低碱度条件下某新型捕收剂在铜硫矿浮选中的应用.pdf

1 0 2 有色金属 选矿部分2 0 1 9 年第6 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 71 - 9 4 9 2 ．2 0 1 9 ．0 6 ．0 1 9 低碱度条件下某新型捕收剂在铜硫矿浮选中的应用 艾晶1 ’2 ，刘崇峻1 ’2 ，吴桂叶1 ’2 ，朱阳戈1 ’2 ，刘龙利 1 ．北京矿冶科技集团有限公司，北京1 0 0 1 6 0 ； 2 ．矿物加工科学与技术国家重点实验室，北京1 0 2 6 2 8 摘要传统铜硫矿浮选工艺中采用大量的石灰，伴随着设备损害、环保问题突出等缺点。采用新型铜捕收剂，在低碱 度条件下进行铜硫矿浮选试验研究，在磨矿细度一7 4 “m 粒级占6 5 ％时，通过条件试验确定药剂制度，经过三次粗选、两次精 选的开路试验，可获得铜回收率4 0 ．2 0 ％、硫回收率2 ．9 3 ％的铜精矿产品，实现了低碱度条件下优先选铜。采用普遍化微扰理 论和密度泛函理论计算了新型捕收剂的结构和性能参数。通过与传统捕收剂的参数对比．新型捕收剂的最高占据轨道能量 与黄铜矿的最低非占据轨道能量相差较大，捕收力较弱，而最低非占据轨道能量较低，对黄铜矿吸附能力强，对黄铁矿吸附能 力弱，选择性较好。 关键词低碱度；捕收剂；铜硫矿；密度泛函；浮选 中图分类号T D 9 2 3 ．1 3 ；T D 9 5 2文献标志码A文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 1 9 0 6 一0 1 0 2 一0 5 A p p l i c a t i o no faN e wC o U e c t o ro nC o p p e r ‘s u l p h u rS e p a r a t i o na tL o wA l k a U n eC o n d i t i o n s A lJ t n g l ～，L I U C h o n g j u n l “，W UG u i y e l “，Z H U Y Q n g g e l “，L l UL o n g } t 1 1 2 j ．B G R J M MT P f J l z ，z D Z o g yG r o “p ，B P 巧i 以gj 0 0 j 6 0 ，C i 押口；2 ．S ￡口f PK P yL n 6 0 r 口￡o ，．3 ， o 厂M i 押P r 盘￡P r o c P s s i 卵g ，B P i 歹i 竹g 】0 2 6 2 8 ，C i ”口 A b s t r a c t L a r g ea m o u n to fl i m ew a su s e di nt r a d i t i o n a lf l o t a t i o np r o c e s so fc o p p e rs u l f i d e ， w h i c h c a u s e dd a m a g eo ne q u i p m e n ta n do t h e rp r o b l e m s ，s u c ha se n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na f f e c t s ．An e wc o l l e c t o r w a su s e da tl o wa l k a l i n ec o n d i t i o n si nf l o t a t i o n ．T h er e s u l t ss h o wt h a tu n d e rt h ec o n d i t i o nt h a tt h eg r i n d i n g f i n e n e s so f 一7 4m i c r o ni s6 5 ％，a f t e re x p e r i m e n t so nt h ef a c t o r ss u c ha sc a l c i u mo x i d e ，c o l l e c t o ra n d f o a m i n gd o s a g e ，t h ec o p p e rr e c o v e r yr a t ei s4 0 ．2 0 ％a n dt h es u l f u rr e c o v e r yr a t ei s2 ．9 3 乡6 i no p e nc i r c u i t t e s t ， w h i c hr e a l i z e st h eg o o ds e l e c t i n ga b i l i t yo fc o o p e ra tl o wa l k a l i n ec o n d i t i o n s ．T h es t r u c t u r a l i n f o r m a t i o na n dp r o p e r t i e so fn e wc o l l e c t o ra r ea n a l y z e db yu s i n gt h eg e n e r a l i z e dp e r t u r b a t i o nt h e o r ya n d d e n s i t yf u n c t i o n a lt h e o r y ．B yc o m p a r i n gw i t ho t h e rt w oc o l l e c t o r s ， t h ec a l c u l a t i o nr e s u l t si n d i c a t et h a tt h e n e wc o l l e c t o re x h i b i tl o w e rc o l l e c t i n ga b i l i t yb u th i g h e rs e l e c t i n ga b i l i t yf o rc o p p e rs u l f i d em i n e r a l s ． K e yw o r d s l o wa l k a l i n e ；c o l l e c t o r ；c o p p e r s u l p h u ro r e ；D F T ；f l o t a t i o n 铜硫矿是我国主要的铜矿类型之一，分布较广， 主要存在于安徽、江西等地。铜硫矿中黄铜矿与黄 铁矿的分离一直是重点关注的问题。铜矿物在黄铁 矿中嵌布粒度大小不均匀，伴生多种有用元素，硫化 矿表面物理化学性质相近，且黄铁矿可浮性变化较 大，增加了分离的难度[ 1 ] 。目前铜硫矿分离主要采 用选矿方法，对于铜硫矿石的浮选，分离原则一般是 浮铜抑硫[ 2 q ] 。较普遍的方法是采用传统丁基黄药 等铜捕收剂进行精矿混选，这类传统捕收剂对铜的 捕收力较强但选择性差[ 5 。6 ] ，使黄铁矿一同上浮，影 响铜精矿品位，且浮选过程中需要加入大量的石灰 调节矿浆p H 值。该方法存在药剂用量大、环保问 题突出、易堵塞设备管路等缺点，同时，还造成被抑 制的黄铁矿后期回收利用较难，以及伴生金、银等贵 金属的流失[ 7 墙] 。因此，在低碱或无碱条件下进行铜 硫分离成为研究和工业应用的发展趋势。 近年来。密度泛函理论 D F T 被有效用于硫化 矿捕收剂的研究工作[ 9 - 1 0 ] 。基于该理论计算出的参 数，明确了捕收剂分子结构、捕收剂与矿物表面成键 及相互作用等情况，对硫化矿捕收剂的研发和应用 基金项目北京矿冶科技集团产业基金项目 0 4 6 0 2 0 1 8 一1 2 3 收稿日期2 0 1 9 0 5 1 6修回日期2 0 1 9 1 0 一1 0 作者简介艾晶 1 9 8 8 一 ，女，河南许昌人，硕士，工程师，主要从事浮选药剂设计与合成工作。 万方数据 2 0 1 9 年第6 期艾晶等低碱度条件下某新型捕收剂在铜硫矿浮选中的应用 1 0 3 起到了支持作用。 本文通过试验研究，探索了低碱度条件下新型 酯类捕收剂 代号C 1 0 0 1 对银山铜矿矿石铜硫分离 的工艺流程。同时采用分子模拟计算，将计算结果 与其它两种常用捕收剂比较，阐述了该新型捕收剂 的结构、性能以及在矿物表面作用情况。 1 矿样与试验 1 ．1 矿石矿物组成 变胶状黄铁矿、黄铜矿及变胶状黄铜矿、硫砷铜矿、 砷黝铜矿为主，其次为变胶状闪锌矿、闪锌矿、斑铜 矿、方铅矿及微量的钛铁矿、锐钛矿、自然金、辉硫锑 铅银矿、自然银等。脉石矿物以石英、绢云母为主， 少量绿泥石、高岭土等。 1 ．2 矿石多组分分析 原矿多组分分析结果见表1 。结果表明，矿石中 铜品位为o ．3 3 ％，硫品位为7 ．2 7 ％，其他元素如金、 银、铅、锌等含量较低。 工艺矿物学研究表明，矿石中金属矿物主要以 表1 原矿多组分分析结果 T a b l el M u l t i c o m p o s i t i o na n a f y s i sr e s u I t o fr a wo r e s ／％ 1 单位为g ／t 。 1 ．3 矿样铜物相分析 矿样中的铜化学物相分析结果见表2 。结果表 明，铜氧化率为1 ．6 1 ％，绝大部分铜以硫化物形式 存在。 表2铜物相分析结果 T a b l e2A n a l y s i sr e s u l t so fc o p p e rp h a s e s ／％ 1 ．4 浮选试验 小型浮选试验将矿样破碎至小于2m m ，混匀后 备用。称取5 0 0g 矿样加入一定量石灰，使用球磨机 在磨矿浓度为5 0 ％的条件进行球磨，磨矿细度为 一7 4 雎m 占6 5 ％，矿物的单体解离度为9 0 ％。 采用1 ．5 L X F D 型挂槽浮选机，转速固定在 14 8 7r ／m i n ，浮选温度保持在室温。矿样磨矿后放 入浮选机搅拌，依次添加选矿药剂后浮选得精矿产 品。流程中采用的捕收剂为新型捕收剂C 1 0 0 1 ，起 泡剂为B K 2 0 4 。粗选试验流程如图1 所示。 原矿药剂用量单位叭； 倪仟、拌选 一7 4 “m 占6 5 ％ 磨矿 ／ 石灰2 0 0 i 委墓竖裂琵 粗l 选 时间单位m ；n ，下同 精矿尾矿 图1浮选原则流程 F i g ．1P r i n c i p l e sf l o w s h e e to ff l o t a t i o n 2试验结果与讨论 2 ．1 石灰用量试验 在原矿加入球磨机时加人一定量的石灰，可以 调节p H 值，同时能去除矿泥有害的罩盖作用[ 1 川。 图2 是加入不同石灰用量的试验指标，由图2 可以 看出，在石灰用量为2 0 0g ／t 时，铜回收率为 5 7 ．0 2 ％，硫回收率为8 ．8 7 ％，硫回收率较不添加石 灰时有明显下降。随着石灰用量的增加，铜、硫的回 收率趋于平稳。现场采用常规捕收剂进行铜硫分离 时，石灰用量可达2O O Og ／t ，使用新型捕收剂C 1 0 0 1 较大程度减少了石灰的用量。 石灰用量／ g t 一‘ 图2石灰用量试验结果 F 嘻2R e s u I t so fc a l c i u mo x i d ed o s a g e 2 ．2 捕收剂用量试验 捕收剂用量试验结果见图3 。由图3 可以看出， 在起泡剂用量为1 6g ／t 时，随着捕收剂用量的增加， 万方数据 1 0 4 有色金属 选矿部分2 0 1 9 年第6 期 铜和硫的回收率有所提高，当捕收剂用量为4 0g ／t 时，铜回收率为7 2 ．9 8 ％，硫回收率为1 5 ．3 3 ％，均达 到最高。当捕收剂用量继续增加至4 8g ／t 时，铜和 硫的回收率均有下降。综合考虑生产中对铜、硫回 收率的要求，捕收剂用量为3 2g ／t 时已能满足现场 流程要求，因此选取该用量进行后续试验。 捕收剂用量／ g t 一。 图3 捕收剂用量试验结果 F i g ．3 R e s u l t so fc o l l e c t o rd o s a g e 2 ．3 起泡剂用量试验 起泡剂用量试验结果见图4 。由图4 可以看出， 在捕收剂用量为3 2g ／t 时，随着起泡剂用量的增加， 铜和硫的回收率都有所提高。当起泡剂用量为 2 4g ／t 时，铜回收率为6 1 ．2 1 ％，硫回收率为9 ．7 1 ％， 随后继续增加起泡剂用量，铜和硫的回收率提高程 度变缓。 起泡剂用量／ g t 一‘ 图4 起泡剂用量试验结果 F i g ．4 R e s u l t so ff o a m i n gd o s a g e 2 ．4 开路试验 为验证捕收剂的浮选效果，基于粗选条件试验 结果，结合现场工艺流程，最终确定三次粗选、两次 精选的开路试验。试验流程图见图5 ，结果见表3 。 从表3 的结果可以看出，使用的新型捕收剂 C 1 0 0 1 在低碱度条件下开路试验获得的精矿产品 中，铜品位2 0 ．6 3 ％，铜回收率4 0 ．2 0 ％，硫品位 3 2 ．9 4 ％，硫回收率2 ．9 3 ％。实现了低碱度条件下对 铜的选择性浮选。 原矿 兰些里直箜丝 磨矿r 、／ 石灰2 0 0 3 | 捕收剂3 2 2 I P A C C 1 0 0 1 。 根据前线轨道理论，捕收剂的最高占据轨道能 量与矿物的最低非占据轨道能量越接近，两者之间 的作用越强。表4 为三种捕收剂的前线轨道能量计 算结果。 表4前线轨道分析 T a b l e4 T h ea n a l y s i so ff r o n t i e rm o l e c u l a ro r b i t a l s 从表4 可以看出，Z 一2 0 0 的最高占据轨道能量与 黄铜矿、黄铁矿的最低非占据轨道能量最接近，而新 万方数据 1 0 6 有色金属 选矿部分2 0 1 9 年第6 期 型捕收剂C 1 0 0 1 的最高占据轨道能量与黄铜矿、黄 铁矿的最低非占据轨道能量相差最大，则三种捕收 剂对黄铜矿的捕收能力为Z 一2 0 0 P A C C 1 0 0 1 。 该结论与净电荷分析一致。 综上，黄铜矿表面的铜离子反馈d 轨道电子对 的能力强，黄铁矿表面的铁离子反馈电子的能力较 弱，捕收剂的I 。U M 0 能量越低，越容易与黄铜矿表 面形成反馈丌键，吸附作用越强。三种捕收剂的 I 。U M O 能量计算结果如表4 所示，由大到小排列为 Z 一2 0 0 P A C C 1 0 0 1 ，因此新型捕收剂与黄铜矿表 面形成反馈丌键的作用力最强，吸附能力最强，对黄 铁矿表面吸附能力较弱，因此有较好的选择性。 4结论 1 针对银山铜矿原矿性质，采用新型捕收剂 C 1 0 0 1 ，通过条件试验探索，在低碱度条件下经过三 次粗选、两次精选的开路浮选试验，可获得铜品位 2 0 ．6 3 ％、铜回收率4 0 ．2 0 ％、硫品位3 2 ．9 4 ％、硫回 收率2 ．9 3 ％的铜精矿产品。 2 新型捕收剂C 1 0 0 1 兼具良好的捕收能力和选 择性，在矿浆处于低碱度条件下能够有效实现铜硫 浮选分离，有利于后续的资源综合回收利用。 3 通过量子化学计算，将新型捕收剂C 1 0 0 1 与 Z 一2 0 0 、P A C 进行前线轨道分析，得出三种捕收剂对 黄铜矿的捕收能力为Z 一2 0 0 P A C C 1 0 0 1 ，而新型 捕收剂C 1 0 0 1 对黄铜矿选择性更优。 参考文献 [ 1 ] 翁存建，马鹏飞，王鹏程．我国铜硫矿选矿技术研究进展[ J ] ． 有色金属科学与1 二程，2 0 1 4 ，5 5 1 17 1 2 2 ． [ 2 ] 董英，王吉坤，冯桂林．常用有色金属资源开发与加工[ M ] ． 北京冶金工业出版社，2 0 0 5 ． [ 3 ] 李崇德，孙传尧．铜硫浮选分离的研究进展[ J ] ．国外金属 矿选矿，2 0 0 0 8 2 7 ． [ 4 ] 李宗站，刘家弟，王振玉，等．国内铜硫浮选分离研究现状口] ． 现代矿业，2 0 l o ，3 3 1 2 1 5 ． [ 5 ] 王立刚，刘水红，叶岳华，等．某铜硫矿铜快速浮选工艺技 术研究[ J ] ．中国矿业，2 0 1 8 增刊1 2 7 8 2 8 1 ． [ 6 ] 汤玉和，汪泰，胡真．铜硫浮选分离药剂的研究现状[ J ] ． 材料研究与应用，2 0 1 2 ，6 2 l o O 一1 0 3 ． [ 7 ] 黄真瑞，钟宏，王帅，等．黄铜矿浮选1 二艺及捕收剂研究进 展[ J ] ．应用化工，2 0 13 ，4 2 1 1 2 0 4 8 2 0 5 1 ，2 0 5 5 ． [ 8 ] 何桂春．吴艺鹏，冯金妮．低碱环境铜硫分离研究进展[ J ] ．有 色金属科学与工程，2 0 12 ，3 3 4 7 5 0 ． [ 9 ] I 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