棒介質(zhì)捕獲黃銅礦和輝鉬礦的特性及其脈動(dòng)高梯度磁選分離研究

栗 超，陳祿政，曾劍武，熊 濤，梁澤躍，陶 飛

（1.昆明理工大學(xué) 國(guó)土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650093；2.贛州金環(huán)磁選設(shè)備有限公司，江西 贛州 341000；3.云南迪慶有色金屬有限責(zé)任公司，云南 香格里拉 674400；4.內(nèi)蒙古大中礦業(yè)股份有限公司，內(nèi)蒙古 包頭 014000）

0 引 言

斑巖型銅鉬礦是提取銅和鉬的主要來(lái)源，該類(lèi)型資源的銅和鉬分別約占世界銅、鉬儲(chǔ)量的69 %和80 %。該種礦石中銅、鉬主要以黃銅礦（CuFeS2）和輝鉬礦（MoS2）形式存在[1]。針對(duì)斑巖型銅鉬礦，國(guó)內(nèi)外普遍采用浮選方法分離和回收銅、鉬。首先，通過(guò)混合浮選工藝獲得銅鉬混合精礦；然后，采用抑銅浮鉬或抑鉬浮銅分離工藝獲得銅精礦和鉬精礦[2]。但是黃銅礦和輝鉬礦可浮性相近，銅鉬分離時(shí)需要加入大量抑制劑，導(dǎo)致生產(chǎn)成本高，且存在藥劑毒性、礦漿脫藥和環(huán)境污染等一系列問(wèn)題[3]。

黃銅礦和輝鉬礦存在磁性差異，其中黃銅礦為順磁性礦物（比磁化率為 0.84×10-6m3/kg），輝鉬礦為逆磁性礦物（比磁化率為-0.001×10-6m3/kg）；因此理論上兩者可以通過(guò)高梯度磁選分離[4]。實(shí)際上早在20世紀(jì)90年代，就有脈動(dòng)高梯度磁選銅鉬分離的試驗(yàn)研究報(bào)道[5]；最近湖南有色金屬研究院薛偉等人也采用強(qiáng)磁選-浮選工藝試驗(yàn)分離國(guó)內(nèi)某含鉬銅精礦，取得了良好的試驗(yàn)指標(biāo)[6]。此外，昆明理工大學(xué)在脈動(dòng)高梯度磁選分離國(guó)內(nèi)某微細(xì)粒銅鉬混合精礦的實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)試驗(yàn)也取得了成功，這充分說(shuō)明了脈動(dòng)高梯度磁選分離黃銅礦與輝鉬礦的可行性[7]。

盡管采用脈動(dòng)高梯度磁選技術(shù)分離銅鉬混合精礦已經(jīng)取得了一定進(jìn)展，但涉及磁選過(guò)程的棒介質(zhì)捕獲機(jī)理和分選特征仍然不清晰，尚未見(jiàn)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道。實(shí)際上棒介質(zhì)是脈動(dòng)高梯度磁選技術(shù)的一項(xiàng)核心技術(shù)，對(duì)分離指標(biāo)起決定性的影響。因此，深入研究棒介質(zhì)捕獲黃銅礦和輝鉬礦粒子的特性以及磁選分離黃銅礦-輝鉬礦純礦物體系，對(duì)于推進(jìn)脈動(dòng)高梯度磁選技術(shù)應(yīng)用于銅鉬分離具有重要促進(jìn)作用。

本文采用SLon-100周期式脈動(dòng)高梯度磁選機(jī)，開(kāi)展棒介質(zhì)捕獲黃銅礦和輝鉬礦的特性，以及脈動(dòng)高梯度磁選分離黃銅礦-輝鉬礦純礦物混合物的試驗(yàn)，分析脈動(dòng)高梯度磁選分離黃銅礦和輝鉬礦的規(guī)律性。本研究結(jié)果將為脈動(dòng)高梯度磁選分離黃銅礦和輝鉬礦提供科學(xué)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，為解決銅鉬分離問(wèn)題提供新的技術(shù)方法。

1 試驗(yàn)設(shè)備與試樣性質(zhì)

1.1 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)采用的主體設(shè)備為 SLon-100周期式脈動(dòng)高梯度磁選機(jī)，主要結(jié)構(gòu)包括磁極頭、鐵軛、激磁線圈、脈動(dòng)機(jī)構(gòu)等，如圖1所示。工作原理為：首先將分選腔充滿水，使棒介質(zhì)完全浸沒(méi)于水中；啟動(dòng)脈動(dòng)裝置，使脈動(dòng)能量傳遞到整個(gè)分選腔內(nèi)；啟動(dòng)勵(lì)磁開(kāi)關(guān)使線圈通電，在分選腔內(nèi)產(chǎn)生垂直均勻背景磁場(chǎng)；將礦漿從給礦口給入分選腔，礦漿中磁性礦粒在磁力和流體力的作用下被捕獲于棒介質(zhì)表面，非磁性礦粒則在流體力作用下流出分選腔得到非磁性產(chǎn)品。給礦完成后，停止勵(lì)磁，將棒介質(zhì)捕獲的磁性礦粒用清水沖洗出來(lái)得到磁性產(chǎn)品。

圖1 SLon-100周期式脈動(dòng)高梯度磁選機(jī)Fig.1 SLon-100 cyclic pulsating high gradient magnetic separator

1.2 試樣性質(zhì)

棒介質(zhì)捕獲試驗(yàn)所用的黃銅礦、輝鉬礦和赤鐵礦純礦物均產(chǎn)自云南，其中用高梯度磁選常用礦物赤鐵礦作為參照礦樣，這些純礦物通過(guò)破碎、除雜后得到試驗(yàn)試樣。由表1試樣粒度分析結(jié)果可知，黃銅礦和輝鉬礦粒度較細(xì)，赤鐵礦相對(duì)較粗。黃銅礦與輝鉬礦的-0.038 mm粒級(jí)產(chǎn)率均超過(guò)50 %，赤鐵礦為38.27 %；黃銅礦、輝鉬礦和赤鐵礦的+ 0.074 mm粒級(jí)產(chǎn)率分別為25.83 %、15.65 %和26.83 %，-0.074 mm+0.038 mm粒級(jí)產(chǎn)率分別為23.45 %、26.61 %和34.90 %。

上述黃銅礦和輝鉬礦純礦物分別按 8∶2和 2∶8比例混合，進(jìn)行脈動(dòng)高梯度磁選分離黃銅礦-輝鉬礦混合物分離試驗(yàn)。其中黃銅礦和輝鉬礦按8∶2混合后，試樣Cu和Mo品位分別為24.04 %和11.49 %；按2∶8混合Cu和Mo品位分別為5.91 %和43.33 %。

表1 純礦物試樣的粒度組成Tab.1 Grain size composition of pure mineral samples

2 結(jié)果與討論

2.1 棒介質(zhì)捕獲試驗(yàn)

2.1.1 磁感應(yīng)強(qiáng)度的影響

磁感應(yīng)強(qiáng)度是影響脈動(dòng)高梯度磁選指標(biāo)的重要技術(shù)參數(shù)，因此首先分析磁感應(yīng)強(qiáng)度對(duì)分選指標(biāo)的影響。試驗(yàn)固定每次純礦物給礦量為50 g/次，加水礦漿攪拌時(shí)間10 min，棒介質(zhì)絲徑1.5 mm，脈動(dòng)沖次200 r/min，礦漿流速3.0 cm/s，選擇磁感應(yīng)強(qiáng)度分別為0.8 T、1.0 T、1.2 T、1.4 T和1.6 T，考察不同磁感應(yīng)強(qiáng)度條件下棒介質(zhì)捕獲黃銅礦、輝鉬礦和赤鐵礦三種純礦物的規(guī)律，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 磁感應(yīng)強(qiáng)度對(duì)三種純礦物捕獲產(chǎn)率的影響Fig.2 Effect of magnetic induction on the capture yield of three pure minerals

由圖2可以看出，黃銅礦、輝鉬礦和赤鐵礦的捕獲差異明顯。棒介質(zhì)捕獲黃銅礦的產(chǎn)率顯著高于輝鉬礦，但明顯低于赤鐵礦。磁感應(yīng)強(qiáng)度由 0.6 T增加至1.0 T，捕獲赤鐵礦純礦物的產(chǎn)率由65.71 %快速增加至98.23 %；進(jìn)一步提高磁感應(yīng)強(qiáng)度，捕獲產(chǎn)率趨于穩(wěn)定并接近100 %。棒介質(zhì)捕獲黃銅礦的產(chǎn)率隨磁感應(yīng)強(qiáng)度增強(qiáng)緩慢增加，達(dá)到1.4 T以后趨于最大值約75 %。可見(jiàn)與赤鐵礦比較，黃銅礦需要更高的磁感應(yīng)強(qiáng)度才可以達(dá)到捕獲最大值；造成這種捕獲差異性的主要原因，是黃銅礦的比磁化率小于赤鐵礦。隨磁感應(yīng)強(qiáng)度變化，輝鉬礦的捕獲產(chǎn)率很小且基本可忽略不計(jì)。可見(jiàn)，由于輝鉬礦呈非磁性，不受磁場(chǎng)的影響，棒介質(zhì)無(wú)法捕獲。

2.1.2 脈動(dòng)沖次的影響

脈動(dòng)沖次是脈動(dòng)高梯度磁選的另一重要技術(shù)參數(shù)，對(duì)捕獲產(chǎn)品的品位和回收率具有顯著影響。試驗(yàn)中礦漿流速3.0 cm/s，磁感應(yīng)強(qiáng)度1.4 T，選擇脈動(dòng)沖次分別為150 r/min、180 r/min、200 r/min、250 r/min和300 r/min，考察不同脈動(dòng)沖次條件下棒介質(zhì)捕獲黃銅礦、輝鉬礦和赤鐵礦三種純礦物的規(guī)律，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 脈動(dòng)沖次對(duì)三種純礦物捕獲產(chǎn)率的影響Fig.3 Effect of pulsating frequency on capture mass weight of three pure minerals

由圖3可以看出，在不同脈動(dòng)沖次條件下，棒介質(zhì)對(duì)黃銅礦、輝鉬礦和赤鐵礦的捕獲差異性與上述磁感應(yīng)強(qiáng)度的影響相似。脈動(dòng)沖次由 150 r/min增加至300 r/min，赤鐵礦捕獲產(chǎn)率變化不大且接近100 %；在由150 r/min增加至300 r/min脈動(dòng)強(qiáng)度下，棒介質(zhì)捕獲黃銅礦的產(chǎn)率隨脈動(dòng)沖次增加幾乎保持不變，但達(dá)到200 r/min后急劇下降。這是因?yàn)殡S著脈動(dòng)沖次的增大，礦粒受到的流體力增大，黃銅礦的磁性較弱，受磁捕獲力也較小，因此對(duì)脈動(dòng)的變化敏感，這導(dǎo)致在強(qiáng)脈動(dòng)作用下黃銅礦的捕獲產(chǎn)率下降明顯。同樣，隨脈動(dòng)沖次變化，輝鉬礦的捕獲產(chǎn)率很小。

2.2 純礦物混合礦分選試驗(yàn)

2.2.1 磁感應(yīng)強(qiáng)度的影響

分別對(duì)黃銅礦與輝鉬礦重量配比為 8∶2和 2∶8的混合礦進(jìn)行脈動(dòng)高梯度磁選分離試驗(yàn)，考察采用脈動(dòng)高梯度磁選分離黃銅礦與輝鉬礦的效果。試驗(yàn)固定給礦量50 g/次，加水礦漿攪拌20 min，棒介質(zhì)絲徑 1.5 mm，脈動(dòng)沖次為 200 r/min，礦漿流速3.0 cm/s，選擇磁感應(yīng)強(qiáng)度分別為1.2 T、1.4 T、1.6 T和1.8 T，考察磁感應(yīng)強(qiáng)度對(duì)脈動(dòng)高梯度磁選分離黃銅礦-輝鉬礦混合礦的影響，結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 磁感應(yīng)強(qiáng)度對(duì)黃銅礦-輝鉬礦純礦物混合礦分離的影響Fig.4 Effect of magnetic induction on separation of pure chalcopyrite-molybdenite mixture

由圖4可以看出，黃銅礦與輝鉬礦配比為8∶2時(shí)，隨磁感應(yīng)強(qiáng)度增強(qiáng)，黃銅礦的銅品位慢慢下降，鉬品位變化不大并維持在低水平；而銅回收率開(kāi)始快速提升，達(dá)到1.6 T以后趨于穩(wěn)定的最大值接近85 %，但因強(qiáng)磁力夾帶[8]導(dǎo)致的鉬回收率持續(xù)上升，這說(shuō)明磁感應(yīng)強(qiáng)度越高，輝鉬礦夾帶增加。黃銅礦與輝鉬礦配比為2∶8時(shí)，黃銅礦精礦的銅、鉬回收率與黃銅礦與輝鉬礦配比為 8∶2的變化規(guī)律相接近，但銅品位明顯更高，鉬品位明顯更低，這說(shuō)明非磁性輝鉬礦的配比增加，會(huì)強(qiáng)化脈動(dòng)高梯度磁選黃銅礦過(guò)程的干擾作用。

2.2.2 脈動(dòng)沖次的影響

選擇黃銅礦和輝鉬礦配比為8∶2，考察脈動(dòng)沖次對(duì)高梯度磁選分離黃銅礦與輝鉬礦的影響，結(jié)果見(jiàn)圖5。本試驗(yàn)中磁感應(yīng)強(qiáng)度為1.6 T，礦漿流速為3.0 cm/s，脈動(dòng)沖次分別為 150 r/min、200 r/min、250 r/min和300 r/min。

圖5 脈動(dòng)沖次對(duì)黃銅礦-輝鉬礦純礦物混合礦分離的影響Fig.5 Effect of pulsating frequency on separation of pure chalcopyrite-molybdenite mixture

由圖5可以看出，脈動(dòng)沖次由150 r/min提高至200 r/min，黃銅礦精礦的銅回收率基本穩(wěn)定，再進(jìn)一步提高脈動(dòng)沖次，銅回收率下降明顯；與此同時(shí)，銅品位先是快速上升，脈動(dòng)沖次超過(guò)200 r/min后增加緩慢。黃銅礦精礦的鉬品位持續(xù)降低，而鉬回收率先是穩(wěn)定不變，在脈動(dòng)沖次達(dá)到250 r/min以后快速降低。這是由于脈動(dòng)沖次低時(shí)，作用于黃銅礦的磁場(chǎng)磁力強(qiáng)，黃銅礦精礦夾帶較多，但銅回收率高。脈動(dòng)沖次高時(shí)，作用于黃銅礦和輝鉬礦的流體競(jìng)爭(zhēng)力增強(qiáng)，黃銅礦精礦夾帶減少，銅和鉬回收率同時(shí)降低；但棒介質(zhì)對(duì)黃銅礦的選擇性提升，因此黃銅礦精礦的銅品位上升，而鉬品位降低。

2.2.3 礦漿流速的影響

選擇黃銅礦和輝鉬礦配比8∶2，考察礦漿流速對(duì)高梯度磁選分離指標(biāo)的影響，結(jié)果見(jiàn)圖6。試驗(yàn)仍采用1.5 mm棒介質(zhì)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為1.6 T，脈動(dòng)沖次200 r/min，礦漿流速分別為1.5 cm/s、3 cm/s、5 cm/s和 7 cm/s。

圖6 礦漿流速對(duì)黃銅礦-輝鉬礦純礦物混合礦分離的影響Fig.6 Effect of slurry flow velocity on separation of pure chalcopyrite-molybdenite mixture

由圖6可以看出，礦漿流速由1.5 cm/s增加至7.0 cm/s，黃銅礦精礦的銅品位上升，但上升幅度不顯著，銅回收率持續(xù)降低；而鉬品位和鉬回收率同時(shí)快速下降，說(shuō)明采用較高的礦漿流速可以明顯提升脈動(dòng)高梯度磁選對(duì)黃銅礦的選擇性。這是由于礦漿流速大對(duì)非磁性礦物的流體阻力增加，使該種礦物在棒介質(zhì)表面的夾帶量減少。

3 結(jié) 論

（1）脈動(dòng)高梯度磁選過(guò)程中，棒介質(zhì)對(duì)黃銅礦與輝鉬礦的捕獲差異性明顯，且主要分選條件磁感應(yīng)強(qiáng)度、脈動(dòng)沖次和礦漿流速對(duì)棒介質(zhì)捕獲黃銅礦具有顯著影響；黃銅礦的捕獲產(chǎn)率明顯小于傳統(tǒng)高梯度磁選礦種赤鐵礦，而棒介質(zhì)捕獲輝鉬礦極少，這為脈動(dòng)高梯度磁選分離黃銅礦和輝鉬礦提供了基礎(chǔ)支撐。

（2）純礦物混合礦分選試驗(yàn)中，黃銅礦和輝鉬礦配比為 8∶2時(shí)可獲得最佳試驗(yàn)指標(biāo)為黃銅礦精礦銅品位30.72 %，黃銅礦精礦銅回收率88.76 %，黃銅礦精礦鉬品位 1.27 %，黃銅礦精礦鉬回收率7.68 %；黃銅礦和輝鉬礦配比為2∶8時(shí)可獲得最佳試驗(yàn)指標(biāo)為黃銅礦精礦銅品位22.73 %，黃銅礦精礦銅回收率82.94 %，黃銅礦精礦鉬品位14.48 %，黃銅礦精礦鉬回收率7.21 %。

（3）脈動(dòng)高梯度磁選黃銅礦-輝鉬礦混合礦的試驗(yàn)結(jié)果充分表明，在合適分選條件下，脈動(dòng)高梯度磁選可以得到高品位和高回收率的黃銅礦精礦。分選條件磁感應(yīng)強(qiáng)度、脈動(dòng)沖次和礦漿流速對(duì)黃銅礦-輝鉬礦混合礦體系的選擇性分離具有顯著影響，即高磁感應(yīng)強(qiáng)度有利于提升黃銅礦精礦的銅回收率，但會(huì)降低其銅品位，增加鉬品位；脈動(dòng)沖次和礦漿流速增大有利于提升黃銅礦與輝鉬礦的選擇性，使黃銅礦精礦的銅品位上升，鉬品位下降，但同時(shí)黃銅礦精礦的銅和鉬回收率均下降。