简介概要

浮选粒度及浓度对铅锌硫化矿浮选分离的影响

来源期刊：稀有金属2018年第3期

论文作者：罗仙平王金庆曹志明肖云程武忠

文章页码：307 - 314

关键词：铅锌硫化矿;浮选粒度;浮选浓度;高浓度浮选;浮选分离;

摘要：浮选粒度及浓度是影响铅锌选矿指标的重要工艺参数。为进一步提高锡铁山矿铅锌浮选指标,节省选矿生产成本,重点考察了浮选粒度及浓度对铅锌选矿效果的影响。浮选试验结果表明,适合该矿石浮选的最佳浮选粒度为-0.074 mm占55%;选铅浮选浓度为48%,选铅尾矿无需浓缩后选锌浮选浓度为47%。在该条件下,利用现场生产流程及药剂制度处理该矿石,闭路试验可以获得含铅74.82%、含锌2.97%、铅回收率93.41%的铅精矿,含锌46.08%、锌回收率94.03%的锌精矿,含硫40.75%、硫回收率71.06%的硫精矿;相比现场浮选粒度及浓度条件下闭路试验指标,铅、锌、硫回收率分别提高了2.36,2.54,2.98个百分点。适宜的浮选粒度有益于目的矿物颗粒与气泡碰撞、附着,并保证了气泡对矿物具备足够的负载能力,促进了目的金属矿物的高效上浮;高浓度浮选工艺增加了矿浆中药剂浓度,强化了药剂与矿物的作用能力,并有效强化了气泡对有用疏水颗粒的拱抬效应,提高了铅锌硫矿物的分选指标。

网络首发时间: 2016-12-01 14:48

稀有金属 2018,42(03),307-314 DOI:10.13373/j.cnki.cjrm.xy16090039

浮选粒度及浓度对铅锌硫化矿浮选分离的影响

罗仙平王金庆曹志明肖云程武忠

江西理工大学资源与环境工程学院

青海西部矿业科技有限公司

青海省高原矿物加工工程与综合利用重点实验室

青海省有色矿产资源工程技术研究中心

西部矿业股份有限公司锡铁山分公司

摘要：

浮选粒度及浓度是影响铅锌选矿指标的重要工艺参数。为进一步提高锡铁山矿铅锌浮选指标, 节省选矿生产成本, 重点考察了浮选粒度及浓度对铅锌选矿效果的影响。浮选试验结果表明, 适合该矿石浮选的最佳浮选粒度为-0.074 mm占55%;选铅浮选浓度为48%, 选铅尾矿无需浓缩后选锌浮选浓度为47%。在该条件下, 利用现场生产流程及药剂制度处理该矿石, 闭路试验可以获得含铅74.82%、含锌2.97%、铅回收率93.41%的铅精矿, 含锌46.08%、锌回收率94.03%的锌精矿, 含硫40.75%、硫回收率71.06%的硫精矿;相比现场浮选粒度及浓度条件下闭路试验指标, 铅、锌、硫回收率分别提高了2.36, 2.54, 2.98个百分点。适宜的浮选粒度有益于目的矿物颗粒与气泡碰撞、附着, 并保证了气泡对矿物具备足够的负载能力, 促进了目的金属矿物的高效上浮;高浓度浮选工艺增加了矿浆中药剂浓度, 强化了药剂与矿物的作用能力, 并有效强化了气泡对有用疏水颗粒的拱抬效应, 提高了铅锌硫矿物的分选指标。

关键词：

铅锌硫化矿;浮选粒度;浮选浓度;高浓度浮选;浮选分离;

中图分类号： TD923;TD95

作者简介：罗仙平 (1973-) , 男, 湖北仙桃人, 博士, 教授, 研究方向:有色金属矿选矿;电话:13997385789;E-mail:lxp9491@163.com;

收稿日期：2016-09-29

基金：国家自然科学基金项目 (50704018, 51374116);青海省企业研究转化与产业化专项 (2016-GX-C9);青海省重点实验室发展专项 (2014-Z-Y10) 资助;

Flotation Separation of Lead-Zinc Sulfide Ore with Different Flotation Particle Size and Concentration

Luo Xianping Wang Jinqing Cao Zhiming Xiao Yun Cheng Wuzhong

Faculty of Resource and Environmental Engineering, Jiangxi University of Science and Technology

Qinghai Western Mining Technology Co., Ltd.

Key Laboratory of Mineral Processing and Comprehensive Utilization in Qinghai Province

Nonferrous Mineral Resources in Qinghai Province Engineering Technology Research Center

Xitieshan Filiale, Western Mineral Co., Ltd.

Abstract：

The particle size and concentration of flotation are important parameters in the process of lead and zinc mineral processing.In order to further improve the flotation index of Xitieshan Lead-Zinc Mine and save the cost of mineral processing, the influence of particle size and concentration of flotation on the effect of lead zinc ore dressing was mainly investigated. Flotation test results showed that the best flotation particle size was-0. 074 mm accounting for 55%, lead flotation concentration was 48%, lead tailings did not need to be concentrated and zinc flotation concentration was 47%. Under this condition, the ore was treated by the field production flow and reagent system, a lead concentrate with Pb grade of 74. 82%, Zn grade of 2. 97%, Pb recovery rate of 93. 41%, and a zinc concentrate with Zn grade of 46. 08%, Zn recovery rate of 94. 03%, and a sulfur concentrate with S grade of 40. 75%, S recovery rate of 71. 06%could be obtained through closed circuit experiment. Compared with the closed-circuit test index under the condition of floatation size and concentration at production field, the lead, zinc, sulfur recovery rate increased by 2. 36, 2. 54, 2. 98 percentage points, respectively. The suitable flotation particle size was beneficial for the collision and adhesion between the mineral particles and air bubbles, and ensured that the bubbles had sufficient loading capacity to the mineral, which promoted the efficient ascent of metal minerals. The high concentration flotation technology increased the concentration of the reagent, and strengthened the interaction capability of the agent and mineral, and effectively strengthened the arch lift effect of bubble on useful hydrophobic particles, thus improving the sorting index of the lead and zinc sulfide minerals.

Keyword：

lead-zinc sulfide ores; flotation particle size; flotation concentration; high concentrationflotation; flotation separation;

Received： 2016-09-29

在浮选实践中, 存在着一系列影响浮选效果的工艺因素, 主要包括:矿粒粒度、浮选药剂制度、浮选流程、矿浆浓度、矿浆p H值、浮选时间等^[1,2,3]。其中, 浮选粒度及浓度对颗粒与气泡的粘附具有极大的影响, 对提高矿物浮选速度和选择性密切相关^[4]。李俊旺^[5]研究了粒度对会泽方铅矿浮选动力学的影响, 试验表明:随着方铅矿粒度的增加, 浮选累计回收率呈现先升后降的规律, 而浮选速度常数则逐渐降低。罗仙平等^[6]研究成果表明, 在铅锌硫化矿物浮选过程中, 适宜的矿物粒度对矿物浮选的影响重大;另外开发了高浓度浮选技术, 突破了传统浮选工艺中浮选浓度定为35%~42%的局限, 将浮选浓度提高到50%左右时, 强化了气泡对有用疏水颗粒的拱抬效应, 提高了铅锌硫化矿物的分选指标。蒋朝澜^[4]提出增大粗粒浮选性的主要措施是降低矿浆的湍流强度, 故需增大矿浆浓度以延缓气泡浮升速度, 缩短矿化气泡浮升距离。

西部矿业股份有限公司锡铁山分公司下属锡铁山铅锌矿是我国大型铅锌矿山之一, 铅锌金属储量较大, 品位较高, 矿物组成较为简单, 有用金属矿物嵌布粒度相对较粗。目前选矿厂日处理量已达4500 t, 主要分为4个系列进行选矿生产, 其中Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ系列采用“优先选铅-锌硫混浮-锌硫分离”工艺流程, Ⅳ系列采用“原生电位调控浮选”工艺。本文以Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ系列生产工艺为研究对象, 考察浮选粒度及浓度对锡铁山铅锌硫化矿浮选分离效果的影响, 探究适合该矿石浮选的最佳浮选粒度及浓度参数。

1 实验

1.1 矿样

1.1.1 试样化学成分和矿物组成

实验矿样来自锡铁山生产铅锌矿石样, 试样中铅、锌、硫含量相对较高, 是主要回收的有价元素, 其中铅、锌品位分别为2.50%和4.47%, 而硫品位达到了17.11%。此外, 贵金属金、银可伴生回收;主要的脉石矿物是含钙、镁、铝和二氧化硅的矿物。试样多元素化学成分分析见表1。

矿石中矿物组成较为简单, 其中金属矿物主要有黄铁矿、方铅矿、铁闪锌矿, 其次为黄铜矿、胶状黄铁矿、磁黄铁矿、褐铁矿、菱锰矿、白铁矿。非金属矿物主要为石英、绿泥石、方解石、绢云母等。

表1 矿石的化学成分Table 1 Chemical compositions of raw ore (%) 下载原图

*:Au, Ag unit being g·t^-1

表1 矿石的化学成分Table 1 Chemical compositions of raw ore (%)

矿石中矿物赋存形式较为简单, 其中铅矿物、锌矿物分别以方铅矿和铁闪锌矿形式存在, 而硫铁矿物主要以黄铁矿和磁黄铁矿的形式存在, 胶状黄铁矿含量较少。此外, 主要有价金属矿物相对含量较高, 矿石中脉石矿物种类较少, 主要为石英、方解石、绿泥石和绢云母。

1.1.2 试样中主要矿物嵌布粒度及特征

将试样碎磨至-2 mm粒级内, 并磨制成砂光片后进行显微分析, 显微镜下测定出矿物的粒级分布情况如图1所示, 试样中主要金属矿物的显微照片如图2所示。

由图1可知, 试样中方铅矿、铁闪锌矿主要呈中-细粒嵌布和中粒嵌布, 方铅矿主要集中分布在+1.28, -1.28+0.64, -0.64+0.32, -0.32+0.16mm等4个粒级内, 其累计含量达到80%以上;铁闪锌矿相对方铅矿而言, 其嵌布粒度更粗, 主要集中分布在+1.28, -1.28+0.64, -0.64+0.32 mm等3个粒级内, 累计含量超过90%。该试样粒级分析结果表明, 在较粗的磨矿粒度下, 易于实现目的矿物的分选。由图2可进一步看出, 试样中方铅矿和铁闪锌矿的嵌布粒度较粗, 呈规则条带状, 有利于有用矿物的解离。

图1 试样中主要金属矿物嵌布粒度关系Fig.1 Main metallic mineral disseminated extent relationships in ore

图2 试样中方铅矿、铁闪锌矿和黄铁矿的显微照片Fig.2 Micrograph of galena, marmatite and pyrite in ore

1.2 药剂

实验所用药剂:铅浮选捕收剂25^#黑药、锌抑制剂T16;锌浮选矿浆p H及矿浆电位调整剂石灰、活化剂硫酸铜、捕收剂丁基黄药均为工业级。

1.3 仪器

实验所用仪器:矿相显微镜, 原子吸收光谱分析仪, 标准筛, 锥型球磨机, 单槽浮选机, 挂槽浮选机, p H计, 电热恒温鼓风干燥箱, 电子天平秤 (0.0001 g) , 真空过滤机, 振动磨样机。

1.4 方法

实验根据所需浮选浓度称取相应重量的矿样, 加入XMQ-240×90锥型球磨机中进行磨矿, 矿样磨至所需细度后加入容积为3 L的挂槽浮选机中, 依次添加各种指定的浮选药剂, 搅拌2~3 min, 充气, 刮泡;所得浮选产品经过滤, 烘干, 称重, 制样后, 进行化验分析, 并计算各产品的浮选指标。浮选实验依据现场Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ系列生产工艺 (浮选流程、药剂制度) 进行, 其选矿工艺如图3所示。

图3 锡铁山选矿厂Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ系列选矿工艺流程Fig.3 Production beneficiation process ofⅠ, Ⅱ, Ⅲseries

2 结果与讨论

2.1 浮选粒度对铅锌分选效果的影响

矿物粒度分布对有用矿物的浮选产生重要作用, 浮选粒度与有用矿物的嵌布粒度密切相关, 它直接决定着矿物的解离程度, 也影响着矿物与气泡的附着、碰撞情况, 适宜的浮选粒度存在一个上、下限, 过粗或过细颗粒的浮选效果都差^[7,8,9]。如矿物粒度太细, 因其质量小、动量低, 难以克服气泡表面水化膜的能垒, 与气泡碰撞、附着的概率小。同时, 矿粒质量小, 导致细粒混杂, 降低精矿品位, 矿物颗粒细, 其比表面积大, 对药剂吸附能力强, 增大了药剂消耗, 另外矿粒表面能大, 氧化速率高, 使得细粒硫化矿物可浮性降低;矿物粒度太粗, 则所需负载矿粒上浮的气泡太大, 稳定性差, 使得矿物可浮性降低^[10,11]。

试验固定浮选矿浆浓度为40%, 药剂制度不变, 考察浮选粒度对铅粗选以及锌硫混合粗选指标的影响, 试验结果如图4和5所示, 并对最佳磨矿粒度下的产品粒度特性进行了分析, 结果如表2所示。

图4 磨矿粒度对铅粗选指标的影响Fig.4 Effect of grain size of grinding on lead roughing indicators

(a) Lead grade and recovery in lead rough concentrate; (b) Zinc grade and recovery in lead rough concentrate

图5 磨矿粒度对锌粗选指标的影响Fig.5 Effect of grain size of grinding on Zinc roughing indicators

表2 磨矿粒度产品筛析粒度特性分析结果Table 2Product screen analysis granularity characteris-tics analysis results of grain size of grinding (-0.074 mm being 55%) 下载原图

表2 磨矿粒度产品筛析粒度特性分析结果Table 2Product screen analysis granularity characteris-tics analysis results of grain size of grinding (-0.074 mm being 55%)

由图4 (a) 及 (b) 可见, 随磨矿粒度-0.074 mm含量占50%增大至70%时, 铅粗精矿铅品位及回收率均呈先增大后下降变化规律, 而铅粗精矿中锌品位及回收率不断增大, 当磨矿粒度-0.074mm含量占55%时, 铅分选指标达到最佳。图4结果表明, 在磨矿粒度为-0.074 mm含量占50%时, 矿物颗粒相对较粗, 矿物解离不充分, 部分粗粒铅连生体矿物及粗粒锌矿物超过气泡的负载能力, 不易上浮, 而部分中-细粒未解离的铅连生体矿物随易浮铅矿物一起上浮, 从而导致该粒度条件下铅粗精矿铅品位及回收率相对较低;当磨矿粒度-0.074 mm含量达到55%以上时, 细粒级有用金属矿物比例增大, 致使细粒级的铅矿物可浮性降低, 不易捕收, 铅回收率下降, 另外呈中粒嵌布的锌矿物产生过磨而细粒级增多, 对铅捕收剂吸附能力增强, 上浮速度快, 混杂严重, 从而影响铅精矿品位。

由图5可见, 随磨矿粒度-0.074 mm含量占50%增大至70%时, 锌硫混合粗精矿中锌品位逐渐增大, 但锌回收率却呈下降趋势, 因此磨矿粒度为-0.074mm含量占55%对锌浮选更为有利。图5结果表明, 磨矿粒度较细时, 矿粒表面能大, 氧化速率高, 活化不充分, 对捕收剂吸附能力变弱, 导致部分难浮锌矿物流失在尾矿中, 降低了锌回收率。

由表2可知, 在磨矿粒度-0.074 mm占55%的条件下, 铅矿物主要分布在-0.074+0.048, -0.048+0.037以及-0.037 mm 3个粒级, 均属于泡沫浮选的最佳粒度范围^[12,13], 在该粒级范围内, 铅品位相对较高, 铅累计分布率达82.15%;而锌累计分布率为59.54%。由于锌矿物嵌布粒度相对较粗, 在铅浮选捕收剂体系下, 铅矿物上浮速度快, 而气泡对锌矿物颗粒的附着概率小, 负载能力不足, 有益于铅锌的高效分速浮选。

2.2 浮选浓度对铅锌分选效果的影响

浮选浓度是影响选矿指标的重要工艺参数, 主要表现在影响矿浆充气量、矿浆中药剂浓度以及浮选时间等^[14]。通常适当增大入浮矿料浓度, 可减小颗粒 (特别是粗颗粒) 从气泡上脱落的概率, 从而提高粗颗粒有用矿物的回收率, 高浓度入料对削弱密度、粒度对上浮末速度的影响具有重要作用^[15]。因此, 高浓度浮选矿物时应特别注意原矿泥化和过度细磨产生的次生泥化所带来的微细颗粒矿物对浮选矿浆环境的不利影响。目前, 高浓度分选技术在部分铅锌硫化矿、铁矿、金矿选矿生产中得到应用^{[16,17,18,19]}, 有效降低了选矿能耗, 并取得了良好的浮选指标。

试验固定浮选磨矿粒度为55%, 药剂制度不变, 考察浮选浓度对铅粗选指标的影响, 试验结果如图6所示。

由图6 (a) 及 (b) 可知, 随铅粗选浮选浓度由36%增大至52%, 铅粗精矿中铅回收率先增大后下降, 而铅品位呈略微下降趋势;铅粗精矿中锌品位及回收率先略微提高后上升明显, 综合考虑铅品位、回收率及含杂情况, 选择铅作业浮选浓度为48%更为合理。图6中结果表明, 高浓度浮选 (48%左右) 可增加液相中药剂浓度, 增大气泡和矿物颗粒的碰撞概率^[20], 强化黏附, 进而提高了目的矿物的浮选速度, 但浮选浓度过大 (≥52%左右) 会影响气泡在矿浆中的分散, 泡沫层较厚, 恶化浮选环境, 铅精矿中含杂变高, 影响了铅精矿质量及回收率。

图6 浮选浓度对铅粗选指标的影响Fig.6 Effect of floatation concentration on lead and zinc roug-hing indicators

(a) Lead grade and recovery in lead rough concentrate; (b) Zinc grade and recovery in zinc rough concentrate

在研究了浮选浓度对铅粗选选别指标的基础上, 进一步考察锌浮选作业浓度对锌硫混合粗选指标的影响。实验室及生产现场研究发现, 锌粗选浮选浓度 (选铅尾矿浓度) 一般比铅粗选浓度低1.00%左右, 因此, 选锌作业前无需对选铅尾矿进行浓缩, 即可保证锌硫混浮作业具备足够的浮选浓度, 故考察锌浮选浓度分别为35%, 39%, 43%, 47%, 51%时锌粗精矿选别指标, 试验结果如图7所示。

由图7可知, 随锌粗选作业浓度增大, 锌回收率先增大后下降, 但锌品位呈下降趋势, 当浮选浓度为47%时, 对选锌更为有利。该结果表明, 在较低浓度下 (35%) , 矿浆中药剂浓度相对不足, 气泡对锌矿物颗粒的拱抬效应减弱, 对细粒锌矿物捕收能力变弱;当浮选浓度超过最佳值时, 由于矿浆过浓≥51%左右) , 使浮选机充气条件变坏, 回收率下降。

图7 浮选浓度对锌粗选指标的影响Fig.7 Effect of floatation concentration on zinc roughing indi-cators

2.3 浮选闭路试验

在确定了最佳磨矿粒度及浮选浓度条件后, 结合现场工艺流程及药剂制度进行小型闭路试验, 并利用现场现有生产工艺 (包括现场磨矿粒度50%、浮选浓度40.5%) 进行对应的小型闭路试验, 试验工艺流程如图3所示, 试验结果如表3和4所示。可见, 在原矿含铅2.50%、锌4.47%、硫17.11%的情况下, 利用实验室确定的最佳浮选粒度-0.074 mm占55%、铅粗选浮选浓度48%、锌粗选浮选浓度47%, 闭路试验可获得铅精矿含铅74.82%、含锌2.97%、铅回收率93.41%, 锌精矿含锌46.08%、锌回收率94.03%, 硫精矿含硫40.75%、硫回收率71.06%的优异指标;在现场浮选粒度和浓度下, 闭路试验可获得铅精矿含铅74.63%、含锌3.04%、铅回收率91.05%;锌精矿含锌46.74%、锌回收率91.49%;硫精矿含硫38.61%、硫回收率68.08%。相比现场工艺所取得指标, 最佳浮选粒度和浓度条件下可提高铅、锌、硫回收率分别达2.36, 2.54, 2.98个百分点。

表3 试验最佳浮选粒度及浓度条件下小型闭路试验结果Table 3Minitype closed-circuit test results under condi-tion of best flotation particle size and concentra-tion (%) 下载原图

表3 试验最佳浮选粒度及浓度条件下小型闭路试验结果Table 3Minitype closed-circuit test results under condi-tion of best flotation particle size and concentra-tion (%)

表4 现场浮选粒度及浓度条件下小型闭路试验结果Table 4Minitype closed-circuit test results under condi-tion of flotation particle size and concentration at production field (%) 下载原图

表4 现场浮选粒度及浓度条件下小型闭路试验结果Table 4Minitype closed-circuit test results under condi-tion of flotation particle size and concentration at production field (%)

3 结论

1.以锡铁山铅锌矿为研究对象, 确定了适合该矿石浮选的最佳浮选粒度为-0.074 mm占55%;选铅浮选浓度为48%, 选铅尾矿无需浓缩后选锌浮选浓度为47%。

2.在最佳浮选粒度及浓度条件下, 利用现场生产流程及药剂制度处理该矿石, 小型闭路试验可以获得含铅74.82%、含锌2.97%、铅回收率93.41%的铅精矿, 含锌46.08%、锌回收率94.03%的锌精矿, 含硫40.75%、硫回收率71.06%的硫精矿。相比现场工艺所取得指标, 最佳浮选粒度和浓度条件下可提高铅、锌、硫回收率分别达2.36, 2.54, 2.98个百分点。

3.浮选粒度及浓度对铅锌选矿效果影响重大。适宜的浮选粒度有益于目的矿物颗粒与气泡碰撞、附着, 并保证了气泡对矿物具备足够的负载能力, 促进了目的金属矿物的高效上浮。高浓度浮选技术, 增加了矿浆中药剂浓度, 强化了药剂与矿物的作用能力, 并有效强化了气泡对有用疏水颗粒的拱抬效应, 提高了铅锌硫矿物的分选效率, 降低了浮选设备能耗、水耗及药耗, 节省了选矿生产成本。