资源描述:
2 0 1 5 年第3 期有色金属 选矿部分 1 9 - 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 5 .0 3 .0 0 5 白铅矿的硫化电位控制浮选机理研究 张方齐,陈经华,吴熙群 北京矿冶研究总院矿物加工科学与技术国家重点实验室,北京1 0 2 6 2 8 摘要以乙基黄药为捕收剂,硫化钠为硫化剂,通过单矿物浮选试验系统地研究了白铅矿浮选时硫化钠用量、硫化时 间、搅拌条件、加药方式以及矿浆p H 对硫化过程中矿物的浮游性、矿浆电位、硫离子电极电位的影响。采用多元回归方法建 立了浮选回收率与硫化电位的数学模型,数学模型很好地反映了两者之间的关系。使用相关系数法分析了各因素对硫化电 位的影响趋势及两者间的相关性。利用M “a b 数学软件拟合出硫化电位与主要影响因子间的数学模型方程,再结合回收率 与电位的数学模型,可以实现对硫化过程及时、合理的调控。 关键词白铅矿;硫化过程;多元回归分析;数学模型;硫化电位控制浮选机理 中图分类号T D 9 5 2 .2 ;T D 9 2 3 .7 文献标志码A 文章编号1 6 7 1 - 9 4 9 2 2 0 1 5 0 3 - 0 0 1 9 - 0 5 S t u d yo nM e c h a n i s mo fS u l f i d eP o t e n t i a l - c o n t r o l l e dF l o t a t i o no fC e r u s s i t e Z H A N GF a n g q i ,C H E NJ i n g h u a ,W UX i q u n S t a t eK e yL a b o r a t o r yo fM i n e r a lP r o c e s s i n g ,B e i j i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t e o fM i n i n ga n dM e t a l l u r g y ,B e i j i n g1 0 2 6 2 8 ,C h i n a A b s t r a c t T h em o n o m i n e r a lf l o t m i o nt e s tw h i c hf o ri n v e s t i g a t i n gt h ei n f l u e n c eo ft h ed o s a g eo fs o d i u ms u l f i d e a n dc o l l e c t o r ,s o d i u ms u l f i d et r e a t i n gt i m e ,t h ep Ho fp u l p ,i m p e l l e rs p e e do ff l o t a t i o na n dt h em e t h o d so fa d d i n g s o d i u ms u l f i d ea n dc o l l e c t o ro nt h ef l o a t a b i l i t yo fm i n e r a l ,p u l pp o t e n t i a la n ds u l f i d ei o ne l e c t r o d ep o t e n t i a lh a v eb e e n c o n d u c t e du s i n ge t h y lx a n t h a t ea s c o l l e c t o r ,s o d i u ms u l f i d ea ss u l f i d er e a g e n t .B a s e do nm u h i v a r i a b l er e g r e s s i o n m e t h o d ,t h em a t h e m a t i c a lm o d e lw h i c hr e f l e c t st h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nf l o t a t i o nr e c o v e r ya n ds u l f i d ep o t e n t i a lq u i t e w e l lw a se s t a b l i s h e d .T h ei n f l u e n c et r e n do fe a c hf a c t o ro nt h es u l f i d ep o t e n t i a la n dc o r r e l a t i o nb e t w e e nt h e mw e r e s t u d i e du p o nt h ec o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n t .M a t h e m a t i c a lm o d e le q u a t i o nb e t w e e nt h es u l f i d ep o t e n t i a la n dm a i nf a c t o r s w a sf i t t e do u tb yu s i n gM a t l a b .T h ec o m b i n a t i o no fm a t h e m a t i c a lm o d e l sb e t w e e nr e c o v e r ya n dp o t e n t i a l ,f a c t o r sa n d p o t e n t i a lc a nr e a l i z em i c r o s c o p i c ,t i m e l ya n dr a t i o n a lo p t i m i z a t i o nc o n t r o lo ft h ep r o c e s so fs u l f i d a t i o n . K e yw o r d s c e r u s s i t e ;p r o c e s s o fs u l f i d a t i o n ;m u l t i v a r i a b l er e g r e s s i o n a n a l y s i s ;m a t h e m a t i c a lm o d e l ; m e c h a n i s mo fs u l f i d ep o t e n t i a l c o n t r o l l e df l o t a t i o n 随着硫化铅矿产资源的日趋枯竭和铅消费日益 增长,氧化铅矿产资源的开采利用变得尤为重 要。2 】。白铅矿是最具工业价值的氧化铅矿石之 一【3 ] ,一直以来针对白铅矿利用的科学研究很 多[ 4 ‘8 】。目前,较为成熟的回收白铅矿的方法是硫 化一黄药浮选法,其中硫化过程是白铅矿高效回收的 关键。本研究以乙基黄药为捕收剂,硫化钠为硫化 剂,对白铅矿硫化过程中的电位特性进行了研究。以 期了解白铅矿硫化过程中的电化学行为,为白铅矿的 硫化过程电位控制浮选研究提供一定的理论支持。 基金项目国家自然科学基金资助项目 5 1 0 0 4 0 1 5 收稿日期2 0 1 4 - 0 3 1 6 修回日期2 0 1 5 - 0 3 - 2 4 作者简介张方齐 1 9 8 9 . ,男,山东泰安人,硕士。 1 试验材料及方法 1 .1 试验用矿样、设备及试剂 本试验中使用的白铅矿均采自云南会泽铅锌 矿,矿石经过锤碎、手选、实验室小型颚式破碎机以 及对辊式破碎机破碎、瓷球磨磨细、通过筛分得到 一7 4 3 8I x m 粒级产物,经多次摇床分选得高纯度白 铅矿矿样。使用去离子水多次清洗矿样,自然晾干, 然后保存在磨口瓶中。经过化学分析,白铅矿纯度 在9 9 %以上,符合单矿物浮选试验要求一1 。 万方数据 2 0 有色金属 选矿部分2 0 1 5 年第3 期 试验中使用的水全部为去离子水,所用药剂中, 乙基黄药、硫化钠均为分析纯试剂,采用化学纯的氢 氧化钠与盐酸控制p H ,松油醇作为起泡剂[ 9 ] 。 试验中利用I v i u m S o f t 软件借助电脑控制 I v i u m S t a t 电化学工作站实时获取所需电位。使用的 工作电极有测量矿浆电位的2 1 3 0 1 型铂电极,测 量硫离子电极电位的p A g /S 一1 型硫离子选择性电 极,参比电极使用2 3 2 型饱和甘汞电极。采用P H S J 一 3 F 型p H 计测量矿浆p H ,测量电极采用E - 2 0 1 - 9 型 p H 复合电极1 。 1 .2 试验方法 单矿物浮选试验采用X F G CU 型挂槽式浮选机, 每次试验矿量3g ,去离子水5 0m L 。试验流程将电 极插入矿浆中,打开I v i u m S o f t 软件及I v i u m S t a t 仪器 实时记录硫化电位;调节叶轮转速,硫化钠用量以及 硫化时间,在硫化过程中测量矿浆p H ,加入捕收剂 搅拌2m i n 后加人起泡剂搅拌1m i n ,关闭各仪器,取 出电极,刮泡3 r a i n ;将泡沫产品烘干后称重,并计算 回收率‘9 | 。 2 硫化电位控制浮选数学模型 通过单矿物浮选条件试验,研究了硫化钠用量、 捕收剂用量、硫化时间、矿浆p H 、叶轮转速和加药方 式对白铅矿的浮游性以及硫化电位的影响。 零 锝 擎 回 图1 白铅矿回收率与矿浆电位数学 模型方程拟合曲线 F i g .1 F i t t e dc u r v eo fm a t h e m a t i c a lm o d e l e q u a t i o nb e t w e e nt h e r e c o v e r yo fc e r u s s i t e a n dp u l pp o t e n t i a l 采用多元回归方法‘1 0 。1 4 1 来分析单矿物浮选试 验数据,建立一个数学模型方程来表征硫化电位与 浮选回收率之间的关系。利用相关系数法【1 副分析 各影响因子对硫化电位的影响趋势及两者间的相关 性,进而找出主要影响因子。并利用M a t l a b 拟合出 硫化电位与主要因素之间的数学模型方程,实现通 过主要因子对硫化电位的调节,来实时控制浮选回 收率的目的。 2 .1 白铅矿浮选回收率与硫化电位的拟合曲线 由于捕收剂用量试验的加药方式是先加硫化钠 后加乙基黄药,而硫化电位的获取是在加硫化钠以 后,加乙基黄药之前。因此考察硫化电位与回收率 之间关系时,选取除捕收剂用量以外的其它几个因 素的浮选条件试验的数据进行数学公式拟合。其拟 合计算方法采用准牛顿法 B F G S 和通用全局优化 法,结果见图1 、2 所示。 拟合方程为Y 8 7 .0 4 0 3 e - e 。9 7 5 3 0 1 0 9 3 “,其中 Y 是回收率,戈是矿浆电位E n 值。拟合方程的误差 平方和 S S E 为5 3 6 .6 2 4 3 ,均方根误差 R M S E 为 4 .4 5 8 1 ,相关系数R 为0 .9 8 6 1 ,决定系数 D C 为 0 .9 7 2 4 。 忒 槲 擎 回 图2白铅矿回收率与硫离子电极电位 数学模型方程拟合曲线 F i g .2 F i t t e dc u r v eo fm a t h e m a t i c a lm o d e l e q u a t i o nb e t w e e nt h er e c o v e r yo fc e r u s s i t e a n ds u l f i d ei o ne l e c t r o d ep o t e n t i a l 拟合方程为Y 1 .6 6 2 2 1 8 .5 0 2 2 x 8 0 2 .7 2 6 7 x 2 1 4 .2 5 1 l x 3 0 .0 7 7 1 x 4 0 .0 0 0 1 x 5 / 1 1 2 3 .4 6 8 6 x 一2 2 .9 6 3 7 戈2 0 .0 6 0 8 石3 0 .0 0 0 4 戈4 1 .1 2 8 1 x 5 ,其中Y 是回收率,X 是硫离子电极电位 E s 值。拟合方程的误差平方和 S S E 为7 7 8 .8 9 7 7 , 均方根误差 R M S E 为5 .3 7 1 0 ,相关系数R 为 0 .9 8 0 3 ,决定系数 D C 为0 .9 6 0 0 。 拟合结果表明,拟合的数学模型方程与试验数 万方数据 2 0 1 5 年第3 期张方齐等白铅矿的硫化电位控制浮选机理研究2 l 据的相关系数R 都大于0 .9 8 ,建立的数学模型较好 地反映了白铅矿回收率与矿浆电位E n 、硫离子电极 电位玩之间的关系。由图1 、2 可以看出,在一定的 硫化电位范围内,白铅矿的可浮性较好,可以通过控 制硫化电位进而实现白铅矿较好的回收率。 2 .2 因素对白铅矿硫化电位的影响分析 2 .2 .1 单因素与硫化电位的相关性研究 相关系数假设检验的自由度为n 一2 ,n 是样本 容量,本文中单因素试验的取值个数为n 。相关系数 是反应两组数据之间是否存在显著线性相关关系, 是正相关还是负相关,影响程度和趋势如何。计算 公式㈨如下 ∑i n ;1 石;一x Y f 一歹 r √∑ , 菇;一孑 2 ∑j n , Y i 一歹 2 其中r 是相关系数,菇是自变量,Y 是因变量,n 是样本容量,计算结果如表1 。 表1 硫化电位与各因素之间相关系数表 T a b l e1T a b l eo fc o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n tb e t w e e n s u l f i d ep o t e n t i a la n ds i n g l ef a c t o r 因素 自由度 相关系数r临界值 n 一2 矿浆电位E P 。硫离子电极电位E sr 00 1 ,1 硫化钠用量40 .9 6 7 60 .9 8 0 90 .9 1 7 捕收剂用量 60 .4 5 2 80 .5 5 4 70 .8 3 4 硫化时间60 .9 5 9 20 .9 3 2 70 .8 3 4 矿浆p H 60 .8 7 2 0 0 .6 5 1 10 .8 3 4 叶轮转速 30 .9 4 8 90 .9 7 2 40 .9 5 9 加药方式 20 .9 3 6 1 0 .7 8 8 20 .9 9 9 由表1 中数据可以看出,硫化钠用量、硫化时 间、矿浆p H 与矿浆电位E ,。的相关系数l rI 大于 r 0 。。 乃 ,说明这三个因素与矿浆电位%有线性相关 关系;而硫化钠用量、硫化时间、叶轮转速与硫离子 电极电位E 。的相关系数Irl 大于r 。.。, 凡 ,说明这 三个因素与硫离子电极电位最有线性相关关系。 硫化电位随正相关影响因素参数的增加而升高,硫 化电位随负相关影响因素参数的增加而降低。相关 系数不同,相关程度也不一样,通过调节这些因素可 以达到控制硫化电位的目的。 表2 T a b l e2 硫化钠用量与矿浆电位以及硫离子电极电位都 呈负相关关系,E n 、B 值都随硫化钠用量的增加而 降低。这是因为浮选溶液中硫离子的浓度随着硫化 钠用量的增加而增大,进而使得硫离子电极电位B 值变的更负。硫化钠具有氧化还原性,硫氢根离子 在浮选溶液产生一种还原性环境,进而使得矿浆氧 化还原电位降低。 硫化时间与矿浆电位以及硫离子电极电位呈显 著的正相关关系,矿浆电位E ,,值、硫离子电极电位 风值都随着硫化时间的增加而升高。这是由于随着 硫化时间的增加,硫化钠电离出的硫离子与白铅矿 表面发生反应,使得溶液中的硫离子的浓度降低,进 而使得硫离子电极电位E S 值升高;随着反应的进 行,还原性离子硫离子浓度降低,浮选溶液还原性降 低,并且与氧气接触时间增加进而使得浮选矿浆溶 液氧化性增加,由此矿浆电位升高。 矿浆p H 与矿浆电位呈显著的负相关关系,矿浆 电位E ,。随着矿浆p H 的增加而降低。矿浆p H 越大, 浮选溶液中的氢氧根离子浓度越大,越不利于硫化 钠的水解反应进行,硫离子向硫氢根离子转变降低, 本身还原降低,使矿浆氧化降低,进而使浮选溶液氧 化性降低,矿浆电位降低。 叶轮转速与硫离子电极电位呈显著的正相关关 系,硫离子电极电位B 随叶轮转速的增加而增加。 随着叶轮转速的增加,矿浆中的充氧量逐渐地增大, 进而使矿浆氧化,矿浆电位增大;同时充氧量的增大 也促进了硫离子的还原,使部分硫离子被氧化成硫 原子,降低了矿浆中的硫离子浓度。 2 .2 .2 单因素对硫化电位影响程度分析 由相关性分析可知,许多因素与硫化电位之间 存在高度的线性相关性,而因素与硫化电位之间的 线性关系为实现因素对硫化电位的调节提供了良好 的基础。对单因素和硫化电位进行线性回归,根据 回归方程计算各因素变化对硫化电位的影响,结果 见表2 、3 。 单因素线性回归分析对矿浆电位影响结果 L i n e a rr e g r e s s i o na n a l y s i so fs i n g l ef a c t o ro ns u l f i d ep o t e n t i a l 由表2 、3 可以看出,矿浆p H 变化对矿浆电位 %值影响最大,而硫化时间变化对硫离子电极电位 E 。值影响最大。而硫化钠用量对矿浆电位%值以 及硫离子电极电位E 。值的线性相关性最强。 万方数据 2 2 有色金属 选矿部分2 0 1 5 年第3 期 2 .3 主因素与白铅矿硫化电位的数学模型 白铅矿回收率与硫化过程中矿浆电位以及硫离 子电极电位之间有显著的相关关系,在一定的硫化 电位范围内,白铅矿的浮游性较好。硫化钠用量、硫 化时间、矿浆p H 、叶轮转速是影响硫化电位的主要 因素,并且呈显著的线性相关关系。由此预见,可以 表3 T a b l e3 通过调节主要因素来控制硫化电位的变化,进而控 制浮选过程中白铅矿的浮选回收率。 2 .3 .1 最优调节因素的确定 根据试验数据可以得出各因素变量变化范围以 及相对应的硫化电位的变化范围,见表4 。 单因素线性回归分析对硫离子电极电位影响结果 L i n e a rr e g r e s s i o na n a l y s i so fs i n g l ef a c t o ro ns u l f i d ei o ne l e c t r o d ep o t e n t i a l 由表4 可见,硫化钠用量对矿浆电位E ,。值以及 硫离子电极电位取值的调节量程是最大的,并且可 以较好地实现微调,选择硫化钠用量作为调节硫化 电位的主要参数是合理的。 2 .3 .2 主因素调节硫化电位的数学模型 使用M a t l a b 可以实现多元线性回归拟合,并检 验拟合方程的可信度。 由上节分析知,硫化钠用量、硫化时间、矿浆p H 与矿浆电位如值近似线性关系,因此可以建立三元 线性回归模型,即Y 风一卢。菇, 卢名一卢,石,。拟合 结果如公式 1 。 Y 3 4 4 .1 5 0 2 1 .4 2 0 9 x l 2 .9 3 8 9 x 2 3 0 .4 0 0 3 x 3 1 其中,广矿浆电位E n 值,m V ;x ,一硫化钠用量, m s /L ;x 2 一硫化时间,m i n ;戈3 一矿浆p H 。 回归方程的统计量与系数置信区间如表5 。 由表5 可见,决定系数r 2 0 .9 3 8 2 ,接近于1 ,复 相关系数r 0 .9 6 8 6 大于r o o l 1 7 0 .5 7 5 1 ,F 7 5 .9 3 5 大于民.o , 3 ,1 5 5 .4 2 ,说明多元线性回归 整个效果特别显著,由此说明用回归方法建立的数 学模型方程是合适的,基本反映了观测值与回归值 之间的关系,拟合程度较好。硫化时间、矿浆p H 、硫 化钠用量对矿浆电位的影响规律可以用这一数学模 型方程来描述。观测值与模型回归值对比见图3 。 表5 T a b l e 回归方程的统计量与系数置信区间 5T h es t a t i s t i c a la n dG O e 舔c i e n tc o n f i d e n c e i n t e r v a lo fr e g r e s s i o ne q u a t i o n 图3 矿浆电位拟合曲线与原始数据对比 F i g .3D i a g r a mo fc o m p a r i s o nb e t w e e nf i t t e d c u r v ea n dr a wd a t ao fp u l pp o t e n t i a l 硫化钠用量、硫化时间、叶轮转速与硫离子电极 电位E 。值近似线性关系,因此可以建立三元线性回 万方数据 2 0 1 5 年第3 期张方齐等白铅矿的硫化电位控制浮选机理研究 2 3 归模型,即Y 岛一卢。石。 岛戈一卢,菇3 。拟合结果如 公式 2 。 Y - 2 8 5 .3 3 9 7 1 .1 3 7 4 x I 3 .2 5 4 5 x 2 一o .0 2 5 3 x 3 2 其中,心离子电极电位E 。值,m V ;戈。一硫化 钠用量,m g /L ;X 2 硫化时间,m i n ;菇,一叶轮转速, r /m i n 。 回归方程的统计量与系数置信区间如表6 。 表6回归方程的统计量与系数置信区间 T a b l e6T h es t a t i s t i c a la n dc o e f f i c i e n tc o n f i d e n c e i n t e r v a l o fr e g r e s s i o ne q u a t i o n 回归系数回归系数置信区间统计量 图4 硫离子电极电位拟合曲线与原始数据对比图 F i g .4 T h ed i a g a mo fC o m p a r i s o nb e t w e e nf i t t e d c u r v ea n d o r i g i n a ld a t ao fs u l f i d ei o ne l e c t r o d ep o t e n t i a l 由表6 可见,决定系数r 2 0 .9 5 7 5 ,接近于1 ,复 相关系数r 0 .9 7 8 5 大于r o .o l 1 6 0 .5 8 9 7 ,F 1 0 5 .1 9 2 6 大于R .o 。 3 ,1 4 5 .5 6 ,说明多元线性回 归整个效果特别显著,由此说明用回归方法建立的 数学模型方程是合适的,基本反映了观测值与回归 值之间的关系,拟合程度较好。硫化时间、硫化钠用 量、叶轮转速对硫离子电极电位的影响规律可以用 这一数学模型方程来描述。模型回归值与观测值对 比见图4 ,拟合曲线与原始数据高度拟合。 3白铅矿硫化电位控制浮选机理 综上所述可知,白铅矿回收率与矿浆电位E n 值 以及硫离子电极电位E 。值的数学模型方程能够很 好地反映两者之间的对应关系。回收率与硫化电位 是相对应的,则通过数学模型方程可以很容易地计 算出白铅矿浮游性较好时的电位范围。 建立的因素与矿浆电位E h 值以及硫离子电极 电位风值之间的数学模型公式1 、2 、3 又可以指导 实现因素对电位的有方向的、快速准确的调节控制。 浮选过程中,硫化电位是可以进行实时监测的, 则因素的调节对矿物浮游性的影响,可以很快地体 现在电位的变化上,且电位与回收率相关,这样就可 以实现因素对浮选回收率准确的、及时的调整。比 如硫化钠用量的调节,根据实时检测的电位,合理的 调整硫化钠的用量,电位对硫化钠用量的反映是快 速的,避免了硫化钠的过量添加等问题。 可见白铅矿的硫化电位控制浮选机理主要是以 硫化电位为中心,根据调节因素、回收率分别与硫化 电位之间的关系建立回收率与矿浆电位‰值以及 硫离子电极电位B 值的数学模型、因素与矿浆电位 E n 值以及硫离子电极电位凰值的数学模型方程,实 现因素对硫化电位的准确、及时、快速的调节,进而 实现因素对浮选回收率的快速、及时、合理的调节。 可见硫化电位控制浮选技术为硫化过程实现及时、 理性的优化调控提供了理论支持。 4结论 本文采用相关性分析和多元回归方法系统地研 究了硫化电位控制的规律性,并拟合出了白铅矿硫 化电位与回收率,硫化电位与因素之间的数学模型 方程,进而揭示了硫化电位控制浮选的机理,首次将 硫化电位控制技术引入白铅矿浮选,为实现对硫化 过程进行微观的、理性的、及时的优化调控提供理论 指导。 1 单因素对白铅矿浮选过程中矿浆电位E n 值 以及硫离子电极电位E s 值的影响程度和相关性分 析结果表明,矿浆p H 、硫化时间、硫化钠用量都表现 出与矿浆电位%值极为显著的线性相关性,是矿浆 电位%值变化的主要影响因素;硫化钠用量、硫化 时间、叶轮转速都表现出与硫离子电极电位E 。值极 为显著的线性相关性,是硫离子电极电位E 。值变化 的主要影响因子。 2 数学拟合结果表明,白铅矿浮选回收率分别 与矿浆电位E n 值、硫离子电极电位取值之间的数 学模型方程能够很好地反映两者之间的关系。在一 下转第6 0 页 万方数据 6 0 有色金属 选矿部分2 0 1 5 年第3 期 试验结果表明,在全开路试验基础上,通过增加 硫酸和抑制剂E M Y - 3 用量,减少松醇油用量 因循 环中矿中松醇油携带明显 等措施,加强对易浮滑石 的抑制,试验最终获得精矿镍品位6 .6 8 %、镍回收率 6 2 .4 4 %良好指标。矿石中伴生钴的走向与镍基本 一致。 3结论 1 试验矿石为超基性岩镍矿石,是镍矿石的新 类型。矿石中镍矿物含量低,呈微细浸染型嵌布,脉 石矿物占矿石总矿物量的9 5 %以上,主要为蛇纹石、 滑石,二者在广泛p H 范围内异相凝聚现象明显,严 重影响磨矿及浮选。 2 针对矿石性质特点,通过采取干式磨矿、离心 机预脱泥,研制分散抑制剂E M Y - 3 等有效措施,有 效解决了选矿难题,最终获得精矿镍品位6 .6 8 %、镍 回收率6 2 .4 4 %的良好技术指标,为该类型资源开发 利用提供了技术支撑。 参考文献 [ 1 ] 卢毅屏,张明洋,冯其明,等.蛇纹石与滑石的同步抑制 原理[ J ] .中国有色金属学报,2 0 1 2 ,2 2 2 5 6 0 - 5 6 5 . 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