某選金尾礦中綜合回收重晶石試驗(yàn)研究

羅思崗，趙志強(qiáng)，胡楊甲，趙 杰

(礦冶科技集團(tuán)有限公司礦物加工科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102628)

重晶石的主要成分是硫酸鋇(BaSO4)，屬于硫酸鹽類礦物，比重大(4.2～4.6)、充填性能良好、化學(xué)性質(zhì)和熱力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不溶于水和酸、無毒、可吸收X射線，是一種重要的非金屬礦產(chǎn)資源。重晶石應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，主要用途是作為油氣鉆井中泥漿的加重劑，占比在80%以上，其次是生產(chǎn)高附加值的鋇化合物作為鋇化工原料。重晶石屬于我國優(yōu)勢礦產(chǎn)，資源儲量、年生產(chǎn)量和出口量均居世界首位，在國際市場上具有重要地位[1]。

重晶石的回收方法主要有手選、重選、磁選和浮選等，從尾礦中回收重晶石受到前段工藝流程和磨礦細(xì)度的限制，一般以浮選為主，有些采用重選回收或者重浮聯(lián)合工藝回收。針對重晶石-石英-方解石型礦石的分離工藝主要有兩種：①單一浮選工藝，一般采用水玻璃等抑制石英和方解石等脈石礦物，選用烷基硫酸鹽類、脂肪酸類等陰離子捕收劑作為重晶石的捕收劑，采用粗選和多次精選的浮選流程獲得重晶石精礦；②浮選-重選聯(lián)合工藝，首先加入水玻璃和捕收劑，經(jīng)過浮選脫除石英，然后利用重晶石比重大的特點(diǎn)，采用重選獲得重晶石精礦[2-3]。張麗軍等[4]利用直接浮選工藝對某選銅尾礦中重晶石進(jìn)行綜合回收，采用碳酸鈉、硅酸鈉等調(diào)整劑和陰離子捕收劑進(jìn)行浮選，獲得BaSO4品位為95.76%、回收率為82.21%的重晶石精礦；高揚(yáng)等[5]對陜西某沉積型重晶石礦進(jìn)行重晶石浮選試驗(yàn)研究，采用一次粗選五次精選，獲得重晶石精礦BaSO4品位為96.98%，回收率為80.22%的良好指標(biāo)；崔長征等[6]針對青海某鉛鋅尾礦中的重晶石采用浮選-重選聯(lián)合工藝流程進(jìn)行綜合回收，選擇水玻璃作為抑制劑，十二烷基硫酸鈉作為捕收劑，對浮選精礦采用搖床進(jìn)行精選，試驗(yàn)獲得了BaSO4品位為90.18%、回收率為52.45%的重晶石精礦。國外學(xué)者對重晶石礦選礦也有類似的研究，MOLAEI等[7]對Mehdi-Abad重晶石礦進(jìn)行了跳汰重選和浮選的綜合對比，采用十二烷基硫酸鈉為捕收劑、硅酸鈉為抑制劑在pH值為9的條件下獲得的浮選指標(biāo)(重晶石精礦密度4.31 g/cm3、回收率94%)優(yōu)于重選指標(biāo)(重晶石精礦密度3.94 g/cm3、回收率90%)；此外，BHASKAR等[8]研究了低品位重晶石與片巖、板巖矸石的選礦工藝，采用胺類捕收劑進(jìn)行反浮選，可獲得重晶石品位為95%，重晶石回收率為85%的較好指標(biāo)。本文針對某選金尾礦進(jìn)行重晶石的綜合回收試驗(yàn)研究，為礦山綜合回收尾礦中的重晶石提供科學(xué)依據(jù)。

1 礦樣性質(zhì)

試樣是金礦石經(jīng)過全硫化物浮選和浮選尾礦氰化浸金之后的尾礦，試樣的化學(xué)成分分析見表1。通過對試樣進(jìn)行X-射線衍射分析、顯微鏡及掃描電鏡考查，并結(jié)合化學(xué)成分分析，查明該試樣中主要礦物分別為石英、重晶石、白云母、黑云母、正長石、斜長石、白云石和方解石，還有少量的高嶺石和褐鐵礦，其中石英約占35.76%、重晶石約占29.20%、云母(白云母和黑云母)約占17.52%、長石(正長石和斜長石)約占5.80%。試樣的粒度組成及其重晶石在各粒級中的分布見表2。粗粒重晶石裂隙或粒間常常可見石英、云母、白云石等呈粗細(xì)不均的粒狀或不規(guī)則狀嵌布其中；部分重晶石呈粒狀、脈狀或不規(guī)則狀嵌布于石英、云母及白云石等脈石礦物粒間。對試樣中重晶石的單體解離度進(jìn)行了測定，該試樣細(xì)度為-0.074 mm占75%，統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，重晶石的單體解離度為83.25%，單體解離較為充分。

表1 試樣的化學(xué)成分分析結(jié)果Table 1 Results of chemical composition analysis for the sample

表2 試樣的粒度組成Table 2 Particle size composition of the sample

影響重晶石回收的礦物學(xué)因素為：礦石中云母等黏土質(zhì)礦物含量較高，對重晶石的浮選回收會造成不利影響，將影響重晶石精礦的品質(zhì)。

2 原則工藝流程確定

工藝礦物學(xué)研究結(jié)果表明，在細(xì)度-0.074 mm占75%的條件下，重晶石體單體解離較為充分，入選前不需要再磨；以硫化礦物形式存在的硫(例如黃鐵礦)進(jìn)入重晶石精礦將會影響精礦的品質(zhì)，一般在選別重晶石前進(jìn)行脫硫，考慮到前期金浮選時采用了全硫化物浮選，在重晶石選別流程前不再進(jìn)行浮選脫硫。

針對此礦石，進(jìn)行了搖床重選回收重晶石和直接浮選重晶石等兩個工藝方案的探索試驗(yàn)對比，試驗(yàn)結(jié)果表明，重選可以獲得合格的重晶石精礦，BaSO4品位為92.56%，但回收率只有35%左右；浮選工藝方案采用碳酸鈉(1 000 g/t)和水玻璃(500 g/t)作為調(diào)整劑，十二烷基硫酸鈉(150 g/t)和油酸鈉(50 g/t)作為捕收劑，經(jīng)過一次粗選和三次精選，可以獲得BaSO4品位為90.28%、回收率為65.02%重晶石精礦(表3)。

表3 工藝方案試驗(yàn)結(jié)果對比Table 3 Comparison of test results of process scheme

搖床重選獲得的重晶石精礦BaSO4品位較高，但回收率太低；浮選可以獲得較高的回收率，但提高重晶石BaSO4品位有難度；考慮到從尾礦中回收重晶石，工藝流程不宜過于復(fù)雜，因此不考慮采用浮選-重選聯(lián)合工藝，確定采用直接浮選回收重晶石，從浮選工藝流程配置和藥劑制度方面尋求提高重晶石BaSO4品位的途徑。

3 研究方法與設(shè)備

試驗(yàn)研究采用XFD系列單槽浮選機(jī)進(jìn)行浮選，容積分別為3.0 L、1.5 L和1.0 L。試驗(yàn)用水為北京自來水，試驗(yàn)所用浮選藥劑碳酸鈉、水玻璃、六偏磷酸鈉、十二烷基硫酸鈉和油酸鈉均為工業(yè)純，BK409G和BK410為礦冶科技集團(tuán)有限公司針對重晶石、螢石等研發(fā)的高效捕收劑，水玻璃和六偏磷酸鈉配成溶液加入，碳酸鈉、BK409G和BK410直接加入。

4 試驗(yàn)結(jié)果與討論

4.1 碳酸鈉用量試驗(yàn)

文獻(xiàn)資料表明，重晶石礦物在弱堿性條件下可浮性較好，同時弱堿性浮選環(huán)境也有利于水玻璃抑制石英等脈石礦物，因此選擇碳酸鈉作為調(diào)整劑，脈石抑制劑采用水玻璃(500 g/t)、十二烷基硫酸鈉(150 g/t)和油酸鈉(50 g/t)作為組合捕收劑，碳酸鈉用量對重晶石粗選指標(biāo)的影響關(guān)系曲線見圖1。

圖1 碳酸鈉用量對重晶石粗選指標(biāo)的影響關(guān)系曲線Fig.1 Influence curves of sodium carbonate dosage on barite roughing

由圖1可知，隨著碳酸鈉用量的增加，重晶石粗精礦中BaSO4的回收率呈升高趨勢，而BaSO4的品位變化不明顯，當(dāng)碳酸鈉用量大于500 g/t時，BaSO4的回收率趨于平穩(wěn)，綜合考慮，碳酸鈉用量以500 g/t為宜，pH值為9左右。

4.2 脈石抑制劑用量試驗(yàn)

由工藝礦物學(xué)研究可知，主要脈石礦物為石英和云母類，此類脈石礦物有效的抑制劑為水玻璃和六偏磷酸鈉等，水玻璃和六偏磷酸鈉用量對重晶石粗選指標(biāo)的影響關(guān)系曲線見圖2和圖3。

圖2 水玻璃用量對重晶石粗選指標(biāo)的影響關(guān)系曲線Fig.2 Influence curves of sodium silicate dosage on barite roughing

圖3 六偏磷酸鈉用量對重晶石粗選指標(biāo)的影響關(guān)系曲線Fig.3 Influence curves of sodium hexametaphosphate dosage on barite roughing

由圖2可知，水玻璃對脈石礦物有較好的抑制作用，水玻璃用量從0 g/t增加到500 g/t，重晶石精礦的BaSO4的品位和回收率都明顯提高，繼續(xù)增加水玻璃用量，重晶石精礦的BaSO4的品位提高不明顯，其回收率顯著降低，可見添加過量的水玻璃會對重晶石產(chǎn)生抑制作用，綜合考慮，水玻璃用量以500 g/t為宜。

由圖3可知，六偏磷酸鈉對脈石礦物也有較好的抑制作用，隨著六偏磷酸鈉用量的增加，重晶石粗精礦的BaSO4的品位有明顯的增加，但其回收率呈下降趨勢，添加過量的六偏磷酸鈉也對重晶石產(chǎn)生了抑制作用，因此，六偏磷酸鈉的用量以50 g/t為宜。

4.3 捕收劑種類試驗(yàn)

重晶石捕收劑包括脂肪酸類、烷基硫酸鹽類、石油磺酸鹽類、膦酸鹽類、胺類、胺基烷基膦酸類以及組合捕收劑[3]等，本次試驗(yàn)選擇十二烷基硫酸鈉(SDS)、油酸鈉、十二烷基硫酸鈉+油酸鈉、BK409G和BK410等藥劑進(jìn)行捕收劑種類試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

由圖4可知，油酸鈉和BK410的選擇性較好，可以獲得較高的BaSO4品位，但回收率較低；十二烷基硫酸鈉+油酸鈉和BK409G的捕收能力較強(qiáng)，可以獲得較高的BaSO4回收率，綜合考慮品位和回收率，選擇BK409G作為浮選重晶石的捕收劑。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了BK409G的用量試驗(yàn)和一次粗選工藝流程和兩次粗選工藝流程的對比試驗(yàn)，最終確定采用兩次粗選工藝流程，兩次粗選捕收劑用量分別為300 g/t和200 g/t。

4.4 精選條件試驗(yàn)

兩次粗選獲得的重晶石粗精礦BaSO4品位為60%左右，探索試驗(yàn)開路三次精選獲得的重晶石精礦BaSO4品位只有90%，提高BaSO4品位的難度較大，選擇合適的脈石抑制劑是關(guān)鍵，因此選擇水玻璃、六偏磷酸鈉、水玻璃+六偏磷酸鈉、精制水玻璃進(jìn)行了精選抑制劑種類對比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖5。

圖4 捕收劑種類試驗(yàn)結(jié)果Fig.4 Results of collector type test

圖5 抑制劑種類對重晶石精選的影響Fig.5 Influence curves of depressor type on barite cleaning

由圖5可知，與水玻璃和六偏磷酸鈉相比，精制水玻璃對脈石的抑制效果更好，在作業(yè)回收率大致相同的情況下，采用精制水玻璃一次精選獲得的重晶石精礦BaSO4品位與其他抑制劑相比提高2～3個百分點(diǎn)，因此精選脈石抑制劑選擇精制水玻璃，其用量試驗(yàn)研究表明，精選Ⅰ精制水玻璃用量選擇150 g/t。

4.5 浮選閉路試驗(yàn)

在條件試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了兩次粗選、兩次掃選、四次精選、中礦順序返回的閉路試驗(yàn)，試驗(yàn)獲得產(chǎn)率為29.22%的重晶石精礦，其重晶石的BaSO4品位為89.59%，回收率為88.13%，重晶石精礦品位未達(dá)到90%以上的要求。通過分析閉路試驗(yàn)數(shù)質(zhì)量流程發(fā)現(xiàn)，精選Ⅰ的中礦產(chǎn)率達(dá)到29.40%，其BaSO4品位為25%以上，中礦循環(huán)量過大，這是由于礦石中云母類黏土質(zhì)礦物含量較高，在中礦中循環(huán)累積，惡化了浮選過程，導(dǎo)致精選效率大幅降低，因此需要改變工藝流程結(jié)構(gòu)，對精選Ⅰ的中礦進(jìn)行兩次精掃選后產(chǎn)出小尾礦，讓流程中的云母類黏土質(zhì)礦物盡早進(jìn)入尾礦，減少對重晶石精選的影響。

采用兩次粗選、四次精選和精選Ⅰ尾礦進(jìn)行兩次精掃選的工藝流程再次進(jìn)行了閉路試驗(yàn)，試驗(yàn)流程和藥劑制度見圖6，閉路試驗(yàn)可獲得重晶石精礦的BaSO4品位為91.14%，回收率為85.84%(表4)，重晶石精礦質(zhì)量檢測結(jié)果見表5，結(jié)果表明重晶石精礦產(chǎn)品達(dá)到了石油鉆井用重晶石粉的質(zhì)量要求，實(shí)現(xiàn)了該尾礦中重晶石的綜合回收。

表4 浮選閉路試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Results of locked-cycle test

表5 重晶石精礦產(chǎn)品質(zhì)量檢測結(jié)果Table 5 Quality test results of the barite concentrate

圖6 浮選閉路試驗(yàn)流程Fig.6 Flowsheet of locked-cycle test

5 結(jié) 論

1) 該選金尾礦中主要礦物分別為石英、重晶石、白云母、黑云母、正長石、斜長石、白云石和方解石，還有少量的高嶺石和褐鐵礦，屬于重晶石-石英型礦石，其中有用礦物重晶石的含量為29.20%；重晶石整體結(jié)晶粒度較粗，在選金尾礦細(xì)度-0.074 mm占75%的條件下，重晶石體單體解離較為充分。

2) 采用兩次粗選、四次精選和精選Ⅰ尾礦進(jìn)行兩次精掃選的工藝流程獲得了重晶石精礦BaSO4品位為91.14%、回收率為85.84%的較好指標(biāo)。

3) 試驗(yàn)所采用的工藝流程和藥劑制度對云母類等黏土質(zhì)礦物(或易浮脈石)含量較高的重晶石資源提供了很好的借鑒；所采用的新型捕收劑BK409G對重晶石具有較好的捕收能力。