不同磨矿方式对闪锌矿浮选的影响.pdf

2 0 1 8 年第4 期有色金属 选矿部分3 5 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 8 ．0 4 ．0 0 8 不同磨矿方式对闪锌矿浮选的影响 冯宏杰1 ，王建英1 ”，王介良1 ，张雪峰1 ，王辉1 1 ．内蒙古科技大学工业技术研究院，内蒙古包头0 1 4 0 1 0 ； 2 ．内蒙古科技大学矿业研究院，内蒙古包头0 1 4 0 1 0 摘要通过单矿物浮选试验、浮选动力学计算、扫描电镜分析，研究了水射流磨矿与球磨磨矿 铁介质球、玛瑙 介质球 不同磨矿方式对闪锌矿浮选的影响。浮选试验与润湿性结果表明，闪锌矿在不同磨矿方式下浮选回收率大 小为水射流磨矿 玛瑙介质球磨矿 铁介质球磨矿，浮选速度大小为水射流磨矿 玛瑙介质球磨矿 铁介质球磨 矿。说明闪锌矿经水射流磨矿后表面疏水性最好，可浮性最高，玛瑙介质球磨矿次之，铁介质球磨矿最差。扫描电镜 分析结果表明，经水射流磨矿，闪锌矿瞬间粉碎解离，表面纯净，保持天然可浮性；经玛瑙介质球磨矿，闪锌矿之间发生 物理化学反应，可浮性降低；而经铁介质球磨矿，闪锌矿之间及闪锌矿表面与铁球发生反应，生成大量亲水性的羟基铁 化合物，亲水性增强，可浮性显著变差。 关键词磨矿方式；闪锌矿；浮选；动力学；润湿性 中图分类号T D 9 5 2 ．3 ；T D 9 2 3 ；T D 9 2 1 ．4文献标志码A文章编号1 6 7 l - 9 4 9 2 2 0 1 8 0 4 J D 0 3 5 旬6 E f | f e c to fD i 脏r e n tG r i n d i n gM e t h o d s 仰F l o a t a t i o no fS p h a l e r i t e F E N GH o n 萄i e j ，W A N GJ i Q n y 诫g 卜z ，W A N GJ 诧l i Ⅱn g j ，Z H A N GX u 币n g i ，W A N GH 越 J ． 耐泌￡ o Z 死c M f o l 拶尺∞e o r c 饥哦￡u 把，，n 船r 肘o n 9 0 2 洫U h i 秽e 倦渺 Q 厂5 t i e ，L c e 。n d 死c 加f o g y ，B 口o ￡o uD J 4 D J D ，C 仇i n 口； 2 ．M i n i n gR e s e 。r c hI 他S t i ￡u ￡e 。I n n e rM o n g o l i 8U n i ∞r s i t y S c 记n c e8 n aT e c h n o l o g y ，B n o t o u0 1 4 0 i o ，C h i n 8 A b s t r a c t T h r o u g hs i n 9 1 em i n e r a ln o t a t i o nt e s t ， n o t a t i o nk i n e t i c sc a l c u l a t i o na n dS E Ma n a l y s i s ，t h e i n n u e n c eo fd i f k r e n tg r i n d i n gw a y so fw a t e rj e tg r i n d i n ga n db a l lm i l l i n g i m nm e d i u mb a l la n da g a t em e d i u mb a H o ns D h a l e r i t en o t a t i o ni ss t u d i e d ．T h er e s u l t so fn o t a t i o nt e s ta n dw e t t a b i l i t ys h o wt h a tt h er e c o v e I 了r a t e sa n ds p e e do f s p h a l e r i t eu n d e rd i f k r e n tg r i n d i n gw a y sa r er a n k e di nt h ef b l l o w i n gd e s c e n d i n go r d e r w a t e rj e tg r i n d i n g a g a t e m e d i u mb a l lm i U i n g i r o nm e d i u mb a Um i l l i n g ． I ts h o w st h a tt h es u I f a c eh y d r o p h o b i c i t yo fs p h a l e r i t ei st h eb e s t ， t h en o a t a b i l i t yi st h eh i g h e s t ，t h ea g a t em e d i u mb a Um i Ui st h es e c o n d ， a n dt h ei r o nm e d i u mb a l lm i l li st h e w o r s t ．T h er e s u l t so fs c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p ys h o w e dt h a tt h es p h a l e r i t ew a sb r o k e na n dd i s s o c i a t e d i n s t a n t a n e o u s l yb yw a t e rj e tg r i n d i n g ，a n dt h es u r f a c ew a sp u r e ，a n dt h en a t u r a ln o a t a b i l i t yw a sm a i n t a i n e d ．B yt h e a g a t em e d i u mb a l lm i l l ，t h ep h y s i c a la n dc h e m i c a lr e a c t i o no c c u r r e db e t w e e nt h es p h a l e r i t ea n dt h en o a t a b i l i t y ；T h e i r o no r em i l l i n gm e d i u m ，a n db e t w e e nt h es u d l a c ea n dt h ei m ns p h a l e r i t es p h a l e r i t er e a c t i o no fh y d r o x yi r o n c o m p o u n d sg e n e r a t el a r g eh y d r o p h i l i c ，h y d m p h i l i c ，n o a t a b i l i t ys i g n i 6 c a n t l yw o r s e ． K e yw o r d s g r i n d i n gm e t h o d ；s p h a l e r i t e ；n o t a t i o n ；k i n e t i c s ；w e t t a b i l i t y 磨矿一浮选是硫化矿分离富集的主要方法。磨 矿过程中，磨矿介质和磨矿环境在力学、电化学、矿 物表面形貌和机械力化学等几个方面影响矿物表面 性质，从而影响其可浮性⋯。B R u c K A R D 、 M A K S I M A I N E N 等B t 研究表明，硫化矿在钢磨介质 磨矿中会增加矿浆中铁的含量且进一步消耗矿浆中 溶解氧的含量，在矿物表面反应形成铁氢氧化物亲 水性物质而抑制了矿物可浮性。刘玉林等’4o 报道 了采用瓷介质与铁介质对闪锌矿进行磨矿时，瓷磨 介质的可浮性比铁介质的可浮性更好。何发钰 等”1 发现采用瓷介质与铁介质磨矿时，硫化矿单矿 物体系均发生自身局部电池反应，双矿物体系中硫 基金项目内蒙古自治区科技计划资助项目 4 0 5 1 0 9 0 1 0 5 1 7 0 1 ；内蒙古科技大学创新基金项目 2 0 1 7 Q D L B 0 5 箨萋品羿i 望墨契摇4 ，． 赞呙蓁言岂；；；；祭人，博士，教授，主要从事资源综合利用研究。作者简介王建英 1 9 4 5 ． ，男，内蒙古巴彦淖尔人，博士，教授，主要从事资源综合利用研究。 万方数据 3 6 有色金属 选矿部分2 0 1 8 年第4 期 化矿不仅发生局部电池反应，矿物之间还发生伽伐 尼电偶作用影响矿物的可浮性。另有研究表明采用 不同的球磨介质 玻璃球、瓷球、铁球等 会影响硫 化矿表面化学反应与电化学反应及其产物的生成， 造成矿物的可浮性也有很大的不同。6o 。由此可见， 在传统硫化矿磨矿体系中，磨矿介质与硫化矿物之 间、硫化矿物与硫化矿物之间会发生复杂的物理、化 学及物理化学反应，影响硫化矿的可浮性及不同硫 化矿物的高效浮选分离’7 。 水射流磨矿原理是通过携带有巨大能量的水 射流以某种方式作用在被粉碎的物料上，并在物 料的裂隙和解理面中产生压力瞬变，瞬间使物料 粉碎。水射流技术广泛的应用在岩石的破碎与切 割、矿山的开采、清洗等领域。8 ‘1 ⋯，是近几十年快速 发展起来的一种高效、清洁、环保、节能新技术。 但水射流技术应用于金属矿山磨矿的研究鲜有报 道。本文研究三种不同的磨矿方式 水射流机、玛 瑙球介质磨机、铁介质球磨机 对闪锌矿浮选的 影响。 1试验方法 1 ．1 试验样品 本试验纯矿物闪锌矿来自广西南丹县大场 矿，先经过手选后采用人工手碎至3m m 以下，筛 分选取一3 O ．0 7 4m m 样品进行纯矿物X R D 在图 1 表示，经过测试分析样品纯度大于9 5 ％含有少 量硫化铁。试验采用p H 值调整剂为N a O H 和 H c L ，起泡剂为松醇油。其中调整剂为分析纯，起 泡剂为工业纯。药剂的配制与试验用水均为去离 子水。 图1闪锌矿X R D 图谱分析 F i g ．1A n a l y s i so fX R Do fs p h a l e r i t e 1 ．2 磨矿方法 水射流机采用自主研发的后混合靶式直管粉碎 机图2 所示，压力阀压力为5 0M P a ，泵流量 7 5L ／m i n 。将备好的闪锌矿样品称取2 0 0g ，经给料 口人料，破碎过的样品经过7 4 斗m 标准筛子筛分， 将7 4 斗m 以上的产品继续进入机器破碎，经过多次 破碎后将所有7 4 m 以下样品进一步筛分为一7 4 3 8 “m 粒级备样。 球磨机采用实验室小型行星球磨机 玛瑙介质 球与铁介质球 ，将备好的闪锌矿矿样1 0 0g 放入磨 机中，转速调至7 5 0r ／m i n 。首次磨矿5m i n ，之后用 7 4 斗m 筛子筛分，将筛上产品再次磨矿5m i n ，多次 循环防止过磨。将所有一7 4 m 样品进一步筛分为 一7 4 3 8 m 粒级备样。 l 一高压水泵；2 一均匀入料器；3 一混合室；4 一准直管； 5 一喷嘴；6 一靶体；7 一分级振动筛 图2 水射流粉碎机示意图 F i g ．2 S c h e m a t i cd i a g m mo fw a t e rj e tp u l V e r i z e r 1 ．3 浮选试验 浮选试验在x F G C I I ．3 5 型试验室用充气挂槽浮 选机中进行，叶轮转速19 9 2r ／m i n ，每次称取2 ．o og 试验矿样加入到4 0m L 浮选槽中，加3 0m L 去离子 水，浮选温度为室温。搅拌调浆1m i n ，p H 值调整剂 H C I 或N a 0 H 搅拌调浆2m i n ，测量浮选前稳定的 p H 值作为试验p H 值，浮选时间3m i n ，浮选刮泡点 O ．3 3 、O ．6 7 、l 、2 、3 、4 、5 、6 、7 、l Om i n 。对泡沫产品和 槽内产品分别过滤、干燥、称重，计算浮选回收率。 本试验采用经典一级动力学模型与二级经典动 力学模型进行数据拟合计算1 ；。其中 浮选动力学模型采用经典一级与动力学模型 尺 ￡ 尺。[ 1 一e x p 一眈 ] 1 二级动力学模型 即， 意‰ 2 其中R 。为最大回收率 ￡_ ∞ ，七为一级速 率常数。二级动力学模型求解浮选动力学模型常采 用软件M a t l a b 引或0 r i g i n 进行数据拟合。 1 ．4 润湿性测试 过去对于颗粒表面的的润湿性常用接触角来表 征，而接触角测量的方法常用光学法和毛细上升法。 万方数据 2 0 1 8 年第4 期 冯宏杰等不同磨矿方式对闪锌矿浮选的影响 3 7 对于大块固体颗粒接触角测量常采用光学法。而对 粉末颗粒接触角的测量常采用毛细法 适用于接触 角小于9 0 0 测量 。G A L E TL 等列研究毛细管上升 数据用先前确定的结构参数进行分析，得到接触角。 由于本试验闪锌矿具有良好的天可浮性，表面疏水 性强不适用于光学法与毛细上升法。 本试验采用浮选的方法进行计算。先测得不同 浓度甲醇溶液的表面张力，再通过矿物在不同浓度 甲醇溶液中进行浮选计算表面张力【1 4 。6 | 。称取2g 闪锌矿矿样在不同浓度甲醇溶液，浮选3m i n 。对泡 沫产品干燥，称重计算浮选回收率。 1 ．5 扫描电镜与能量色散X 射线分析 本试验样品采用包头市稀土研究院的日本日立 S - 3 4 0 0 n 型号的扫描电子显微镜 S E M ，先将待测 试的样品放在导电胶上，之后对样品进行喷金。采 用s E M 与能量色散x 射线 E D x 对样品表面元素 进行分析。 1 ．6 X 射线光电子能谱分析 本试验样品采用内蒙古科技大学分析测试中心 美国生产的型号为E s c a l a b2 5 0 x i 光电子能谱仪进 行x 射线光电子能谱分析 X P s 。通过x P s 对样 品进行了扫描，以确定表面铁元素浓度，确定样品表 面元素价态及含量。数据处理采用O r i 舀n 8 ．6 画图， 图谱用A v 粕t a g e 软件分析。 2 结果讨论 2 ．1 浮选试验 经过水射流机、玛瑙球介质磨机、铁介质球磨机 处理过后样品，在不添加捕收剂的条件下其浮选结 果如图3 所示 图3不同磨矿方式对闪锌矿浮选的影响 F i g ．3 E f f ．e c to fd i f f b r e n tg r i n d i n gm e t h o d s o ns p h a l e r i t en o I a t i o n 从图3 可以看出1 采用水射流磨矿时，在不 添加捕收剂的条件下，在p H 值在4 ～1 0 时，闪锌矿 的回收率基本稳定在9 0 ％一9 3 ％，有很好的天然可 浮性。在强酸强碱条件下闪锌矿的可浮性受到抑 制，回收率下降至5 3 ％；2 采用玛瑙球磨矿时，不加 捕收剂的条件下，p H 值在2 1 0 有很好的可浮性， 回收率在8 0 ％附近左右。当p H 值为1 2 时，闪锌矿 的回收率很明显的降到了3 3 ．5 ％，说明玛瑙球介质 磨矿产品在强碱条件下有较强的抑制；3 采用铁介 质磨矿时，不加捕收剂的条件下，p H 值在2 ～1 2 整 体上浮动较大，在p H 值在3 ～8 时有一定的可浮性 其回收率在5 2 ．5 ％～8 1 ％浮动，在其碱性特别是强 碱条件下有很强的抑制性，其天然可浮性要低于玛 瑙球介质产品与水射流产品。因此，闪锌矿在不同 磨矿方式下其天然可浮性大小为水射流磨矿 玛 瑙介质球磨矿 铁介质球磨矿。 对三种不同磨矿产品数据进行动力学模型拟合 与求解，结果如图4 、图5 和表1 所示。 图4 浮选一级动力学 F i g ．4 T h e6 r s to r d e rk i n e t i cm o d e lo fn o a t a t i o n 图5 浮选二级动力学 F i g ．5 T h et w og r a d ek i n e t i cm o d e lo fn o a t a t i o n 万方数据 ．3 8 ．有色金属 选矿郝分2 0 1 8 年第4 期 从图4 、图5 及表1 中分析，对比经典一级模型 与二级模型对数据进行拟合求解发现本试验更符合 经典一级动力学模型。图4 表明水射流产品、玛瑙 球介质磨矿产品、铁介质球磨产品的最大浮选回收 率分别在2 、4 、5m i n 时达到最大值。说明三种不同 磨矿产品的浮选速率大小为水射流产品 玛瑙球介 质产品 铁介质球磨产品，而最大回收率为水射流 产品 玛瑙球介质产品 铁介质球磨产品。 2 ．2 润湿性测试结果 采用浮选的方法研究了三种不同磨矿方式产品 的润湿性，在p H 值为6 不添加捕收剂条件下，于不 同浓度的甲醇溶液中进行浮选。产品临界表面张力 7 。 由浮选回收率 R ％ 与甲醇溶度的表面张力 7 。。 决定，当y 。 y 。。时，浮选回收率 R ％ 0 。 如果7 。≥y 。。则表明矿物表面被润湿。甲醇溶液表 面张力与磨矿产品临界表面张力结果分别见图6 和 图7 表示。不同磨矿方式产品的最大临界表面张力 见表2 。 图6 不同浓度甲醇溶液表面张力的变化 F i g ．6 C h a n g e si ns u 血c et e n s i o no fm e t h a n o l s o l u t i o na td i f k r e n tc o n c e n t I ．a t i o n s 表2 不同磨矿方式产品的最大临界表面张力 T a b l e2M a 【i m u mc r i t i c a ls u r f 孔et e n s i o no fap r o d u c t 俪t hd i 虢r e n t 加n d i n gm e t h o d s ／ m N m 一1 磨矿方式水射流玛瑙球磨铁介质球磨 临界表面张力 ’，。 2 6 3 l3 4 图7浮选回收率与甲醇表面张力关系 F i g ．7 T h er e l a t i o n s h i pb e 附e e nr e c o V e r yr a t eo f n o t a t i o na n ds u r f h c et e n s i o no fm e t h a n o l 从图6 、图7 和表2 可以看出，高压水射流产品 的表面张力最小2 6m N ／m 而铁介质球磨产品的表 面张力最大3 4m N ／m 。玛瑙介质球磨产品在两者 之间。由于矿物表面张力越小，其疏水性越好。可 以得出结论，高压水射流产品的疏水性 玛瑙球介 质球磨产品疏水性 铁介质球磨产品疏水性，与前 面叙述的浮选结果一致。 2 ．3 扫描电镜能量色散x 射线分析结果 试验样品采用扫描电子显微镜进行能量色散X 射线 E D x 元素的测量。E D x 对矿物表面进行氧 元素分析结果如图8 1 0 表示。 图8 为扫描电镜对铁介质球磨闪锌矿颗粒表 面氧元素的扫描结果，颗粒表面显示为绿色则表 示其表面含有氧元素，颜色越深，则表明含有的氧 元素浓度越高，图中可以明显得看出许多颗粒表 面富集了氧元素，说明矿物在铁介质球磨会发生 氧化还原反应，矿浆中的氧气被还原生成氢氧化 物覆盖在矿物的表面导致矿物的表面有明显的氧 元素聚集。因此说明铁介质磨矿造成了矿物表面 发生化学反应，抑制了矿物的可浮性。这与其他 文献中的报道一致，也与本试验浮选结果一致。 图9 与图l O 矿物表面没有出现明显的氧元素 的富集现象，初步表明水射流产品与玛瑙介质球 磨产品表面没有发生明显的化学反应，因此两者 万方数据 2 0 1 8 年第4 期 冯宏杰等不同磨矿方式对闪锌矿浮选的影响 3 9 依然具有较好的天然可浮性。该结论与浮选试验 结果一致． 图8 铁介质球磨磨矿闪锌矿E D x 分析 F i g ．8 E D Xa n a l y s i so fS p h a l e r i 【ei ni r o nm e d i u n lb a l lm i l 】 图9玛瑙球介质磨矿闪锌矿E D x 分析 图1 0 水射流磨矿闪锌矿E D X 分析 F i g ．1 0 E D X a n a l y s i so fs p h a l e r i t eb yw a t e rj e tg r i n d i n g 2 ．4X P S 结果 闪锌矿经磨矿后表面元素含量x P S 分析见表 3 ，从表中根据矿物表面氧元素原子百分含量来判断 闪锌矿表面氧化程度的强弱。水射流、玛瑙介质球 磨、铁介质球磨的氧元素原子百分含量分别为 2 2 ．1 5 ％、2 5 ．9 ％、3 2 ．5 3 ％。因此水射流产品表面氧 化程度 铁介质球 磨产品。通过浮选动力学分析水射流产品浮选速度 最快，玛瑙球产品次之，铁介质球磨产品最慢。通过 润湿性的测定，水射流产品表面 玛瑙戒指球磨 铁介质球磨。 2 扫描电镜初步分析出铁介质产品表面有氧 的聚集，而水射流产品与玛瑙球介质产品表面没有 明显出现氧元素的聚集。铁介质磨矿时，闪锌矿发 生自身局部电池反应以及闪锌矿与磨矿介质问伽伐 尼电偶双重作用，使矿物表面发生化学反应抑制其 可浮性。玛瑙介质磨矿时，矿物表面发生自身局部 电池反应有亲水性物质生成，可浮性有所降低。水 射流磨矿时，矿物表面干净没有发生化学反应，保存 其良好的可浮性。因此造成水射流产品可浮性 玛 瑙介质球磨 铁介质球磨。 参考文献 [ 1 ] x I A N G H u A lw A N G ，Y E Nx I E ．’r h eE f k c to fG r i n d i n g M e d i a a n dE n v i m n m e n to nt h eS u I f a c eP m p e r t i e sa n d n o t a t i o nB e h a v i o u ro fS u m d eM i n e r a l s [ J ] ．M i n e 同 P m c e s s i n g ＆E x t r a c t i v eM e t a l l u r g yR e v i e w ，1 9 9 0 ，7 1 4 9 ．7 9 ． [ 2 ] B R u c K A R DwJ ，s P A R R 0 wGJ ，w 0 0 D c o c KJT ．A r e v i e wo ft h ee f f e c t s o ft h eg 而n d i n ge n v i m n m e n to n t h e n o t a t i o no fc o p p e rs u l p h i d e s [ J ] ．I n t e m a t i o n a lJ o u m a lo f M i n e r a lP r o c e s s i n g ，2 叭l ，1 0 0 1 2 1 1 3 ． [ 3 ] M A K s I M A I N E NT ，L u u K K A N E Ns ，M O R s K YP ，e ta 1 ． T h ee f k c to fg r i n d i n ge n v i m n m e n to nn o t a t i o no fs u l p h i d e p o o rP G Eo r e s [ J ] ，M i n e r a l sE n 百n e e r i n g ，2 0 1 0 ，2 3 1 1 9 0 8 _ 9 1 4 ． f 下转第5 1 页 万方数据 2 0 1 8 年第4 期 黄晟等提高某多金属矿伴生金回收技术研究5 1 由表6 可以看出，尾矿中主要为脉石和黄铁矿 中的不可见金，占尾矿中金总量的7 0 ％，其次为可 见金。对比单一浮选和尼尔森重选一浮选两种工 艺，通过尼尔森重选，黄铁矿含金和脉石含金的比例 变化不大，但可见金的比例有了明显的降低，这可以 说明，尼尔森重选对解离的可见单体金的预先回收， 减少了颗粒金在浮选过程中的损失，提高了金的总 回收率。 4 结论 1 该矿石为低品位含金难处理铜矿石，在生产 过程中，伴生金回收效果不佳，选铜尾矿的镜下鉴定 结果表明，颗粒金在尾矿中损失明显。 2 发挥药剂间的协同作用，采用丁基铵黑药和 z _ 2 0 0 的组合作为浮选的捕收剂，在保证选铜指标 的同时强化伴生金的回收，单一浮选闭路试验，能获 得精矿含金2 1 ．0 8g ／t ，回收率6 6 ．6 8 ％，含铜 3 8 ．7 6 ％，回收率8 3 。9 0 ％。 3 尼尔森重选一浮选工艺，尼尔森对金的富集 效果较好，能获得高品位的精矿，精矿含金2 5 1 ．3 0 g ／t ，回收率能达到5 3 ．7 0 ％，经摇床精选后能获得含 金12 4 3 ．5 ∥t 的金精矿。重选尾矿经过浮选，能获 得精矿含金8 ．4 2 ∥t ，回收率2 0 ．1 0 ％，含铜 4 5 ．9 3 ％，回收率8 4 ．5 6 ％，尼尔森重选一浮选的金 的总回收率能达到7 3 ．7 9 ％。 4 尼尔森重选一浮选与单一浮选工艺对比，在 选铜指标相近的情况下，金的回收率提高了 7 ．1 1 ％，尼尔森重选预先回收了大部分颗粒金，减少 了金在浮选作业中的损失，达到了能收早收，早收多 收的目的。 参考文献 [ 1 ] 罗晓华，黄万抚．伴生金银回收研究与进展[ J ] ．矿业快 报，2 0 0 4 1 5 _ 7 ． [ 2 ] 马驰，卞孝东，王守敬，等．金矿石的工艺矿物学研究 [ J ] ．黄金，2 0 1 l 1 0 4 7 - 5 2 ． [ 3 ] 都安治．伴生金的工艺矿物学研究方法[ J ] ．矿物学报， 2 0 0 1 9 5 2 8 5 3 0 ， [ 4 ] 廖德华，鲁军，穆国红．国外某难处理高砷金铜矿选冶 试验研究[ J ] ．矿产综合利用，2 0 1 2 6 1 2 ．1 6 ． [ 5 ] 李丽君，易峦，卢央泽．某低品位难选金矿浮选试验研 究[ J ] ．金属材料与冶金工程，2 0 1 2 。4 0 3 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