復(fù)雜銅鋅硫鐵型多金屬礦銅鋅浮選分離

高德水

(銅陵有色金屬集團(tuán)控股有限公司，安徽 銅陵 244000)

銅鋅硫鐵復(fù)雜多金屬礦金屬分離問題一直是該類礦山企業(yè)無法規(guī)避的共性難題[1-4]。仙人橋礦業(yè)有限公司選礦廠主要處理銅鋅硫鐵型復(fù)雜多金屬礦，產(chǎn)出銅、鋅、硫、鐵四種產(chǎn)品。本文以該公司選礦廠生產(chǎn)實(shí)際為例，分析選礦藥劑制度優(yōu)化和流程改造等對銅鋅硫鐵復(fù)雜多金屬礦金屬浮選分離的影響。仙人橋礦業(yè)有限公司選礦廠采用優(yōu)先浮選得到銅精礦，浮銅尾礦經(jīng)混合浮選后所得鋅硫混合精礦再進(jìn)行鋅硫礦物分離，鋅硫混合浮選尾礦采用磁選回收鐵技術(shù)產(chǎn)出鐵精礦。近年來，受原礦性質(zhì)影響，礦石中鋅含量增加明顯，含鋅礦物易在優(yōu)先浮銅時(shí)被捕收混入銅精礦，使得銅精礦中鋅含量嚴(yán)重超標(biāo)。2015年8～12月生產(chǎn)的銅精礦中鋅的含量平均為16%，有時(shí)高達(dá)23%，致使銅產(chǎn)品銷售扣款嚴(yán)重，甚至滯銷。另一方面，由于浮銅時(shí)大量的鋅礦物被攔截浮出，影響后續(xù)鋅硫混浮和鋅硫分離作業(yè)，難以產(chǎn)出可供銷的鋅精礦，甚至鋅硫混浮精礦僅作為硫精礦銷出，鋅金屬利用率低。這些選別作業(yè)弊端，直接影響選礦廠正常生產(chǎn)，嚴(yán)重影響了公司的效益。為了獲得合格的銅精礦和鋅精礦，公司自2015年初開始對該廠浮選工藝流程進(jìn)行了選銅流程結(jié)構(gòu)局部改造及選銅藥劑制度優(yōu)化，強(qiáng)化銅鋅分離后，采用降低選鋅作業(yè)堿度及高pH值回水分用等技術(shù)改造，實(shí)現(xiàn)了多金屬硫化礦物資源優(yōu)勢利用，企業(yè)降本增效顯著。

1 試驗(yàn)

1.1 礦石性質(zhì)

選礦廠多金屬銅鋅鐵硫化礦入選礦石的多元素分析結(jié)果見表1。銅、鋅、硫化學(xué)物相分析結(jié)果見表2。

表1 多金屬銅鋅硫鐵礦礦石的多元素分析結(jié)果Table 1 Multi-element analysis results of the complex copper，zinc，sulfur and iron polymetallic ore /%

注：1)單位為g/t

表2 多金屬銅鋅硫鐵礦中銅、鋅、硫的化學(xué)物相分析結(jié)果Table 2 Chemical phase analysis results of Cu，Zn，S of the complex copper，zinc，sulfur and iron polymetallic ore /%

由表2可知，礦石中銅和鋅基本賦存在硫化礦物中，且以原生硫化礦物為主。工藝礦物學(xué)分析結(jié)果顯示：入選礦石中礦物組成復(fù)雜，鋅主要賦存于閃鋅礦中，主要為鐵閃鋅礦，以獨(dú)立礦物的形式存在；銅礦物以黃銅礦為主，其次為銅藍(lán)、輝銅礦、黝銅礦、斑銅礦等；大多數(shù)鐵以氧化礦物形式存在，主要是磁鐵礦、鏡鐵礦，少見有褐鐵礦、菱鐵礦等，小部分鐵賦存在硫化礦物中，多以黃鐵礦形式賦存，其次為磁黃鐵礦、白鐵礦；其它金屬硫化礦物為少量的方鉛礦、輝鉬礦等。礦石中的脈石礦物主要為鈣鐵榴石，其次為石英、方解石，另有少量的綠泥石、白云石、透輝石、長石、鈣鋁榴石、透閃石等。

1.2 原工藝流程及原優(yōu)先選銅生產(chǎn)指標(biāo)

選礦廠原工藝流程采用優(yōu)先選銅—鋅硫混合浮選(鋅硫分離)—鋅硫混合浮選尾礦磁選工藝回收礦石中的銅、鋅、硫、鐵礦物。原選銅作業(yè)工藝流程如圖1所示。2015年8～12月現(xiàn)場選銅作業(yè)指標(biāo)見表3。

采用原有優(yōu)先浮銅的藥劑制度進(jìn)行優(yōu)先浮銅時(shí)，現(xiàn)場生產(chǎn)指標(biāo)與表3所列作業(yè)指標(biāo)基本類似。銅精礦中鋅礦物含量受原礦中鋅礦物影響顯著，鋅品位不足0.4%時(shí)仍有超過50%的鋅礦物進(jìn)入到銅精礦中，并且隨原礦中含鋅硫化礦物增多，浮銅精礦中鋅礦物混入明顯增加。多金屬銅鋅硫化礦采用優(yōu)先浮銅工藝時(shí)[5-6]，若鋅礦物隨銅硫化礦物提前被選出，不但影響銅精礦品質(zhì)，同時(shí)使得后續(xù)鋅硫混合浮選作業(yè)入選礦石中的鋅礦物相對減少，增加鋅硫分離難度，這一狀況在低品位多金屬硫化礦石中尤為凸顯。

針對這一生產(chǎn)難題，可主要從兩個(gè)方面對原工藝流程進(jìn)行優(yōu)化改造，一方面強(qiáng)化銅鋅分離，對原有工藝優(yōu)先浮銅作業(yè)中浮選藥劑制度及局部流程進(jìn)行改造，以降低銅精礦的鋅含量，增加后續(xù)鋅硫混合浮選入選礦物量；另一方面，在優(yōu)化選銅作業(yè)基礎(chǔ)上順次優(yōu)化鋅硫分離作業(yè)，減少石灰用量降低礦漿堿度及高pH值回水分儲(chǔ)分點(diǎn)使用。

表3 2015年8～12月份原流程優(yōu)先選銅作業(yè)指標(biāo)Table 3 Copper separation index using the original Cu-preferential flotation flow during August and December in 2015 /%

圖1 原優(yōu)先選銅作業(yè)工藝流程Fig.1 The original copper preferential process flowsheet

2 結(jié)果與討論

2.1 強(qiáng)化銅鋅分離選銅藥劑制度優(yōu)化

銅鋅鐵硫多金屬硫化礦浮選分離過程中，浮選藥劑對銅、鋅礦物分離影響權(quán)重大。為選出合格的銅精礦與鋅精礦，需在優(yōu)先選銅時(shí)，有效抑制鋅礦物浮選。原有工藝藥劑制度已難以滿足選礦廠生產(chǎn)需求，選礦廠通過實(shí)驗(yàn)室研究與現(xiàn)場生產(chǎn)相結(jié)合的方式對原工藝中藥劑制度進(jìn)行優(yōu)化與改造。

2.1.1 捕收劑種類及用量優(yōu)化

捕收劑優(yōu)化方面，原工藝中二段掃選時(shí)丁基黃藥對銅鋅硫化物分離浮選選擇性差，對鋅礦物捕收能力較強(qiáng)，易使鋅礦物被不當(dāng)捕收，但對銅作業(yè)回收影響較小，因此取消銅掃選作業(yè)丁基黃藥的添加。為確定現(xiàn)場BK301的最佳用量，控制其他藥劑用量處于優(yōu)勢范圍，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了捕收劑BK301用量試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 BK301用量對優(yōu)先選銅的影響Fig.2 The effect of BK301 dosage on the Cu-preferential flotation

從圖2可以看出，BK301用量低于40 g/t時(shí)，銅回收率隨BK301用量增大而提高，BK301用量為40 g/t時(shí)，銅回收率達(dá)到87.6%，之后繼續(xù)加大捕收劑用量，銅回收率逐漸降低；而銅精礦中鋅含量隨BK301用量的增加而線性增大。因此選擇BK301用量為40 g/t。

基于實(shí)驗(yàn)室捕收劑用量試驗(yàn)結(jié)果，對生產(chǎn)現(xiàn)場BK301用量進(jìn)行了相應(yīng)優(yōu)化調(diào)整后，在現(xiàn)場生產(chǎn)中粗選時(shí)BK301用量40 g/t，一次掃選時(shí)為10 g/t，優(yōu)先選銅回收率與捕收劑調(diào)整前變化不大，但銅精礦含鋅量較未調(diào)整前降低。

2.1.2 抑制劑種類及用量優(yōu)化

鋅礦物抑制劑改造方面，現(xiàn)場生產(chǎn)實(shí)踐表明，原流程采用硫酸鋅和亞硫酸鈉組合藥劑，已無法滿足對現(xiàn)有礦石鋅礦物實(shí)現(xiàn)有效抑制。在其他條件處于優(yōu)勢范圍內(nèi)，以改性LC(含木質(zhì)素磺酸鹽類混合物)作為選礦廠入選物料鋅礦物抑制劑，進(jìn)行了鋅礦物抑制劑實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

由表4可知，相對于硫酸鋅和亞硫酸鈉組合鋅抑制劑，以改性LC為鋅礦物抑制劑的抑制效果要好，而且LC的使用不但不影響銅的回收指標(biāo)，用量還不到硫酸鋅的一半時(shí)即可將銅精礦中鋅含量降至更低，說明改性LC抑制劑對該礦石中的鋅礦物有較好的選擇性抑制作用。此外，改性LC使用相對方便，減輕配藥的工作量。

表4 改性LC抑制劑與硫酸鋅和亞硫酸鈉藥劑開路試驗(yàn)結(jié)果比較Table 4 Open circuit test results comparison of LC modification and zinc sulfate assisted sodium sulfite /%

2.1.3 礦漿pH值調(diào)整

礦漿pH值是硫化礦浮選的重要影響因素，現(xiàn)場以石灰作為pH值調(diào)整劑來抑制硫化鋅鐵硫化礦物的浮選。生產(chǎn)過程中，銅精礦的鋅含量受石灰用量影響明顯，隨石灰用量增加而提高。因此，進(jìn)行了浮選礦漿pH值調(diào)整試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 礦漿pH值對優(yōu)先選銅的影響Fig.3 The effect of pulp pH value on the Cu-preferential flotation

從圖3可以看出，銅礦物在礦漿pH值8.0～12.1時(shí)可浮性均較好。鋅礦物的可浮性在礦漿pH值為10.1時(shí)相對較差，但礦漿pH值過高后，含鋅硫化物被捕收進(jìn)入銅精礦量增加，優(yōu)先選銅礦漿pH值控制在9.5～10.0較適宜。現(xiàn)場礦漿pH值優(yōu)化調(diào)整時(shí)，發(fā)現(xiàn)原工藝在銅二次精選時(shí)添加石灰很難讓整個(gè)優(yōu)先選銅的礦漿pH值穩(wěn)定在9.5～10.0。因此，決定將石灰添加點(diǎn)移到球磨機(jī)里，并在分級(jí)機(jī)溢流處測礦漿pH值，以方便流程控制及現(xiàn)場操作。在生產(chǎn)現(xiàn)場調(diào)整礦漿pH值試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，礦漿pH值若控制在9.5～10.0時(shí)，其他硫礦物難以抑制，選出的銅精礦品位很低；如果增加石灰用量，礦漿pH值易超過10.0，鋅礦物又會(huì)大量上浮進(jìn)入銅精礦?；谇叭搜芯縖7-11]，選用了石灰+亞硫酸鈉法來抑制鋅硫礦物以優(yōu)先選銅，在選銅粗選和精選段添加亞硫酸鈉，生產(chǎn)實(shí)踐表明可較好穩(wěn)定銅精礦品位。

結(jié)合實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)與現(xiàn)場驗(yàn)證，優(yōu)化公司選礦廠銅鋅硫鐵多金屬礦原優(yōu)先浮銅工藝浮選藥劑制度后，現(xiàn)場生產(chǎn)的銅精礦平均含鋅可降至8%左右，但仍未達(dá)到鋅含量不超過6%的品質(zhì)要求，需要對流程進(jìn)一步改造。

2.2 工藝流程改造與選鋅作業(yè)優(yōu)化

2.2.1 強(qiáng)化銅鋅分離選銅局部流程改造

現(xiàn)場取樣流程考察結(jié)果表明，優(yōu)先選銅粗選首臺(tái)浮選機(jī)刮出的泡沫含銅品位大于20%，含鋅百分?jǐn)?shù)基本在4%以下；銅二次精選精礦鋅含量低于三次精選銅精礦，說明該藥劑體系下，浮選時(shí)間越短，鋅礦物上浮的越少。基于銅礦物與鋅礦物浮選動(dòng)力學(xué)差異[12-13]，國內(nèi)同類銅鋅硫型多金屬礦山采用分步回收銅礦物。如浙江平水銅礦和浙江建德銅礦的選礦工藝流程，其銅精礦分為兩部分，首先以快速浮選選出高品質(zhì)的快浮銅精礦，銅品位均在20%以上，含鋅低于3%，而后選出未被快速選出銅礦物得到慢浮銅精礦產(chǎn)品，后浮的銅精礦銅品位低而鋅含量高。

選礦廠提出易浮銅礦物早浮快浮方案，對現(xiàn)場優(yōu)先選銅工藝流程進(jìn)行了局部改造，將銅粗選第一臺(tái)浮選機(jī)的選別產(chǎn)品直接作為銅精礦，得到含銅高且含鋅低的銅精礦1。將原優(yōu)先選銅工藝流程三次銅精選減少為二次精選，得到含銅低、含鋅相對高的銅精礦2，以縮短鋅礦物的浮選時(shí)間。銅精礦1和銅精礦2混合后成為銅精礦。

通過9個(gè)多月的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)及現(xiàn)場試驗(yàn)驗(yàn)證，形成最終優(yōu)先選銅工藝流程，流程圖如圖4所示。強(qiáng)化銅鋅分離改造后的優(yōu)先選銅作業(yè)指標(biāo)見表5。

表5 2016年9～12月份改造后流程優(yōu)先選銅作業(yè)指標(biāo)Table 5 Copper separation index using the modified Cu-preferential flotation flow during September and December in 2016 /%

圖4 技術(shù)改造后多金屬銅鋅硫鐵礦選別工藝流程Fig.4 The modified separation flowsheet of the Cu-Zn-Fe-S-bearing polymetallic ores

比較表3和表5數(shù)據(jù)可知，經(jīng)過技術(shù)改造后，現(xiàn)場產(chǎn)出的銅精礦含鋅量降低至6%以下，可滿足銅精礦品質(zhì)要求，銅回收率提高了1個(gè)百分點(diǎn)。浮銅夾帶的鋅礦物減少明顯，為后續(xù)鋅浮選創(chuàng)造了有利條件。流程改造也增加了一個(gè)銅精礦產(chǎn)出點(diǎn)。

2.2.2 強(qiáng)化銅鋅分離改造后選鋅作業(yè)優(yōu)化

由于選礦廠無廢水處理系統(tǒng)和尾礦庫，原流程中抑硫選鋅作業(yè)產(chǎn)生大量的高pH值堿性廢水直接返回，進(jìn)入生產(chǎn)水主系統(tǒng)，負(fù)向影響各選別作業(yè)顯著，經(jīng)常性造成選別指標(biāo)紊亂，尤其是選銅回收率降低明顯。浮銅作業(yè)中鋅礦物被合理疏導(dǎo)后，公司自2017年初開始選鋅作業(yè)優(yōu)化工作，重點(diǎn)優(yōu)化選鋅回水使用問題。在充分利用現(xiàn)有設(shè)備和工藝流程，不增加大投資的情況下，主要從以下3個(gè)方面重點(diǎn)對選鋅回水、選鋅系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化、改造。

1)鋅硫混合精礦經(jīng)濃密濃縮后再浮選分離。將鋅硫混合精礦利用已廢棄的濃密機(jī)進(jìn)行濃縮脫水，脫出水的pH值近中性，返入主生產(chǎn)水系統(tǒng)。濃縮后的鋅硫混合精礦礦漿濃度在40%左右，用泵輸送到鋅硫分離浮選作業(yè)。經(jīng)此改造后，相對于原流程以15%礦漿濃度直接進(jìn)行鋅硫混合精礦浮選分離，每天產(chǎn)生的高pH值廢水減少400多噸，且鋅精礦品位和回收率較原來都有大幅度提高。

2)高pH值回水分儲(chǔ)分用。對鋅濃密機(jī)和硫濃密機(jī)的高pH值溢流水和鋅、硫陶瓷過濾機(jī)的高pH值濾液水，利用閑置的鐵沉淀池進(jìn)行單獨(dú)儲(chǔ)存，與生產(chǎn)水分開并返回特定流程循環(huán)使用，高pH值回水則用在鋅硫分離浮選流程沖洗水、石灰乳化的石灰配置水、精礦車間的生產(chǎn)水等。

3)調(diào)整藥劑使用，降低石灰用量。采用北礦科技集團(tuán)研制的新型藥劑BK526配合石灰抑制硫礦物，在BK526用量為40 g/t時(shí)，石灰用量可由原來的6.5 kg/t降低到2.5 kg/t，有效緩解了鋅硫分離因石灰用量大、泡沫黏性大、精礦傳輸流通不暢、易跑槽等問題，鋅回收率得以提高。

現(xiàn)場選鋅系統(tǒng)優(yōu)化取得顯著成效，2018年連續(xù)產(chǎn)出鋅金屬量650 t的鋅精礦。具體表現(xiàn)在：1)提高了選鋅系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行的穩(wěn)定性，連續(xù)產(chǎn)出鋅品位大于40%，鋅回收率約穩(wěn)定在50%的鋅精礦，經(jīng)濟(jì)收益顯著；2)高pH值回水分儲(chǔ)分用返回流程，回水對主生產(chǎn)水系統(tǒng)負(fù)影響顯著降低，銅、鋅、硫選別指標(biāo)提升明顯；3)采用BK526藥劑配合石灰使用后，選鋅效率明顯提高，石灰藥耗年成本降低70萬元以上。

選鋅系統(tǒng)優(yōu)化后的工藝流程圖如圖4所示。

3 結(jié)論

1)通過對浮銅作業(yè)完成藥劑制度優(yōu)化與部分藥劑更換及局部流程改造，可強(qiáng)化銅鋅礦物分離，獲得鋅品位低于6%的合格銅精礦，銅回收率可提高1個(gè)百分點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)銅鋅硫鐵復(fù)雜多金屬礦中金屬分離。

2)銅鋅硫鐵復(fù)雜多金屬礦在選銅作業(yè)改造基礎(chǔ)上，繼續(xù)優(yōu)化選鋅系統(tǒng)堿度，將產(chǎn)生的高pH值回水調(diào)控使用，采用BK526和石灰組合使用，減少單一石灰用藥，優(yōu)化鋅作業(yè)藥劑制度，可穩(wěn)定、連續(xù)產(chǎn)出合格的鋅精礦。

3)通過優(yōu)化藥劑制度及回水使用等改造，不僅可減少藥劑成本，使流程更加穩(wěn)定，還可產(chǎn)出合格的銅精礦，有效規(guī)避其銅精礦鋅含量高造成的銷售困難問題，并產(chǎn)出合格鋅精礦，經(jīng)濟(jì)效益顯著。