改善硫精礦濃密機溢流跑渾試驗研究

徐曉衣，俞獻林，張超達，鐘森林

(1. 稀有金屬分離與綜合利用國家重點實驗室，廣東省資源綜合利用研究所，廣州粵有研礦物資源科技有限公司，廣東 廣州 510651；2. 安徽友進冠華新材料科技股份有限公司 安徽 池州 247100)

某多金屬硫化礦選廠原礦由露天采場的膠狀黃鐵礦和高含泥礦以及井下礦共同組成，其中井下礦產(chǎn)量3000 t /d，露采礦產(chǎn)量2000 t /d，露天礦中含泥高、粒度細，當原礦中露天礦所占比例高時浮選產(chǎn)品硫精礦將出現(xiàn)沉降速率慢、溢流跑渾等現(xiàn)象。

濃密機是基于重力沉降的固液分離設(shè)備，在選礦固液分離中發(fā)揮著重要作用，濃密機跑渾會嚴重影響其工作效率，造成資源流失[1-2]。本文針對現(xiàn)場硫精礦濃密機跑渾的問題，通過開展礦石性質(zhì)研究，查明原礦的礦物組成及含量，分析原礦配比對粒度分布的影響；系統(tǒng)的開展硫精礦沉降試驗研究，可以較好的分析出絮凝劑及石灰用量對沉降的作用效果。同時，考慮到添加絮凝劑過多會對陶瓷過濾機的過濾產(chǎn)生影響，還需通過試驗找出較佳的絮凝劑和石灰的配比，主要是為了尋找出一個在高效沉降的方案的前提下盡量減小絮凝劑的用量的較佳沉降方案，節(jié)約生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益[3-4]。

1 礦石性質(zhì)

1.1 原礦組成

經(jīng)過大量的顯微鏡下觀察，取得了準確可靠的數(shù)據(jù)資料，查明了該礦石物質(zhì)組成，礦物組成及工藝性質(zhì)，為選礦試驗研究提供有價值的信息資料。原礦化學多元素分析結(jié)果見表1，礦物組成見表2。

表1 原礦化學多元素分析 /%Table 1 Multi-element chemical analysis of the raw ore

表2 原礦礦物組成 Table 2 Mineral Composition of the raw ore

從分析結(jié)果可知，原礦樣中含鐵40.07%，含硫34.32%；礦石礦物組成較簡單，其中金屬礦物以黃鐵礦為主，次為磁鐵礦、磁黃鐵礦，少量赤鐵礦，微量方鉛礦、黃銅礦、菱鐵礦；非金屬礦物以碳酸鹽礦物為主，有白云石、方解石、石英等；金屬礦物含量多，非金屬礦物含量少。

1.2 礦物嵌布粒度

顯微鏡下顯示該礦物以塊狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造為主，嵌布較復雜，磁鐵礦裂紋發(fā)育被方解石分割成許多微粒，嵌布粒度以微細粒為主。銅礦物含量稀少，且較分散。硫鐵礦具斑狀變晶，不等粒變晶結(jié)構(gòu)，嵌布粒度為極不等粒嵌布。主要原因是其嵌布粒度細微，又被方解石網(wǎng)脈穿切，致使單體解離更加困難。磁鐵礦（赤鐵礦）、黃鐵礦、黃銅礦礦物嵌布粒度分析結(jié)果見表3。

2 試驗方案

根據(jù)對選廠現(xiàn)場的勘查和分析，認為硫精礦濃密機出現(xiàn)跑渾的主要原因是原礦配比不合理，導致硫精礦-0.075 mm 中細粒級含量過高，根據(jù)礦石性質(zhì)，以及對現(xiàn)場生產(chǎn)、濃密機進行探查的基礎(chǔ)上，確定了兩大試驗方向：

(1) 原礦配比試驗：分析引起硫精礦跑渾的主要原因，試驗探索出較佳的原礦配比。將五份不同配比的原礦礦樣1000 g 進行破碎磨礦，在相同的破碎磨礦條件下對磨礦的產(chǎn)品進行篩分獲取-0.075 mm 的含量，并對細粒級進行激光粒度分析，尋找出不同原礦配比對細粒級含量分布的影響規(guī)律，確定較佳原礦配比。

(2) 硫精礦沉降試驗：分析硫精礦的粒級分布，對現(xiàn)場硫精礦礦漿進行沉降試驗，探索出較佳絮凝劑的種類和用量、較佳沉降pH 值和較佳用藥配比。

表3 磁鐵礦（赤鐵礦）、黃鐵礦、黃銅礦嵌布粒度分析 Table 3 Distribution size analysis of magnetite (hematite), pyrite and chalcopyrite

3 結(jié)果與討論

由表3 可知，磁鐵礦嵌布粒度很細，為微細粒嵌布；而黃鐵礦嵌布較粗，但極不等粒，跨中、細、微三個粒級，仍以中粒為主；黃銅礦嵌布粒度以細粒為主。

3.1 磨礦時間試驗

在進行原礦配比試驗之前，需要確定一個合適的實驗室磨礦時間，磨礦時間試驗的原礦配比采用和選廠現(xiàn)場一樣的配比，即井下礦：膠狀黃鐵礦：高泥露天礦=10:3:3，將配比好的混合礦樣混勻縮分進行裝袋。試驗選擇8 min、9 min、10 min、11 min的磨礦時間對1000 g 混合配比礦樣進行磨礦，實驗室磨礦機型號為XMQ-(240×90) mm 型錐形球磨機。以磨礦時間作橫坐標，礦漿-0.075 mm 含量作縱坐標繪制磨礦時間曲線（見圖1），可以分析出當-0.075 mm 含量達到75%， 磨礦時間為10.3 min。

圖1 磨礦時間曲線Fig .1 Grinding time curve

3.2 原礦配比試驗

在選定好了實驗室磨礦時間的基礎(chǔ)上，進行原礦的配比試驗，經(jīng)過對井下礦、膠狀黃鐵礦、高泥露天礦的初步分析發(fā)現(xiàn)，膠狀黃鐵礦及高泥露天礦具有細粒級含量高，高泥露天礦有粒度細、比表面積大、極易泥化的特點。在綜合考慮選廠處理量及參照文獻的前提下，擬定了五個原礦配比方案。

表4 原礦配比比例 Table 4 Ratio of the raw ore

取井下礦、膠狀黃鐵礦、高泥露天礦的破碎試驗樣按照表4 原礦配比比例進行配礦，每個配比好的混合礦樣混勻縮分后各取1000 g 裝袋。使用實驗室的磨礦機型號為XMQ-（240×90）mm 型錐形球磨機，混合礦樣1000 g 加水500 mL 進行磨礦，磨礦時間為10.3 min，然后分別對磨礦的產(chǎn)品進行濕篩，篩上的粗粒級篩上產(chǎn)物進行過濾干燥稱重，記錄試驗結(jié)果，試驗結(jié)果見表5。

表5 原礦配比試驗結(jié)果 Table 5 Test results of ratio of the raw ore

從表5 看出，混合礦-0.075 mm 含量的主要影響因素是高泥露天礦的比例，綜合現(xiàn)場生產(chǎn)條件及相關(guān)的文獻可知混合礦-0.075 mm 含量在75% 時對浮選指標比較好，同時細粒級-0.044 mm 的含量更低。因此選取QCX-1 混合礦配礦比例會更好的控制硫精礦中的細粒級含量，從而改善硫精礦濃密機溢流跑渾的問題。

3.3 硫精礦礦漿性質(zhì)試驗

為考察硫精礦的沉降特性，對選廠現(xiàn)場浮選硫精礦進行礦漿性質(zhì)分析，測試了礦漿pH 值=6.5，按照含水硫精礦礦漿的制備的方法取1000 mL 礦漿進行濕篩（篩子取0.074 mm 篩），干燥，稱重，測得礦漿濃度為20%，礦漿密度為1.2 g/cm3。對濕篩的篩下產(chǎn)物進行過濾干燥后制樣混勻縮分，將礦樣用激光粒度分析儀分析物料粒級分布組成，測得硫精礦礦漿的物料粒度組成，見表6。

表6 硫精礦物料粒度組成Table 6 Particle size composition of sulfur concentrate

3.4 空白沉降試驗

礦漿沉降試驗在1000 mL 帶刻度的量筒中進行，按照含水硫精礦的礦漿制備方法取1000 mL礦漿到量筒中，用玻璃棒攪拌30 s，不加絮凝劑和pH 值調(diào)整劑，蓋好瓶塞后上下連續(xù)翻滾10 次，然后靜置與水平桌面，按一定的時間間隔讀取并記錄固液分層界面的高度，以量筒1000 mL 刻度線為沉降起點，即沉降零點，向下依次標注沉降高度，直至量筒底部[5]，空白沉降試驗沉降高度與時間的對應(yīng)關(guān)系見圖2。

圖2 硫精礦無絮凝劑沉降曲線Fig .2 Settlement curve of sulfur concentrate without flocculant

從圖3 沉降高度與時間的對比可以看出，在沉降時間70 min 之前沉降速率基本在10 mL/min左右，當沉降時間超過70 min 時沉降速率開始變得緩慢，沉降時間70 min 之后沉降速率漸漸趨近1 mL/min，從沉降曲線圖中可以直觀的看出在沉降時間70 min 之前礦漿層高度和沉降時間的關(guān)系為線性關(guān)系，沉降速率基本不變，這組空白沉降試驗數(shù)據(jù)為試驗研究的系列試驗提供參照與對比。

3.5 絮凝劑沉降試驗

絮凝劑在礦漿溶液中通過高分子鏈呈現(xiàn)網(wǎng)捕、架橋作用，可以較好的改善細粒顆粒沉降的效果，添加絮凝劑治理濃密機溢流跑渾是選廠常見的方法[6-9]。但是選廠現(xiàn)場沒有一個系統(tǒng)的添加制度和較佳用量，對于絮凝劑種類也沒有很明顯的區(qū)分，為了尋找出一個較佳的絮凝劑種類及用量，本試驗進行了絮凝劑種類和絮凝劑用量的探索試驗。

3.5.1 絮凝劑種類試驗

絮凝劑的種類繁多，應(yīng)用的范圍也千差萬別。有些適用于廢水處理，凈化水質(zhì)的，這類絮凝劑對極微細粒級的沉降有明顯的效果，但是對粗粒級的沉降效果卻不是很理想，除此之外，還有些絮凝劑適用于酸性條件下，有些絮凝劑適用于堿性條件，有些絮凝劑適用于低溫，有些絮凝劑高溫環(huán)境下絮凝效果極佳，針對種類多樣的絮凝劑的適用條件不同[10]。試驗首先選取了Z319、Z320、聚丙烯酰胺等絮凝劑進行單一絮凝劑的條件試驗。絮凝劑用量均采用的是5 g/t，以沉降時間為橫坐標礦漿層高度為縱坐標繪制沉降曲線圖，試驗結(jié)果見圖3。

圖3 絮凝劑種類沉降曲線Fig .3 Settlement curves of flocculants

從圖3 可以看出，添加絮凝劑均對硫精礦沉降有效果，即都可以改善硫精礦的沉降，但是絮凝劑種類之間對沉降的影響也不同，從圖中的變化規(guī)律可以知道，適用于酸性的絮凝劑Z319 和Z320要比適用于堿性的絮凝劑聚丙烯酰胺對沉降的影響更好一點。同時絮凝劑還影響了沉降的終點，加快了沉降終點的到來。

綜合其他試驗研究和現(xiàn)場生產(chǎn)的經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，適用于酸性的絮凝劑Z319 和Z320 在生產(chǎn)中運用的很少，因為生產(chǎn)工藝較復雜導致成本比傳統(tǒng)的有機高分子絮凝劑聚丙烯酰胺要高。而聚丙烯酰胺絮凝劑的應(yīng)用要廣泛的很多，生產(chǎn)技術(shù)也發(fā)展的比較成熟，價格低廉，易于儲存，是目前選廠運用最廣泛的絮凝劑。由于本試驗研究計劃對硫精礦還需添加石灰調(diào)整pH 值，綜合考慮各因素，決定采用聚丙烯酰胺絮凝劑作為本試驗的沉降絮凝劑。

3.5.2 絮凝劑用量試驗

礦漿溶液中固體顆粒和絮凝劑分子的長鏈接觸，絮凝劑分子在礦物顆粒之間起到架橋作用，將微細顆粒團聚成為大顆粒的聚集體，加速礦粒沉降速度，合適的投量才能達到理想的效果，用量過多則會適得其反，造成不必要的浪費和加大后續(xù)過濾難度[11]。因此，在進行了絮凝劑種類試驗的基礎(chǔ)上，進一步考察絮凝劑用量的條件試驗。絮凝劑用量選取了5 g/t、10 g/t、15 g/t 三組用量，試驗結(jié)果見圖4。

圖4 絮凝劑用量沉降曲線Fig .4 Settlement curve of flocculant dosage

由圖4 可以看出，絮凝劑用量的增大可以提高沉降的速率，在沉降時間55 min 之前，絮凝劑用量越多沉降速率越快，沉降時間55 min 之后絮凝劑用量多的反而沉降速率更慢；從沉降終點的對比中可以看出，絮凝劑的添加量會影響沉降終點的高低，絮凝劑添加過多會導致沉降終點提高，查閱文獻[12]得知絮凝劑添加過量還會影響礦漿的過濾和干燥作業(yè)，尤其是對陶瓷過濾機過濾板的影響，礦漿中的絮凝劑會增加礦漿的黏稠度，礦漿通過陶瓷過濾機時會沾附在陶瓷過濾板上，影響過濾作業(yè)的效果和增加陶瓷過濾板的清洗難度?？紤]到以上因素，分析本試驗結(jié)果認為：絮凝劑的用量應(yīng)該在保證沉降速率的基礎(chǔ)上越低越好，故聚丙烯酰胺較佳用量為10 g/t。

3.5.3 pH 值調(diào)整劑石灰用量沉降試驗

在絮凝劑種類和用量的研究上，進一步考察礦漿pH 值對沉降的影響。通過前期的準備試驗及查閱文獻綜述可知：在硫精礦的酸性礦漿中，因為酸洗作用和氧化作用的減弱，致使硫精礦細顆粒因帶正電而互相排斥，難以沉降。

本試驗礦漿屬于酸性礦漿，測得其pH 值為6.5，為有效的提高硫精礦的沉降速率，研究pH 值對沉降速率的影響，以價格低廉的石灰作為pH 值的調(diào)整劑，進行pH 值調(diào)整劑石灰用量的沉降試驗，試驗結(jié)果見圖5。

圖5 石灰用量沉降曲線Fig .5 Settlement curve of lime consumption

測量添加了pH 值 調(diào)整劑的硫精礦礦漿酸堿度，記錄結(jié)果見表7。

表7 硫精礦礦漿酸堿度Table 7 Acidity and alkalinity of sulphur concentrate pulp

以硫精礦礦漿pH 值為橫坐標，沉降終點為縱坐標，繪制沉降終點曲線圖，見圖6。

圖 6 沉降終點曲線Fig .6 Settlement endpoint curve

以上試驗結(jié)果表明：礦漿的pH 值對硫精礦的沉降速率影響很大，pH 值高的硫精礦礦漿沉降速率快；石灰用量影響硫精礦的沉降速率，試驗結(jié)果顯示石灰用量為9000 g/t 時沉降效果較佳，當用量繼續(xù)增加時沉降效果反而有所降低；礦漿pH 值 還影響了沉降最終的終點，當pH 值為7 時沉降終點最低。

3.5.4 絮凝劑石灰組合配比試驗

綜合以上試驗研究發(fā)現(xiàn)：使用價格低廉的石灰調(diào)整pH 值可以很好的提高硫精礦的前期沉降速率，但是會影響最后的沉降終點高度；陰離子絮凝劑聚丙烯酰胺在酸性的硫精礦礦漿中沉降效果不明顯。綜合考慮決定進行pH 值調(diào)整劑與絮凝劑聚丙烯酰胺組合配比試驗，需找出一個較佳的用量配比，提高沉降速率以及最大程度的降低沉降終點的高度。試驗條件見表8，試驗結(jié)果見圖7。

表8 組合配比試驗條件Table 8 Test conditions of composite proportion

圖7 用藥配比沉降曲線Fig .7 Settlement curve of drug proportion

由圖8 可以看出，組合配比用藥的沉降效果要比單獨用其中的一種藥劑的效果要好。其中3 號和2 號組合配比效果相近，很大程度上改善了硫精礦的沉降速率，提高了沉降效率。由于絮凝劑添加會對過濾及干燥作業(yè)產(chǎn)生影響，絮凝劑的添加應(yīng)越少越好，綜合考慮認為2 號組合藥劑制度較適合試驗硫精礦的沉降用藥。

4 結(jié) 論

(1) 經(jīng)過對原礦分析發(fā)現(xiàn)，原礦配比是引起硫精礦跑渾的主要原因，膠狀黃鐵礦及高泥露天礦中細粒級含量高，高泥露天礦有粒度細、比表面積大、極易泥化的特點。選取井下礦：膠狀黃鐵礦：高泥露天礦=10：5：1 配礦比例可以較好的控制硫精礦中的細粒級含量，從而改善硫精礦濃密機溢流跑渾的問題。

(2) 硫精礦沉降試驗分析了硫精礦的礦漿性質(zhì)，研究了絮凝劑種類、用量和礦漿pH 值對硫精礦沉降的影響，綜合經(jīng)濟效益及生產(chǎn)情況，確定10 g/t 的陰離子型絮凝劑聚丙烯酰胺為較佳絮凝劑，9000 g/t石灰用量為較佳的pH值調(diào)整劑用量。

(3) 本論文對某選廠硫精礦沉降進行優(yōu)化，降低了溢流跑渾，提高了硫精礦的沉降速率。在不改變現(xiàn)有工藝流程的基礎(chǔ)上，試驗得到用藥消耗少，沉降效果好的沉降作業(yè)方法，為選廠生產(chǎn)提供了技術(shù)依據(jù)。