白云鄂博西礦螢石選礦工藝研究 *

秦圣博，王維維

(1.內(nèi)蒙古科技大學(xué) 礦業(yè)研究院，內(nèi)蒙古 包頭 014010；2.包頭稀土研究院，內(nèi)蒙古 包頭 014010；3.內(nèi)蒙古科技大學(xué)白云鄂博稀土資源研究與綜合利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，內(nèi)蒙古 包頭 014010)

螢石，被人們稱為氟石，是大自然中廣泛存在的一種含氟礦物.主要成分為氟化鈣，伴有雜質(zhì)，Ca常被Ce和Y等一些稀土元素所取代，此外還含有少量的Fe2O3，SiO2以及微量的Cl，He等[1].制取氫氟酸的原料主要源于螢石，并且是含氟量最高的工業(yè)礦物，應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋冶金、化工、建材、陶瓷、航空、制冷、醫(yī)藥、原子能工業(yè)、氟化工等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和新興產(chǎn)業(yè)[2-5].白云鄂博礦中螢石含量豐富，其主要以伴生鐵礦物的形式存在.它不僅是一個(gè)大型鐵礦、大型鈮礦、特大型稀土礦，同時(shí)也是一個(gè)特大型螢石礦[6-9].脈石礦物主要為鈉輝石、鈉閃石、石英、長石、白云石、方解石、云母類礦物、重晶石和磷灰石[10,11]等.有用礦物和脈石礦物可選性差異小，尤其是脈石礦物主要是霓石(鈉輝石、鈉閃石)類含鐵硅酸鹽，這些物理化學(xué)特征，使白云鄂博礦成為世界公認(rèn)的難選礦石，而西礦大量的螢石資源由于技術(shù)條件限制未得到利用，存在資源浪費(fèi)現(xiàn)象，為合理開發(fā)礦產(chǎn)資源，采用新型浮選藥劑進(jìn)行浮選工藝進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)白云鄂博西礦螢石資源的有效開發(fā)利用.

1 浮選試驗(yàn)研究

1.1 礦石性質(zhì)

為了深入了解原礦的性質(zhì)，對原礦進(jìn)行了多元素分析，結(jié)果見表1.由表1可知，礦樣中主要有價(jià)成分為螢石，其品位為22.71%，屬于中低品位螢石礦，具有一定的回收價(jià)值.碳酸鈣是其主要的脈石礦物，質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)14.56%，MgO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.07%、SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.06%，其他雜質(zhì)含量低，對螢石選別影響不大.

表1 原礦的多元素分析結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

1.2 浮選試驗(yàn)研究

由于原料中的碳酸鹽礦物(方解石和白云石)與螢石浮選性質(zhì)相近，硅酸鹽礦物的浮選性質(zhì)與螢石的差別較大，且硅酸鹽礦物有較大硬度，在第一段磨浮時(shí)，優(yōu)先考慮去除硅酸鹽礦物.磨礦細(xì)度、抑制劑及捕收劑種類和用量試驗(yàn)是粗選主要步驟，其具體流程見圖1.

1.2.1磨礦細(xì)度單因素優(yōu)選試驗(yàn)結(jié)果

前期制備好的具有代表性的500 g礦樣取5份進(jìn)行磨礦試驗(yàn)，在1∶2液固質(zhì)量比固定條件下，分別在6，8，10，12，14 min條件下，磨礦產(chǎn)品進(jìn)行篩分、烘干、稱重，并計(jì)算不同產(chǎn)品的百分比含量，得到不同磨礦時(shí)間下-0.074 mm產(chǎn)品產(chǎn)率，并得出在磨礦細(xì)度為-0.074 mm下，其含量分別為70%，75%，80%，85%，90%，95%所對應(yīng)的磨礦時(shí)間為370，420，468，555，625，787 s.實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2.

表2 粗選磨礦細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果

為了考查磨礦細(xì)度對浮選指標(biāo)的影響，保持試驗(yàn)流程和藥劑制度不變，在碳酸鈉用量1 500 g/t、水玻璃用量1 000 g/t、抑制劑SY用量2 000 g/t、捕收劑用量1 000 g/t，溫度40 ℃的條件下，選取磨礦細(xì)度為 -0.074 mm的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為70%，75%，80%，85%，90%，95%時(shí)，對其進(jìn)行試驗(yàn).其品位和回收率的影響如圖2所示，隨著-0.074 mm的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，粗精礦中螢石的品位從30.01%逐漸下降到26.80%，回收率從60.36%上升到82.96%再下降到81.86%，當(dāng)磨礦細(xì)度-0.074 mm的質(zhì)量分?jǐn)?shù)占90%時(shí)，再增加磨礦細(xì)度，螢石粗精礦的回收率基本不變，但品位降低明顯，主要原因是隨著磨礦細(xì)度的增加，目的礦物單體解離的同時(shí)產(chǎn)生過磨現(xiàn)象，導(dǎo)致微細(xì)粒在礦物表面的黏附和氣泡捕收能力的下降，從而使得精礦的品位逐漸降低.得出粗選適宜的磨礦細(xì)度為-0.074 mm占90%時(shí)，對螢石回收有較好的工藝指標(biāo).

1.2.2抑制劑種類及用量單因素優(yōu)選試驗(yàn)結(jié)果

在確定磨礦細(xì)度的基礎(chǔ)上，考察水玻璃用量分別為1 000，1 500，2 000，2 500 g/t對螢石浮選的影響，如圖3試驗(yàn)結(jié)果表明：隨著水玻璃用量的不斷增加，粗精礦中螢石的品位也逐漸增加，而螢石粗精礦的回收率隨著水玻璃用量的增加而逐漸減少，主要是因?yàn)樘砑由倭康乃ＡЭ梢种品浇馐母∵x，但水玻璃的用量過大時(shí)，浮選礦漿的pH也逐漸升高，pH過高時(shí)對方解石的浮選有利，導(dǎo)致精礦中螢石品位降低，綜合考慮，確定粗選適宜的水玻璃用量為1 500 g/t.

由于不同配合比的酸化水玻璃所呈現(xiàn)的抑制效果不同，因此在確定粗選適宜的水玻璃用量的基礎(chǔ)上，分別配置1∶1，1∶1.5，1∶2，1∶2.5，1∶3的酸化水玻璃進(jìn)行螢石浮選，其試驗(yàn)結(jié)果如表3表明：螢石粗精礦隨著酸化水玻璃中硫酸比例的增加，螢石粗精礦品位不斷下降，其回收率大體呈下降趨勢，但在水玻璃與硫酸比例為1∶2時(shí)，其回收率可達(dá)92.30%.綜合考慮，確定使用水玻璃與硫酸質(zhì)量配合比為1∶2的酸化水玻璃進(jìn)行試驗(yàn).

表3 粗選酸化水玻璃配比試驗(yàn)結(jié)果

在選用水玻璃與硫酸比例為1∶2的酸化水玻璃基礎(chǔ)上，改變其用量來進(jìn)行抑制劑用量試驗(yàn).由表4實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：隨著酸化水玻璃用量的增加，粗精礦中螢石的品位也從24.62%逐漸增加到了32.99%，而其回收率隨著酸化水玻璃用量的增加而逐漸減少，從92.24%降低到了87.29%.當(dāng)酸化水玻璃用量達(dá)到3 500 g/t，螢石粗精礦品位由32.68%上升到了32.99%，僅上升了0.31%，而其回收率卻從88.54%下降到了87.29%，降低了1.25%，因此，綜合考慮螢石的浮選指標(biāo)，確定粗選適宜的酸化水玻璃用量為3 000 g/t.

表4 粗選酸化水玻璃用量試驗(yàn)結(jié)果

選取最佳用量條件下的螢石粗精礦指標(biāo)，對比分析水玻璃和酸化水玻璃這2種抑制劑對螢石浮選指標(biāo)的影響，由表5得出水玻璃在該礦物中對白云石與方解石的抑制作用比酸化水玻璃對其的抑制作用更差，粗精礦回收率達(dá)不到要求，因此考慮使用酸化水玻璃作為抑制劑.

表5 水玻璃與酸化水玻璃對比試驗(yàn)結(jié)果

1.2.3捕收劑種類及用量單因素優(yōu)選實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在磨礦細(xì)度 -0.074 mm占90%、酸化水玻璃用量3 000 g/t、抑制劑SY用量為2 500 g/t、溫度40 ℃的條件下，油酸鈉用量分別為200，300，400，500，600 g/t進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明：隨著捕收劑油酸鈉用量的不斷增加，粗精礦中螢石的品位不斷減少，而螢石精礦的回收率隨著捕收劑油酸鈉用量的增加而逐漸增加，當(dāng)捕收劑油酸鈉用量達(dá)到400 g/t的時(shí)候，再增加油酸鈉用量到600 g/t時(shí)，螢石粗精礦品位由27.11%下降到24.15%，降低了2.96%，而其回收率僅僅增加了1.27%，因此，綜合考慮螢石的浮選指標(biāo)，確定粗選適宜的捕收劑油酸鈉用量為400 g/t.同樣實(shí)驗(yàn)確定粗選適宜的捕收劑CYP-01用量為2 000 g/t.

為了便于直觀地對比這2種捕收劑對螢石浮選指標(biāo)的影響，分別取其最佳用量條件下的螢石粗精礦指標(biāo)分析兩種捕收劑對螢石的捕收能力，結(jié)果表明：CYP-01優(yōu)于油酸鈉的捕收能力，如表6所示.

表6 捕收劑對比試驗(yàn)結(jié)果

2 浮選流程試驗(yàn)

2.1 開路浮選試驗(yàn)

在調(diào)試試驗(yàn)完成的基礎(chǔ)上，經(jīng)過多次探索研究，明確開路試驗(yàn)流程，此次試驗(yàn)采用8次精選，如圖4所示，試驗(yàn)結(jié)果見表7.

由表7可以看出，在最佳藥劑制度下，進(jìn)行試驗(yàn)得到78.44%的螢石品位，其回收率為64.94%的螢石精礦，其品位偏低.礦物的單體解離度不夠，存在連生體螢石與脈石礦物，運(yùn)用浮選藥劑沒有辦法分離兩者，螢石精礦中伴有隨螢石而上浮的脈石礦物.礦物必須加大單體解離程度，所以對粗精礦進(jìn)行再磨.

表7 開路浮選試驗(yàn)結(jié)果

2.2 粗精礦再磨細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果

將制備好的螢石粗精礦礦樣取5份進(jìn)行磨礦試驗(yàn)，在1∶2的液固質(zhì)量比條件下，對30，60，90，120 s磨礦時(shí)間下的磨礦產(chǎn)品分別進(jìn)行325目篩分，烘干、稱重，計(jì)算其質(zhì)量分?jǐn)?shù)，得到不同磨礦時(shí)間下-0.044 mm產(chǎn)品產(chǎn)率，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果繪制相應(yīng)的磨礦細(xì)度曲線，如圖5所示.

由磨礦細(xì)度曲線不難得出：磨礦細(xì)度-0.044 mm的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%，80%，85%，90%，對應(yīng)的磨礦時(shí)間依次是15，37，68，109 s.在保持其它藥劑制度不變的情況下，對螢石粗精礦進(jìn)行再磨試驗(yàn).

螢石浮選開路試驗(yàn)流程，如圖6所示，粗精礦再磨細(xì)度對螢石浮選的影響見圖7.

由圖8可知：未經(jīng)過磨礦操作的螢石精礦品位為78.44%，而粗精礦經(jīng)過再磨操作后的得到的螢石精礦品位有了顯著的提高，并且其品位隨著磨礦細(xì)度的提高不斷增加，直到-0.044 mm含量占85.00%時(shí)達(dá)到拐點(diǎn)，此后的精礦品位小幅下降，可能是因?yàn)榧?xì)度過高而產(chǎn)生了泥化現(xiàn)象.螢石精礦的回收率隨著磨礦細(xì)度的提高不斷降低，因此，綜合考慮精礦品位和回收率這2大因素，最終確定粗精礦再磨細(xì)度最佳條件為 -0.044 mm含量占85.00%，此時(shí)螢石精礦的品位可達(dá)到92.33%，回收率可達(dá)到67.87%.

2.3 閉路浮選試驗(yàn)結(jié)果

為了進(jìn)一步驗(yàn)證螢石的品位與回收率，以所有條件試驗(yàn)為基礎(chǔ)，并進(jìn)行了大量的試驗(yàn)，選擇“一次粗選—粗精礦再磨—八次精選”，合并尾礦、中礦3、中礦4拋尾，剩余的中礦可循序返回，作為螢石精選閉路試驗(yàn)流程，可得到良好的指標(biāo).螢石浮選閉路試驗(yàn)流程如圖8所示，最終通采用“一次粗選—粗精礦再磨—八次精選”浮選工藝可得到螢石精礦品位為90.79%，回收率為81.02%的合格螢石精礦，試驗(yàn)結(jié)果見表8.

表8 閉路試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

通過一系列各類粗選條件單因素優(yōu)選試驗(yàn)，可以得出以下結(jié)論：

(1)隨著磨礦細(xì)度的增加，螢石粗精礦的品位不斷下降，但是其回收率不斷增高，直到-0.075 mm含量占到90%；酸化水玻璃抑制效果優(yōu)于水玻璃，且水玻璃與硫酸質(zhì)量配合比為1∶2時(shí)為最佳配比；本次實(shí)驗(yàn)選用酸化水玻璃與SY共同作為抑制劑.隨著酸化水玻璃用量的增加，螢石粗精礦的品位不斷增高，但是其回收率不斷下降，經(jīng)過綜合考慮選擇酸化水玻璃用量為3 000 g/t；隨著抑制劑SY用量的增加，螢石粗精礦的品位及回收率升降規(guī)律與酸化水玻璃類似，選擇抑制劑SY用量為2 500 g/t；常用螢石捕收劑油酸鈉與新型捕收劑CYP-01作為對比，發(fā)現(xiàn)CYP-01捕收效果優(yōu)于油酸鈉，捕收劑CYP-01用量為2 000 g/t；在以上條件下可獲得品位27.20%，回收率93.29%的螢石粗精礦.

(2)在最佳藥劑用量下進(jìn)行了螢石精選開路試驗(yàn)，結(jié)果表明：螢石精礦品位過低，因此需對粗精礦進(jìn)行再磨處理.通過再磨試驗(yàn)，確定了再磨細(xì)度為-0.044 mm含量占85.00%.最終，精選開路試驗(yàn)結(jié)果顯示相比沒有經(jīng)過磨礦流程的試驗(yàn)結(jié)果，磨礦后的螢石精礦品位與回收率分別提高了13.89%，2.45%；最終采用“一次粗選—粗精礦再磨—八次精選”浮選工藝，此條件下可得到螢石精礦品位為90.79%，回收率為81.02%.