充氣攪拌預(yù)處理對黃銅礦和磁黃鐵礦浮選分離的影響

張福亞，張建輝

（北礦機電科技有限責任公司，北京 100160）

世界原生銅產(chǎn)量的90%左右來自硫化礦，而黃銅礦在銅礦物中所占的比例最大，約占銅礦物的2/3，在我國眾多的礦床工業(yè)類型中，銅硫共生礦床是較為常見的一種形式[1]，其中的磁黃鐵礦等硫鐵礦是其常見的伴生礦物[2]。從宏觀上來說，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]。當磁黃鐵礦中鐵原子出現(xiàn)虧損而被硫元素替代，同時又被介質(zhì)中的銅離子活化時，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]。磁黃鐵礦一個重要特點是易氧化，據(jù)報道在相同條件下，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)對磁黃鐵礦的氧化機理進行了較全面的論述。表面氧化的一個直接結(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時有單質(zhì)硫產(chǎn)生，但泥化后其比表面積大，易嚴重氧化，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，本文嘗試通過向礦漿中充入空氣，來氧化磁黃鐵礦的表面，進而降低其可浮性。同時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程，提高黃銅礦表面的疏水性。

1 試樣和研究方法

1.1 實驗礦樣制備

原礦樣取自云南文山某露天采場，將現(xiàn)場取來的礦樣晾干后，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行化學分析和物相分析，剩余礦樣留作實驗樣及備樣，礦石主要化學成分、礦石中主要礦物的含量以及礦石中的銅物相分析見表1～3。

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

1.2 試劑與儀器

實驗主要試劑：硫酸鋅，松醇油均為化學純，乙基黃藥為工業(yè)級。

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

1.3 攪拌-浮選實驗方案

為探索充氣攪拌對黃銅礦與磁黃鐵礦分離的影響，擬從一下幾個方面展開研究，（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）攪拌時間，依次為0、15、15、25、35、15、55 min。實驗的原則流程見圖1。攪拌和浮選都在同一臺XFD型(3L）浮選機上進行。通過浮選機上的氣量閥門和流量計來控制攪拌過程中氣量的大小。浮選完成后將精礦和尾礦分別烘干、制樣和化驗。

圖1 實驗流程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 礦石中銅的化學物相分析結(jié)果Table 3 Results of chemical phase analysis of copper in the ore

2 實驗結(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展實驗，計算黃銅礦回收率，所得結(jié)果見圖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時比不充氣攪拌15 min時的回收率提高了約8個百分點，可能是隨著攪拌時間延長，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68%，加藥充氣攪拌15 min的回收率高達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 充氣速率對黃銅礦回收率的影響

按照1.3節(jié)所述的攪拌時間變量和原則流程開展實驗，加藥順序為先加藥后充氣攪拌，攪拌時間為35 min，實驗結(jié)果見圖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，充氣速率達到0.2 m3/h后回收率變化趨于平緩?？梢姵錃鈱S銅礦回收有明顯的促進作用并且本實驗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 攪拌時間對黃銅礦回收率的影響

考查了6種不同攪拌時間對回收率的影響，固定充氣速率為0.2 m3/h。

根據(jù)圖4可知，隨著攪拌時間的延長，黃銅礦的回收率逐漸提高，在攪拌時間為35 min時達到較大值，超過35 min后隨著攪拌時間延長，回收率變化趨于平穩(wěn)?？梢妼τ诔錃鈹嚢桀A(yù)處理來說，攪拌時間有個較優(yōu)值，超過該值后則攪拌效果不再有提升。本實驗中較佳的充氣攪拌時間為35 min。

圖4 攪拌時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）充氣攪拌的攪拌時間和攪拌充氣速率都有其較優(yōu)值，超過較優(yōu)值后充氣攪拌對指標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程消耗了礦漿中的氧從而造成礦漿中沒有足夠的氧來參與黃藥與黃銅礦的吸附過程，進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參與黃藥在黃銅礦表面的吸附過程，進而提高了黃銅礦的回收率。

（4）先加藥再攪拌的設(shè)計與工業(yè)上在攪拌槽中添加藥劑的設(shè)計相一致，在工業(yè)上具備可實現(xiàn)性。攪拌時間和攪拌充氣速率也可以在工業(yè)設(shè)備上進行調(diào)節(jié)，探索合適的放大方法，將充氣攪拌的工藝實現(xiàn)工業(yè)化。所以當務(wù)之急是開發(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。