我國細(xì)粒鉛鋅礦浮選技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展

耿偉利 羅天明 郭文軍

(中鋼集團(tuán)天津地質(zhì)研究院有限公司，天津300181)

鉛鋅礦資源是重要的戰(zhàn)略性資源，在有色金屬工業(yè)中占有重要的地位，鉛鋅廣泛用于電氣、機(jī)械、軍事、冶金、化學(xué)、輕工和醫(yī)藥等領(lǐng)域［1］。我國鉛鋅礦產(chǎn)資源分布廣泛，儲(chǔ)量較豐富，但大型礦床少、貧礦多、共伴生資源多、單一礦種少，且有用礦物嵌布粒度普遍偏細(xì)。隨著粗粒、易選鉛鋅礦資源的日益減少，細(xì)粒鉛鋅礦分選技術(shù)的重要性日益凸顯。

目前，鉛鋅礦選礦通常采用浮選工藝，但常規(guī)浮選技術(shù)及設(shè)備難以適應(yīng)細(xì)粒鉛鋅礦的浮選(氧化鉛鋅礦的難選癥結(jié)在于易泥化，活化不是主要問題，故本文不討論活化問題)，突出表現(xiàn)在回收率不高、金屬流失嚴(yán)重。為提高鉛鋅礦產(chǎn)資源的綜合利用水平，實(shí)現(xiàn)細(xì)粒鉛鋅礦物的充分回收，生產(chǎn)流程一般較為復(fù)雜，這不僅加大了選礦廠的投資，而且生產(chǎn)運(yùn)行成本往往也較高，不利于鉛鋅礦選礦業(yè)的發(fā)展。因此，研發(fā)并推廣適合細(xì)粒鉛鋅礦選礦的新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備勢(shì)在必行。

1 細(xì)粒礦物難以浮選回收的原因及改善措施

細(xì)粒礦物難以浮選回收，主要表現(xiàn)在浮選速度慢和回收率低，其原因主要有:①細(xì)粒礦物質(zhì)量小、表面能較高，不同礦物微粒之間容易形成非選擇性凝結(jié)，且細(xì)粒易于附著在粗粒礦物表面形成礦泥罩蓋，因而影響目的礦物與非目的礦物的分離。②細(xì)粒礦物比表面積和表面能較大，因此，具有較強(qiáng)的吸附藥劑的能力，且吸附選擇性較差。③礦物粒度越細(xì)，溶解在礦漿中的“難免離子”越多，因質(zhì)量小而易被水流機(jī)械夾帶和泡沫機(jī)械夾帶。④由于細(xì)粒礦物與氣泡的接觸效率及附著效率降低，使氣泡對(duì)礦粒的捕收效率下降，同時(shí)礦泥對(duì)氣泡產(chǎn)生的“裝甲”現(xiàn)象也影響氣泡的運(yùn)載量［2］。

改善細(xì)粒礦物浮選效果的措施主要有:①加強(qiáng)細(xì)粒礦物的分散，防止礦漿中細(xì)粒礦物之間互相凝聚，及黏附在粗顆粒表面。②通過選用有選擇性的高分子絮凝劑，盡量將細(xì)粒有用礦物橋聯(lián)在一起，增大其表觀粒徑，從而提高其可選性。③采用選擇性好的藥劑，提高藥劑的作用效果。起泡劑產(chǎn)生的泡沫應(yīng)有合適的脆性，以便增強(qiáng)二次富集作用，減少細(xì)泥的夾帶;嚴(yán)格控制加藥量，并盡量采用分段添加方式。④增大空氣在礦漿中的溶解度，改善成泡機(jī)制，提高礦漿中活性微泡的量，實(shí)現(xiàn)微泡浮選，并適當(dāng)延長浮選時(shí)間，充分回收目的礦物［3］。

2 細(xì)粒鉛鋅礦選礦現(xiàn)狀

2.1 細(xì)粒鉛鋅礦選礦工藝現(xiàn)狀

2.1.1 絮團(tuán)浮選

浮選過程中細(xì)粒的絮團(tuán)與其表面的疏水化密切相關(guān)。近年來研究表明，捕收劑對(duì)礦物微粒往往有一定的選擇性絮凝作用。丁基黃藥、戊基黃藥及辛基黃藥可使－5 μm 方鉛礦形成疏水聚團(tuán)，但形成的疏水聚團(tuán)大小不均、穩(wěn)定性差，且微粒過細(xì)絮凝效果變差，但添加非極性油有助于克服這一缺點(diǎn)，使疏水絮凝作用得以加強(qiáng)［4］。通過高效分散劑和pH 調(diào)整劑使礦漿中的細(xì)粒脈石礦物及礦泥分散，利用黃藥類捕收劑及非極性油對(duì)細(xì)粒鉛鋅礦進(jìn)行選擇性疏水團(tuán)聚，在機(jī)械攪拌強(qiáng)度合適的情況下，形成表觀粒徑較大、有一定機(jī)械強(qiáng)度的疏水聚團(tuán)，從而改善細(xì)粒鉛鋅礦物的可浮性。絮團(tuán)浮選通常必須滿足礦粒表面疏水化、機(jī)械攪拌強(qiáng)度能克服粒間作用勢(shì)壘等條件，且大多需添加非極性油。

S.松等［5］對(duì)墨西哥某細(xì)粒浸染狀鉛鋅礦石進(jìn)行了絮團(tuán)浮選試驗(yàn)，獲得了鉛品位為37.30%、鉛回收率為65.34%的鉛精礦和鋅品位為58.30%、鋅回收率為68.53%的鋅精礦。與常規(guī)浮選相比，絮團(tuán)浮選的尾礦品位低，鉛、鋅精礦回收率高。

2.1.2 復(fù)合活化疏水絮團(tuán)浮選

復(fù)合活化疏水絮團(tuán)浮選利用有用礦物與脈石礦物表面物理化學(xué)特性及熱力學(xué)特性差異，通過添加離子型無機(jī)或有機(jī)聚合物使礦漿處于穩(wěn)定的分散狀態(tài)，利用無機(jī)鹽或表面活性劑消除可溶性鹽和礦泥對(duì)礦物表面活性的污染(主要消除礦漿中Ca2+、Mg2+、Fe3+離子和親水薄膜)、增強(qiáng)礦物表面的選擇性吸附能力，添加經(jīng)乳化的黃藥、非極性油的混合物使目的礦物選擇性疏水，從而獲得活性疏水聚團(tuán)，再在特定的調(diào)漿槽或高速攪拌器中引入機(jī)械活化能，用以克服顆粒間的作用勢(shì)壘強(qiáng)化疏水聚團(tuán)的形成，最后用常規(guī)浮選實(shí)現(xiàn)疏水聚團(tuán)與分散脈石礦物的分離。

對(duì)甘肅廠壩深度氧化的鉛鋅礦應(yīng)用復(fù)合活化疏水絮團(tuán)浮選工藝，采用硫化法選鉛，對(duì)選鉛尾礦在不脫泥條件下進(jìn)行復(fù)合活化，加入乳化的硫化鈉－胺類捕收劑選鋅，獲得了鉛、鋅品位分別為47.84%、38.23%，回收率分別為39.87%、78.70%的鉛精礦和鋅精礦。與常規(guī)浮選相比，鋅精礦的鋅品位和回收率明顯提高，且藥劑消耗量和藥劑成本大幅降低［6］。

2.1.3 載體浮選

載體浮選是在常規(guī)浮選工藝條件下，利用一種粗粒輔助物料在浮選中充當(dāng)載體，通過添加適量的捕收劑使微細(xì)目的礦粒和載體同時(shí)充分疏水，利用疏水性的細(xì)粒有向疏水性粗粒附著的趨勢(shì)，使細(xì)粒選擇性地覆蓋在載體上，或利用疏水聚團(tuán)原理使微粒在易浮粗礦粒表面黏附，然后利用氣泡將載體連同細(xì)粒礦物一起浮出［4］。載體可以是目的礦物的同類礦物也可是異類礦物，利用浮選體系中礦粒的粗粒效應(yīng)與載體作用，通過控制載體粒度范圍和所占比例，在不影響載體自身可浮性的前提下實(shí)現(xiàn)細(xì)粒礦物的浮選回收。

中南大學(xué)以粗粒凡口鉛鋅礦原礦為載體，加入該礦礦泥中進(jìn)行鉛鋅載體浮選，與礦泥單獨(dú)浮選相比，鉛鋅回收率分別提高6 個(gè)和12 個(gè)百分點(diǎn)以上［7］。

2.2 細(xì)粒鉛鋅礦選礦設(shè)備現(xiàn)狀

2.2.1 高效射流浮選機(jī)

射流浮選機(jī)是一種高富集比的高效分選設(shè)備。在浮選過程中，給入的礦漿與浮選本身回流的礦漿匯集到一個(gè)特殊結(jié)構(gòu)的給礦裝置中，經(jīng)一定揚(yáng)程的礦漿泵送入噴射器，經(jīng)噴嘴的高速礦漿射流在吸氣室內(nèi)形成負(fù)壓，外界空氣進(jìn)入吸氣室并在吸氣室形成旋轉(zhuǎn)氣流，使礦漿、藥劑、空氣混勻，在卷吸效應(yīng)作用下，空氣與礦漿在下導(dǎo)管內(nèi)進(jìn)行能量交換，將空氣彌散為微小氣泡，礦漿很快被礦化并進(jìn)入擴(kuò)大管，礦漿的動(dòng)能逐步轉(zhuǎn)化為勢(shì)能并進(jìn)一步壓縮氣泡，增大空氣在礦漿中的溶解度，由特殊結(jié)構(gòu)的分散器將礦漿均勻分散至槽底，在槽內(nèi)再一次礦化。此時(shí)，彌散在礦漿中的空氣由于壓力減小，在槽底形成氣泡并攜帶目的礦物上升至礦漿表面形成泡沫層，隨著泡沫層厚度的增加，泡沫自溢到精礦槽成為產(chǎn)品，尾礦則經(jīng)尾礦箱排出［8］。

呂慧峰等［9］采用高效射流浮選機(jī)對(duì)某鉛鋅礦尾礦中的鋅進(jìn)行了綜合回收，通過射流浮選機(jī)1 次選別即獲得鋅品位和回收率分別為10.23%、42.35%的鋅粗精礦，富集比高達(dá)20.4。

2.2.2 旋流－靜態(tài)微泡浮選柱

本研究對(duì)訪談資料所涉及的問題進(jìn)行歸納整理后盡可能全面地總結(jié)出每一個(gè)維度所涉及的題目中包含的內(nèi)容，總結(jié)發(fā)現(xiàn)90后藏族大學(xué)生婚戀觀的一些特點(diǎn)與規(guī)律，部分案例與訪談內(nèi)容如下：

旋流－靜態(tài)微泡浮選柱的分離過程包括柱分選、旋流分選和管流礦化3 部分。柱分選段位于整個(gè)柱體的上部，與柱分離段呈上下直通的旋流分離段采用柱－錐相連的水介質(zhì)旋流器結(jié)構(gòu)。柱分離段的頂部有泡沫精礦排出口，給礦點(diǎn)位于柱分選段中上部，最終尾礦由旋流分選段底口排出，氣泡發(fā)生器在柱體外沿切向與旋流分離段柱體相連，與相連的浮選管段共同構(gòu)成管流礦化部分。氣泡發(fā)生器采用類似射流泵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以循環(huán)中礦為介質(zhì)，依賴射流形成的負(fù)壓引入氣體，并將氣體粉碎成微泡，形成氣、固、液三相體系。氣、固、液三相體系攜帶較高的能量以高度紊流狀態(tài)沿切向高速進(jìn)入旋流分離段形成旋流力場(chǎng)。沿切向進(jìn)入旋流分離段的大量氣泡受離心力和浮力的共同作用，迅速以旋轉(zhuǎn)方式向旋流分離段中心匯集，進(jìn)入柱分選段并在柱體斷面上得以高度分散，并向上運(yùn)動(dòng)，與由上部給入、呈整體向下塞式流動(dòng)的礦漿顆粒逆向運(yùn)行與碰撞，氣泡在上升的過程中不斷被礦化。浮選過程貫穿于整個(gè)旋流分選段和柱分選段，柱分離段發(fā)揮了選擇性回收的優(yōu)勢(shì)，有利于保證較高的產(chǎn)品質(zhì)量，旋流分選段則發(fā)揮了捕收充分的優(yōu)勢(shì)，重在提高回收率［10］。

劉炯天等［11］為進(jìn)一步提高柿竹園柴山鉛鋅礦現(xiàn)有資源的利用水平，以旋流－靜態(tài)微泡浮選柱替代槽式浮選機(jī)，在磨礦細(xì)度為－0.074 mm 占77%的情況下，采用1 粗1 精優(yōu)先浮鉛再浮鋅的鉛鋅浮選工藝流程，不僅使鉛、鋅精礦品位分別提高12.58 和1.98 個(gè)百分點(diǎn)，回收率提高0.88 和8.95 個(gè)百分點(diǎn)，而且簡(jiǎn)化了浮選流程。

2.3 細(xì)粒鉛鋅礦浮選捕收劑的現(xiàn)狀

鉛鋅礦浮選捕收劑主要有［12］黃藥類、黑藥類、二硫代氨基甲酸鹽(酯)類、硫氨酯類。黃藥類捕收劑主要包括堿金屬黃藥和黃藥酯類，目前生產(chǎn)上應(yīng)用較多的是乙基黃藥和丁基黃藥;黑藥類捕收劑主要包括丁胺黑藥和苯胺黑藥、25 號(hào)黑藥;二硫代氨基甲酸鹽(酯)類主要有乙硫氮、丁硫氮，應(yīng)用廣泛的二硫代氨基甲酸酯為酯105;硫氨酯類使用較多的是乙硫氨酯或Z －200。工業(yè)生產(chǎn)中尤以黃藥類、黑藥類及二者復(fù)配使用最為普遍。

目前，直接浮選細(xì)粒鉛鋅礦的特效捕收劑還未見報(bào)道，但一些螯合捕收劑，特別是鍵和原子為O=N、O=S、S=N、S=S 型的螯合劑，對(duì)鉛鋅礦的浮選具有較高的選擇性。隨著浮選藥劑理論研究的深入，科研人員利用計(jì)算機(jī)輔助分子設(shè)計(jì)等技術(shù)設(shè)計(jì)出了一些新型捕收劑或復(fù)合捕收劑，如硫酚捕收劑、芐基丙二甲酸捕收劑及其與苯甲羥肟酸混合捕收劑、EML3、EML6 螯合捕收劑、HP1 捕收劑、P －2000 捕收劑、E－5 螯合捕收劑、ZP －50 捕收劑等［13］。一些新型高效螯合捕收劑受到成本等因素的制約未得到大規(guī)模的工業(yè)化應(yīng)用，需進(jìn)一步研究降低其成本的方法。

3 細(xì)粒鉛鋅礦回收所存在的問題、措施

3.1 細(xì)粒鉛鋅礦回收所存在的問題

(1)不恰當(dāng)?shù)刈非竽サV工藝的簡(jiǎn)單，造成鉛鋅礦物的泥化和難以回收。鉛鋅礦往往共伴生多種組分，在對(duì)細(xì)粒嵌布的鉛鋅礦及嵌布粒度粗細(xì)不均的鉛鋅礦的磨礦過程中，為了充分實(shí)現(xiàn)有用礦物的單體解離，且為了簡(jiǎn)化磨礦流程，沒有及時(shí)分離出已單體解離的鉛鋅礦物，則鉛鋅礦物的泥化就不可避免。這也就造成了鉛鋅礦物的過度流失。

(2)受粗放型生產(chǎn)觀念和細(xì)?；厥占夹g(shù)的制約，不能因地制宜地制定與磨礦產(chǎn)品相適應(yīng)的浮選工藝。生產(chǎn)中往往只注重對(duì)精礦品位和回收率的跟蹤，而缺少對(duì)流程中間產(chǎn)品解離度、過粉碎、有用礦物富集情況的跟蹤與考察，當(dāng)鉛鋅礦物細(xì)粒及礦泥含量不合理時(shí)，自然就難以及時(shí)調(diào)整浮選流程去加以應(yīng)對(duì)。

3.2 改善細(xì)粒鉛鋅礦回收的措施

根據(jù)原礦性質(zhì)，研究制定合適的磨礦、浮選工藝流程。對(duì)粗細(xì)粒不均勻嵌布的鉛鋅礦石，應(yīng)盡可能制定階段磨礦、階段回收的工藝流程，做到能收早收，減少已單體解離鉛鋅礦物的過粉碎;對(duì)細(xì)粒嵌布的鉛鋅礦石，則應(yīng)側(cè)重制定合理的浮選工藝流程、選擇合適的回收設(shè)備、確定合適的藥劑制度，從而通過鉛鋅總體回收率。

4 細(xì)粒鉛鋅礦選礦發(fā)展方向

(1)疏水絮團(tuán)浮選和載體浮選在綜合回收細(xì)粒鉛鋅礦方面具有藥耗低及金屬回收率高的特點(diǎn)，是今后工藝發(fā)展的重要方向。

(2)對(duì)需脫泥才能高效分選的細(xì)粒嵌布的鉛鋅礦，礦泥單獨(dú)浮選效果不理想時(shí)應(yīng)開展低成本、高效率、低污染浸出工藝的研究。即對(duì)難處理細(xì)粒鉛鋅礦石，應(yīng)通過多選礦方法并舉的工藝流程去破解單一浮選流程長、投資大、運(yùn)行費(fèi)用高的難題。

(3)應(yīng)積極借助交叉學(xué)科的發(fā)展，應(yīng)用表面膠體化學(xué)、量子化學(xué)理論和計(jì)算機(jī)輔助分子設(shè)計(jì)技術(shù)，研發(fā)能強(qiáng)化細(xì)粒鉛鋅礦物表面疏水化的特效藥劑。

(4)隨著鉛鋅需求量的快速增長和入選礦石品質(zhì)的明顯下降，鉛鋅礦石資源的開發(fā)規(guī)模不斷加大，研制細(xì)粒鉛鋅礦石高效回收的大型浮選設(shè)備對(duì)簡(jiǎn)化選礦工藝流程、提高鉛鋅資源的回收率至關(guān)重要。

5 結(jié) 論

細(xì)粒鉛鋅礦的高效回收主要依賴于新型高效選別藥劑的研制、選礦方法的拓展、磨選工藝流程的優(yōu)化及選礦設(shè)備的大型化、高效化。在新型高效選別藥劑的研制方面，要借助交叉學(xué)科的發(fā)展，應(yīng)用表面膠體化學(xué)、量子化學(xué)理論和計(jì)算機(jī)輔助分子設(shè)計(jì)技術(shù)，研發(fā)能強(qiáng)化細(xì)粒鉛鋅礦物表面疏水化的特效藥劑。對(duì)浮選效果不理想的礦泥可考慮開展低成本、高效率、低污染浸出工藝的研究，通過多選礦方法并舉的工藝流程去破解單一浮選流程長、投資大、運(yùn)行費(fèi)用高的難題。對(duì)易磨、易泥化的細(xì)粒嵌布的鉛鋅礦石，除了應(yīng)確定合適的磨礦細(xì)度，實(shí)施粗細(xì)分級(jí)分選工藝，還應(yīng)充分考慮能收早收的階段磨選工藝，減少鉛鋅礦物過粉碎的機(jī)會(huì)。針對(duì)傳統(tǒng)浮選設(shè)備普遍不適用細(xì)?！⒓?xì)粒鉛鋅礦回收的問題，采用甚至進(jìn)一步完善旋流－靜態(tài)微泡浮選柱等新型、高效浮選設(shè)備具有重要意義。

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