納米氣泡對金礦浮選效果影響的探索

摘要：針對某選礦廠細(xì)碎礦樣進(jìn)行了實驗室納米氣泡浮選與常規(guī)浮選的比較試驗，詳細(xì)考察不同藥劑用量對-0.074 mm占比92%的微細(xì)粒金礦納米氣泡浮選效果的影響。結(jié)果表明：納米氣泡浮選可顯著提高金精礦的Au品位和Au回收率，同時提高浮選速率。在一粗三精兩掃的閉路浮選流程中，納米氣泡浮選可獲得Au品位35.32 g/t、Au回收率93.11%的精礦。相比常規(guī)浮選，納米氣泡的引入使精礦中Au品位增加了3g/t，Au回收率提高了12.33百分點?；谠恿︼@微鏡和激光粒度測試結(jié)果，提出空化產(chǎn)生的納米氣泡在疏水性黃鐵礦表面優(yōu)先生成并引發(fā)的疏水性團(tuán)聚是改善微細(xì)粒礦物分選的主要途徑。

關(guān)鍵詞：浮選；金礦；納米氣泡；微細(xì)粒；動力學(xué)；丁基黃藥

中圖分類號：TD923文章編號：1001-1277（2025）01-0089-06

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A doi：10.11792/hj20250114

引言

金常與黃鐵礦、毒砂、黃銅礦等金屬硫化物礦物共生，并以獨立礦物、顯微包裹體、類質(zhì)同象及吸附狀態(tài)存在于硫化物礦物內(nèi)部或表面，其中，獨立礦物和顯微包裹體為其主要存在形式23。隨著資源的開發(fā)利用，以獨立礦物形式存在的金礦資源日益減少，顯微包裹體形式的金礦資源日益受到重視，該類型金礦即使通過細(xì)磨作業(yè)也很難獲得較高的金解離度，通常利用細(xì)磨—浮選工藝，以浮選載金礦物的形式將金礦物富集。在磨礦作業(yè)中，由于自然金具有密度高、延展性好的特性，導(dǎo)致載金礦物在磨礦—分級流程中積聚，只有載金礦物顆粒的質(zhì)量被降至足夠低，才能進(jìn)入分級溢流。上述特性導(dǎo)致浮選礦漿中包含大量—10μm甚至—1μm的微細(xì)（或稱超細(xì)）顆粒，利用常規(guī)浮選技術(shù)會導(dǎo)致金回收率低、品位低、分選效率低的“三低”現(xiàn)象，只能通過增加精選、掃選次數(shù)才能獲得理想指標(biāo)，顯著增加了選礦成本。因此，研究新型適用于微細(xì)粒金礦的高效浮選分離技術(shù)是實現(xiàn)低品位難選金礦可持續(xù)利用的必由之路。

依據(jù)現(xiàn)階段研究成果，納米氣泡浮選技術(shù)的卓越性能主要體現(xiàn)在對浮選指標(biāo)的優(yōu)化、浮選動力學(xué)的提升及藥劑用量的節(jié)約等方面。從納米氣泡的尺寸效應(yīng)視角出發(fā)，可以發(fā)現(xiàn)納米氣泡對浮選過程中碰撞、附著和脫附概率具有改善作用，進(jìn)而對浮選動力學(xué)產(chǎn)生積極影響。此外，納米氣泡在礦物表面的形成表現(xiàn)出選擇性，其更傾向于在疏水性較強(qiáng)的礦物表面形成。以往研究結(jié)果表明，納米氣泡通常以鉚釘狀覆蓋在疏水礦物表面，其微觀接觸角主要分布在75°～120°，顯著大于宏觀氣泡的接觸角[1213]。納米氣泡在疏水礦物表面的直接生成省略了氣泡與礦物顆粒間的碰撞和黏附過程，而這2個過程在傳統(tǒng)浮選中被認(rèn)為是不可或缺的步驟，也是影響微細(xì)粒礦物浮選效率的關(guān)鍵因素。當(dāng)2個疏水表面相互靠近時，納米氣泡之間會發(fā)生兼并現(xiàn)象，形成凹形毛細(xì)管，在納米氣泡橋毛細(xì)管力的作用下，促進(jìn)細(xì)顆粒形成較大的團(tuán)聚體4。綜上所述，納米氣泡在微細(xì)粒礦物浮選領(lǐng)域具有顯著的應(yīng)用潛力和廣闊的發(fā)展前景。

針對現(xiàn)有金礦浮選技術(shù)中存在的問題，本文重點研究納米氣泡對微細(xì)粒金礦浮選的影響，進(jìn)行了實驗室納米氣泡浮選與常規(guī)浮選的對比試驗研究，詳細(xì)考察了不同浮選條件下，尤其是不同藥劑用量條件下，納米氣泡對微細(xì)粒金礦浮選效果的影響。

1試驗礦樣及藥劑

1.1試驗礦樣

本研究的金礦樣品為某選礦廠破碎車間的—3mm細(xì)碎產(chǎn)品，采集的樣品經(jīng)過混勻、縮分，被儲存于密封袋中。金礦礦物組成采用AMICS礦物分析儀進(jìn)行分析，結(jié)果如表1所示。

由表1可知：該金礦中主要金屬硫化物礦物為黃鐵礦，其次為磁黃鐵礦；金屬氧化物礦物主要為磁鐵礦；脈石礦物主要為石英、長石和云母等硅酸鹽類礦物。由于含金礦物的相對含量極低，無法準(zhǔn)確地對其進(jìn)行定量分析，所以采用化學(xué)分析方法對原礦中Au品位進(jìn)行分析。分析結(jié)果表明，原礦中Au品位為1.13g/t。此外，金通常與黃鐵礦、磁黃鐵礦、毒砂等金屬硫化物礦物伴生[15]。隨著金礦資源的持續(xù)開發(fā)與利用，微細(xì)粒效應(yīng)與低品位化問題日益嚴(yán)重，自然金多以顯微包裹形式存在于金礦中，即使通過細(xì)磨作業(yè)也難以獲得較高的金解離度，因此金礦的選別通常采用細(xì)磨—浮選工藝，通過浮選載金礦物實現(xiàn)金礦物的富集。

1.2試驗藥劑

浮選試驗所用藥劑及其用途如表2所示。

2試驗裝置及方法

2.1納米氣泡浮選系統(tǒng)

納米氣泡浮選系統(tǒng)如圖1所示。納米氣泡浮選系統(tǒng)主要由1.5 L單槽浮選機(jī)和納米氣泡發(fā)生裝置組成，納米氣泡發(fā)生裝置包括納米氣泡發(fā)生器、循環(huán)泵、壓力表、氣體流量計和連接管件。該納米氣泡浮選系統(tǒng)的原理已在文獻(xiàn)[16]和文獻(xiàn)[17]中被詳細(xì)地闡述，因此，本文不再贅述。

2.2浮選試驗方法

取450 g樣品配成濃度為60%的礦漿加入到球磨機(jī)中，通過控制磨礦時間獲得磨礦細(xì)度為-0.074 mm占比92%的浮選入料。浮選試驗采用1.5 L單槽浮選機(jī)。浮選試驗條件：浮選礦漿濃度為30%，浮選機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為2000 r/min，丁基黃藥用量為100 g/t，雜醇用量為40g/t，作用時間分別為3min和1 min，浮選時間為4 min，充氣方式為自然吸氣。浮選精礦和尾礦產(chǎn)品過濾、烘干、稱量、混勻、縮分、取樣，化驗Au品位，計算產(chǎn)率和Au回收率等參數(shù)。納米氣泡浮選時，丁基黃藥作用結(jié)束后，打開循環(huán)泵，并調(diào)節(jié)氣體流量為0.1 L/min，循環(huán)2 min后加入雜醇再進(jìn)行浮選。

2.3原子力顯微鏡測試

為滿足原子力顯微鏡的測試需求，依次采用400目、800目、1200目、2000目及3000目砂紙和絨布對塊狀黃鐵礦和石英樣品進(jìn)行拋光。原子力顯微鏡測試過程中采用溫差法在礦物表面產(chǎn)生納米氣泡。將塊狀黃鐵礦和石英樣品置于5mg/L的丁基黃藥溶液中，使黃鐵礦和石英樣品表面具有一定的疏水性差異；將黃鐵礦和石英樣品同時置于液體樣品池并添加一定量的冷藏24 h以上4℃冷水，室溫下平衡30 min;在峰值力定量納米力學(xué)模式下，使用原子力顯微鏡對黃鐵礦表面上的納米氣泡進(jìn)行表征；選擇彈性系數(shù)為0.35N/m的DNP-S10-A探針進(jìn)行界面納米氣泡掃描。Setpoint值采用500 pN，峰值力頻率、分辨率和掃描范圍分別保持在2 kHz、256×256像素和5μm×5μm。圖像處理使用Nanoscope分析離線軟件。

3試驗結(jié)果與討論

3.1納米氣泡對金礦浮選動力學(xué)的影響

浮選動力學(xué)是評價浮選過程速率和難易程度的重要指標(biāo)。納米氣泡對金礦浮選動力學(xué)的影響如圖2所示。

由圖2-a可知：相同浮選時間條件下，納米氣泡浮選始終可以獲得較高的金精礦Au品位和Au回收率。納米氣泡的引入使Au品位增加了5g/t，Au回收率提高了8～17百分點。根據(jù)經(jīng)典的一階浮選速率方程，納米氣泡的引入使浮選速率常數(shù)k值從0.020 min-1增加至0.026 min-1，此結(jié)論與以往的研究結(jié)果一致。由圖2-b可知：在獲得相同Au品位條件下，納米氣泡浮選始終可以獲得更高的Au回收率。例如：當(dāng)金精礦中Au品位為23 g/t時，無納米氣泡浮選Au回收率僅為54%，而納米氣泡浮選的Au回收率高達(dá)80%。

3.2不同丁基黃藥用量下納米氣泡對金礦浮選效果的影響

丁基黃藥在硫化礦浮選過程中主要用于控制和增強(qiáng)硫化礦的可浮性，其用量對金礦浮選效果有著舉足輕重的作用。在丁基黃藥用量分別為0，25，50，100，150g/t的條件下進(jìn)行有無納米氣泡的金礦浮選對比試驗，試驗結(jié)果如圖3所示。

由圖3-a可知：相同丁基黃藥用量下，納米氣泡浮選始終可以獲得較高的金精礦Au品位和Au回收率。隨著丁基黃藥用量增加至150g/t時，無納米氣泡浮選的金精礦Au品位始終為（5±2）g/t，Au回收率從17.6%增加至74.2%。在納米氣泡浮選中，隨著丁基黃藥用量的增加，金精礦Au品位從17.5 g/t下降至12.4 g/t，但始終遠(yuǎn)高于無納米氣泡浮選。同樣，納米氣泡浮選Au回收率也始終高于無納米氣泡浮選，隨著丁基黃藥用量增加至150g/t，Au回收率從5 7%增加至92.3%。值得注意的是，無捕收劑納米氣泡浮選可以獲得金精礦Au品位和Au回收率分別為17.5g/t和57%的指標(biāo)，說明納米氣泡能顯著強(qiáng)化載金礦物浮選，即使在低疏水載金礦物表面也可以顯著提高其可浮性。由圖3-b可知：納米氣泡的存在使曲線向右上角發(fā)生了顯著移動，說明納米氣泡提高了金精礦Au品位和Au回收率。例如：當(dāng)金精礦中Au回收率為75%時，無納米氣泡浮選Au品位僅為6.5 g/t，而納米氣泡浮選Au品位高達(dá)16.5 g/t。

3.3不同雜醇用量下納米氣泡對金礦浮選效果的影響

起泡劑在浮選過程中決定著浮選泡沫的穩(wěn)定性。起泡劑用量較低時，浮選泡沫不穩(wěn)定，造成Au回收率降低；當(dāng)起泡劑用量過高時，浮選泡沫過于穩(wěn)定，造成水回收率增加和脈石礦物夾帶現(xiàn)象的加劇。因此，起泡劑用量也是制約金礦浮選指標(biāo)的關(guān)鍵因素。不同雜醇用量下納米氣泡對金礦浮選效果的影響如圖4所示。

由圖4可知：當(dāng)雜醇用量從10g/t增加至80g/t時，無納米氣泡浮選情況下，金精礦中Au品位從10 g/t下降至5.1g/t，Au回收率從51.3%增加至75.5%;納米氣泡浮選情況下，金精礦中Au品位從18.9 g/t下降至12.7 g/t，Au回收率從60.2%增加至85.2%。納米氣泡強(qiáng)化浮選時得到的金精礦中Au品位與Au回收率的關(guān)系曲線總是在常規(guī)浮選的右上方，這種差異在Au品位方面體現(xiàn)的更為顯著。在相同Au回收率時，納米氣泡浮選能夠得到更高的Au品位，其差值為10百分點左右。

3.4開路浮選試驗

粗選試驗條件：丁基黃藥用量100 g/t、雜醇用量40 g/t;掃選一試驗條件：丁基黃藥用量50 g/t、雜醇用量20 g/t;掃選二試驗條件：丁基黃藥用量25 g/t。開路浮選試驗流程如圖5所示，納米氣泡浮選和常規(guī)浮選的開路試驗結(jié)果對比如表3所示。

由表3可知：在一粗三精兩掃的開路試驗中，常規(guī)浮選獲得了Au品位49.33g/t、Au回收率44.84%的指標(biāo)；納米氣泡浮選獲得了Au品位56.73 g/t、Au回收率51.31%的指標(biāo)。相比之下，納米氣泡的引入使Au品位增加了7.4 g/t，Au回收率提高了6.47百分點。

3.5閉路浮選試驗

在與開路試驗相同的浮選參數(shù)下進(jìn)行閉路浮選試驗，試驗流程如圖6所示，納米氣泡浮選和常規(guī)浮選的閉路試驗結(jié)果對比如表4所示。

由表4可知：在閉路試驗中，常規(guī)浮選獲得了Au品位32.32 g/t、Au回收率80.78%的指標(biāo)；納米氣泡浮選獲得了Au品位35.32g/t、Au回收率93.11%的指標(biāo)。相比之下，納米氣泡的引入使精礦中Au品位增加了3 g/t，Au回收率提高了12.33百分點。

3.6納米氣泡強(qiáng)化金礦浮選機(jī)理

溫差法作用后，黃鐵礦表面明顯出現(xiàn)呈鉚釘狀的界面納米氣泡（如圖7-a）所示），而石英表面沒有觀察到界面納米氣泡（如圖7-b）所示），說明納米氣泡可以選擇性地在疏水礦物表面生成，而難生成于親水礦物表面。

采用激光粒度分析儀對空化前后黃鐵礦和石英顆粒進(jìn)行粒度分析，以驗證納米氣泡在疏水性黃鐵礦表面優(yōu)先生成并引發(fā)的疏水性團(tuán)聚，結(jié)果如圖8所示。

由圖8可知：空化作用前，黃鐵礦和石英顆粒的dso尺寸均為（37.9±0.1）μm?？栈饔煤?，黃鐵礦顆粒的dso由38.05μm顯著增加至55.38μm;而石英顆粒無明顯變化，dso僅從37.75μm增加至42.55μm。綜上所述，納米氣泡在黃鐵礦表面的選擇性生成，強(qiáng)化了黃鐵礦與石英之間的宏觀接觸角差異[1 8]。此外，納米氣泡在黃鐵礦表面的生成促進(jìn)了微細(xì)粒黃鐵礦之間發(fā)生疏水性團(tuán)聚作用，增大了表觀尺寸[19-20]，從而增強(qiáng)了浮選過程中氣泡與微細(xì)粒黃鐵礦之間的碰撞和黏附概率[21]。

4結(jié)論

本文研究了納米氣泡用于金礦浮選試驗中的可行性，重點考察不同藥劑用量條件下納米氣泡對金礦浮選效果及動力學(xué)的影響，獲得的主要結(jié)論如下：

1）納米氣泡強(qiáng)化了金礦浮選動力學(xué)，浮選速率常數(shù)k值從0.020 min?1增加至0.026 min-1。

2）丁基黃藥用量和雜醇用量試驗結(jié)果顯示，納米氣泡的引入可以顯著提高金精礦的Au品位和Au回收率。

3）在一粗三精兩掃的閉路流程中，納米氣泡浮選獲得了Au品位35.32 g/t、Au回收率9 3.1 1%的指標(biāo)。相比常規(guī)浮選，納米氣泡的引入使精礦中Au品位增加了3 g/t，Au回收率提高了12.33百分點。

4）納米氣泡浮選過程中，空化產(chǎn)生的納米氣泡可以選擇性優(yōu)先產(chǎn)生于疏水黃鐵礦表面，并導(dǎo)致黃鐵礦顆粒發(fā)生疏水性團(tuán)聚，從而增強(qiáng)了氣泡在疏水性顆粒表面吸附的選擇性和捕收概率。

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Exploration of the effects of nanobubbles on gold ore flotation

Wu Zhongxian1.2，Zhou Bo1，Dong Hongliang3，Ran Jincheng'，Tao Dongping1

（1.School of Resources and Environmental Engineering，Shandong University of Technology;

2.School of Chemical Engineering Technology，China University of Mining and Technology;

3.Shandong Yantai Xintai Gold Mining Co.，Ltd.）

Abstract：A comparative study was conducted on laboratory nanobubble flotation and conventional flotation for fine crushed ore samples from an ore-dressing plant.The study investigated the effects of different reagent dosages on the flotation performance of microfine-grained gold ore，with-0.074 mm particles accounting for 92%of the sample.The results showed that nanobubble flotation significantly improved the Au grade and Au recovery of gold concentrate，as well as the flotation rate.In a closed-circuit flotation process with once roughing，three times cleaning，and twice scavenging，nanobubble flotation achieved a concentrate with an Au grade of 35.32g/t and a recovery rate of 93.11%.Compared with conventional flotation，the introduction of nanobubbles increased the Au grade of the concentrate by 3g/t and the Au recovery rate by 12.33 percentage points.Based on atomic force microscopy and laser particle size analysis，it was proposed that nanobubbles generated by cavitation preferentially form on the hydrophobic surface of pyrite and induce hydrophobic agglomeration，thereby improving the separation of fine-grained minerals.

Keywords：flotation;gold ore;nanobubbles;microfine particles;kinetics;butyl xanthate