充氣攪拌預(yù)處理對(duì)黃銅礦和磁黃鐵礦浮選分離的影響

張福亞，張建輝

（北礦機(jī)電科技有限責(zé)任公司，北京 100160）

世界原生銅產(chǎn)量的90%左右來(lái)自硫化礦，而黃銅礦在銅礦物中所占的比例最大，約占銅礦物的2/3，在我國(guó)眾多的礦床工業(yè)類型中，銅硫共生礦床是較為常見(jiàn)的一種形式[1]，其中的磁黃鐵礦等硫鐵礦是其常見(jiàn)的伴生礦物[2]。從宏觀上來(lái)說(shuō)，磁黃鐵礦在礦床中所占的比例、嵌布狀態(tài)與黃銅礦的緊密結(jié)合程度決定了該礦石分選的難易程度[3]。當(dāng)磁黃鐵礦中鐵原子出現(xiàn)虧損而被硫元素替代，同時(shí)又被介質(zhì)中的銅離子活化時(shí)，其可浮性有了大幅度的提高，黃銅礦與磁黃鐵礦的浮選分離難度增大，導(dǎo)致獲得較高質(zhì)量或回收率的銅精礦成為選礦界的一大難題[4]。磁黃鐵礦一個(gè)重要特點(diǎn)是易氧化，據(jù)報(bào)道在相同條件下，磁黃鐵礦的氧化速度是黃鐵礦的20～100倍。蔡美芳等[5]從環(huán)保角度出發(fā)對(duì)磁黃鐵礦的氧化機(jī)理進(jìn)行了較全面的論述。表面氧化的一個(gè)直接結(jié)果是影響其分選行為。磁黃鐵礦在一定限度內(nèi)氧化生成FeSO4和Fe2(SO4)3時(shí)有單質(zhì)硫產(chǎn)生，但泥化后其比表面積大，易嚴(yán)重氧化，從而在表面生成Fe(OH)3和FeO(OH)親水層[6]，可浮性下降，礦漿中氧氣被消耗則又會(huì)影響其他硫化礦的捕收[7]。在前人研究的基礎(chǔ)上，本文嘗試通過(guò)向礦漿中充入空氣，來(lái)氧化磁黃鐵礦的表面，進(jìn)而降低其可浮性。同時(shí)確保了礦漿中有足夠多的氧氣能夠參與黃藥在黃銅礦表面的吸附過(guò)程，提高黃銅礦表面的疏水性。

1 試樣和研究方法

1.1 實(shí)驗(yàn)礦樣制備

原礦樣取自云南文山某露天采場(chǎng)，將現(xiàn)場(chǎng)取來(lái)的礦樣晾干后，破碎至-2 mm，利用“堆錐法”混勻、縮分，選擇具有代表性的礦樣進(jìn)行化學(xué)分析和物相分析，剩余礦樣留作實(shí)驗(yàn)樣及備樣，礦石主要化學(xué)成分、礦石中主要礦物的含量以及礦石中的銅物相分析見(jiàn)表1～3。

表1 礦石的主要化學(xué)成分/%Table 1 Main chemical composition of the ore

1.2 試劑與儀器

實(shí)驗(yàn)主要試劑：硫酸鋅，松醇油均為化學(xué)純，乙基黃藥為工業(yè)級(jí)。

設(shè)備儀器： XFD型(3L)單槽浮選機(jī)，XMQ-240×90型球磨機(jī)，XTLZ-Φ260/Φ200型真空過(guò)濾機(jī)，101-4型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，電子天平(ES-103HA)。

1.3 攪拌-浮選實(shí)驗(yàn)方案

為探索充氣攪拌對(duì)黃銅礦與磁黃鐵礦分離的影響，擬從一下幾個(gè)方面展開(kāi)研究，（1）加藥順序，依次為不充氣條件下攪拌15 min、不充氣條件下攪拌30 min、不加藥充氣0.2 m3/h條件下攪拌15 min、加藥充氣0.2 m3/h條件下攪拌15 min；（2）充氣速率，依次為分別為0、0.05、0.10、0.15、0.20、0.25 m3/h以及不充氣條件；（3）攪拌時(shí)間，依次為0、15、15、25、35、15、55 min。實(shí)驗(yàn)的原則流程見(jiàn)圖1。攪拌和浮選都在同一臺(tái)XFD型(3L）浮選機(jī)上進(jìn)行。通過(guò)浮選機(jī)上的氣量閥門(mén)和流量計(jì)來(lái)控制攪拌過(guò)程中氣量的大小。浮選完成后將精礦和尾礦分別烘干、制樣和化驗(yàn)。

圖1 實(shí)驗(yàn)流程Fig.1 Test flow chart

表2 礦石中主要礦物的含量/%Table 2 Content of the main minerals in the ore

表3 礦石中銅的化學(xué)物相分析結(jié)果Table 3 Results of chemical phase analysis of copper in the ore

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 加藥順序?qū)S銅礦回收率的影響

按照1.3節(jié)所述的加藥順序變量和原則流程開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，計(jì)算黃銅礦回收率，所得結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 不同攪拌條件下的黃銅礦回收率Fig.2 Recovery rate of chalcopyrite under different mixing conditions

通過(guò)圖2可以發(fā)現(xiàn)，充氣攪拌后黃銅礦回收率顯著高于不充氣的條件，不充氣攪拌35 min時(shí)比不充氣攪拌15 min時(shí)的回收率提高了約8個(gè)百分點(diǎn)，可能是隨著攪拌時(shí)間延長(zhǎng)，礦漿中不斷地卷入空氣所致。不加藥充氣攪拌15 min的回收率就高達(dá)68%，加藥充氣攪拌15 min的回收率高達(dá)70%。綜上所述，充氣條件下的回收率要顯著高于不充氣的條件，并且充氣前加藥比充氣結(jié)束后加藥的效果要稍好一些。

2.2 充氣速率對(duì)黃銅礦回收率的影響

按照1.3節(jié)所述的攪拌時(shí)間變量和原則流程開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，加藥順序?yàn)橄燃铀幒蟪錃鈹嚢?，攪拌時(shí)間為35 min，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

從圖3可知，從不充氣到充氣量為0.05 m3/h，回收率就有顯著提升，從66%提高到71%，并且隨著充氣速率的增加，黃銅礦的回收率逐漸上升，充氣速率達(dá)到0.2 m3/h后回收率變化趨于平緩?？梢?jiàn)充氣對(duì)黃銅礦回收有明顯的促進(jìn)作用并且本實(shí)驗(yàn)中較佳的充氣速率為0.2 m3/h。

圖3 充氣速率與黃銅礦回收率的關(guān)系Fig.3 Relationship between the inflation rate and the recovery rate of chalcopyrite

2.3 攪拌時(shí)間對(duì)黃銅礦回收率的影響

考查了6種不同攪拌時(shí)間對(duì)回收率的影響，固定充氣速率為0.2 m3/h。

根據(jù)圖4可知，隨著攪拌時(shí)間的延長(zhǎng)，黃銅礦的回收率逐漸提高，在攪拌時(shí)間為35 min時(shí)達(dá)到較大值，超過(guò)35 min后隨著攪拌時(shí)間延長(zhǎng)，回收率變化趨于平穩(wěn)?？梢?jiàn)對(duì)于充氣攪拌預(yù)處理來(lái)說(shuō)，攪拌時(shí)間有個(gè)較優(yōu)值，超過(guò)該值后則攪拌效果不再有提升。本實(shí)驗(yàn)中較佳的充氣攪拌時(shí)間為35 min。

圖4 攪拌時(shí)間與黃銅礦回收率的關(guān)系Fig.4 Relationship between mixing time and the recovery rate of chalcopyrite

3 結(jié) 論

（1）磁黃鐵礦屬于容易氧化的礦物，礦漿中充入空氣后能夠?qū)⑵溆行а趸?，進(jìn)而降低其可浮性。并且先加藥再充氣攪拌的效果要好于先充氣后加藥。

（2）充氣攪拌的攪拌時(shí)間和攪拌充氣速率都有其較優(yōu)值，超過(guò)較優(yōu)值后充氣攪拌對(duì)指標(biāo)的改善效果將不再提高。

（3）磁黃鐵礦屬于易氧化礦物，其在礦漿中的氧化過(guò)程消耗了礦漿中的氧從而造成礦漿中沒(méi)有足夠的氧來(lái)參與黃藥與黃銅礦的吸附過(guò)程，進(jìn)而造成黃藥不能有效吸附在黃銅礦表面。礦漿中充入空氣后，空氣中的氧參與了磁黃鐵礦的表面氧化，從而保證了礦漿中有足夠的氧來(lái)參與黃藥在黃銅礦表面的吸附過(guò)程，進(jìn)而提高了黃銅礦的回收率。

（4）先加藥再攪拌的設(shè)計(jì)與工業(yè)上在攪拌槽中添加藥劑的設(shè)計(jì)相一致，在工業(yè)上具備可實(shí)現(xiàn)性。攪拌時(shí)間和攪拌充氣速率也可以在工業(yè)設(shè)備上進(jìn)行調(diào)節(jié)，探索合適的放大方法，將充氣攪拌的工藝實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。所以當(dāng)務(wù)之急是開(kāi)發(fā)具備充氣功能的調(diào)漿攪拌槽并推廣至合適的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。