優(yōu)化冬瓜山銅礦磨礦產(chǎn)品粒度組成提高浮選指標(biāo)研究

楊森， 肖慶飛， 康懷斌， 馬帥， 張謙， 王旭東

1.省部共建復(fù)雜有色金屬資源清潔利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650093；

2.礦物加工科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100070；

3.昆明理工大學(xué) 國土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650093；

4.銅陵有色集團(tuán)控股有限公司冬瓜山銅礦，安徽 銅陵 244031

我國是銅資源消耗大國，但同樣是銅資源緊缺的國家，對(duì)外依賴度超過60%，所以對(duì)我國現(xiàn)有銅資源的綜合利用尤為重要[1]。磨礦是銅選別工藝中的重要環(huán)節(jié)，磨礦產(chǎn)品粒度組成對(duì)浮選指標(biāo)有著直接影響[2-3]。入浮顆粒過粗，有用礦物單體解離度不夠，無法得到有效選別，會(huì)降低浮選精礦回收率及品位；入浮顆粒過細(xì)，導(dǎo)致磨礦產(chǎn)品泥化，研究表明，磨礦產(chǎn)品過細(xì)時(shí)主要脈石礦物蛇紋石以微細(xì)粒礦泥的形式吸附罩蓋于較粗顆粒表面，因表面電性差異從而導(dǎo)致了異相凝聚，會(huì)阻礙了浮選藥劑與黃銅礦的作用，影響銅的上浮[4]，不僅會(huì)增加磨礦作業(yè)能耗，增加磨礦成本，還會(huì)增大藥劑用量，影響最終精礦指標(biāo)。通過優(yōu)化介質(zhì)配比強(qiáng)化磨礦作業(yè)選擇性破碎作用，可提高磨礦產(chǎn)品可選粒級(jí)產(chǎn)率，大量實(shí)驗(yàn)研究和生產(chǎn)實(shí)踐表明，浮選回收率先隨著磨礦產(chǎn)品細(xì)度增加而提高，磨礦細(xì)度到達(dá)一定值后回收率會(huì)隨著磨礦產(chǎn)品細(xì)度增加而降低，故使磨礦產(chǎn)品粒度組成趨于合理能達(dá)到提高浮選回收率、精礦品位的目的[5-8]。本文對(duì)冬瓜山銅礦磨礦作業(yè)進(jìn)行介質(zhì)配比優(yōu)化，以提高入選顆粒粒度組成均勻性，進(jìn)而提升冬瓜山浮選指標(biāo)及銅礦資源利用率，提高經(jīng)濟(jì)效益。

冬瓜山銅礦采用一臺(tái)半自磨加兩臺(tái)一段球磨和兩臺(tái)旋流器組成的磨礦循環(huán)系統(tǒng)，溢流產(chǎn)品作為原礦進(jìn)入浮選。但入浮原礦的粒度組成相比預(yù)期過粗且粒度組成分布不合理進(jìn)而導(dǎo)致浮選指標(biāo)達(dá)不到預(yù)期，針對(duì)以上問題通過對(duì)一段磨礦作業(yè)的介質(zhì)配比進(jìn)行優(yōu)化，使磨礦產(chǎn)品粒度組成趨于合理，以達(dá)到提高浮選指標(biāo)的目的，為冬瓜山銅礦選銅工藝提供技術(shù)支撐。

1 試驗(yàn)方案

1.1 礦石性質(zhì)的測(cè)定

對(duì)冬瓜山不同采區(qū)礦石進(jìn)行取樣，對(duì)樣品容重、抗壓強(qiáng)度、泊松比等力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行測(cè)定，為改善磨礦條件提供依據(jù)。選取一段磨礦球磨機(jī)進(jìn)料對(duì)礦物相進(jìn)行分析，然后對(duì)現(xiàn)場(chǎng)浮選原礦中不同存在形式的黃銅礦在各個(gè)粒級(jí)的分布進(jìn)行測(cè)定，以確定入浮顆粒的適宜粒度組成。

1.2 介質(zhì)配比確定及磨礦對(duì)比試驗(yàn)

基于礦石性質(zhì)對(duì)不同粒度礦石的適宜介質(zhì)配比進(jìn)行計(jì)算作為推薦方案，然后用推薦方案與現(xiàn)場(chǎng)方案進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，試樣取自旋流器沉砂，對(duì)比試驗(yàn)在D×L 350 mm×160 mm的錐形球磨機(jī)中進(jìn)行，裝球20 kg，磨礦質(zhì)量濃度為75%，每份試樣2.5 kg，最佳磨礦時(shí)間經(jīng)探索試驗(yàn)確定為15 min，對(duì)兩組介質(zhì)配比方案的磨礦產(chǎn)品粒度組成進(jìn)行篩分測(cè)定。

1.3 浮選閉路試驗(yàn)

對(duì)介質(zhì)配比方案磨礦產(chǎn)品進(jìn)行一粗兩精兩掃的浮選閉路試驗(yàn)，試驗(yàn)藥劑包括石灰、Z-200、丁基黃藥、2#油、碳酸鈉，試驗(yàn)在XFD-0.75L單槽浮選機(jī)中進(jìn)行，兩組試驗(yàn)條件一致，然后對(duì)浮選產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)分析，對(duì)浮選尾礦進(jìn)行粒度篩分、檢測(cè)以查明兩組磨礦方案黃銅礦在不同粒級(jí)損失程度，比較不同入浮顆粒粒度組成對(duì)浮選指標(biāo)的影響。

2 結(jié)果與討論

2.1 原礦的化學(xué)及物相組成

試樣取自冬瓜山銅礦一段球磨機(jī)給礦，礦石多元素分析見表1，礦物相分析見表2。

表1 礦石多元素分析結(jié)果

表2 礦物相分析結(jié)果

礦石主要以黃銅礦、磁黃鐵礦、黃鐵礦和磁鐵礦、鈣鐵石榴子石為主，其次為透輝石和石英、方解石、蛇紋石、 白云母、黑云母、硬石膏、長石、滑石等。礦樣中礦石種類較多，其中難磨礦石包括黃銅礦、石英等，易磨礦石包括蛇紋石、滑石、云母等。礦石種類較多且不同礦石可磨性不同，所以選擇性磨碎不同礦石以增加待選礦物解離度顯得尤為重要[9-11]。

2.2 浮選原礦中黃銅礦的粒度組成

入浮原礦中黃銅礦的粒度組成與單體形式和連生體形式存在的黃銅礦粒度測(cè)定結(jié)果見圖1。

圖1 樣品中黃銅礦在各粒級(jí)的分布

分析磨礦產(chǎn)品不同粒度分布中的黃銅礦含量可知，在+0.10 mm粒級(jí)中，黃銅礦的分布率為9.30%。在-0.010 mm粒級(jí)中，黃銅礦的分布率為2.07%，在-0.10+0.010 mm級(jí)別黃銅礦含量較高分布率高達(dá)88.63%?，F(xiàn)今冬瓜山浮選原礦細(xì)度僅為70%左右，黃銅礦的單體解離度為66.06%，單體解離不充分。另外從黃銅礦在磨礦產(chǎn)品中分布特征可知，以連生體形式存在的黃銅礦的粒度與單體黃銅礦的粒度基本一致，都主要分布在-0.10+0.010 mm之間。所以，為更好地回收黃銅礦，原礦(溢流)樣品還需要進(jìn)一步細(xì)磨，并增加磨礦產(chǎn)品中-0.10+0.010 mm顆粒含量。

2.3 礦石力學(xué)性質(zhì)

礦石是被細(xì)磨的對(duì)象,只有掌握了待磨礦石的力學(xué)性質(zhì),才能采取科學(xué)的操作條件,取得好的磨碎效果。對(duì)冬瓜山礦石進(jìn)行力學(xué)性質(zhì)分析，結(jié)果如表3。

表3 礦石主要力學(xué)性質(zhì)

通過對(duì)礦石力學(xué)性質(zhì)分析可知：礦石平均容重為3.45 g/m3，屬于中等容重較高礦石。礦石普氏硬度系數(shù)為9.08，礦石屬高硬度礦石。礦石彈性模量為7.55×104kg/cm2，泊松比為0.29，可知礦石韌性較高，屬于高韌性礦石。通過對(duì)礦石力學(xué)性質(zhì)測(cè)定，冬瓜山一段磨礦球磨機(jī)進(jìn)料礦石容重較高且韌性大，在磨礦作業(yè)時(shí)應(yīng)根據(jù)礦石性質(zhì)調(diào)整介質(zhì)制度以進(jìn)行選擇性磨碎，既要避免磨礦產(chǎn)品粒度過大也要避免過粉碎現(xiàn)象[12-13]。

2.4 磨礦對(duì)比試驗(yàn)

球磨機(jī)介質(zhì)尺寸及配比是影響磨礦的重要因素，因此要優(yōu)化磨礦產(chǎn)品的粒度組成就需要計(jì)算出與礦石性質(zhì)相匹配的鋼球尺寸及配比，目前國內(nèi)常用的是段希祥教授的球徑半理論公式[14]：

(1)

式中：Db-特定磨礦條件下給礦粒度d所需的精確球徑(cm)；Kc-綜合經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù)；Ψ-磨機(jī)轉(zhuǎn)速率(%)；σ壓-巖礦單軸抗壓強(qiáng)度(kg/cm2)；ρe-鋼球在礦漿中的有效密度(g/cm3)；D0-磨內(nèi)鋼球“中間縮聚層”直徑；df-磨機(jī)給礦95%過篩粒度(mm)。

本試驗(yàn)采用該公式來確定球磨磨碎8 mm(最大給礦粒度為8 mm)給礦所需的精確球徑。根據(jù)冬瓜山銅礦礦石性質(zhì)及磨機(jī)參數(shù)可知，df=8 mm；KC=1.28；由δt=3.45及磨礦濃度R=75%求得ρn=1.99，ρe=5.81；D0按公式計(jì)算得D0=4.06；再根據(jù)礦石力學(xué)性質(zhì)，按抗壓強(qiáng)度及修正系數(shù)計(jì)算可求得Db=55.6，取60 mm作為最終確定的最大球徑。

運(yùn)用該公式，通過待磨粒級(jí)粒度分布，由表4可確定一段磨礦介質(zhì)尺寸方案，得出基于冬瓜山銅礦力學(xué)性質(zhì)得出推薦磨礦介質(zhì)尺寸方案為m(φ60)m(φ40)m(φ30)m(φ25)=40103020，將推薦方案與現(xiàn)場(chǎng)方案m(φ80)m(φ60)m(φ40)=304030進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，磨礦產(chǎn)品粒度組成分布如圖2。

表4 一段球磨初裝球比計(jì)算表

圖2 磨礦產(chǎn)品粒度分布

對(duì)磨礦產(chǎn)品篩析可得：推薦方案-0.074 mm產(chǎn)率為73%，現(xiàn)場(chǎng)方案-0.074 mm產(chǎn)率為70%，表明推薦方案可明顯提高磨礦產(chǎn)品細(xì)度。由圖2可知：推薦方案比現(xiàn)場(chǎng)方案+0.1 mm過粗粒級(jí)較現(xiàn)場(chǎng)方案降低2.5個(gè)百分點(diǎn)，過粗粒級(jí)含量降低，可減少銅在過粗粒級(jí)的損失。磨礦產(chǎn)品中-0.1+0.01 mm產(chǎn)率推薦方案比現(xiàn)場(chǎng)方案高2.28%，磨礦產(chǎn)品-0.1+0.01 mm顆粒產(chǎn)率的提高是磨礦產(chǎn)品質(zhì)量提升的直接體現(xiàn)。過粉碎級(jí)別-0.01 mm產(chǎn)率推薦方案比現(xiàn)場(chǎng)方案低0.56%。由于現(xiàn)場(chǎng)方案相較與推薦方案鋼球介質(zhì)直徑大且個(gè)數(shù)少，則鋼球與礦石間的研磨面積較小，礦石受到的磨剝作用減小，不利于將礦石磨細(xì)，故試驗(yàn)推薦方案制度比現(xiàn)場(chǎng)方案更適合冬瓜山一段磨礦，推薦介質(zhì)方案可有效優(yōu)化冬瓜山磨礦產(chǎn)品的粒度組成。

2.5 浮選閉路試驗(yàn)

將兩組磨礦介質(zhì)配比方案的磨礦產(chǎn)品進(jìn)行與現(xiàn)場(chǎng)浮選流程藥劑制度相同的閉路浮選試驗(yàn)，浮選閉路試驗(yàn)流程見圖3，對(duì)浮選產(chǎn)品檢測(cè)分析，結(jié)果如表5。

表5 浮選產(chǎn)品指標(biāo)

圖3 浮選閉路流程

由表5可知，推薦方案回收率為90.11%，現(xiàn)場(chǎng)方案為88.77%，推薦方案高出現(xiàn)場(chǎng)方案1.34%，推薦方案銅精礦品位比現(xiàn)場(chǎng)方案高0.94%，表明通過優(yōu)化磨礦產(chǎn)品粒度組成可有效提高浮選回收率及銅精礦品位。

對(duì)兩組方案的尾礦進(jìn)行粒度篩分及銅金屬量分析查明銅在不同粒級(jí)的分布率，以探明優(yōu)化磨礦產(chǎn)品粒度組成對(duì)浮選指標(biāo)影響的原因。結(jié)果如表6。

表6 尾礦銅分布

由表6可知：(1)推薦方案尾礦中+0.10 mm粗粒級(jí)含銅品位比現(xiàn)場(chǎng)方案低0.053%，相對(duì)于原礦銅損失較現(xiàn)場(chǎng)方案低1.15%，且推薦方案粗粒級(jí)產(chǎn)率較現(xiàn)場(chǎng)方案小，有助于銅回收率增加；(2)推薦方案尾礦中-0.10+0.01 mm中間粒級(jí)銅分布率較高，主要是產(chǎn)率較大達(dá)69.75%，但銅品位較現(xiàn)場(chǎng)方案低，說明推薦方案中間粒級(jí)回收效果較好；(3)推薦方案尾礦中-0.01 mm過細(xì)粒級(jí)相對(duì)于原礦銅損失率較現(xiàn)場(chǎng)方案低0.27%，證明降低-0.01 mm過細(xì)粒級(jí)產(chǎn)率可有效降低銅在微細(xì)粒級(jí)的損失。(4)通過對(duì)兩組方案尾礦分析可知，推薦方案回收率提高主要原因在于：通過對(duì)磨礦產(chǎn)品粒度組成優(yōu)化后使銅在+0.1 mm、-0.01 mm過粗、過粉碎粒級(jí)損失減少，即在-0.10+0.01 mm中間粒級(jí)銅回收增加。

3 結(jié) 論

(1)通過對(duì)冬瓜山銅礦礦石性質(zhì)分析，冬瓜山銅礦礦物相較為復(fù)雜；冬瓜山銅礦屬于高韌性礦石，較為難磨。

(2)通過礦石力學(xué)性質(zhì)以及給礦粒度特性確定冬瓜山銅礦一段磨礦介質(zhì)尺寸方案為m(φ60)m(φ40)m(φ30)m(φ25)=40103020。磨礦對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果表明，推薦方案較現(xiàn)場(chǎng)方案提高磨礦產(chǎn)品-0.1+0.01 mm級(jí)別2.28%，-0.074 mm級(jí)別產(chǎn)率提高3.1%，在提高細(xì)度的同時(shí)增加了中間級(jí)別產(chǎn)率。

(3)通過優(yōu)化磨礦產(chǎn)品粒度組成均勻性可提高浮選回收率1.34%，提高銅精礦品位0.94%。對(duì)尾礦銅金屬分布分析可得，推薦方案在-0.1+0.01 mm級(jí)別銅損失率比現(xiàn)場(chǎng)方案低3.38%，證明優(yōu)化入浮原礦粒度組成可有效提高冬瓜山銅礦浮選指標(biāo)。