超声波作用下金川硫化镍矿浮选动力学研究.pdf

5 8 有色金属 选矿部分2 0 1 4 年第3 期 d o i 1 0 口9 6 9 坷．i s s n ．1 6 7 1 9 4 9 2 ．2 0 14 ．O3 ．| 0 1 5 超声波作用下金川硫化镍矿浮选动力学研究 吕沛超，卢毅屏，冯博，冯其明 中南大学资源加工与生物工程学院，长沙4 1 0 0 8 3 摘 要以金川镍矿二矿区富矿矿石为研究对象，通过浮选试验、浮选动力学方程模拟和粒度检测，研究超声波作用 对硫化镍矿物浮选行为的影响。结果表明，对磨矿后的矿浆，经超声处理后再进行浮选可以得到更高的镍品位和回收率；金 川镍矿的浮选速率符合二级矩形分布动力学模型，超声波作用使得浮选速率常数显著提高，粗粒硫化矿物的浮选行为改善。 关键词浮选；超声；金川镍矿；浮选动力学 中图分类号T D 9 5 4文献标志码A文章编号1 6 7 l 一9 4 9 2 2 0 1 4 0 3 0 0 5 8 0 4 F l o t a t i 仰l 【i n e t i 鹳S 伽yo fJ i n c h 岫nN i c k dS u m d eO r 铬衄d e rU l 锄啪毗明廿o n L yP e 触n o ，L Uy p z 叼，姗B D ，明ⅣGg m { 叼 s c h o o Zo 厂施n e m z sA 嗍￡叼甜l dB i 删n e e 订叼，C e n 虮讧J S b u 讯【厂n 幻e r S t 匆， C ，哪h 口4 I D D 8 3 ，C 乳{ n 彩 A b s t r a c t T h ee Ⅱ．e c to fu l t r a s o n i co nt h en o t a t i o np e r f b m a J l c eo fn i c k e ls u H i d eo r e sf 而mt h er i c h o r e so fJ i n c h u a nN o ．2I I l i n e 棚陀aw a ss t u d i e d山r o u g hn o t a t i o nt e s t s ，n o t a t i o nk i n e t i ce c n l a t i o ns t i m u l a t i o n a n dp a r t i c l es i z em e a s u r e m e n t ．R e s u l t ss h o wt h a th i g h e rn j c k e l舯d ea n dr e c o v e r yc 蚰b eo b t a i n e db y u l t r a s o n i ct r e a t m e n tf o U o w e db vn o t a t i o n ．T h ea p p m p r i 砒en o t a t i o nk i n e t i c sm o d e lo fJ i n c h u a nn i c k e lI l l i n e f l o t a t i o nm t ei st h es e c o n d d e g r e er e c t a n g u l a rd i s t r i b u t i o nm o d e l ．U n d e ru l 缸鹏o n i c a t i o n ，n i c k e ln o t a t i o nr a t e i n c r e a s e sd m m a t i c a l l v ，a n dt h en o t a t i o nb e h a v i o ro fc o a r s es u l f i d ei si m p m v e d ． K e yw O r d b f l o t a t i o n ；u l t 瑚惜o n i c ；J i n c h u a nn i c k e lo r e s ； n o t a t i o nk i n e t i c s 金川镍矿以硫化铜镍矿石为主，其中硫化镍金 属储量占全国总储量的8 9 ．1 6 ％，是当前我国生产 镍的主要基地【川。金川镍矿主要硫化矿物有黄铁 矿、镍黄铁矿、紫硫镍铁矿和黄铜矿等，主要脉石 矿物为蛇纹石、绿泥石、橄榄石等硅酸盐矿物。蛇 纹石含量高是金川矿石的重要特征，如龙首矿蛇纹 石含量为4 1 ．0 0 ％，二矿区蛇纹石含量为4 6 ．5 0 ％， 较高的蛇纹石含量造成金川镍矿精矿M g O 含量高， 铜镍回收率进一步提高困难[ 2 ] 。 已有研究表明[ 蚓，在硫化铜镍矿浮选常用的 弱碱性p H 区间，蛇纹石和硫化矿物表面电性相 反，易发生异相凝聚，在硫化矿物表面形成矿泥罩 盖层，降低硫化矿物表面的疏水性和捕收剂的吸附 量，使硫化矿物浮选回收率下降，同时附着在硫化 矿物表面的蛇纹石还会随硫化矿物进入浮选精矿， 降低精矿品位。 因此，消除蛇纹石与硫化矿的异相凝聚有利于 改善硫化矿浮选。澳大利亚k i n s t e r 矿用C M C 羧 甲基纤维素 作为分散剂来处理含6 2 ．0 0 ％蛇纹石 的硫化镍矿，可以使精矿中的M g o 从3 4 ．0 0 ％降到 6 ．0 0 ％ 6 | 。国内有学者认为六偏磷酸钠以化学吸附 形式吸附在蛇纹石表面，改变蛇纹石表面的电性， 很好地分散镍黄铁矿和蛇纹石，改善硫化矿物的浮 选效率[ 7 ] 。但是，由于金川镍矿的蛇纹石含量高 以及矿浆中难免离子的干扰，使化学分散剂用量 高、作用效果差[ 引。 超声波是矿物颗粒分散的一种重要手段，国内 外学者对超声辅助选矿已经做了大量的研究。 A l 曲c hC 通过研究来自南非的硫化矿，认为超声 波能改善硫化矿浮选行为，提高浮选速率、有用矿 基金项目国家自然科学基金资助项目 5 1 1 7 4 2 2 9 收稿日期2 0 1 3 0 4 一1 9修回日期2 0 1 4 _ 0 3 2 4 作者简介吕沛超 1 9 8 7 一 ，男，河北文安人，硕士，助理工程师，主要从事选矿工艺研究。 万方数据 2 0 1 4 年第3 期吕沛超等超声波作用下金川硫化镍矿浮选动力学研究 5 9 物回收率和品位[ s 1 ；0 z k a nSG 对菱镁矿进行超声 处理后，经浮选得到的精矿产品回收率和品位明显 优于常规浮选，并提出菱镁矿表面的物理擦洗是其 主要原因㈨；康文泽等在高硫煤的超声试验中也 得到相同结论[ 1 ⋯。这表明超声波能够提升矿物的 选别效果。 针对金川镍矿矿浆中蛇纹石与硫化矿物间异相 凝聚严重的问题，本文研究超声波在金川硫化镍矿 浮选中的作用，探索提高金川镍矿浮选指标的技术 途径。 1 试验矿样及试剂 试验矿样为金川镍矿二矿区富矿矿石，矿石中 有价元素镍含量为1 ．4 3 ％，铜含量为1 ．0 1 ％。该矿 石中金属矿物主要有镍黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜 矿、紫硫镍铁矿等，脉石矿物主要有蛇纹石、橄榄 石等，其中蛇纹石含量4 5 ．0 0 ％～5 0 ．0 0 ％。 浮选药剂为Y 8 9 2 黄药 、丁基醚醇、碳酸 钠，均为工业品。 2 试验方法 2 ．1 超声浮选试验 本文所指的超声浮选是指在浮选前进行超声处 理，主要目的是考察矿浆经过一定条件 超声功 率、超声作用时间 的超声处理对浮选效果的影 响，试验流程见图1 。 精矿1 原矿 药剂用量单位 术碳酸钠5o o o浮选时间单位 O 磨矿一7 4 斗m 占6 5 ％ 木超声处理 超声功率和超声时间为变量 粜Y 8 9 21 5 0 木丁基醚醇7 0 旨 精矿2 树3 严 精矿4f 精矿5尾矿 图1 浮选流程 F i g ．1 F l o w s h e e to fn o t a t i o n 1 试验用实际矿石样品经过破碎达到一2m m 粒级，取5 0 0g 矿样，磨矿浓度5 0 ％，采用x M Q 一 2 4 0 9 0 锥形球磨机进行磨矿，磨矿细度为一7 4 斗m 占6 5 ％。磨矿过程中加入调整剂碳酸钠，矿浆p H 为9 左右。 2 磨矿得到的矿浆经分矿器等分于两个1L 的玻璃烧杯中，用K Q 3 2 0 0 D B 型数控超声波清洗器 作为超声波发声源 超声频率为4 0k H z ，将烧杯 放人超声波清洗槽内进行超声处理，超声处理过程 中伴随着缓慢搅拌。超声功率和时间为考察变量， 在超声作用时间固定2 0m i n ，超声功率选取6 0 、 9 0 、1 2 0 和1 5 0w 为考察变量；在超声功率固定 1 5 0w ，超声作用时间选取1 0 、2 0 、4 0 和6 0m i n 为考察变量。 3 超声处理结束后进行常规浮选。采用容积 为1 ．5L 的x F D 型挂槽式机械搅拌浮选机室温下浮 选。药剂制度见图l ，浮选机搅拌速度为28 0 0 r ／m i n ，调浆时间为3m i n ，充气量为0 ．1 3m 3 ／h ；总 浮选时间为1 5m i n ，分时分别接取泡沫产品，共 得到5 个精矿产品。得到的精矿和尾矿产品经过烘 干、称量后计算产率，通过x R F 一5 0 0 0 检测镍品位 并计算回收率。 2 ．2 精矿粒度分布检测 对图l 中的浮选精矿 选取精矿1 为代表 烘 干后缩分，取1g 放置在4 0m L 烧杯中并加人一 定量的分散剂 六偏磷酸钠 确保矿浆分散，通过 M a l v e mM a s t e r s i z e r2 0 0 0 进行粒度检测。 3 结果与讨论 3 ．1 超声处理条件下。金川镍矿浮选指标与浮选 时间的关系 超声处理是指矿浆在常规浮选前进行超声波作 用，浮选试验流程见图1 。 图2 和图3 是不同超声处理条件下，金川镍矿 浮选精矿品位与浮选时间的关系。试验结果表明， 在相同的流程和药剂条件下，对磨矿后的矿浆，超 声处理能够明显提高精矿的镍品位，具有更高的选 择性。在超声功率1 5 0w ，超声时间6 0m i n 时， 第1m i n 精矿镍品位达到8 ．5 4 ％，相比于未超声处 理提高了2 ．6 2 ％。 图4 和图5 是不同超声处理条件下，金川镍矿 浮选回收率与浮选时间的关系。试验结果表明，在 相同的流程和药剂条件下，对磨矿后的矿浆，超声 处理能够明显加快镍矿物的浮选速率，提高镍浮选 万方数据 6 0 有色金属 选矿部分2 0 1 4 年第3 期 7 学选时川／m l “ 图2 在不同超声处理功率下，金川镍矿浮选品位 和浮选时间的关系 F i g ．2R e l a t i o n s h i pb e t w e e ng r a d e sa n dn o t a t i o n t i m eo fJ i n c h u a nn i c k e ls u l f i d eo r e si nu l t r a s o n i c t r e a t m e n tt e s tw i t hd i f f b r e n tD o w e rl e v e l s 浮选时f 司／m i “ 图3 在不同超声处理时间下。金川镍矿浮选品位 和浮选时间的关系 F i g ．3R e l a t i o n s h i pb e t w e e ng r a d e sa n dn o t a t i o n t i m eo fJ i n c h u a nn i c k e ls u l 6 d eo r e si nu l t r a s o n i c t r e a t m e n tt e s tw i “1d j f k I e n tt i m e f _ { ￡选时I 司／m i “ 图4 在不同超声处理功率下，金川镍矿浮选回收 率和浮选时间的关系 F i g ．4R e l a t i o n s h i ph e t w e e nr e c o v e r i e sa n dn o t a t i o n I i m eo fJ i n c h u a nn i c k e ls u l n d eo r e si nu l t r a s o n i c t r e a t m e n tt e s tw i t hd i f f 色r e n tD o w e rl e v e l s 回收率，在超声功率1 5 0w 、超声时间6 0m i n 的 条件下镍回收率达到8 7 ．2 9 ％，相比未超声处理提 高了7 ．5 1 ％。 3 ．2 超声处理后金川镍矿浮选动力学研究 冰 ＼ 碍 擎 亘 醛 7 ≯选时『司／m i “ 图5 在不同超声处理时间下。金川镍矿浮选回收 率和浮选时间的关系 F i g ．5R e l a t i o n s h i pb e t w e e nr e c o v e r i e sa n df l o t a t i o n t i m eo fJ i n c h u a nn i c k e ls u l 6 d eo r e si nu l t r a s o n i c t r e a t m e n tt e s tw i t hd i f f e r e n tt i m e 对金川镍矿浮选试验数据采用二级矩形分布浮 选速率方程模型拟合，进一步考察超声波作用对金 川镍矿浮选行为的影响，方程为 r1 一一、 R 见。{ l 一l l n 1 “￡ j } ，c E J 式中尺一时间￡时刻的回收率，％； R 。一时间t 趋于无穷大时目的矿物的理论 最大回收率，％； 七一二级浮选速率常数，m i n 一； ￡一累计浮选时间，m i n 。 通过美国O r i 舀nL a b 公司开发的0 r i g i n 8 ．5 软 件进行非线性回归拟合处理，得到模型参数尺。和 后，同时还得到曲线相关系数 拟合度 尺2 ，尺2 范 围为0 到1 ，尺2 数值越接近于1 时，曲线的拟合度 越高。金川镍矿浮选试验数据采用二级矩形分布浮 选速率方程模型拟合得到的R 2 ，结果见表1 、表 2 ，均在0 ．9 9 9 以上，因此拟合得到的模型参数七和 见。可信。 在不同超声处理条件下，由图4 和图5 分别拟 合得到的金川镍矿二级浮选速率模型参数见表1 。 由表1 可知，在适宜的超声功率和超声时间下，超 声处理能提高镍矿物的浮选速率，但是理论最大回 收率见。有所降低。固定超声时间2 0m i n ，由未超 声预处理到超声功率1 5 0w ，浮选速率常数由 0 ．9 1 9 2 1m i nt 提高到2 ．3 4 7 2 5m i n 。1 ；固定超声功率 1 5 0w ，由未超声预处理到超声时间4 0m i n ，浮选 速率常数由O ．9 1 9 2 lm i n 。1 提高到4 ．0 7 0 2 3m i n 。 3 ．3 超声波作用对浮选精矿粒度分布的影响 为了进一步考察超声波处理的作用，对图l 所 示的浮选精矿1 第lm i n 浮选精矿 进行了粒度 万方数据 2 0 1 4 年第3 期吕沛超等超声波作用下金川硫化镍矿浮选动力学研究 6 1 超声时间2 0m i n超声功率1 5 0w 超声功率，w ，m i n 。 尺√％ R 2 超声时间，m i n ‘1 k ／m i n尺√％R 2 检测，其粒度分布见图6 。由图可知，与未超声处 理相比，超声处理后，精矿l 的细颗粒减少，粗颗 粒数量增加。结合图2 和图3 中精矿1 品位的变 化，认为这可能是超声波作用脱附了硫化镍矿物表 面附着的细粒脉石矿物，改善了粗粒硫化镍矿物的 可浮性。 零 、 嚣 最 粒度／汕m 图6 超声波作用对第1m i n 浮选产品粒度分布的 影响 F i g ．6 E f e c t so fu l t r a s o n i c a t i o no nt h ep a n i c l es i z e d i s t r i b u t i o no f Ⅱo a t i n gp r o d u c t sa t6 r s tm i n u t e 4 结论 1 金川镍矿矿浆经超声波处理后再浮选，选 别效率明显提高。随着超声处理功率和超声作用时 间增加，精矿品位和回收率均增加，但是过度超声 会削弱这种效果。 2 超声波作用可能是促进了粗粒硫化矿物表 面的细粒脉石矿物脱附，从而改善了粗粒级硫化矿 物的浮选行为。 3 金川硫化镍矿物的浮选行为符合矩形分布 的二级动力学模型。超声波作用后，使得浮选速 率常数矗值提高，但是理论最大回收率尺。有所 降低。 参考文献 [ 1 ] 周世伯，王富余．提高金川二矿区富矿石选矿指标的研 究[ c ] ／／第三届全国选矿学术讨论会论文集．北京[ 出版 者不详] ，1 9 9 1 1 6 7 ． [ 2 ] 高玉德，胡春晖，邓丽红，等．降低金川镍精矿氧化镁 含量的研究[ J ] ．广东有色金属学报，2 0 0 0 ，1 0 2 9 6 9 9 ． [ 3 ] W e l l h a mEJ ， E l b e rL ，Y a nDS ．T h em l eo fc a r b o x y m e t h Y lc e l l u l o s ei nt h en o t a “o no fan i c k e ls u l p h i d e t r a n s i t i o no r e [ J ] ．M i n e r a l sE n g i n e e r i n g ，1 9 9 2 ，5 3 i 3 8 1 3 9 5 ． [ 4 ]B r e m m e UKE ， F o m a s i e mD ，R a l s t o nJ ．P e n t l a n d i t e l i z a r d i t ei n t e r a c t i o n sa n di m p l i c a t i o n sf b rt h e i rs e p a r a t i o n b yn o t a t i o n [ J ] ．C o l l o i d sa n ds u I f a c e sa P h y s i c o c h e m i c a l a n dE n g i n e e n g ，2 0 0 5 ，2 5 2 2 a 2 0 7 2 1 2 ． [ 5 ] E d w a r d sCR ，K i p k i ewB ，A g a rGE ．T h ee f r e c t o f s l i m ec o a t i l l g so fl h es e r p e n t i n em i n e m l s ， c h r y s o t i l ea n d 1 i z a r d i t e ，o np e n d a n d i t en o t a t i o n l JJ ．I n f e m a t i o n a lJ o u m a l o fM i n e r a lP m c e s s i n g ，1 9 8 0 ，7 1 3 3 4 2 ． [ 6 ] P i e t m b o nMC ，G r a n oSR ，S o b i e r a jS ，e ta 1 ．R e c o v e r y m e c h a n i s m sf o rp e n t l a n d i t ea n dM g O b e a r i n gg a n g u e m i n e r a l si nn i c k e lo r e sf I r o mW e s t e mA u s t r a l i alJj ． M i n e r a l sE n g i n e e r i n g ，1 9 9 7 ，1 0 8 7 7 5 7 8 6 ． 1 7 jL UY i p i n g ，Z H A N GM i n g q i n g ，F E N GQ i m i n g ，e ta 1 ．E f f e c t o fs o d i u mh e x a m e t a p h o s p h a t eo ns e p a I ．a t i o no fs p e r p e n t i n e f r o mp yr i t e l Jj ．T r a n s a c t i o n so fN o n f e n ．o u sM e t a l sS o c i e t y o fC h i n a ．2 叭1 ，2 l 1 2 0 8 2 1 3 ． [ 8 ] A l d r i c hC ，F e n gD ．E f 传c to f u l t r a s o n i c p r e c o n d i t i o n i n g o fp u l po nt h en o t a t i o no f s u l p h i d e o r e sl Jj ．M i n e r a l s E n g i n e e r i n g ，1 9 9 9 ，1 2 6 7 0 1 7 0 7 ． 19j 0 z k a nSG ．B e n e n c i a “o no fm a g n e s i t es l i m e s w i t h u l t r a s o n i ct r e a t m e n t L J j ．M i n e m l sE n g i n e e r i n g ，2 0 0 2 ，1 5 1 9 9 一1 0 1 ． [ 1 0 ] K A N Gw e n z e ，x u NH a i x i n ，J u NH u ．s t u d vo ft h e e f b c to fu l t r a s o n i ct r e a t m e n lo nt h es u r f a c ec o m p o s i t i o n a n dt h en o t a t i o n p e r f o r l l l a n c e o f h i g h s u l f u rc o a l [ J ] ． F u e l P m c e s s i n gT e c h n o l o g y ，2 0 0 8 ，8 9 1 2 1 3 3 7 13 4 4 ． 万方数据