从选矿尾矿中回收有价元素的试验研究(1).pdf

2 0 1 0 年第3 期 有色金属 选矿部分3 3 从选矿尾矿中回收有价元素的试验研究 王兢 北京科技大学，北京1 0 0 0 8 3 摘要针对某选矿厂尾矿进行了铜、硫和钨综合回收的试验研究。该尾矿储量大，尾矿中铜、钨含量较低，含硫 较高，针对该尾矿性质，采用浮选重选联合工艺流程回收其中的铜、硫和钨。全流程试验获得的试验指标为铜精矿 铜品位2 2 ．0 2 ％、回收率7 4 ．3 9 ％，硫精矿硫品位3 5 ．2 4 ％、回收率8 7 ．2 6 ％，钨精矿钨品位6 5 ．7 3 ％、回收率5 0 ．8 6 ％。 关键词尾矿；铜；硫；钨；浮选；综合回收 中图分类号T D 9 5 2 ．1 ；T D 9 5 4文献标识码A文章编号1 6 7 1 - 9 4 9 2 2 0 1 0 0 3 - 0 0 3 3 - 0 5 选矿过程会产出大量尾矿，尾矿不仅占用大量 土地，而且也给人类生产、生活带来了严重污染和 危害，现已受到全社会的广泛关注。同时，选矿尾 矿又被人们称为二次资源，随着各种一次资源的日 益减少，开展尾矿的综合利用越来越受到人们的重 视，尾矿的开发利用，是矿产综合利用范围最广、 潜力最大、经济和社会效益最好的领域之一It - 4 】。 某铜矿尾矿储量达3 0 0 万t ，存在可供回收的 铜、硫和钨等矿物。该矿已具有几十年的开采历 史，建矿初期由于钨的含量和当时的价格较低，未 考虑回收，再加上当时因选矿技术落后，铜回收率 不足8 0 ％，致使部分铜钨等金属流失至尾矿中。因 表1 T a b l el 此，针对该尾矿进行综合回收铜和钨具有较好的现 实意义。 1 试样性质 1 ．1 试样主要组成及化学成分分析 试样是以铜和钨为主，含有少量的铅、锌及微 量金、银。矿石的主要金属矿物是黄铁矿、黑钨矿 和黄铜矿，矿石中的其它金属矿物相对较少，矿石 中的脉石以石英、方解石、白云石为主，其次是钙 铁榴石、绿泥石、白云母和金云母，少量绿帘石、 长石、榍石和锆石。 试样的化学成分分析结果见表l 。 试样的主要成分化学分析结果 T h er e s u [ t so fc h e m i c a la n a l y s i so fs a m p l e ％ 元素 C u W 0 3 SF eP bZ nM oPA sC a O M g OA 1 2 0 3S i 0 2K 2 0 质量分数 0 ．2 4O ．2 84 ．3 51 4 ．5 3O ．0 90 ．0 9 20 ．0 0 40 ．0 5 40 ．0 0 2 81 0 ．2 91 ．1 42 ．1 74 4 ．4 7O ．3 6 N a 2 0 A u A g 0 ．0 6 8O ．0 7 ’g ／t1 4 ．3 3 s i t 1 ．2 试样中铜、钨的化学物相分析 试样中铜、钨的化学物相分析结果分别见表2 和表3 j 表2试样中铜的物相分析结果 T a b l e2T h ea n a l y s i sr e s u l t so fc o p p e rp h a s e％ 从铜、钨的化学物相分析结果可以看出，该试 收稿日期2 0 0 9 1 2 - 0 6修回日期2 0 1 0 - - 0 2 2 2 作者简介王兢 1 9 7 9 一 ，男，河南南阳人，博士研究生。 表3试样中钨的化学物相分析结果 T a b l e3 ，1 1 l ea n a l y s i sr e s u l t so ft u n g s t e np h a s e％ 样中铜主要以硫化物的形式存在，钨主要以黑钨矿 的形式存在。 1 ．3 试样的粒度组成、矿物结构及嵌布特征 试样的粒度分析结果见表4 。 原矿中主要金属矿物黄铜矿和黑钨矿的结构及 万方数据 3 4 有色金属 选矿部分 2 0 1 0 年第3 期 表4试样粒度分析结果 T a b l e4T h er e s u l t so fs i z ed i s t r i b u t i o no fs a m p l e ％ 嵌布特征如下 1 黄铜矿黄铜矿是矿石中主要的铜矿 物，主要呈不规则状产出，很少单独在脉石中 嵌生，黄铜矿多沿黄铁矿裂隙或层间充填。有 时在黄铁矿晶间呈粗粒或中粗粒浸染。与黄铁 矿的关系较为密切，有时黄铜矿沿黄铁矿裂隙充 填呈脉状、网脉状产出，在粗粒黄铁矿中常可见 黄铜矿包体，黄铜矿与黄铁矿或与脉石连生体 的粒度一般为0 ．0 0 5 ～1 ．0 0 m m ，其嵌布关系比较 复杂。 2 黑钨矿黑钨矿主要以板状、柱状单晶或 集合体单独或成群呈浸染状嵌布在石英、云母、萤 石、长石与绿泥石等脉石矿物中。有时可见黄铁 矿、黄铜矿等硫化物与黑钨矿连生或被包裹。黑钨 矿嵌布粒度为0 ．0 1 1 ．5 m m 。 2 选矿工艺条件试验研究 2 ．2 试验样品和设备 试验所用的矿样采自现有选矿厂的尾矿库，试 样经混匀、分装成每包1 0 0 0 9 ，作为浮选的试验 样品。 实验室设备为锥形球磨机、X F D 3 ．0 L 、X F D I ．O L 、 X F D O ．5 L 、0 ．3 5 L 浮选机、I ．L 6 0 0 x 3 0 0 螺旋溜槽和 X Y Z 一1 6 0 0 x 7 0 0 型刻槽摇床。 2 ．1 浮选试验研究 由工艺矿物学研究可知，该尾矿需要回收的主 要目的矿物是铜、硫和钨，铜主要以硫化物形态存 在，钨主要以黑钨矿的形态存在，因此确定的试验 方案为浮选回收铜和硫，铜硫浮选的尾矿采用重选 回收钨矿物的工艺流程[ s - 7 ] 。 2 ．2 ．1 浮选流程对比试验 由于该试样中铜的含量较低，同时试样中含 有大量的黄铁矿，在后续的选钨过程中黄铁矿的 存在将影响钨的回收，因此，在硫化矿浮选的过 程中既要考虑铜的回收，也要考虑在选钨之前脱 除黄铁矿．消除黄铁矿对后续试验的影响，同时 也综合回收了硫。为了探索浮选工艺的最佳条件， 对该试样进行了铜优先浮选和硫化矿混合浮选的 对比试验。原则工艺流程见图1 和2 ，试验结果 见表5 。 原矿 硫精矿硫化矿尾矿 图1 铜优先浮选试验原则工艺流程 F i g ．1 T h ec o n c e p t u a lf l o w s h e e to fc o p p e rp r i o r i t y f l o t a t i o n 原矿 硫化矿尾矿 铜精矿硫精矿 图2 硫化矿混合浮选试验原则工艺流程 F i g ．2 T h ec o n c e p t u a lf l o w s h e e to fm i x e ds u l f i d e f l o t a t i o n 表5流程对比试验结果 T a b l e5T h ec o m p a r i s o ne x p e r i m e n t a lr e s u l t so ft h e p r o c e s s ％ 流程方案产品名称产率 品位 回收率 C usw 0 3C u S W 0 3 铜优先浮 塑要1 6 ．4 42 6 32 6 8 8o 』46 7 9 34 1 2 83 ’3 1 谥漆起 硫精矿 9 ．4 40 1 71 9 ．3 10 ．1 26 ．4 44 3 4 74 ．1 5 。”⋯4 硫化矿尾矿8 4 ．1 20 ．0 7 60 ．7 6O ．3 0 2 5 ．6 41 5 ．2 49 2 ．5 4 原矿1 0 0 ．00 ．2 54 ．1 90 ．2 71 0 0 ．0 1 0 0 ．0 1 0 0 ．0 铜精矿4 ．2 44 ．0 22 5 ．6 20 ．1 37 0 ．4 42 5 ．9 12 ．0 5 硫化矿混合硫精矿 1 2 ．8 30 ．1 52 0 ．7 70 ．1 1 7 ．9 66 3 ．∞5 ．2 6 浮选流程硫化矿尾矿8 2 ．9 30 ．0 6 3 0 ．5 30 ．3 0 2 1 ．6 01 0 ．4 99 2 ．6 9 原矿1 0 0 ．00 ．2 44 ．1 9 0 ．2 71 0 0 ．0 1 0 0 ．0 1 0 0 ．0 万方数据 2 0 1 0 年第3 期王兢从选矿尾矿中回收有价元素的试验研究 3 5 从试验结果可以看出，优先浮选流程铜的指标 略低于硫化矿混合浮选流程，同时，优先浮选流程 中硫化矿尾矿硫的含量要高于硫化矿混合浮选流 程，这可能是由于优先浮铜时石灰用量较大，p H 较高，铜受到抑制，而在选硫时又要添加大量的酸 来降低p H 值。由于该试样中铜的含量较低，同时 试样中含有大量的黄铁矿，在后续的选钨过程中黄 铁矿的存在将影响钨的回收，因此，硫化矿浮选试 验采用硫化矿混合浮选流程回收铜和消除黄铁矿对 后续试验的影响。 2 ．2 ．2 捕收剂种类试验 将试样磨至一7 4 斗m 占8 0 ％，考察各种捕收剂 对铜的选别性能，试验流程见图3 ，试验结果见 表6 。 原矿 铜粗精矿尾矿 图3 捕收剂种类试验流程 F i g ．3 T h ef l o w s h e e to fc o l l e c t o rt y p e s 表6捕收剂种类试验结果 T a b l e6T h er e s u l to fc o l l e c t o rt y p e s ％ 试验结果表明，新型捕收剂K D 硫氨酯类 对铜具有很强的捕收能力和良好的选择性，因此， 试验采用K D 作为回收铜的捕收剂。 2 ．2 ．3 磨矿细度试验 由于该试样的粒度较粗，因此进行了磨矿细度试 验，活化剂为硫酸铜，用量2 0 0 9 ，t ，捕收剂为K D ， 用量4 0 叭，起泡剂为松醇油，用量2 0 矾，试验结 果见图4 。 堡 褂 娶 叵 堡 趔 回 图4 磨矿细度试验结果 F i g ．4 T h ee x p e f i m e n t Mr e s u l to fg r i n d i n gs i z e l 铜回收率；2 - - 铜品位；3 钨回收率；4 钨品位 由图4 磨矿细度试验结果可以看出，试样未经 磨矿直接浮选效果不好，铜精矿富集不明显，随着 磨矿细度的增加，铜粗精矿中铜的回收率逐步 提高，铜品位逐渐降低，损失在铜粗精矿中钨逐 步减少。综合考虑铜和钨的指标，确定磨矿细度 为一7 4 恤m 占8 0 ％。 2 ．2 ．4 硫酸铜用量试验 试样磨至一7 4 斗m 占8 0 ％，K D 用量4 0 趴，松醇 油用量2 0 趴，硫酸铜用量试验结果见图5 。 堡 静 擎 凰 堡 趟 回 图5 硫酸铜用量试验结果 F i g ．5 T h ee x p e f i m e n t Mr e s u l to fd o s a g eo fC u S 0 4 l 铜回收率；2 - - 铜品位；3 硫回收率；卜硫品位 由图5 的试验结果可以看出，硫酸铜用量增 加，精矿中铜和硫的回收率逐步提高，铜品位逐渐 降低，当用量为2 0 0 9 ，t 时，试验指标较好，因此， 确定硫酸铜的用量为2 0 0 9 ，t 。 2 ．2 ．5 捕收剂K D 用量试验 试样磨至一7 4 9 i n 占8 0 ％，硫酸铜用量2 0 0 ∥t ， 松醇油用量2 0g ，t ，捕收剂K D 用量试验结果见 图6 。 万方数据 3 6 有色金属 选矿部分2 0 1 0 年第3 期 堡 静 娶 叵 堡 趟 回 图6K D 用量试验结果 F i g ．6 T h ee x p e r i m e n t a lr e s u l to fd o s a g eo fK D 1 铜回收率；2 铜品位；3 硫回收率；4 硫品位 图6 的试验结果表明，随着K D 用量增加，精 矿中铜和硫的回收率逐步提高，铜品位逐渐降低， 因此，确定K D 的用量为4 0 s ／t 。 2 ．2 ．6 铜硫分离石灰用量试验 石灰是铜硫分离时黄铁矿的有效抑制剂，粗选 获得的铜硫粗精矿经过一次精选后，获得较高品位 的铜和硫的混合精矿，采用石灰实现铜和硫的分 离，进行了石灰的用量试验，试验结果见图7 。 堡 姗 擎 叵 堡 趔 叵 图7 石灰用量试验结果 F i g ．7 T h ee x p e r i m e n t a lr e s u l to fd o s a g eo fl i m e l 铜回收率；2 铜品位；3 硫回收率4 硫品位 图7 的试验结果表明，石灰可实现铜硫分离， 随着石灰用量增加，精矿中铜的品位逐渐提高，铜 的回收率逐渐降低，因此，确定石灰的用量为 1 5 0 0 9 ／t 。 2 ．2 ．7 开路试验 在条件试验的基础上，对硫化矿进行实验室开 路试验。试验流程见图8 ，试验结果见表7 。 2 ．3 重选试验 2 ．3 ．1 螺旋溜槽抛尾试验 由于钨矿物与脉石矿物之间的密度差别大，因 此，重选方法是回收钨矿物的有效手段【副。由于 药剂用量单位e ／t 原矿 铜精矿中矿1中矿4 硫精矿 图8 开路试验流程 F i g ．8 T h ee x p e r i m e n t a lf l o w s h e e to fo p e n - c i r c u i t 表7开路试验结果 T a b l e7T h ee x p e r i m e n t a lr e s u l to fo p e n - c i r c u i t ，％ 试样含W O ，仅为0 ．2 7 ％，需预先进行抛尾，采用螺 旋溜槽抛尾。试验采用L L 6 0 0 x 3 0 0 螺旋溜槽，给 矿为硫化矿浮选的尾矿。试验结果见表8 。 从表8 可以看出，采用螺旋溜槽可以抛除大部 分的尾矿，起到了预富集的效果。 2 ．3 ．2 摇床试验 对螺旋溜槽抛尾后产出的粗精矿进行了摇床精 选，采用X Y Z 一16 0 0 x 7 0 0 型刻槽摇床。试验结果见 表9 。 万方数据 2 0 1 0 年第3 期王兢从选矿尾矿中回收有价元素的试验研究 3 7 表8螺旋溜槽试验结果 T a b l e8T h ee x p e r i m e n t a lr e s ．u l to fs p i r a lc h u t e％ 表9摇床试验结果 T a b l e9T h ee x p e r i m e n t a lr e s u l to fs h a k e r ％ 2 ．4 全流程试验 采用浮选一重选联合流程，按照图9 进行了全 流程试验，试验结果见表1 0 。 表1 0闭路试验结果 T a b l e10T h ee x p e r i m e n t a lr e s u l to fc l o s e d - c i r c u i t ％ 3 结语 1 通过对选矿厂尾矿的试验研究表明，采用 浮选重选联合工艺，处理含铜0 ．2 4 ％、硫4 ．3 6 ％、 钨0 ．2 7 ％的尾矿，可获得铜精矿铜品位2 2 ．0 2 ％、 回收率7 4 ．3 9 ％，硫精矿硫品位3 5 ．2 4 ％、回收率 8 7 ．2 6 ％，钨精矿钨品位6 5 ．7 3 ％、回收率5 0 ．8 6 ％。 2 从试验结果看，从该尾矿中回收有价元素， 在技术和经济上是可行的。本研究对尾矿中铜、硫 和钨的综合回收提供了技术上可行、经济上合理的 工艺流程和工艺条件，同时对同类型选矿厂尾矿二 次综合开发利用具有一定的指导意义。尾矿资源的 综合利用，是延长矿山服务年限。提高矿山经济效 益的有效途径。 2 钨情矿鹳中矿尾矿l 图9 闭路试验流程 F i g ．9 T h ee x p e r i m e n t a lf l o w s h e e to fc l o s e d - c i r c u i t 参考文献 [ 1 ] 范继涛，贾文龙，陈甲斌．关于尾矿利用现状的思考[ J ] ． 中国矿业，2 0 0 9 ， 5 1 3 一1 5 ． [ 2 ] 徐凤平，周兴龙，胡天喜．国内尾矿资源综合利用的现状 及建议[ J ] ．矿业快报，2 0 0 7 ， 3 4 6 ． [ 3 ] 蒲含勇，张应红．论我国矿产资源的综合利用[ J ] ．矿产 综合利用，2 0 0 1 ， 4 1 9 2 2 ． [ 4 ] 张淑会，薛向欣，刘然，等．尾矿综合利用现状及其展望 [ J 】．矿冶工程，2 0 0 5 ， 3 4 4 4 7 ． [ 5 ] 戴艳萍，彭峻．江西某含铜多金属矿选矿工艺研究[ J ] ． 现代矿业，2 0 0 9 ， 6 3 3 3 5 ． [ 6 ] 管则皋，张忠汉，高玉德，等．锯板坑钨多金属矿综合利 用选矿工艺研究[ J ] ．广东有色金属学报，2 0 0 2 ， 2 7 9 8 4 ． [ 7 ] 张发明，林日孝，曾庆军，等．江西某钼铋钨多金属矿选 矿试验研究[ J ] ．金属矿山，2 0 0 9 ， I 8 5 8 8 ． [ 8 ] 林海清．近2 0 年来我国钨选矿技术的进展[ J ] ．中国钨 业。2 0 0 l ，1 6 5 1 6 6 9 7 5 ． 下转第4 7 页 万方数据 2 0 1 0 年第3 期卞宁等浮选槽空气分散度的数值模拟 4 7 将数值模拟结果与工业试验数据进行对比，其 相对误差曲线如图2 。 魁 箍 求 扩 州 充气量／ m s ．r a i n - 图2 数值模拟与工业试验的相对误差曲线 F i g ．2 T h er e l a t i v ee r r o rb e t w e e ns i m u l a t i o na n d m e a s u r e m e n tr e s u l t 1 转速1 0 4 d r a i n ；2 转速l i l t ／r a i n ；3 转速1 1 7 d m i n 结果表明，转速为11l d m i n 时误差较小在5 ％ 以内。这是由数学模型、网格、算法等综合因素引 起的。由于充气量的变化，导致在近壁面流体物理 参数变化较大，而壁面函数只是近似求解近壁面各 参数，由于近壁面物理参数变化导致壁面函数精度 变化引起误差。充气量大小直接影响流体流速，而 流速大小对网格质量的要求比较高，从而导致误差。 4 结论 本文将数值方法应用于浮选机的理论研究，宏 观地建立了能够反映实际浮选槽内流体动力学特征 的数学模型，对大型浮选机在不同叶轮直径、不同 转速下的空气分散度进行数值模拟，与工业清水试 验结果吻合较好。该方法的使用大大地缩短开发周 期，降低研究费用。 参考文献 [ 1 ] 沈政昌．1 6 0 m s 浮选机浮选动力学研究[ J ] ．有色金属 选矿部分，2 0 0 5 ， 3 3 3 3 5 ． [ 23J o h nD ．A n d e r s o n ，J R ．C o m p u t a t i o n a lF l u i dD y n a m i c ． [ M ] ．北京清华大学出版社，2 0 0 4 ，2 7 6 ． [ 3 ] 卢家才，李永光，林宗虎，等．气液两相流体绕方柱流动 的数值模拟[ J ] ．工程热物理学报，2 0 0 1 ，2 2 6 2 2 2 4 ． [ 4 ] 沈政昌，卢世杰．K Y F 一1 6 0 型浮选机工业试验研究[ J ] ． 有色金属选矿部分，2 0 0 6 ， 3 3 7 - 4 1 ． N U M E R I C A LS I M U L A T I O N0 FA I RD I S P E R S I O NI NF L O T A T I O NC E L L B ／A N Ⅳi 叼，G A OY a n g ，S O N GT o o B e U i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n ga n dM e t a l l u r g y ，B e i j i n g10 0 0 4 4 ，C h i n a A B S T R A C T T h ep a p e rs i m u l a t e st h ea i r d i s p e r s i o no f f l o t a t i o nc e l lt h a ti sd e v e l o p e db yB G R I M M ．T h er e s u l t s i n d i c a t et h a tt h ea i rd i s p e r s i o nf i r s ti n c r e a s e sa n dt h e nd e c r e a s e sw i t ht h ei n c r e a s eo fi m p e l l e rs p e e d ．T h e a p p l i c a b i l i t yo fC F Ds i m u l a t i o nW a sv a l i d a t e db yc o m p a r i n gw i t ht h ea i r - w a t e re x p e r i m e n ti n i n d u s t r i a lt e s t ． T h ed e v e l o p m e n tc y c l ea n dt h ec o s ta r er e d u c e db yC F D ． K e vw o r d s f l o t a t i o nc e l l ；C F D ；a i rd i s p e r s i o n C 厂．．、y n 5 乍＼．／小“W ●、／●、／W 5 ，．W ‘、5 7 V Ⅳ●、／、y ‘V ．、5 厂．N Y ．／5 乍、0 7 V Ⅳ●W 州●W ．、5 1 、影●、y ●、y ●、_ ／、y ●V ．、 上接第3 7 页 S T U D YO NR E C O V E R I N GV A L U A B L EE L E M E N T SF R O MP R O C E S S I N GT A Ⅱ．斟G S 删ⅣGm 叼 U n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g yB e l t i n g ，召e 扰n 91 0 0 0 8 3 ，C h i n a A B S T R A C T E x p e r i m e n t Mr e s e a r c ho nap r o c e s s i n gt a i l i n g sh a sb e e nd o n et or e c o v e r ye o p e r ，s u l f u ra n dt u n g s t e n ． R e s e r v eo ft h et a i l i n g si s l a r g e ．T h ec o n t e n to fc o p p e r ，t u n g s t e ni n t h et a i l i n g si sl o w ，b u ts u l f u ri s h i g h ． B a s e dO i lt a i l i n g sc h a r a c t e r i s t i c ，t h ec o m b i n e df l o a t a t i o n - g r a v i t yp r o c e s s i n gf l o w s h e e ti su s e dt or e c o v e r y c o p p e r ，s u l f i d ea n dt u n g s t e n ．- I I l er e s u l to ft e s ti s 鹊f o l l o w i n g s c 叩p e rc o n c e n t r a t ec o n t a i n i n gc o p p e r2 2 ．0 2 ％ w i t hc o p p e rr e c o v e r y7 4 ．3 9 ％．s u l f i d ec o n c e n t r a t ec o n t a i n i n gs u l f i d e3 5 ．2 4 ％w i t hs u l f i d er e c o v e r y8 7 ．2 6 ％． a n dt u n g s t e nc o n c e n t r a t ec o n t a i n i n gt u n g s t e n6 5 ．7 3 ％w i t ht u n g s t e nr e c o v e r y5 0 ．8 6 ％． K e yw o r d s t a i l i n g s ；c o p p e r ；s u l f i d e ；t u n g s t e n ；f l o a t a t i o n ；u t i l i z a t i o n 万方数据