大同地區(qū)某銅鋅硫礦浮選試驗(yàn)研究

王 東，呂 超，宋 超，葉軍建

（山西大同大學(xué)煤炭工程學(xué)院，山西大同 037003）

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，銅、鋅金屬的需求量不斷增長(zhǎng)[1-3]。黃銅礦是最主要的含銅硫化礦，閃鋅礦是冶煉鋅的重要來(lái)源。在一些情況下，銅鋅硫化物與黃鐵礦伴生，如何使不同有價(jià)礦物得到有效分離和富集一直是研究的重點(diǎn)[4]。其中，銅鋅硫礦的分離富集是最常見(jiàn)的問(wèn)題之一，利用黃銅礦可浮性大于閃鋅礦和黃鐵礦，閃鋅礦可浮性好于黃鐵礦，其礦物加工工藝主要以優(yōu)先浮選為主[5-7]。優(yōu)先浮選過(guò)程抑制劑的選擇和用量相當(dāng)重要，閃鋅礦的常用抑制劑有硫酸鋅+亞硫酸鈉組合，石灰由于便宜且效果佳，是最常用的黃鐵礦抑制劑，被石灰抑制的黃鐵礦通用的方法是利用硫酸活化，或硫酸銅對(duì)其活化后再利用黃藥捕收劑對(duì)其進(jìn)行浮選回收[8-10]。

大同某銅礦銅品位為0.46%，鋅品位為1.37%，硫品位為14.57%，銅、鋅和硫分別主要以黃銅礦、閃鋅礦和黃鐵礦的形式存在，是典型的銅鋅硫共伴生礦。現(xiàn)采用優(yōu)先浮選并選擇適當(dāng)?shù)乃巹?，?duì)其銅鋅硫資源進(jìn)行回收試驗(yàn)研究。

1 礦石性質(zhì)

大同地區(qū)某銅鋅硫礦的礦石化學(xué)多元素及銅物相分析結(jié)果如表1～表3。

表1 礦石化學(xué)多元素分析結(jié)果 /%

表2 礦石中銅物相分析結(jié)果 /%

表3 礦石中鋅物相分析結(jié)果 /%

通過(guò)多元素分析和銅鋅的物相分析可知，該礦銅和鋅是要回收的有價(jià)金屬，含硫14.57%，脈石中主要以硅酸鹽為主，含有少量堿性脈石；銅礦物主要以原生硫化銅礦為主，占89.13%，次生硫化銅占8.70%；鋅礦物主要以硫化物為主，占比達(dá)97.18%。

2 原生產(chǎn)工藝流程及存在的問(wèn)題

該選礦廠原生產(chǎn)工藝為礦石經(jīng)碎礦磨礦，細(xì)度控制在約＜0.074 mm 占80%，采用石灰為抑制劑，硫酸鋅+亞硫酸鈉為鋅抑制劑，Z-200為捕收劑，優(yōu)先選出黃銅礦；選鋅流程用硫酸銅活化，丁基黃藥為捕收劑進(jìn)行捕收浮選；鋅尾礦通過(guò)草酸將礦漿pH 值調(diào)整到5～6，再利用丁基黃藥進(jìn)行捕收。經(jīng)1粗3掃3精，獲得含銅20.21%、含鋅12.22%、銅回收率79.14%的銅精礦。尾礦用硫酸銅活化，丁基黃藥為捕收劑，經(jīng)1 粗3 掃3 精，可獲得品位53.34%、回收率78.62%的鋅精礦。鋅尾礦利用草酸調(diào)整礦漿pH 到6 左右，再利用丁基黃藥作為捕收劑，可得品位高達(dá)51.16%、回收率58.43%的硫精礦。

原工藝流程主要存在的問(wèn)題：①銅精礦中鋅含量過(guò)高，不利于銅的計(jì)價(jià)和鋅的有效回收；②原工藝由于利用草酸活化用量大且多次掃選作業(yè)情況下，硫回收率過(guò)低。浮選尾礦中硫含量高達(dá)5.68%，硫的活化浮選效果很差。

3 試驗(yàn)結(jié)果及討論

3.1 銅浮選鋅抑制劑組合試驗(yàn)

該選礦廠原流程中銅精礦含鋅高，鋅抑制效果差。為了在選銅過(guò)程中盡量抑制鋅的上浮，進(jìn)行三組鋅抑制劑試驗(yàn)。組合藥劑分別為：ZnSO4（1 200 g/t）和Na2SO3(600 g/t)；ZnSO4（1 200 g/t）和Na2S(600 g/t)；ZnSO4(1 200 g/t) 和Na2CO3(1 000 g/t)。石灰用量4 kg/t，捕收劑用量80 g/t，起泡劑2#油用量40 g/t。試驗(yàn)流程如圖1。試驗(yàn)結(jié)果如圖2。

圖1 條件試驗(yàn)流程

圖2 捕收劑種類對(duì)粗選銅品位和回收率的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明，在同樣的浮選條件下，ZnSO4和Na2S 作為抑制劑抑制鋅的效果明顯優(yōu)于ZnSO4+Na2SO3和ZnSO4+Na2CO3。用ZnSO4和Na2S 作為組合抑制劑浮選出來(lái)的銅品位為2.86%，回收率為71.40%，相比于其他兩種抑制劑組合，銅回收率下降幅度較小。鋅品位下降到3.12%，鋅回收率可下降到20.27%。而使用ZnSO4和Na2SO3作為組合抑制劑所選出來(lái)銅粗精礦鋅品位為3.37%，回收率為28.48%；用ZnSO4和Na2CO3作為組合抑制劑的指標(biāo)介于其他兩種組合之間。因此，綜合考慮銅的回收及鋅的抑制，選擇ZnSO4和Na2S 組合作為鋅的抑制劑效果最佳。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，硫酸鋅配合硫化鈉的浮選礦漿粘性也會(huì)減弱很多，這對(duì)后續(xù)銅的精選也有好處。

3.2 銅粗選抑制劑用量試驗(yàn)

在石灰用量4 kg/t、起泡劑2#油用量40 g/t、捕收劑Z-200用量80 g/t，抑制劑ZnSO4的使用劑量分別為600、800、1 000、1 200、1 400 g/t，Na2S 用量分別為其ZnSO4用量的一半進(jìn)行抑制劑（硫酸鋅+硫化鈉）用量試驗(yàn)結(jié)果如圖3?？梢钥闯鲭S著硫酸鋅用量的逐漸增加，銅粗精礦中鋅回收率逐漸降低，當(dāng)抑制劑硫酸鋅的使用劑量為600 g/t 時(shí)，銅粗精礦中鋅的回收率達(dá)到了26.54%，銅粗精礦中鋅含量高到3.83%，鋅回收率比較高。當(dāng)硫酸鋅的使用劑量從600 g/t增加到1 000 g/t時(shí)，銅品位升高了0.6個(gè)百分點(diǎn)，達(dá)到了2.86%，銅回收率開(kāi)始呈下降趨勢(shì)，由74.49%下降到71.40%；鋅品位從3.83%降低到3.12%，鋅回收率降低了大約6 個(gè)百分點(diǎn)。繼續(xù)增加硫酸鋅的使用劑量時(shí)，銅品位雖然在提高，增幅不超過(guò)1%，而銅回收率卻繼續(xù)下降；同時(shí)，鋅的回收率下降趨勢(shì)不再明顯。上述分析表明，抑制劑硫酸鋅用量1 000 g/t、硫化鈉用量500 g/t時(shí)最適宜。

圖3 捕收劑用量試驗(yàn)結(jié)果

3.3 銅粗選抑制劑石灰用量試驗(yàn)

由于銅粗選時(shí)需要盡可能抑制硫進(jìn)入銅粗精礦中，在硫酸鋅+硫化鈉1 000+500 g/t、捕收劑Z-200用量80 g/t、起泡劑2#油40 g/t 的條件下，進(jìn)行石灰用量（2、3、4、5 kg/t）試驗(yàn)，結(jié)果如圖4。

圖4 抑制劑石灰用量試驗(yàn)結(jié)果

由圖4 可見(jiàn)，隨著抑制劑石灰用量的增加，粗精礦銅品位明顯提高，銅回收率下降；當(dāng)石灰用量為2 kg/t 時(shí)，粗精礦銅品位為1.14%，銅回收率可達(dá)76.32%；當(dāng)石灰用量從2 kg/t 增加到4 kg/t時(shí)，礦漿pH 值從9 增加到11，粗精礦銅品位增加到2.86%，銅回收率下降到71.40%；當(dāng)石灰用量為5 kg/t時(shí)，銅回收率下降了近3個(gè)百分點(diǎn)，銅品位繼續(xù)增加，此時(shí)礦漿黏度變大，不利于浮選的順利進(jìn)行。綜合考慮，選擇石灰用量4 kg/t為宜。

3.4 硫的活化浮選回收試驗(yàn)

通常情況下，硫酸活化被石灰抑制的黃鐵礦具有效果好、成本低的特點(diǎn)，但硫酸是強(qiáng)酸，易腐蝕浮選設(shè)備和管道，具有一定的危險(xiǎn)性。雖有部分企業(yè)使用草酸代替硫酸對(duì)黃鐵礦的活化，但是草酸價(jià)格高，用量大，且活化效果一般和硫酸相差不大，選礦指標(biāo)較差。針對(duì)該情況，提出了無(wú)酸活化浮選方案，進(jìn)行了氯化銨、硫酸銅及新型活化劑AK-100 的活化效果試驗(yàn)[11-13]。在活化劑2 kg/t、捕收劑丁基黃藥150 g/t、2#油用量60 g/t 的條件下進(jìn)行硫浮選活化劑種類試驗(yàn)，結(jié)果如圖5。

圖5 活化劑種類對(duì)硫浮選的影響

由圖5可見(jiàn)，3種活化劑的活化效果差別明顯，氯化銨的活化效果最差，粗選硫回收率僅為29.38%；AK-100 為活化劑時(shí)，硫回收率有了較大的提高，可達(dá)到36.18%；當(dāng)硫酸銅為活化劑時(shí)，硫回收率明顯提高，可達(dá)到44.71%，可見(jiàn)硫酸銅對(duì)黃鐵礦的活化效果較好。雖然單獨(dú)使用硫酸銅的活化效果可與硫酸活化效果相比，但硫酸銅成本太高，經(jīng)濟(jì)上不可行，故選擇活化劑AK-100。

3.5 硫浮選活化劑AK-100用量試驗(yàn)

考慮到新型活化劑AK-100 的活化作用及經(jīng)濟(jì)性，進(jìn)行了AK-100 和硫酸銅組合活化效果試驗(yàn)。AK-100 用量分別為2、4、6、8、10 kg/t，硫酸銅用量200 g/t，丁基黃藥用量150 g/t，2#油用量60 g/t。試驗(yàn)流程及藥劑制度如圖6；試驗(yàn)結(jié)果如圖7。

圖6 新型活化劑AK-100用量對(duì)硫粗選的影響

圖7 AK-100用量對(duì)硫粗選的影響

由圖7 可見(jiàn)，當(dāng)AK-100 用量從2 kg/t 增加到5 kg/t時(shí)，硫品位從44.51%降到43.51%，硫品位下降幅度為1個(gè)百分點(diǎn)；硫回收率從55.32%增加到84.15%，硫回收率增長(zhǎng)幅度較大；隨著AK-100 用量的繼續(xù)加大，硫回收率和品位變化不大。綜合考慮，AK-100用量5 kg/t為宜。

3.6 硫浮選硫酸銅用量試驗(yàn)

在硫粗選固定AK-100 用量5 kg/t、丁基黃藥用量150 g/t、2#油用量60 g/t條件下，硫酸銅變量進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果如圖8。

圖8 硫酸銅用量對(duì)硫粗選的影響

由圖可見(jiàn)，隨著硫酸銅用量的增加，粗精礦硫品位降低，但變化不大，整個(gè)硫酸銅用量范圍內(nèi)，硫品位在43%～44%上下，但硫回收率明顯不斷提高；當(dāng)硫酸銅用量從50 g/t 提高到150 g/t 時(shí)，硫回收率從69.54%提高到84.46%，硫回收率增加幅度較大，繼續(xù)增加硫酸銅用量對(duì)硫回收率的提高作用不明顯。綜合考慮，硫酸銅用量150 g/t為宜。

3.7 硫浮選掃選試驗(yàn)

硫粗選時(shí)AK-100 用量5 kg/t，掃選過(guò)程中不再添加AK-100，將硫酸銅用量和捕收劑用量減半。試驗(yàn)流程及藥劑制度，見(jiàn)圖9，結(jié)果見(jiàn)表4。

圖9 硫浮選掃選次數(shù)試驗(yàn)

表4 硫浮選掃選試驗(yàn)結(jié)果 /%

1 次掃選硫回收率為1.57%，2 次掃選硫回收率僅為0.28%，尾礦硫品位下降到0.45%，尾礦硫回收率為2.51%?？紤]藥劑成本和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出，硫的浮選采用1粗1掃即可實(shí)現(xiàn)硫的高效回收。

3.8 閉路試驗(yàn)

在條件試驗(yàn)及開(kāi)路試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行閉路試驗(yàn)。閉路試驗(yàn)流程及藥劑制度，見(jiàn)圖10，結(jié)果見(jiàn)表5。

圖10 閉路試驗(yàn)流程

表5 閉路試驗(yàn)結(jié)果 /%

在磨礦細(xì)度為＜0.074 mm 占80%的條件下，經(jīng)過(guò)閉路試驗(yàn)，產(chǎn)出銅精礦、鋅精礦及硫精礦。其中，銅精礦中銅品位23.49%，含鋅6.47%，銅回收率78.13%；鋅精礦中鋅品位達(dá)到54.14%，鋅回收率83.12%；硫精礦硫品位50.90%，硫回收率85.16%?？梢?jiàn)，整個(gè)新工藝克服了原流程銅精礦中鋅含量高的問(wèn)題，使鋅精礦回收率明顯提高，硫資源得到高效回收；同時(shí)，尾礦中S 含量低于1%，達(dá)到尾礦制磚的要求。

4 結(jié)論

根據(jù)大同某銅鋅硫礦礦石性質(zhì)，對(duì)其原浮選工藝進(jìn)行了流程改造，選擇對(duì)鋅抑制能力較強(qiáng)的硫酸鋅和硫化鈉組合可以有效減少銅精礦中的鋅含量，有利于提高鋅精礦鋅的回收率；石灰抑制下的黃鐵礦用新型捕收劑AK-100配合少量CuSO4可極大地提高黃鐵礦的上浮率，尾礦中的硫含量低于1%。最終，經(jīng)過(guò)閉路試驗(yàn)，驗(yàn)證了新工藝的合理性，有效實(shí)現(xiàn)了該礦有價(jià)資源的綜合高效回收。