。

1 水力浮選機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理

HydroFloat水力浮選機(jī)結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

①壓力傳感器 ②浮選發(fā)生柱 ③溢流槽 ④錐形給料口⑤精礦排出口 ⑥水分歧管 ⑦水連接裝置 ⑧氣連接裝置 ⑨支架 ⑩沉砂閥 空氣流量計(jì) 水流量計(jì)圖1 水力浮選機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 The structural representation of Hydrofloat

水力浮選機(jī)主體部分為柱狀浮選槽，浮選槽上方為溢流槽和給料口，下方為圓錐形排礦口和沉砂閥，柱體中間為氣液混合連接裝置和壓力傳感器，柱體內(nèi)部為水分歧管。水力浮選柱體由四方支架進(jìn)行支撐托舉，支架側(cè)面裝有空氣流量計(jì)和水流量計(jì)。

水力浮選基于干涉沉降原理，每個(gè)顆粒的沉降會(huì)受其他顆粒的影響，因此懸浮液中顆粒的沉降速率與自由沉降的顆粒沉降速度相比會(huì)更小。在流化床浮選中，給料處于受阻狀態(tài)，逆著上升流進(jìn)入，并與氣泡接觸。疏水顆粒附著在氣泡上，形成礦粒-氣泡集合體，這降低了它們的有效密度。最后，礦粒-氣泡集合體上升，通過礦漿作為浮選精礦進(jìn)入溢流槽中，而親水顆粒通過流化床下沉，以高濃度尾礦的形式排出。

2 入料性質(zhì)

試驗(yàn)入料為河南某鉬尾礦經(jīng)過篩分后(-530+125)μm的產(chǎn)品，(-530+125)μm粒級(jí)氧化鉬品位為0.004%，輝鉬礦品位為0.028%，以輝鉬礦為主。對(duì)試驗(yàn)入料進(jìn)行X射線熒光光譜分析，結(jié)果見表1。XRF檢測(cè)結(jié)果顯示，原料中主要有價(jià)金屬元素有Fe、W、Zn和Cu，含量分別為11.764%、0.022%、0.022%和0.014%；由Si含量為24.965%，可知脈石礦物中多以石英和硅酸鹽類礦物為主。

表1 (-530+125)μm產(chǎn)品X射線熒光光譜分析結(jié)果

(-530+125)μm產(chǎn)品的X射線熒光光譜分析結(jié)果如表1所示。

對(duì)試驗(yàn)入料進(jìn)行XRD檢測(cè)分析結(jié)果如圖2所示。

圖2 (-530+125)μm粒級(jí)XRD分析結(jié)果Fig.2 XRD analysis result(-530+125)μm

由XRD分析結(jié)果可知，石英的衍射峰強(qiáng)度最高，特征峰明顯，含量最高；鈣鐵石榴石、黃鐵礦和磁鐵礦特征峰的衍射強(qiáng)度較低，含量較低；樣品中鉬含量小于1%，輝鉬礦衍射峰不顯現(xiàn)。因此，脈石礦物主要以石英為主，鈣鐵石榴石次之，且含有少量黃鐵礦和磁鐵礦。

3 試驗(yàn)研究

針對(duì)(-530+125)μm粒級(jí)采用水力浮選進(jìn)行拋尾試驗(yàn)，通過條件試驗(yàn)確定最佳藥劑用量、最佳充氣量、上升水流量及起泡劑加藥速度等參數(shù)。

3.1 水力浮選試驗(yàn)藥劑條件探索

試驗(yàn)使用碳酸鈉作酸堿度調(diào)整劑，硅酸鈉作硅酸鹽類脈石礦物的抑制劑，煤油作輝鉬礦捕收劑，松醇油作起泡劑。

試驗(yàn)流程見圖3。

圖3 水力浮選條件試驗(yàn)流程圖Fig.3 Flowsheet of hydrofloate conditions test

以流程圖3中加入試劑為基準(zhǔn)依次探索最大效益藥劑用量。

3.1.1 抑制劑—硅酸鈉水溶液用量試驗(yàn)

根據(jù)礦物組成分析可知，(-530+125)μm粒級(jí)中脈石礦物主要為硅酸鹽類，以石英為主，故可使用硅酸鈉水溶液對(duì)脈石礦物進(jìn)行抑制。且硅酸鈉具有一定堿性，可節(jié)省pH調(diào)整劑碳酸鈉的用量。

硅酸鈉水溶液用量設(shè)置為0、250、500、1 000、1 500 g/t，碳酸鈉固定用量為1 500 g/t，煤油110 g/t，松醇油50 g/t。

硅酸鈉水溶液用量對(duì)品位和回收率的影響趨勢(shì)如圖4所示。

圖4 硅酸鈉水溶液用量對(duì)品位和回收率的影響Fig.4 Effects of the dosage of sodium silicate aqueous solution on grade and recovery rate

預(yù)先拋尾的藥劑用量主要以一定富集比、高回收率、低成本為原則。從圖4中品位及回收率曲線可以看出，兩個(gè)曲線隨著硅酸鈉水溶液用量的增多，波動(dòng)趨勢(shì)近乎相向而行。當(dāng)硅酸鈉水溶液用量為0 g/t時(shí)，目的礦物回收率最高，且有一定的富集比。根據(jù)預(yù)先拋尾藥劑用量的原則，選擇水玻璃用量0 g/t最為適宜。

3.1.2 碳酸鈉用量對(duì)浮選的影響

調(diào)節(jié)礦漿pH值的藥劑主要有氫氧化鈉、氧化鈣和碳酸鈉，一般輝鉬礦浮選的最佳pH值在8.5左右，因此試驗(yàn)選擇常用碳酸鈉作為pH調(diào)整劑。

試驗(yàn)固定硅酸鈉水溶液用量為0 g/t，碳酸鈉用量設(shè)置為0、500、1 000、1 500、2 000、2 500 g/t，煤110 g/t，松醇油50 g/t。碳酸鈉用量對(duì)品位和回收率的影響如圖5所示。

圖5 碳酸鈉用量對(duì)品位和回收率的影響Fig.5 Effects of sodium carbonate dosage on grade and recovery rate

精礦品位和回收率曲線波動(dòng)趨勢(shì)近乎相同，隨碳酸鈉用量的增加而不斷上升，在碳酸鈉用量1 000 g/t時(shí)達(dá)到峰值，品位為0.260%，作業(yè)回收率為32.160%，因此試驗(yàn)選擇碳酸鈉用量1 000 g/t最適宜。

3.1.3 煤油用量對(duì)浮選的影響

捕收劑能在礦物表面吸附，使其在表面疏水性提高到足以發(fā)生有效反應(yīng)的藥劑。煤油作為非極性烴類捕收劑，不僅選擇性良好，還具有一定的起泡性，有利于粗粒浮選。此外，煤油來源較廣，價(jià)格便宜，性價(jià)比高，因此，試驗(yàn)選擇煤油做本次試驗(yàn)輝鉬礦的捕收劑。

試驗(yàn)固定硅酸鈉水溶液用量為0 g/t，碳酸鈉用量為1 000 g/t，煤油用量設(shè)置為40、110、180、250、320 g/t，松醇油用量50 g/t。煤油用量對(duì)品位和回收率的影響趨勢(shì)如圖6所示。

圖6 煤油用量對(duì)品位和回收率的影響Fig.6 Effects of kerosene dosage on grade and recovery rate

隨著煤油用量的增加，粗精礦品位和回收率先上升后降低，品位在50 g/t時(shí)達(dá)到峰值，而回收率在110 g/t時(shí)達(dá)到峰值，此時(shí)品位為0.39%。綜合考慮，試驗(yàn)選擇煤油用量110 g/t。

3.2 水力浮選設(shè)備參數(shù)條件探索

3.2.1 充氣條件對(duì)浮選的影響

水力浮選試驗(yàn)固定硅酸鈉水溶液用量0 g/t，碳酸鈉用量1 000 g/t，煤油用量110 g/t，松醇油按5%濃度配制成溶液待用。水力浮選充氣量條件試驗(yàn)固定水流量為4 L/min，松醇油加藥速度為40 r/min，充氣量選擇0.1、0.2、0.35、0.5、0.65、0.8和1 m3/h作為條件進(jìn)行試驗(yàn)(空氣流量計(jì)量程為0～1 m3/h)。

充氣量試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。隨著充氣量增加，精礦產(chǎn)率和回收率遞增，而品位遞減。因此，選擇充氣量為1.0 m3/h為水力浮選試驗(yàn)參數(shù)，此時(shí)輝鉬礦的作業(yè)回收率為80.45%，品位為0.072%，產(chǎn)率為34.22%。

表2 充氣量試驗(yàn)結(jié)果

3.2.2 水流量對(duì)浮選的影響

水流量條件試驗(yàn)固定充氣量為1.0 m3/h，松醇油加藥速度為40 r/min，試驗(yàn)水流量選擇2、3、4、5、6、7 L/min作為條件進(jìn)行試驗(yàn)。

上升水流試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。隨著水流量的增加，精礦產(chǎn)率遞增，品位遞減，而回收率先增后趨于平穩(wěn)。由于試驗(yàn)需要考慮回收率和拋尾率兩個(gè)因素，因此選擇水流量為5 L/min為水力浮選試驗(yàn)參數(shù)最宜。

表3 上升水流量試驗(yàn)結(jié)果

3.2.3 起泡劑—松醇油加藥速度條件試驗(yàn)

松醇油加藥速度條件試驗(yàn)固定充氣量為1.0 m3/h，水流量為5 L/min，松醇油加藥速度選擇10、20、25、30和40 r/min進(jìn)行試驗(yàn)。

松醇油用量試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 松醇油用量試驗(yàn)結(jié)果

隨著松醇油用量的增加，精礦產(chǎn)率遞增，品位遞減，而回收率先增后趨于平穩(wěn)。綜合考慮，選擇松醇油用量25 r/min為水力浮選試驗(yàn)參數(shù)，此時(shí)輝鉬礦的回收率為92.18%，拋尾率為66.91%。

4 結(jié)論

1)本文確定了水力浮選的最佳藥劑制度為：碳酸鈉用量1 000 g/t、煤油用量110 g/t，最佳設(shè)備參數(shù)為：充氣量為1.0 m3/h、水流量為5 L/min、松醇油加藥速度為25 r/min。此時(shí)回收率達(dá)到最高92.18%，拋尾率為66.91%，鉬粗精礦品位達(dá)到了0.081%。

2)由試驗(yàn)結(jié)果可見，水力浮選機(jī)擴(kuò)大且提高了傳統(tǒng)浮選機(jī)固有的有效粒徑范圍，實(shí)現(xiàn)了尾礦回收，大幅度提高了浮選效率，增大了經(jīng)濟(jì)效益，有效解決傳統(tǒng)顆粒浮選所帶來的弊端，為水力浮選機(jī)在粗粒浮選中的高效運(yùn)用提供了理論依據(jù)。