微細(xì)粒礦物選礦技術(shù)研究現(xiàn)狀及展望*

蔡振波 徐會(huì)華

(廣西冶金研究院有限公司)

我國(guó)是礦產(chǎn)資源大國(guó)，礦產(chǎn)總量豐富，但隨著礦產(chǎn)資源的長(zhǎng)期開采利用，富礦與粗粒嵌布礦物資源的日漸殆盡，如何高效利用貧、細(xì)、雜礦成為一個(gè)突出的難題，發(fā)展微細(xì)粒礦選礦技術(shù)至關(guān)重要。而且，隨著礦產(chǎn)資源逐漸減少，新老尾礦、廢渣及再生資源的綜合利用逐漸受到關(guān)注，入選礦物呈現(xiàn)粒度細(xì)、品位低、高泥、高氧化率等趨勢(shì)。為了滿足我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展對(duì)資源的需求，采用高效、節(jié)能、環(huán)保的工藝技術(shù)與設(shè)備回收微細(xì)粒礦物中損失的有用礦物是一個(gè)行之有效的方法，對(duì)緩解我國(guó)資源短缺具有重大的意義。

1 微細(xì)粒礦物利用現(xiàn)狀

微細(xì)粒礦物主要由于礦物的嵌布粒度細(xì)而必須細(xì)磨才能單體解離，或由于在磨礦過程中發(fā)生過磨造成。據(jù)報(bào)道，世界上磷酸鹽礦物的1/3，含銅礦物的1/6，含鎢礦物的1/5，在美國(guó)開采鐵礦的1/10，玻利維亞錫礦的1/2以及其他數(shù)以百萬噸計(jì)的礦物［1］損失于微細(xì)顆粒中，造成資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，加劇了資源的短缺問題。為有效地回收微細(xì)粒礦物中的有用礦物，國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者進(jìn)行了多方面的研究，主要針對(duì)微細(xì)粒礦物的選礦工藝與選礦設(shè)備，現(xiàn)階段常用的選礦工藝為浮選法、磁選法、重選法，常用的選礦設(shè)備為浮選柱、離心選礦機(jī)等。

2 微細(xì)粒礦選礦工藝

微細(xì)粒礦物由于質(zhì)量小，比表面積大，導(dǎo)致顆粒比表面能高，浮選藥劑對(duì)它的選擇性差，且藥劑用量大。若采用常規(guī)的浮選方法回收微細(xì)礦物，礦物顆粒間的夾雜與泡沫的夾帶現(xiàn)象嚴(yán)重，導(dǎo)致精礦品位與回收率均不高，這是目前回收微細(xì)礦物遇到的共性問題，微細(xì)礦物的特征對(duì)浮選行為的影響［2］見圖1?，F(xiàn)階段，采用浮選法回收微細(xì)粒礦物的主要方法為增大微細(xì)顆粒的表觀粒徑和減小泡沫的尺寸，以使顆粒表觀粒徑與泡沫尺寸相適應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)微細(xì)粒礦物的選擇性上浮。浮選法主要分為油團(tuán)聚浮選法、載體浮選法、剪切絮團(tuán)浮選法和微泡浮選法。

圖1 微細(xì)粒礦物的特征對(duì)浮選的影響

2.1 油團(tuán)聚浮選法

油團(tuán)聚是在礦漿中添加捕收劑使微細(xì)粒礦物疏水，然后添加中性油，中性油在疏水顆粒表面鋪展，促使微細(xì)顆粒聚集于油相中形成團(tuán)，從而增大了微粒顆粒的表觀粒徑;經(jīng)過油團(tuán)聚處理后的礦漿可采用浮選法回收－0.038 mm粒級(jí)的微細(xì)粒礦物［3］。王暉、于潤(rùn)存等［4］采用油團(tuán)聚浮選法回收微細(xì)粒鉬尾礦，選擇中性油變壓器油與起泡劑配合使用，經(jīng)攪拌浮選可以從含鉬1.05%的微細(xì)粒尾礦中回收鉬金屬，獲得的精礦鉬品位為22.62%、鉬回收率為94.93%。

2.2 載體浮選法

載體浮選是利用一般浮選粒級(jí)的礦粒作為載體，使目的微細(xì)粒礦物罩蓋在載體礦物上而上浮的一種選礦方法。許多研究者對(duì)載體浮選在鉛鋅礦［5］、金礦［6］、赤鐵礦［7］和煤［8］等微細(xì)粒礦物的浮選進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。朱陽戈、張國(guó)范等［9］對(duì)0～20 μm微細(xì)粒鈦鐵礦的載體浮選機(jī)理進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明:鈦鐵礦浮選中粗細(xì)顆粒間交互作用受兩者相對(duì)含量影響顯著，以載體浮選工藝處理攀枝花難選微細(xì)粒鈦鐵礦，與不采用載體浮選工藝相比，0～20 μm粒級(jí)的鈦鐵礦的回收率可由52.56%提高到61.96%。葛英勇、石美佳、曾李明［10］采用載體浮選的工藝回收某鋅浸出渣中的銀，試驗(yàn)結(jié)果表明:由于銀礦物主要以微細(xì)粒的形態(tài)分布于鋅浸出渣中，導(dǎo)致采用常規(guī)浮選工藝回收銀的回收率較低，而采用載體浮選工藝，通過1粗1精1掃流程，可獲得銀品位為8670 g/t、銀回收率為61.67%的銀精礦。

2.3 剪切絮團(tuán)浮選法

剪切絮團(tuán)浮選是通過對(duì)礦漿進(jìn)行強(qiáng)烈攪拌作用，攪拌過程產(chǎn)生的剪切力與捕收劑在礦粒表面吸附產(chǎn)生的疏水鍵合力使礦粒聚集形成絮團(tuán)，從而增大微細(xì)粒礦物的表觀粒徑，然后采用浮選法選別的選礦方法。Yin和Yang等［11］在攪拌強(qiáng)度為1400 r/min、攪拌時(shí)間為20 min、礦漿pH值為9和油酸鈉濃度為3.94×10－4mol/L的環(huán)境下浮選赤鐵礦，研究發(fā)現(xiàn)絮團(tuán)浮選回收率比未絮團(tuán)浮選的回收率明顯提高，絮團(tuán)形成后，增大攪拌速度或延長(zhǎng)攪拌時(shí)間對(duì)回收率影響不大。

2.4 微泡浮選法

微泡浮選是通過微泡發(fā)生器(空化管、超聲波等)產(chǎn)生微細(xì)氣泡，從而增大微細(xì)粒顆粒與氣泡的碰撞概率來提高浮選效率和回收率。Ahmadi Rahman和 KhodadadiDarban Ahmad等［12］采用微泡浮選的工藝回收微細(xì)粒黃銅礦，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn):微泡浮選工藝黃銅礦的回收率比常規(guī)浮選工藝的回收率提高16～21個(gè)百分點(diǎn)，且5～14.36 μm 粒級(jí)的回收率較14.36～38 μm粒級(jí)的回收率提高較多，表明微泡浮選工藝對(duì)微細(xì)顆粒有較好的選別效果。

3 微細(xì)粒選礦設(shè)備

為了解決微細(xì)粒礦物難以回收的問題，近年來出現(xiàn)了許多新型的微細(xì)粒選別設(shè)備，主要有充填介質(zhì)浮選柱、離心選礦機(jī)、懸振錐面選礦機(jī)、微細(xì)粒跳汰機(jī)。

3.1 充填介質(zhì)浮選柱

充填介質(zhì)浮選柱與常規(guī)浮選柱相比，相同之處在于其礦漿和氣泡都是逆向運(yùn)行，充填介質(zhì)浮選柱內(nèi)軸向裝有充填介質(zhì)，幾乎是靜態(tài)條件下進(jìn)行礦化泡沫與礦漿的分離。充填介質(zhì)造成了許多狹窄而曲折的通道，當(dāng)空氣上浮經(jīng)過通道，容易形成均勻的微泡，無需專門的微泡發(fā)生器就能使微細(xì)粒上浮。充填的介質(zhì)層隔板之間的毛細(xì)管作用，使充填介質(zhì)浮選柱能夠保持一個(gè)相對(duì)高的泡沫層，這能增強(qiáng)泡沫層的沖洗，這樣能克服微細(xì)粒脈石的夾雜，可以在不影響微細(xì)粒礦物回收率的情況下，實(shí)現(xiàn)礦物的“二次富集”，從而提高精礦品位。近年來，國(guó)內(nèi)外對(duì)充填介質(zhì)浮選柱進(jìn)行了較深入的研究，并取得了一定的成果，研究發(fā)現(xiàn):該類型的浮選柱對(duì)微細(xì)粒礦物的浮選具有一定的優(yōu)勢(shì)，但由于充填介質(zhì)浮選柱還沒能很好克服浮選柱柱體太高所帶來的生產(chǎn)操作不便，而且由于微細(xì)粒顆粒在柱體內(nèi)的移動(dòng)速度慢，導(dǎo)致微細(xì)礦物在柱體內(nèi)停留的時(shí)間較長(zhǎng)，會(huì)造成硫化礦物的氧化從而影響硫化礦的選別。為克服充填介質(zhì)浮選柱的這個(gè)缺點(diǎn)，有研究工作者提出將調(diào)漿充氣礦化過程與礦化氣泡同礦漿的分離過程分別單獨(dú)進(jìn)行，即采用浮選柱“體外礦化”，該方法對(duì)提高微細(xì)粒礦物浮選速度從而提高浮選柱的工作效率具有較大的效果。

3.2 離心選礦機(jī)

對(duì)于微細(xì)粒礦物而言，由于顆粒沉降速度較小，比重大、小顆粒速度差較小，若在重力場(chǎng)中進(jìn)行微細(xì)顆粒的分選，要么分選效率較低、富集比低，要么極為困難甚至根本無法分離。因此，如何增大微細(xì)粒顆粒間的沉降速度差異是采用重選方法回收微細(xì)粒所需解決的關(guān)鍵問題。根據(jù)斯托克斯自由沉降公式可知，增加復(fù)合力場(chǎng)的加速度能增大顆粒間沉降速度的差異，采用離心力場(chǎng)是一個(gè)行之有效的方法。離心選礦機(jī)轉(zhuǎn)鼓臥式旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)鼓的徑向產(chǎn)生均勻分布的離心力場(chǎng)，礦漿隨離心轉(zhuǎn)鼓一起作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的礦漿重微細(xì)顆粒在離心力場(chǎng)和弱紊流流膜的復(fù)合力場(chǎng)聯(lián)合作用下，不同比重的顆粒發(fā)生選擇性分離。離心選礦機(jī)自20世紀(jì)60年代末發(fā)明并應(yīng)用于選礦廠以來，已經(jīng)先后應(yīng)用于回收錫、鎢、鐵等金屬。李俊寧、袁啟東等人［13］針對(duì)微細(xì)粒褐鐵礦嵌布粒度細(xì)、磁選易團(tuán)聚、比表面大等特點(diǎn)，進(jìn)行了不同選別工藝流程的對(duì)比試驗(yàn)研究，最終采用粗細(xì)分選、強(qiáng)磁—螺旋溜槽與離心選礦機(jī)重選—中礦再磨再選工藝流程進(jìn)行了選別，獲得了鐵品位為56.46%、硫含量為 1.47%、鐵回收率為 77.24% 的鐵精礦。試驗(yàn)利用重力和離心力的相互作用機(jī)理，將強(qiáng)磁選機(jī)和離心選礦機(jī)組合應(yīng)用，充分發(fā)揮了兩種設(shè)備各自的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了微細(xì)粒赤褐鐵礦的有效分選。付廣欽、周曉彤等人［14］采用離心選礦機(jī)—浮選的組合工藝流程，回收微細(xì)粒黑白鎢多金屬礦，最終獲得了黑鎢精礦WO3品位為46.12%、WO3回收率為85.57%的選別指標(biāo)。

3.3 懸振錐面選礦機(jī)

懸振錐面選礦機(jī)是利用流膜選礦原理和拜格諾剪切松散理論研制而成的新型微細(xì)粒重選設(shè)備，該設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，充分利用礦石顆粒粒度、密度的差異實(shí)現(xiàn)分選。懸振錐面選礦機(jī)對(duì)19～37 μm的微細(xì)粒礦物如鐵、鎢、錫、鈦、鈮等金屬有良好的回收效果。黃翔、楊波等人［15］采用懸振錐面選礦機(jī)回收柿竹園1500 t/d選礦廠的黑鎢細(xì)泥，經(jīng)1次粗選獲得了含 WO3為30.23%、WO3回收率為75.72%，含錫4.97%、錫回收率為67.90%的黑鎢精礦。肖文工、謝加文等人［16］采用懸振錐面選礦機(jī)回收白鎢精選尾礦中的鎢和錫金屬，采用懸振錐面選礦機(jī)替代搖床，工業(yè)試驗(yàn)獲得了WO3品位為25.45%，WO3回收率為 44.83%，錫品位為 6.93%，錫回收率為52.32%的試驗(yàn)指標(biāo)。

3.4 微細(xì)粒跳汰機(jī)

跳汰選礦是一種傳統(tǒng)的重選工藝，早期僅應(yīng)用于處理粗顆粒的礦物資源。近年來，澳大利亞的Geologics公司研制的Kelsey離心跳汰機(jī)應(yīng)用強(qiáng)離心力加強(qiáng)對(duì)微細(xì)礦物的富集，通過引入離心力場(chǎng)，使跳汰機(jī)可處理的粒度下限大大降低，該類型跳汰機(jī)對(duì)－10 μm的微細(xì)粒礦物具有較好的回收效果。

4 前景與展望

隨著資源的不斷消耗，我國(guó)的優(yōu)質(zhì)資源日益匱乏，為滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)資源的需求，當(dāng)前如何利用嵌布粒度細(xì)和損失于尾礦中的微細(xì)有用礦物是我國(guó)選礦工作者仍要研究的課題。如何采用高效、節(jié)能、環(huán)保的工藝與設(shè)備來綜合利用微細(xì)粒資源，還需解決以下幾個(gè)問題:

(1)研發(fā)新型、節(jié)能選礦設(shè)備。微細(xì)粒礦物由于質(zhì)量小，比表面積大，導(dǎo)致顆粒比表面能高，采用傳統(tǒng)的常規(guī)選礦設(shè)備對(duì)微細(xì)粒礦物選別效果較差，甚至無法富集;通過研發(fā)新型選礦設(shè)備來增大微細(xì)粒礦物間的物理化學(xué)性質(zhì)差異，從而實(shí)現(xiàn)微細(xì)礦物的有效分離。所以研發(fā)新型、節(jié)能的重選設(shè)備是充分利用微細(xì)粒資源的一個(gè)研究方向。

(2)研發(fā)高效、節(jié)能的選礦工藝。若采用單一的選礦工藝如浮選法、重選法、磁選法等很難既保證精礦的品位又保證精礦的回收率;單一采用浮選法回收微細(xì)礦物易造成脈石礦物夾雜，精礦富集比較低;單一采用重選法回收微細(xì)礦物能獲得較高的富集比，但回收率較低;因此采用聯(lián)合工藝回收微細(xì)粒能彌補(bǔ)單一工藝的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)微細(xì)礦物較好的回收。

(3)研發(fā)新型、環(huán)保的藥劑。采用浮選法回收微細(xì)粒礦物，難點(diǎn)在于浮選藥劑的選擇，若采用常規(guī)的浮選藥劑易造成微細(xì)粒脈石的夾雜與夾帶，導(dǎo)致精礦的富集比低，目的礦物的回收率低，因此開發(fā)一種能夠選擇性與目的礦物作用的藥劑，從而增大有用礦物的表觀粒度，然后采用特定的捕收劑，實(shí)現(xiàn)微細(xì)顆粒的選擇性上浮，從而實(shí)現(xiàn)微細(xì)粒礦物的有效回收。

5 結(jié)語

我國(guó)資源總量和種類豐富，但嵌布粒度細(xì)、復(fù)雜共生、難選礦石較多，導(dǎo)致長(zhǎng)久以來大量的有用礦物損失于微細(xì)粒中，造成資源的大量浪費(fèi)。雖然近年來，選礦工作者對(duì)微細(xì)粒礦開展了大量的研究，但大部分微細(xì)粒礦還不能實(shí)現(xiàn)高效的回收。針對(duì)我國(guó)現(xiàn)階段資源利用特點(diǎn)，為滿足國(guó)內(nèi)需求，選擇合理工藝、研發(fā)新型選礦藥劑和選礦設(shè)備，實(shí)現(xiàn)微細(xì)粒礦物的資源合理化利用，對(duì)緩解我國(guó)資源短缺、可持續(xù)發(fā)展、國(guó)民經(jīng)濟(jì)、環(huán)境污染均具有重要的意義。

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