高壓輥終粉磨條件下含銅銀多金屬礦的分選及其機(jī)理研究

張千新

(紫金礦業(yè)集團(tuán)武平紫金礦業(yè)有限公司，福建 龍巖364305)

在選礦領(lǐng)域中，碎磨成本占總成本的50%以上，研究新型高效礦石粉碎設(shè)備對(duì)整個(gè)礦山的節(jié)能降耗具有重要意義［1］。高壓輥磨機(jī)是一種新型高效的破碎設(shè)備，具有單位破碎能耗和鋼耗低、處理能力大、占地面積小等特點(diǎn)［2-6］，經(jīng)高壓輥磨機(jī)粉碎的產(chǎn)品粒度小、分布均勻，且多沿解理面發(fā)生碎裂，產(chǎn)品單體解離度高［7-9］。

近年來，國(guó)內(nèi)外許多研究者針對(duì)高壓輥磨機(jī)破碎過程進(jìn)行了研究，Van der Meer E.P.等［9］總結(jié)了在破碎流程中高效使用高壓輥磨機(jī)的基本原則，袁致濤等［10］研究了高壓輥磨機(jī)操作因素對(duì)粉碎產(chǎn)品粒度特性的影響，李麗匣等［11］研究了高壓輥磨超細(xì)碎對(duì)釩鈦磁鐵礦分選指標(biāo)的影響。結(jié)果表明，將高壓輥應(yīng)用于礦石粉碎流程，可改善選別指標(biāo)、提高作業(yè)效率。

本研究針對(duì)武平某含銅銀多金屬礦樣，制備出常規(guī)碎磨樣(顎式破碎—球磨)和高壓輥終粉磨產(chǎn)品(高壓輥破碎—分級(jí))，對(duì)兩種礦樣分別進(jìn)行了銅銀混合浮選—混合精礦銅銀分離浮選閉路試驗(yàn)，并通過擬合粒度分布曲線和金屬量分布曲線、利用MLA 礦石自動(dòng)分析儀測(cè)定礦物單體解離度，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，以期對(duì)高壓輥磨機(jī)在含銅銀多金屬礦選礦工藝中的應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 試樣性質(zhì)

對(duì)試驗(yàn)礦樣進(jìn)行化學(xué)多元素分析和礦物組成分析，結(jié)果分別見表1、表2。

表1 試樣化學(xué)多元素分析結(jié)果Table 1 Main chemical composition analysis results of the sample %

表2 試樣礦物相對(duì)含量分析結(jié)果Table 2 The relative content of minerals in the ore%

由表1 和表2 可知:原礦中主要有用元素為銅、銀;礦石中金屬礦物主要有黃銅礦、黃鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦、銅藍(lán)、輝銀礦、螺狀硫銀礦，非金屬礦物有石英、絹云母、綠泥石等。

2 試驗(yàn)設(shè)備和藥劑及礦樣制備

2.1 試驗(yàn)設(shè)備和藥劑

(1)試驗(yàn)設(shè)備:實(shí)驗(yàn)室CLM25/10 型高壓輥磨機(jī)，PEX－150 mm×250 mm 型顎式破碎機(jī)，XPC －60 mm×100 mm 型顎式破碎機(jī)，XPC －200 型對(duì)輥破碎機(jī)，ZBSX－92A 型振擊式兩用振擺篩選機(jī)，XMQ －240 mm ×90 mm 型錐形球磨機(jī)，XFG 系列掛槽浮選機(jī)，MLA (FEI)礦物自動(dòng)分析儀，實(shí)驗(yàn)室自制V 形選粉機(jī)。

(2)試驗(yàn)藥劑:捕收劑丁基黃藥、丁胺黑藥、Z －200，起泡劑松醇油，調(diào)整劑氧化鈣、硫酸鋅;捕收劑和起泡劑均為工業(yè)品。試驗(yàn)用水為自來水。

2.2 試驗(yàn)礦樣制備

(1)常規(guī)碎磨產(chǎn)品制備。原礦經(jīng)顎式破碎機(jī)粗碎—對(duì)輥破碎機(jī)細(xì)碎，兩段閉路破碎至－3.2 mm，破碎產(chǎn)品經(jīng)XMQ－240 mm×90 mm 型錐形球磨機(jī)磨礦后作為浮選給礦。

(2)高壓輥終粉磨產(chǎn)品制備。原礦經(jīng)顎式破碎機(jī)粗碎后，進(jìn)入高壓輥磨機(jī)與V 形選粉機(jī)閉路干法分級(jí)組成的終粉磨系統(tǒng)進(jìn)行粉碎，控制高壓輥終粉磨產(chǎn)品細(xì)度為－0.074 mm 占65%。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 銅銀混合浮選試驗(yàn)

3.1.1 常規(guī)碎磨產(chǎn)品銅銀混合浮選試驗(yàn)

在對(duì)常規(guī)碎磨流程制得礦樣進(jìn)行不同磨礦細(xì)度、銅銀混合浮選藥劑制度條件試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定的最佳工藝見圖1，獲得的試驗(yàn)結(jié)果見表3。

圖1 常規(guī)碎磨產(chǎn)品銅銀混合浮選試驗(yàn)流程Fig.1 Flowsheet of Cu-Ag bulk flotation for conventional crushing and grinding products

表3 常規(guī)碎磨產(chǎn)品銅銀混合浮選試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Results of Cu-Ag bulk flotation for CCG products %

3.1.2 高壓輥終粉磨產(chǎn)品銅銀混合浮選試驗(yàn)

考察高壓輥終粉磨是否可放粗磨礦細(xì)度，即高壓輥終粉磨產(chǎn)品可否在磨礦細(xì)度較粗條件下獲得優(yōu)于常規(guī)破碎磨礦產(chǎn)品分選指標(biāo)，以為將來工業(yè)應(yīng)用時(shí)放粗磨礦細(xì)度提供依據(jù)。在對(duì)高壓輥終粉磨產(chǎn)品進(jìn)行銅銀混合粗選條件試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定的工藝流程及藥劑制度見圖2(在試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)對(duì)高壓輥終粉磨產(chǎn)品浮選時(shí)采用黃藥和黑藥組合藥劑為捕收劑的效果更好，而常規(guī)碎磨產(chǎn)品在黃藥為單一捕收劑作用下的效果更好，由于不同破磨方式下產(chǎn)品特性存在差異，因此藥劑制度也應(yīng)作適當(dāng)調(diào)整)，獲得的試驗(yàn)結(jié)果見表4。

圖2 高壓輥終粉磨產(chǎn)品銅銀混合浮選試驗(yàn)流程Fig.2 Flowsheet of Cu-Ag bulk flotation for final HPGR products

表4 高壓輥終粉磨產(chǎn)品銅銀混合浮選試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Results of Cu-Ag bulk flotation for final HPGR products %

表3、表4 表明:在各自最佳藥劑制度下，高壓輥終粉磨產(chǎn)品的選別指標(biāo)優(yōu)于常規(guī)碎磨產(chǎn)品，與常規(guī)碎磨產(chǎn)品相比，高壓輥終粉磨產(chǎn)品浮選所得銅銀混合粗精礦銅回收率由92.94%提高到95.18%，銀回收率由89.95%提高到95.77%，且尾礦中銅和銀的回收率分別降低了2.24 和5.82 個(gè)百分點(diǎn)。

3.2 銅銀浮選分離試驗(yàn)

銅銀混合浮選試驗(yàn)得到的混合粗精礦沒有達(dá)到精礦質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，由于銅銀嵌布關(guān)系緊密，粒度微細(xì)，需再磨以達(dá)到銅、銀礦物單體解離，因此繼續(xù)進(jìn)行了混合粗精礦銅銀分離試驗(yàn)，在再磨細(xì)度、捕收劑和抑制劑種類及用量條件試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定的常規(guī)碎磨產(chǎn)品和高壓輥終粉磨產(chǎn)品的最佳浮選流程和藥劑制度分別見圖3、圖4。獲得的試驗(yàn)結(jié)果見表5。

由表5 可知:常規(guī)碎磨產(chǎn)品和高壓輥終粉磨產(chǎn)品閉路試驗(yàn)均得到了合格的銅精礦和銀精礦;高壓輥終粉磨產(chǎn)品浮選尾礦銅回收率5.35%、銀回收率5.71%，比常規(guī)碎磨產(chǎn)品浮選金屬損失率要小很多;高壓輥終粉磨產(chǎn)品選礦效率大于常規(guī)碎磨產(chǎn)品，說明高壓輥終粉磨產(chǎn)品性質(zhì)更適合于后續(xù)的選礦分離。試驗(yàn)結(jié)果分別是在各自最優(yōu)條件下獲得的，采用高壓輥終粉磨工藝時(shí)，所需再磨細(xì)度較常規(guī)碎磨工藝略粗，表明采用高壓輥終粉磨工藝可放粗磨礦細(xì)度，有利于工業(yè)化生產(chǎn)時(shí)的節(jié)能。

圖3 常規(guī)碎磨產(chǎn)品浮選閉路試驗(yàn)流程Fig.3 Flowsheet of closed-circuit flotation process for CCG products

圖4 高壓輥終粉磨產(chǎn)品浮選閉路試驗(yàn)流程Fig.4 Flowsheet of closed-circuit flotation process for final HPGR products

4 機(jī)理分析

4.1 產(chǎn)品粒度分布曲線擬合

對(duì)磨細(xì)至－0.074 mm 占65%的常規(guī)碎磨產(chǎn)品及高壓輥終粉磨產(chǎn)品分別進(jìn)行粒度分布曲線擬合，結(jié)果如圖5、圖6 所示。

表5 不同碎磨方式對(duì)浮選閉路試驗(yàn)指標(biāo)的影響Table 5 Comparison of comminution method on index of closed circuit flotation process %

圖5 常規(guī)破碎磨礦產(chǎn)品粒度分布曲線擬合結(jié)果Fig.5 Particle size distribution curve fitting for CCG products

圖6 高壓輥終粉磨產(chǎn)品粒度分布曲線擬合結(jié)果Fig.6 Particle size distribution curve fitting for final HPGR grinding products

圖5 和圖6 中45°對(duì)角線為理想狀態(tài)下物料均勻分布的極限狀態(tài)，通過最小二乘法擬合圖中物料磨礦至－0.074 mm 含量為65%時(shí)粒度分布曲線，其中Y 代表實(shí)際粒度分布曲線，Y極限代表極限狀態(tài)下粒度分布曲線。常規(guī)碎磨產(chǎn)品粒度分布曲線擬合方程為

即

高壓輥終粉磨產(chǎn)品粒度分布曲線擬合方程為

即

由于粒度過粗或過細(xì)時(shí)浮選效果都會(huì)變壞，所以中間粒級(jí)產(chǎn)品越多，浮選效果越好。本研究認(rèn)為0.01 ～0.1 mm 粒級(jí)為中間適宜浮選粒級(jí)，+0.1 mm為過粗粒級(jí)，－0.01 mm 為過細(xì)粒級(jí)。中間粒度產(chǎn)品的產(chǎn)率Y中可通過公式Y(jié)中= Y0.1mm－Y0.01mm計(jì)算(常規(guī)碎磨產(chǎn)品和高壓輥終粉磨產(chǎn)品的Y0.1mm，Y0.01mm可分別代入公式(2)、(4)求得)。

通過應(yīng)用數(shù)學(xué)方差的方法分析實(shí)際粒度分布曲線與極限狀態(tài)粒度分布曲線，以此來分析粒度分布均勻程度。用Q 表示。

4.2 產(chǎn)品金屬量分布曲線擬合

對(duì)磨細(xì)至－0.074 mm 占65%的常規(guī)碎磨產(chǎn)品及高壓輥終粉磨產(chǎn)品分別進(jìn)行金屬量分布曲線擬合，結(jié)果如圖7、圖8 所示。

圖7 常規(guī)碎磨產(chǎn)品金屬量分布曲線擬合結(jié)果Fig.7 Metal volume distribution curve fitting for CCG products

圖8 高壓輥終粉磨產(chǎn)品金屬量分布曲線擬合結(jié)果Fig.8 Metal volume distribution curve fitting for final HPGR grinding products

圖7 和圖8 中45°對(duì)角線為理想狀態(tài)下金屬量均勻分布極限狀態(tài)，通過最小二乘法擬合圖中礦樣磨細(xì)至－0.074 mm 含量為65%時(shí)的金屬量分布曲線，其中P 代表實(shí)際金屬量分布曲線，P極限代表極限狀態(tài)下金屬量分布曲線。對(duì)于常規(guī)碎磨產(chǎn)品中，

對(duì)于高壓輥終粉磨產(chǎn)品中，

中間粒度產(chǎn)品的金屬量P中可通過代入公式

計(jì)算(常規(guī)碎磨產(chǎn)品和高壓輥終粉磨產(chǎn)品的P0.1mm，P0.01mm可分別代入公式(8)、(11)求得)。

通過應(yīng)用數(shù)學(xué)方差的方法分析實(shí)際金屬量分布曲線與極限狀態(tài)金屬量分布曲線來分析金屬量分布均勻程度，用R 表示。

本研究認(rèn)為0.01 ～0.1 mm 粒級(jí)為中間的適宜浮選粒級(jí)礦樣，將其定義為適合浮選粒級(jí)，中間粒級(jí)金屬量定義為易回收金屬量，將粒度分布與金屬量分布擬合結(jié)果列于表6。

表6 數(shù)據(jù)擬合結(jié)果Table 6 Date fitting results

從表6 可以看出:高壓輥終粉磨產(chǎn)品易回收粒級(jí)金屬量分布率遠(yuǎn)大于常規(guī)碎磨產(chǎn)品，所以高壓輥終粉磨產(chǎn)品能取得更好的選別指標(biāo);高壓輥終粉磨產(chǎn)品粒度分布方差僅為1.69 ×10－4，近似與45°對(duì)角線完全擬合，常規(guī)碎磨產(chǎn)品粒度分布方差為54.46 ×10－4，遠(yuǎn)大于高壓輥終粉磨產(chǎn)品，說明高壓輥終粉磨產(chǎn)品粒度分布十分均勻，而且高壓輥終粉磨產(chǎn)品中適合浮選粒級(jí)產(chǎn)率高，因此高壓輥終粉磨產(chǎn)品選礦指標(biāo)優(yōu)于常規(guī)碎磨產(chǎn)品;高壓輥終粉磨產(chǎn)品金屬量分布方差遠(yuǎn)小于常規(guī)碎磨產(chǎn)品，高壓輥終粉磨產(chǎn)品金屬量分布較均勻，常規(guī)碎磨產(chǎn)品金屬量分布不是很均勻，在過粗過細(xì)級(jí)別中金屬量分布較多。因高壓輥終粉磨產(chǎn)品適合浮選粒級(jí)產(chǎn)率較高，再加上金屬量的均勻分布，則相應(yīng)分布在易選粒級(jí)中的金屬量也較高，所以，高壓輥終粉磨產(chǎn)品的選礦指標(biāo)優(yōu)于常規(guī)碎磨產(chǎn)品，與銅銀混合浮選—銅銀分離閉路對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果完全一致。

4.3 單體解離度測(cè)定

為了進(jìn)一步說明不同碎磨方式產(chǎn)品浮選所得指標(biāo)不同的機(jī)理，用MLA 礦石自動(dòng)分析儀對(duì)磨細(xì)至－0.074 mm 占65%的常規(guī)碎磨產(chǎn)品及高壓輥終粉磨產(chǎn)品分別進(jìn)行了單體解離度測(cè)定，結(jié)果如表7。

表7 單體解離度測(cè)定結(jié)果Table 7 Liberation degree comparison results on different communition method

從表7 可以看出:高壓輥終粉磨產(chǎn)品的0.010 ～0.1 mm 易浮選粒級(jí)單體解離度遠(yuǎn)高于常規(guī)碎磨產(chǎn)品，高壓輥終粉磨產(chǎn)品中處于易選粒級(jí)的顆粒有用礦物單體解離度高，所以高壓輥終粉磨產(chǎn)品浮選特性要優(yōu)于常規(guī)碎磨產(chǎn)品。從適合浮選粒級(jí)的礦物單體解離度角度來看，高壓輥終粉磨流程的浮選指標(biāo)要優(yōu)于常規(guī)碎磨產(chǎn)品。

5 結(jié) 論

(1)分別采用常規(guī)碎磨流程和高壓輥終粉磨流程對(duì)武平某銅品位為0.24%、銀品位為85.00 g/t 的銅銀多金屬礦進(jìn)行選礦試驗(yàn)。結(jié)果表明:在各自的最佳浮選閉路流程和藥劑制度下，高壓輥終粉磨產(chǎn)品的選礦指標(biāo)優(yōu)于常規(guī)碎磨產(chǎn)品;高壓輥終粉磨產(chǎn)品尾礦中金屬損失量比常規(guī)碎磨產(chǎn)品要低很多;高壓輥終粉磨產(chǎn)品選礦效率大于常規(guī)碎磨產(chǎn)品，高壓輥終粉磨流程所得物料性質(zhì)更適合于選礦分離。

(2)高壓輥終粉磨產(chǎn)品適合浮選粒級(jí)產(chǎn)率、易回收粒級(jí)金屬量分布率均大于常規(guī)碎磨產(chǎn)品，高壓輥終粉磨產(chǎn)品粒度分布方差與金屬量分布方差均遠(yuǎn)小于常規(guī)碎磨產(chǎn)品，高壓輥終粉磨產(chǎn)品0.01 ～0.1 mm 的易浮選粒級(jí)單體解離度遠(yuǎn)高于常規(guī)碎磨產(chǎn)品，因此，高壓輥終粉磨產(chǎn)品選礦指標(biāo)優(yōu)于常規(guī)碎磨產(chǎn)品，與浮選試驗(yàn)結(jié)果一致。

(3)高壓輥終粉磨技術(shù)的應(yīng)用為降低選礦領(lǐng)域磨礦作業(yè)能耗、在較粗磨礦粒度下獲得更好選礦指標(biāo)提供了可能。

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