河北某難選螢石礦選礦試驗(yàn)

趙禮兵 張弘偉, 張錦瑞 郝鵬程

(1.華北理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院；2.中冶沈勘秦皇島工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司)

螢石是氟工業(yè)的主要原料，可用在多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，被許多國家視為戰(zhàn)略資源。中國的螢石資源儲量豐富，但具有開采價(jià)值的富礦少，更多的是貧礦和各類伴生、共生礦。近年來，隨著螢石的用途越來越廣，螢石資源的合理開發(fā)利用成為了當(dāng)前的一項(xiàng)重要議題。

1 礦石性質(zhì)

河北某螢石礦礦石結(jié)構(gòu)主要為半自形—他形粒狀鑲嵌結(jié)構(gòu),主要礦物組成包括螢石、石英和碳酸鈣等，其中碳酸鈣作為脈石礦物，含量較高，約為5%。螢石含量從12.51%到47.08%，差別較大，其他雜質(zhì)含量不足5%，對精礦影響不大。對混合試樣進(jìn)行化學(xué)分析，分析結(jié)果見表1。

表1 試樣化學(xué)分析結(jié)果 %

2 試驗(yàn)方案

螢石通常選用浮選法對其進(jìn)行分選[1-2]。螢石浮選的捕收劑一般采用脂肪酸類陰離子捕收劑，脂肪酸類捕收劑除了對螢石有較強(qiáng)的吸附作用外，對碳酸鈣也有很強(qiáng)的吸附性。由于試驗(yàn)所用礦石中碳酸鈣的含量較高，所以要想得到高品位的螢石精礦，必須選用高效的抑制劑對碳酸鈣進(jìn)行抑制。

目前，螢石浮選最常用的抑制劑為水玻璃，水玻璃是硅酸鹽類礦物的有效抑制劑，其對石英等硅酸鹽礦物有著很好的抑制作用，但對碳酸鹽類礦物的抑制作用較差。因此，要想抑制礦石中碳酸鈣的活性，必須對水玻璃進(jìn)行酸化，酸化后的水玻璃可以降低捕收劑對碳酸鈣的吸附作用，從而提高螢石精礦的品位[3]。通過上述分析，試驗(yàn)最終選用油酸鈉作為捕收劑，碳酸鈉作為調(diào)整劑，酸化水玻璃作為抑制劑[4]。

3 試驗(yàn)研究

3.1 磨礦細(xì)度條件試驗(yàn)

取500 g原礦進(jìn)行磨礦，在磨礦濃度為65%，抑制劑用量為2 000 g/t、Na2CO3用量為1 500 g/t、油酸鈉用量為500 g/t、磨礦細(xì)度-0.074 mm粒級含量分別為50%、60%、70%、80%、90%的條件下進(jìn)行磨礦細(xì)度試驗(yàn)，試驗(yàn)流程見圖1，試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖1 磨礦細(xì)度試驗(yàn)流程

圖2 磨礦細(xì)度對螢石精礦指標(biāo)的影響

由圖2可見，隨著磨礦細(xì)度的增加，螢石回收率降低，而精礦品位升高。在磨礦細(xì)度達(dá)到-0.074 mm 50%的條件下，經(jīng)過7次精選，螢石精礦品位可達(dá)到90%，當(dāng)磨礦細(xì)度達(dá)-0.074 mm 70%時(shí)，螢石精礦品位可達(dá)97%以上。根據(jù)試驗(yàn)要求，選擇 -0.074 mm 70%的磨礦細(xì)度進(jìn)行下一步條件試驗(yàn)。

3.2 抑制劑種類條件試驗(yàn)

實(shí)踐證明，螢石與石英、碳酸鈣分離的有效抑制劑為水玻璃，但是普通的水玻璃分選螢石與石英效果較好，分選螢石與碳酸鈣的時(shí)候一般需要對普通水玻璃進(jìn)行改性，分選效果的好壞取決于改性水玻璃的酸度。針對此問題，試驗(yàn)采用普通水玻璃及不同改性效果的水玻璃進(jìn)行了抑制劑種類試驗(yàn)。GS為改性水玻璃，隨著后面數(shù)字的增加，改性水玻璃的酸度不斷降低，即GS-16改性水玻璃的酸度最高。

在磨礦細(xì)度為-0.074 mm 70%、抑制劑用量為2 000 g/t、Na2CO3用量為1 500 g/t、油酸鈉用量為500 g/t的條件下進(jìn)行抑制劑種類試驗(yàn)，試驗(yàn)流程見圖1，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 抑制劑種類條件試驗(yàn)結(jié)果 %

由表2可知，GS-30和普通水玻璃經(jīng)7次精選，螢石精礦品位為93.38%和89.48%，不能生產(chǎn)出合格的精礦產(chǎn)品，無法滿足試驗(yàn)要求；GS-16改性水玻璃酸度最強(qiáng)，經(jīng)2次精選后，因?yàn)榈舨蹏?yán)重而結(jié)束了精選；GS-20經(jīng)4次精選就掉槽嚴(yán)重，雖然酸度高，在相應(yīng)的精選次數(shù)內(nèi)可以達(dá)到較高品位的精礦，但其回收率和最終精礦品位無法保障。為此，為了防止浮選過程中酸度較高的改性水玻璃掉槽，降低用量進(jìn)一步進(jìn)行了優(yōu)化浮選試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

由表3可知，降低改性水玻璃GS-20的用量可以得到螢石品位為97.86%的合格精礦，但是其浮選回收率低于GS-25的回收率。綜合考慮，選用GS-25改性水玻璃進(jìn)行后續(xù)浮選試驗(yàn)。

3.3 抑制劑用量條件試驗(yàn)

表3 GS-20酸性水玻璃優(yōu)化浮選試驗(yàn)結(jié)果

注：精選尾礦(1-4)表示經(jīng)過4次精選獲得的尾礦，精選尾礦(1-7)表示經(jīng)過7次精選獲得的尾礦。

在磨礦細(xì)度為-0.074 mm 70%、Na2CO3用量為1 500 g/t、油酸鈉用量為500 g/t，粗選GS-25用量分別為1 000、1 500、2 000、2 500 g/t，精選1 GS-25用量為粗選用量的一半，精選2至精選7 GS-25用量為粗選用量的四分之一的條件下進(jìn)行抑制劑用量試驗(yàn)，試驗(yàn)流程見圖1，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 抑制劑用量條件試驗(yàn)結(jié)果

由表4可知，隨著GS-25用量的增加，螢石精礦品位不斷升高，回收率不斷降低；當(dāng)GS-25用量達(dá)到1 500 g/t時(shí)，精礦品位達(dá)到97.00%，回收率為70.06%；當(dāng)GS-25用量為2 000 g/t時(shí)，螢石精礦品位可達(dá)98.24%，回收率降至65.90%；綜合考慮，GS-25用量選用2 000 g/t進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

3.4 捕收劑用量條件試驗(yàn)

選用油酸鈉作為捕收劑，改變油酸鈉用量分別為300、500、800 g/t，在GS-25用量為2 000 g/t、碳酸鈉用量為1 500 g/t、磨礦細(xì)度為-0.074 mm 70%的條件下進(jìn)行捕收劑用量試驗(yàn)，試驗(yàn)流程見圖1，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 捕收劑用量條件試驗(yàn)結(jié)果

由表5可知，隨著油酸鈉用量的增加，螢石精礦品位不斷降低；當(dāng)油酸鈉用量為300 g/t時(shí)，螢石精礦品位可達(dá)到99%以上，但回收率只有61.47%；當(dāng)油酸鈉用量為500 g/t時(shí)，螢石精礦品位可達(dá)98.24%，回收率為65.90%；當(dāng)油酸鈉用量為800 g/t時(shí)，回收率可達(dá)89.62%，但是品位只有92.14%，不滿足精礦品位需達(dá)到95%以上的要求；綜合考慮，油酸鈉用量選用500 g/t進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

3.5 碳酸鈉用量條件試驗(yàn)

試驗(yàn)用碳酸鈉作為pH值調(diào)整劑，將礦漿pH值調(diào)至8～9呈堿性，能夠有效消除Ca2+、Mg2+等金屬離子的有害作用，軟化硬水，并可強(qiáng)化礦漿分散，減輕礦泥對浮選過程的影響[14]。在GS-25用量為 2 000 g/t、油酸鈉用量為500 g/t、磨礦細(xì)度為 -0.074 mm 70%的條件下進(jìn)行碳酸鈉用量條件試驗(yàn)，試驗(yàn)流程見圖1，試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 碳酸鈉用量條件試驗(yàn)結(jié)果

由表6可知，隨著碳酸鈉用量的增加，螢石精礦回收率先增加后降低，螢石精礦品位降低；綜合考慮，碳酸鈉用量選用1 500 g/t進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

3.6 開路試驗(yàn)

在磨礦細(xì)度為-0.074 mm 70%、Na2CO3用量為1 500 g/t、油酸鈉用量為500 g/t，GS-25用量為2 000 g/t的試驗(yàn)條件下進(jìn)行開路試驗(yàn)，試驗(yàn)流程及其藥劑用量見圖3，試驗(yàn)結(jié)果見表7。

圖3 開路浮選試驗(yàn)流程

表7 開路流程試驗(yàn)結(jié)果 %

由表7可知，經(jīng)過開路試驗(yàn)可得到螢石品位為98.48%、回收率為65.47%的精礦。

3.7 閉路試驗(yàn)

在開路試驗(yàn)及條件試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行閉路試驗(yàn)，試驗(yàn)流程及結(jié)果見圖4。

由圖4可見，閉路試驗(yàn)經(jīng)過1粗7精1掃可得到CaF2品位為97.24%、產(chǎn)率為22.47%、回收率為81.57%的螢石浮選精礦，以及CaF2品位為6.37%、回收率為18.43%、產(chǎn)率為77.53%的浮選尾礦。對浮選精礦和尾礦進(jìn)行化學(xué)元素分析，分析結(jié)果見表8、表9。

表8 浮選精礦化學(xué)元素分析結(jié)果 %

表9 浮選尾礦化學(xué)元素分析結(jié)果 %

由表8、表9可知，閉路浮選精礦中硫含量為0.04%，磷含量為0.007%，氧化鈣含量為0.12%，二氧化硅含量為2.21%；尾礦中主要含有石英，還有一部分螢石和碳酸鈣。

4 結(jié) 論

(1)河北某螢石礦屬角礫石英巖，礦物主要成分為螢石、石英和碳酸鈣，其中碳酸鈣含量較高，屬難選螢石礦。

(2)試驗(yàn)著重探討了普通水玻璃以及不同改性水玻璃在螢石礦浮選過程中對分選效果的影響。試樣經(jīng)過1次磨礦，在磨礦細(xì)度為-0.074 mm 70%，油酸鈉為捕收劑用量為500 g/t、酸化水玻璃為抑制劑GS-25用量為2 000 g/t、碳酸鈉為礦漿pH值調(diào)整劑用量為1 500 g/t，經(jīng)過1粗7精1掃的閉路流程試驗(yàn)，可得到產(chǎn)率為22.47%、CaF2品位為97.24%、CaO含量為0.12%、SiO2含量為2.21%、硫含量為0.04%、磷含量為0.007%的螢石精礦，及CaF2品位為6.37%、SiO2含量為84.01%、產(chǎn)率為77.53%的浮選尾礦。試驗(yàn)結(jié)果表明：隨著酸化水玻璃酸度的不斷增強(qiáng)，精選次數(shù)可不斷降低，即可獲得符合要求的試驗(yàn)指標(biāo)；隨著酸化水玻璃用量的不斷增加，螢石精礦品位不斷升高，回收率不斷降低。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 胡為柏.浮選[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1983.

[2] 田江濤，葛 敏，龐玉榮，等.河南某螢石礦選礦試驗(yàn)[J].中國礦業(yè)，2014(2)：112-115.

[3] 易小祥，竇習(xí)章.平泉縣前山螢石礦選礦工藝試驗(yàn)[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2015(3)：70-72.

[4] 張大勇，李 靜，王 樂，等.內(nèi)蒙古某螢石礦的分選試驗(yàn)研究[J].中國礦業(yè)，2015，24(4):125-129.

圖4 閉路浮選流程試驗(yàn)數(shù)質(zhì)量流程