微細(xì)粒白鎢礦浮選研究現(xiàn)狀

李淑菲 李 強(qiáng)

(1.中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038；2.中國(guó)有色金屬建設(shè)股份有限公司， 北京 100029)

0 前言

我國(guó)鎢資源豐富，儲(chǔ)量約占世界的41%，其中以白鎢礦為主，大部分為難選矽卡巖型，嵌布粒度較細(xì)且品位低，脈石礦物主要是與白鎢礦可浮性相近的含鈣脈石。白鎢礦性脆，容易過(guò)磨產(chǎn)生細(xì)泥，為白鎢礦浮選分離帶來(lái)困難。全世界每年約有20%的鎢因?yàn)殡y以有效回收而損失在細(xì)泥中，不僅造成了資源浪費(fèi)，而且會(huì)對(duì)礦山周邊環(huán)境造成不利影響。隨著易選鎢資源被大量開(kāi)采，白鎢礦資源日趨“貧、細(xì)、雜”，因此開(kāi)展微細(xì)粒級(jí)白鎢礦浮選研究具有重要意義。

鎢細(xì)泥通常是指粒度小于74 μm粒級(jí)的物料，其中小于10 μm的金屬占有率在10%左右，高的達(dá)到20%～25%；10～37 μm粒級(jí)的金屬占有率一般為20%～40%。鎢細(xì)泥中含有大量脈石礦物，而且大部分細(xì)泥中含有銅鉬鉍等硫化礦，組成復(fù)雜；細(xì)泥中微細(xì)粒礦物具有動(dòng)量小、比表面積大、表面能高的特點(diǎn)，導(dǎo)致氣泡與礦物顆粒碰撞概率低，目的礦物與脈石礦物非選擇性團(tuán)聚嚴(yán)重，從而影響了細(xì)粒白鎢礦的浮選回收?？蒲泄ぷ髡哚槍?duì)微細(xì)粒礦物浮選回收做了大量工作，目前普遍認(rèn)為，提高微細(xì)粒礦物浮選主要有兩種方法：一是對(duì)微細(xì)粒礦物進(jìn)行浮選前預(yù)處理，主要是選擇性增大目的礦物的表觀粒度，使其呈現(xiàn)粗粒級(jí)礦物浮選特性；二是研發(fā)微細(xì)粒礦物浮選設(shè)備，提高氣泡與疏水性礦物顆粒的碰撞概率和黏附效率，同時(shí)克服脈石礦物的夾雜，從而實(shí)現(xiàn)微細(xì)粒礦物的浮選[1-2]。

1 微細(xì)粒白鎢礦的浮選工藝

白鎢礦的選別方法有浮選法、重選法和磁選法。由于白鎢礦可浮性較好，對(duì)于嵌布粒度較細(xì)的白鎢礦常用浮選法回收。研究發(fā)現(xiàn)，10 μm以下白鎢礦浮選速率和回收率均較低，且由于該粒級(jí)白鎢礦的存在，會(huì)降低38.5 μm以上白鎢礦的回收率，而粒級(jí)變化對(duì)方解石回收率的影響較小。其主要原因是在藥劑作用下，方解石顆粒間更易于發(fā)生疏水聚團(tuán)，使微細(xì)粒級(jí)方解石的浮選呈現(xiàn)粗粒浮選的特性，而白鎢礦顆粒間難以發(fā)生團(tuán)聚[3]。目前微細(xì)粒礦物浮選工藝主要有疏水聚團(tuán)浮選、剪切絮凝浮選和載體浮選。

1.1 疏水聚團(tuán)浮選

疏水聚團(tuán)浮選是指經(jīng)分散劑調(diào)漿后，使微細(xì)粒目的礦物與脈石礦物處于完全分散狀態(tài)，再添加高選擇性捕收劑使目的礦物表面疏水，在剪切力場(chǎng)作用下，使微細(xì)粒目的礦物聚集成團(tuán)，然后采用常規(guī)浮選法實(shí)現(xiàn)微細(xì)粒目的礦物與脈石礦物分離。

1.1.1 高效抑制劑與高選擇性捕收劑

由于微細(xì)粒礦物比表面積大、表面能高，造成目的礦物與脈石礦物非選擇性團(tuán)聚嚴(yán)重，影響了精礦的品位與回收率。因此選擇高效的抑制劑與高選擇性捕收劑是疏水聚團(tuán)浮選法回收微細(xì)粒級(jí)礦物的關(guān)鍵。馮博[4]等研究發(fā)現(xiàn)，粒度對(duì)白鎢礦的可浮性影響較大，當(dāng)油酸鈉用量較低時(shí)，細(xì)粒級(jí)白鎢礦的浮選回收率低于粗粒級(jí)白鎢礦；增加油酸鈉用量，可增大白鎢礦表面疏水性并促進(jìn)微細(xì)粒白鎢礦疏水聚團(tuán)，增加微細(xì)粒白鎢礦的表觀粒度，提高其浮選速率和回收率。

1)樸永超[5]等針對(duì)某白鎢重選尾礦中含有云母和碳質(zhì)等易浮脈石礦物、-25 μm細(xì)粒級(jí)白鎢金屬分布率高的特點(diǎn)，采用水玻璃與六偏磷酸鈉為組合抑制劑、改性脂肪酸BK416為捕收劑，通過(guò)“預(yù)先浮選- 常溫浮選- 加溫精選”流程，獲得了較好的指標(biāo)。

2)郭劭卿[6]等針對(duì)某白鎢選礦尾礦中微細(xì)粒級(jí)白鎢礦損失率較高，通過(guò)“常溫粗選- 加溫精選”工藝流程，添加改型脂肪酸強(qiáng)化對(duì)細(xì)粒級(jí)白鎢礦的捕收，在原礦WO3品位0.05%條件下，可得到精礦品位65%、回收率25%的指標(biāo)。

1.1.2 組合捕收劑

不同捕收劑組合使用可以發(fā)揮藥劑的協(xié)同作用，提高對(duì)礦物的捕收能力和選擇性。研究人員通過(guò)量子化學(xué)計(jì)算、表面張力測(cè)定等方法對(duì)組合藥劑作用機(jī)理做了研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，組合藥劑各組分在礦漿溶液中及礦物表面均可發(fā)生相互作用，組合捕收劑在礦物表面的協(xié)同作用機(jī)理主要包括共吸附、疏水端加長(zhǎng)、促進(jìn)吸附以及改善溶液環(huán)境等[7]。

1)云南麻栗坡某白鎢礦，微細(xì)粒級(jí)白鎢礦含量多，礦石中WO3含量?jī)H為0.15%～0.18%，王紀(jì)鎮(zhèn)[8]采用碳酸鈉與水玻璃調(diào)整劑，以731與十二烷基苯磺酸鈉組合捕收劑強(qiáng)化微細(xì)粒白鎢礦疏水聚團(tuán)浮選，顯著提高了白鎢粗精礦的品位與回收率。

2)高玉德[9]等采用螯合捕收劑苯甲羥肟酸與輔助捕收劑FW組合浮選細(xì)粒級(jí)白鎢礦，在原礦WO3含量為0.387%的條件下，可獲得WO3品位42.01%、回收率78.03%的白鎢精礦。

3)艾光華[10]等考察了GYR、油酸鈉、苯甲羥肟酸、水楊醛肟四種捕收劑兩兩組合對(duì)細(xì)粒級(jí)白鎢礦可浮性的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明GYR與水楊醛肟用量比為2:1時(shí)，協(xié)同效應(yīng)最明顯。在原礦WO3含量為0.21%的條件下，通過(guò)“優(yōu)先浮選硫化礦-白鎢礦常溫粗選-粗精礦常溫精選”流程，可獲得WO3品位62.34%、回收率73.78%的白鎢精礦。

4)湖南某白鎢礦的脈石礦物主要為方解石和螢石，研究人員通過(guò)采用CMC和水玻璃組合抑制劑強(qiáng)化對(duì)含鈣脈石的分散與抑制、十二烷基丙二酸和油酸鈉組合捕收劑強(qiáng)化微細(xì)粒白鎢礦疏水聚團(tuán)浮選，顯著提高了粗精礦指標(biāo)[8]。

1.2 剪切絮凝浮選

剪切絮凝浮選是指在礦漿中加入分散劑與抑制劑，使礦物顆粒處于分散狀態(tài)；再加入選擇性表面活性劑，在高速剪切攪拌作用下，疏水的微細(xì)粒目的礦物間碰撞相互作用，水化膜破裂而形成絮團(tuán)，然后用常規(guī)浮選法回收。高剪切攪拌提供的能量能克服微細(xì)粒礦物間的能壘，促進(jìn)微細(xì)粒礦物絮凝成團(tuán)[11]。

1) 瑞典某白鎢選廠采用剪切絮凝浮選工藝，在原礦-9 μm粒級(jí)金屬量15.7%、WO3含量0.28%～0.34%的條件下，可得到WO3含量>65%、回收率>78%的白鎢精礦[12]。

2) 徐鳳平[13]等針對(duì)湖南某白鎢礦生產(chǎn)流程中微細(xì)粒級(jí)白鎢礦未能得到充分回收的問(wèn)題，通過(guò)采用強(qiáng)化調(diào)漿- 疏水聚團(tuán)工藝，使白鎢粗選段回收率提高了2.09%，10 μm以下白鎢礦回收率由64.74%提高至75.88%。

3) Koh等對(duì)澳大利亞某白鎢礦進(jìn)行剪切絮凝浮選研究，以碳酸鈉為pH調(diào)整劑、水玻璃為抑制劑、油酸鈉為捕收劑，相比于常規(guī)浮選，在白鎢精礦略高的情況下，回收率提高了16%，達(dá)到47.7%[14]。

1.3 載體浮選

向礦漿中加入粗顆粒載體，在選擇性表面活性劑和剪切力場(chǎng)作用下，使微細(xì)粒級(jí)的目的礦物吸附在粗顆粒載體表面，然后采用常規(guī)浮選進(jìn)行分離，稱(chēng)為載體浮選。載體浮選受礦漿pH、載體粒度、攪拌時(shí)間、載體添加比例等因素的影響。近年來(lái)，經(jīng)過(guò)不斷深化研究和開(kāi)發(fā)，載體浮選已成功應(yīng)用于微細(xì)粒高嶺土、褐鐵礦、鈦鐵礦等礦物的選別上。

1) 肖駿[15]等發(fā)現(xiàn)，以聚苯乙烯為載體，在強(qiáng)攪拌作用下，可實(shí)現(xiàn)對(duì)19 μm以下細(xì)粒白鎢礦的回收。其機(jī)理主要為經(jīng)過(guò)選擇性表面活性劑作用后，聚苯乙烯與細(xì)粒級(jí)白鎢礦之間存在巨大的疏水力作用，大量細(xì)粒級(jí)白鎢礦在聚苯乙烯表面黏附形成了單吸附層和多吸附層。

2) 陳秀珍[16]等研究了礦漿pH、捕收劑油酸鈉用量、礦漿溫度、輔助捕收劑、載體的粒度等因素對(duì)載體浮選的影響，發(fā)現(xiàn)白鎢礦粒度越細(xì)，載體浮選受攪拌強(qiáng)度的影響越小。

3) 陳沖[17]等在湖南某風(fēng)化白鎢細(xì)泥礦以50～150 μm聚苯乙烯為載體，在原礦WO3含量為0.60%時(shí)，通過(guò)一次粗選，可獲得WO3品位5.91%、回收率62.79%的白鎢粗精礦。

2 微細(xì)粒白鎢礦浮選設(shè)備

微細(xì)粒級(jí)礦物，由于其具有動(dòng)量小、比表面積大、表面能高的特點(diǎn)，傳統(tǒng)浮選設(shè)備難以有效回收。為了提高微細(xì)粒級(jí)礦物回收效果，需要強(qiáng)化微細(xì)粒級(jí)目的礦物與氣泡的礦化作用，提高目的礦物回收率并克服細(xì)粒脈石在泡沫中的夾帶，提高精礦品位。針對(duì)微細(xì)粒礦物浮選特性，周凌鋒[18]認(rèn)為微細(xì)粒浮選設(shè)備需要達(dá)到以下性能：

1)充氣量足夠大，并且能產(chǎn)生微泡。

2)能強(qiáng)化微細(xì)粒礦物與氣泡的碰撞概率和黏附效率。

3)能克服微細(xì)粒目的礦物與脈石礦物的非選擇性聚團(tuán)及細(xì)粒脈石的夾帶。

4)可以形成足夠厚的泡沫層，并輔以強(qiáng)有力的泡沫沖洗技術(shù)，從而在提高精礦品位的同時(shí)兼顧回收率。

5)具有較高的浮選速度與效率，在保證單位容積生產(chǎn)能力的前提下，盡量縮短礦化氣泡的上升距離。

2.1 微泡浮選設(shè)備

根據(jù)Yoon-Luttrell碰撞概率方程可知，礦物顆粒與氣泡的碰撞概率隨氣泡直徑減小而增加。微泡浮選能夠有效提高氣泡與礦物的碰撞概率，改善微細(xì)粒級(jí)礦物的浮選。制備微泡常用的方法主要有多孔介質(zhì)法、加壓溶氣法、電解法、空化法等。根據(jù)空化的方式，空化法又分為水力空化、超聲空化、光空化和粒子空化。

1)納米氣泡浮選。馮其明[19]等通過(guò)水力空化裝置產(chǎn)生納米氣泡對(duì)微細(xì)粒級(jí)白鎢礦浮選展開(kāi)研究，探討了捕收劑油酸鈉的用量、礦漿pH、空化時(shí)間對(duì)納米氣泡尺寸的影響，試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)納米氣泡浮選能夠顯著提高10 μm以下微細(xì)粒級(jí)白鎢礦浮選速率和回收率。

2)新型微泡浮選柱。黃光耀等[20]采用微孔介質(zhì)為發(fā)泡裝置，研制了一種新型微泡浮選柱，利用這種浮選柱對(duì)湖南某白鎢礦浮選尾礦中細(xì)粒級(jí)白鎢回收展開(kāi)研究。通過(guò)工業(yè)試驗(yàn)表明，微泡浮選柱可有效回收浮選機(jī)未能充分分選的細(xì)粒級(jí)白鎢礦，5～10 μm、10～19 μm、19～38 μm 這3個(gè)粒級(jí)白鎢礦的回收率均達(dá)到65%。

3)電浮選柱。即通過(guò)外置的電解產(chǎn)氣裝置產(chǎn)生微泡，氣泡在柱底葉輪的高速攪拌作用下與礦漿充分混合，強(qiáng)化了礦物顆粒與氣泡的碰撞。陽(yáng)華玲[21]等利用電浮選柱處理微細(xì)粒級(jí)香爐山鎢尾礦(-0.013 mm占90%)，與普通浮選機(jī)相比，采用電浮選柱獲得的鎢粗精礦品位提高了0.57%，回收率提高了8.54%。

4)加壓溶氣浮選裝置。溶氣浮選法目前已廣泛應(yīng)用于城市污水和工業(yè)廢水的處理，是一種高效、快速的固液分離技術(shù)。由于加壓溶氣法能夠產(chǎn)生大量微泡，對(duì)微細(xì)粒礦物回收非常有利。王聰興[22]等利用DAF加壓溶氣浮選裝置處理包鋼鐵礦石，試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與CFC型離心浮選機(jī)相比，DAF加壓溶氣浮選裝置在38～74 μm粒級(jí)礦物的回收率上可提高6%，在-38 μm粒級(jí)礦物的回收率上可提高2%左右。

2.2 微細(xì)粒浮選機(jī)

為解決細(xì)顆粒礦物因質(zhì)量效應(yīng)和表面效應(yīng)所造成的浮選難題，離心力場(chǎng)被引入浮選，創(chuàng)造了離心力場(chǎng)浮選機(jī)。離心力場(chǎng)浮選機(jī)一方面提高了微細(xì)粒礦物的動(dòng)量，從而提高了礦粒與氣泡之間的碰撞概率和粘附效率；另一方面礦漿高速旋轉(zhuǎn)，層與層之間產(chǎn)生較強(qiáng)的剪切運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)的礦漿又與氣泡發(fā)生碰撞運(yùn)動(dòng)，有效減少了細(xì)粒礦物的非選擇性團(tuán)聚及脈石礦物的夾帶[23]。

1)充填介質(zhì)浮選機(jī)。謝朝學(xué)[24]等通過(guò)在傳統(tǒng)的機(jī)械攪拌式浮選機(jī)內(nèi)添加波紋板，減小了氣泡直徑，增加了微細(xì)粒礦物與氣泡的碰撞概率，并有效降低了脈石礦物的夾帶。通過(guò)對(duì)銅礦、金礦、大鱗片石墨礦等礦物的對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，相比于傳統(tǒng)浮選機(jī)，充填介質(zhì)浮選機(jī)能有效提高微細(xì)粒礦物回收率1.5%左右。

2)高效微細(xì)粒浮選機(jī)。長(zhǎng)沙礦冶研究院研發(fā)的CFC系列高效微細(xì)粒浮選機(jī)，實(shí)現(xiàn)了“管流紊態(tài)礦化與靜態(tài)分選”有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了微細(xì)粒級(jí)礦物(-38 μm)的高效回收。通過(guò)在湖南某金礦的工業(yè)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，相比傳統(tǒng)浮選機(jī)，CFC高效微細(xì)粒浮選機(jī)具有富集比高、浮選速度快、更加節(jié)能的特點(diǎn)[25]。

3)氣浮水力旋流器。研究人員在靜態(tài)水力旋流器基礎(chǔ)上，通過(guò)邊壁加氣的方式，實(shí)現(xiàn)了離心分離與充氣浮選結(jié)合，研發(fā)了氣浮水力旋流器。利用高速旋轉(zhuǎn)的礦漿與氣泡發(fā)生碰撞剪切運(yùn)動(dòng)，強(qiáng)化疏水性目的礦物和氣泡的碰撞，克服了細(xì)粒目的礦物的非選擇性團(tuán)聚及脈石礦物在泡沫中的夾帶，能夠達(dá)到強(qiáng)化細(xì)粒浮選的目的。氣浮水力旋流器具有浮選速度快、處理量大、適用于細(xì)粒浮選的特點(diǎn)，目前已在煤礦、磷酸鹽礦、黃鐵礦等礦物浮選方面展開(kāi)研究[26]。

3 結(jié)論

1)微細(xì)粒礦物具有動(dòng)量小、比表面積大、表面能高的特點(diǎn)，傳統(tǒng)浮選工藝及設(shè)備難以有效分選，不僅造成了資源浪費(fèi)，而且損失于尾礦中的金屬會(huì)對(duì)選廠周邊環(huán)境造成不利影響。開(kāi)發(fā)高效細(xì)粒級(jí)選礦工藝及設(shè)備意義重大。

2)微細(xì)粒白鎢礦浮選工藝研究主要集中在高效抑制劑、高選擇性捕收劑、載體、剪切力場(chǎng)等對(duì)微細(xì)粒礦物浮選的影響，其目的是為了促進(jìn)微細(xì)粒礦物聚團(tuán)，增加其表觀粒度，使其呈現(xiàn)粗粒級(jí)礦物浮選特性。因此，高效抑制劑、高選擇性捕收劑和載體等是微細(xì)粒白鎢礦浮選的重要研究方向。

3)微細(xì)粒礦物浮選設(shè)備主要是通過(guò)新型發(fā)泡裝置的研究、添加不同的力場(chǎng)或流場(chǎng)，強(qiáng)化疏水性微細(xì)粒礦物與氣泡的碰撞概率和黏附效率，同時(shí)克服細(xì)粒目的礦物的非選擇性團(tuán)聚及脈石礦物在泡沫中的夾帶，達(dá)到強(qiáng)化細(xì)粒浮選的目的。因此，加強(qiáng)對(duì)新型微泡及綜合力場(chǎng)浮選設(shè)備的研究，對(duì)微細(xì)粒級(jí)白鎢礦浮選回收具有重要意義。