優化冬瓜山銅礦磨礦產品粒度組成提高浮選指標研究

楊森， 肖慶飛， 康懷斌， 馬帥， 張謙， 王旭東

1.省部共建復雜有色金屬資源清潔利用國家重點實驗室，云南 昆明 650093；

2.礦物加工科學與技術國家重點實驗室，北京 100070；

3.昆明理工大學 國土資源工程學院，云南 昆明 650093；

4.銅陵有色集團控股有限公司冬瓜山銅礦，安徽 銅陵 244031

我國是銅資源消耗大國，但同樣是銅資源緊缺的國家，對外依賴度超過60%，所以對我國現有銅資源的綜合利用尤為重要[1]。磨礦是銅選別工藝中的重要環節，磨礦產品粒度組成對浮選指標有著直接影響[2-3]。入浮顆粒過粗，有用礦物單體解離度不夠，無法得到有效選別，會降低浮選精礦回收率及品位；入浮顆粒過細，導致磨礦產品泥化，研究表明，磨礦產品過細時主要脈石礦物蛇紋石以微細粒礦泥的形式吸附罩蓋于較粗顆粒表面，因表面電性差異從而導致了異相凝聚，會阻礙了浮選藥劑與黃銅礦的作用，影響銅的上浮[4]，不僅會增加磨礦作業能耗，增加磨礦成本，還會增大藥劑用量，影響最終精礦指標。通過優化介質配比強化磨礦作業選擇性破碎作用，可提高磨礦產品可選粒級產率，大量實驗研究和生產實踐表明，浮選回收率先隨著磨礦產品細度增加而提高，磨礦細度到達一定值后回收率會隨著磨礦產品細度增加而降低，故使磨礦產品粒度組成趨于合理能達到提高浮選回收率、精礦品位的目的[5-8]。本文對冬瓜山銅礦磨礦作業進行介質配比優化，以提高入選顆粒粒度組成均勻性，進而提升冬瓜山浮選指標及銅礦資源利用率，提高經濟效益。

冬瓜山銅礦采用一臺半自磨加兩臺一段球磨和兩臺旋流器組成的磨礦循環系統，溢流產品作為原礦進入浮選。但入浮原礦的粒度組成相比預期過粗且粒度組成分布不合理進而導致浮選指標達不到預期，針對以上問題通過對一段磨礦作業的介質配比進行優化，使磨礦產品粒度組成趨于合理，以達到提高浮選指標的目的，為冬瓜山銅礦選銅工藝提供技術支撐。

1 試驗方案

1.1 礦石性質的測定

對冬瓜山不同采區礦石進行取樣，對樣品容重、抗壓強度、泊松比等力學性質進行測定，為改善磨礦條件提供依據。選取一段磨礦球磨機進料對礦物相進行分析，然后對現場浮選原礦中不同存在形式的黃銅礦在各個粒級的分布進行測定，以確定入浮顆粒的適宜粒度組成。

1.2 介質配比確定及磨礦對比試驗

基于礦石性質對不同粒度礦石的適宜介質配比進行計算作為推薦方案，然后用推薦方案與現場方案進行對比試驗，試樣取自旋流器沉砂，對比試驗在D×L 350 mm×160 mm的錐形球磨機中進行，裝球20 kg，磨礦質量濃度為75%，每份試樣2.5 kg，最佳磨礦時間經探索試驗確定為15 min，對兩組介質配比方案的磨礦產品粒度組成進行篩分測定。

1.3 浮選閉路試驗

對介質配比方案磨礦產品進行一粗兩精兩掃的浮選閉路試驗，試驗藥劑包括石灰、Z-200、丁基黃藥、2#油、碳酸鈉，試驗在XFD-0.75L單槽浮選機中進行，兩組試驗條件一致，然后對浮選產品進行檢測分析，對浮選尾礦進行粒度篩分、檢測以查明兩組磨礦方案黃銅礦在不同粒級損失程度，比較不同入浮顆粒粒度組成對浮選指標的影響。

2 結果與討論

2.1 原礦的化學及物相組成

試樣取自冬瓜山銅礦一段球磨機給礦，礦石多元素分析見表1，礦物相分析見表2。

表1 礦石多元素分析結果

表2 礦物相分析結果

礦石主要以黃銅礦、磁黃鐵礦、黃鐵礦和磁鐵礦、鈣鐵石榴子石為主，其次為透輝石和石英、方解石、蛇紋石、 白云母、黑云母、硬石膏、長石、滑石等。礦樣中礦石種類較多，其中難磨礦石包括黃銅礦、石英等，易磨礦石包括蛇紋石、滑石、云母等。礦石種類較多且不同礦石可磨性不同，所以選擇性磨碎不同礦石以增加待選礦物解離度顯得尤為重要[9-11]。

2.2 浮選原礦中黃銅礦的粒度組成

入浮原礦中黃銅礦的粒度組成與單體形式和連生體形式存在的黃銅礦粒度測定結果見圖1。

圖1 樣品中黃銅礦在各粒級的分布

分析磨礦產品不同粒度分布中的黃銅礦含量可知，在+0.10 mm粒級中，黃銅礦的分布率為9.30%。在-0.010 mm粒級中，黃銅礦的分布率為2.07%，在-0.10+0.010 mm級別黃銅礦含量較高分布率高達88.63%。現今冬瓜山浮選原礦細度僅為70%左右，黃銅礦的單體解離度為66.06%，單體解離不充分。另外從黃銅礦在磨礦產品中分布特征可知，以連生體形式存在的黃銅礦的粒度與單體黃銅礦的粒度基本一致，都主要分布在-0.10+0.010 mm之間。所以，為更好地回收黃銅礦，原礦(溢流)樣品還需要進一步細磨，并增加磨礦產品中-0.10+0.010 mm顆粒含量。

2.3 礦石力學性質

礦石是被細磨的對象,只有掌握了待磨礦石的力學性質,才能采取科學的操作條件,取得好的磨碎效果。對冬瓜山礦石進行力學性質分析，結果如表3。

表3 礦石主要力學性質

通過對礦石力學性質分析可知：礦石平均容重為3.45 g/m3，屬于中等容重較高礦石。礦石普氏硬度系數為9.08，礦石屬高硬度礦石。礦石彈性模量為7.55×104kg/cm2，泊松比為0.29，可知礦石韌性較高，屬于高韌性礦石。通過對礦石力學性質測定，冬瓜山一段磨礦球磨機進料礦石容重較高且韌性大，在磨礦作業時應根據礦石性質調整介質制度以進行選擇性磨碎，既要避免磨礦產品粒度過大也要避免過粉碎現象[12-13]。

2.4 磨礦對比試驗

球磨機介質尺寸及配比是影響磨礦的重要因素，因此要優化磨礦產品的粒度組成就需要計算出與礦石性質相匹配的鋼球尺寸及配比，目前國內常用的是段希祥教授的球徑半理論公式[14]：

(1)

式中：Db-特定磨礦條件下給礦粒度d所需的精確球徑(cm)；Kc-綜合經驗修正系數；Ψ-磨機轉速率(%)；σ壓-巖礦單軸抗壓強度(kg/cm2)；ρe-鋼球在礦漿中的有效密度(g/cm3)；D0-磨內鋼球“中間縮聚層”直徑；df-磨機給礦95%過篩粒度(mm)。

本試驗采用該公式來確定球磨磨碎8 mm(最大給礦粒度為8 mm)給礦所需的精確球徑。根據冬瓜山銅礦礦石性質及磨機參數可知，df=8 mm；KC=1.28；由δt=3.45及磨礦濃度R=75%求得ρn=1.99，ρe=5.81；D0按公式計算得D0=4.06；再根據礦石力學性質，按抗壓強度及修正系數計算可求得Db=55.6，取60 mm作為最終確定的最大球徑。

運用該公式，通過待磨粒級粒度分布，由表4可確定一段磨礦介質尺寸方案，得出基于冬瓜山銅礦力學性質得出推薦磨礦介質尺寸方案為m(φ60)m(φ40)m(φ30)m(φ25)=40103020，將推薦方案與現場方案m(φ80)m(φ60)m(φ40)=304030進行對比試驗，磨礦產品粒度組成分布如圖2。

表4 一段球磨初裝球比計算表

圖2 磨礦產品粒度分布

對磨礦產品篩析可得：推薦方案-0.074 mm產率為73%，現場方案-0.074 mm產率為70%，表明推薦方案可明顯提高磨礦產品細度。由圖2可知：推薦方案比現場方案+0.1 mm過粗粒級較現場方案降低2.5個百分點，過粗粒級含量降低，可減少銅在過粗粒級的損失。磨礦產品中-0.1+0.01 mm產率推薦方案比現場方案高2.28%，磨礦產品-0.1+0.01 mm顆粒產率的提高是磨礦產品質量提升的直接體現。過粉碎級別-0.01 mm產率推薦方案比現場方案低0.56%。由于現場方案相較與推薦方案鋼球介質直徑大且個數少，則鋼球與礦石間的研磨面積較小，礦石受到的磨剝作用減小，不利于將礦石磨細，故試驗推薦方案制度比現場方案更適合冬瓜山一段磨礦，推薦介質方案可有效優化冬瓜山磨礦產品的粒度組成。

2.5 浮選閉路試驗

將兩組磨礦介質配比方案的磨礦產品進行與現場浮選流程藥劑制度相同的閉路浮選試驗，浮選閉路試驗流程見圖3，對浮選產品檢測分析，結果如表5。

表5 浮選產品指標

圖3 浮選閉路流程

由表5可知，推薦方案回收率為90.11%，現場方案為88.77%，推薦方案高出現場方案1.34%，推薦方案銅精礦品位比現場方案高0.94%，表明通過優化磨礦產品粒度組成可有效提高浮選回收率及銅精礦品位。

對兩組方案的尾礦進行粒度篩分及銅金屬量分析查明銅在不同粒級的分布率，以探明優化磨礦產品粒度組成對浮選指標影響的原因。結果如表6。

表6 尾礦銅分布

由表6可知：(1)推薦方案尾礦中+0.10 mm粗粒級含銅品位比現場方案低0.053%，相對于原礦銅損失較現場方案低1.15%，且推薦方案粗粒級產率較現場方案小，有助于銅回收率增加；(2)推薦方案尾礦中-0.10+0.01 mm中間粒級銅分布率較高，主要是產率較大達69.75%，但銅品位較現場方案低，說明推薦方案中間粒級回收效果較好；(3)推薦方案尾礦中-0.01 mm過細粒級相對于原礦銅損失率較現場方案低0.27%，證明降低-0.01 mm過細粒級產率可有效降低銅在微細粒級的損失。(4)通過對兩組方案尾礦分析可知，推薦方案回收率提高主要原因在于：通過對磨礦產品粒度組成優化后使銅在+0.1 mm、-0.01 mm過粗、過粉碎粒級損失減少，即在-0.10+0.01 mm中間粒級銅回收增加。

3 結 論

(1)通過對冬瓜山銅礦礦石性質分析，冬瓜山銅礦礦物相較為復雜；冬瓜山銅礦屬于高韌性礦石，較為難磨。

(2)通過礦石力學性質以及給礦粒度特性確定冬瓜山銅礦一段磨礦介質尺寸方案為m(φ60)m(φ40)m(φ30)m(φ25)=40103020。磨礦對比試驗結果表明，推薦方案較現場方案提高磨礦產品-0.1+0.01 mm級別2.28%，-0.074 mm級別產率提高3.1%，在提高細度的同時增加了中間級別產率。

(3)通過優化磨礦產品粒度組成均勻性可提高浮選回收率1.34%，提高銅精礦品位0.94%。對尾礦銅金屬分布分析可得，推薦方案在-0.1+0.01 mm級別銅損失率比現場方案低3.38%，證明優化入浮原礦粒度組成可有效提高冬瓜山銅礦浮選指標。