原生电位调控浮选技术在高原地区铅锌矿的应用.pdf

第 3 l 卷第 4 期 V01 ． 3l № ． 4 稀有金属 C HI NE S E J OUR NAL O F R ARE ME T A L S 2 0 0 7年 8月 Au g．2 00 7 原生电位调控浮选技术在高原地区铅锌矿的应用 姚 国成 ，张永德。 ， 宋永胜 ， 林大泽。 ，阮仁满 ，温建康 1 ． 北京科技大学土木与环境工程学院， 北京 1 0 0 0 8 3 ； 2 ． 北京有色金属研究总院生物冶金国家工程实验 室，北京 1 0 0 0 8 8 ； 3 ．西部矿业集团有限公司，西宁 8 1 0 0 0 1 摘要 原生 电位调控浮选技术在平原地区铅锌矿得到广泛应用并显示 出巨大经济价值 ，在高原地区铅锌矿成功应用尚属首例。本文 阐述 了高 原地区铅锌矿原 生电位调控 浮选技术 的工业应用结 果，铅锌回收率累计指标分别提高 1 ． 1 5 ％和 2 ． 2 6 ％ ， 节省药剂成本 2 ． 3 7元／ 吨矿石 ，达到 了提高选别指标、缩短试验流程 、节省药剂成本的 目的。 关键词 原生电位调控浮选；高原地区； 铅锌矿 中图分类号 T F 8 0 3 文献标识码 A 文章编号 0 2 5 8 7 0 7 6 2 0 0 7 0 40 5 4 3 0 4 原生电位调控 浮选工艺 o r i g i n a l p o t e n t i al c o n ． t r o l l e d fl o t a t i o n ． O P C F 从 1 9 9 4年开始已先后在 国内 多家平原地 区铅锌矿 山获得工业应用并显示 出电 位调控浮选的巨大价值。原生电位浮选是指利用 硫化矿磨矿． 浮选矿浆 中固有 的电化学行为 氧化 还原反应 引起 的电位变化 ，通过调节传统浮选操 作因素达 到电位 调控并改善浮选过程 的工艺。原 生电位调控浮选 有两个要点 一是 主要调节 和控 制包括矿浆 p H值， 捕收剂种类、 用量及用法， 浮选 时间以及浮选流程结构等在内的传统浮选操作参 数 ； 二是不采用外加 电极 ，不使用 氧化． 还原药剂 控制 电位。 锡铁山铅锌矿地处海拔 3 1 0 0多米的高原地 区，目前矿 山处理 能力为 1 5 0万 吨矿石／ 年 ，分 4 个系列 ，I～Ⅲ系列 为平 行系列 ，均采用 优先选 铅 、 锌硫混 选再分离 的工艺 流程 ，得到 3个 产 品 铅、 锌 和硫精矿 ；第 Ⅳ系列 2 0 0 4年 4月建成投 产 ， 采用全优先浮选工艺 ，先选铅再选锌 ，得到两 个产品。 原生电位调控 浮选技术在平 原地 区铅锌矿 山 得到较为广泛的应用 ， 如南京栖霞山铅锌矿 、 广东 凡口铅锌矿和北山铅锌矿等。 本研究将原生电位 调控浮选技术应用于高原地区铅锌矿山， 通过调 节浮选药剂 和传统浮选操作 因素达 到电位 调控并 改善浮选过程， 提高铅锌选别指标，降低生产成 本 ， 减轻环境污染。 1 原生电位调控浮选技术 按混合电位理论， 磨矿． 浮选体系是一个没有 外加电压的内部短路体系， 在体系中存在着空间 上被隔离 的阳极过程和 阴极过程 ，其 中有两种混 合电位的情况， 局部电池和迦伐尼电偶。 局部电池 是一个在 同一 固体表面上含有 阳极和 阴极 区的单 一 相 ，固体总表面积等于阳极和阴极 区面积之和 ； 迦伐尼电偶则是在两个或更多 的固相处在 电接触 状态时形成的，其中的每一个固相不是起着阳极作 用就是起着阴极作用 ，而且有各 自的反应表面。在 硫化矿磨矿． 浮选体系 中，硫化矿物与磨矿介质 通 常是钢球 表 面可能同时存在起 自身氧化 的局部电 池以及硫化矿之间，硫化矿与磨矿介质之间形成的 迦伐尼电偶[ 1 ’ 。概括起来 ， 有如下几种情况 混合电位 r 硫化矿一水 调整剂 体系 局部电 池{ 硫化矿一捕收剂体系 L 磨矿介质 钢球卜水体系 r 硫化矿一硫化矿体系 迦 代尼 电 偶{ 硫 化矿一 磨矿 介 质体 系 L 硫化矿一硫化矿一磨矿介质体系 矿浆电位实际上是 复杂 的硫化矿磨矿． 浮选体 系中众多氧化． 还原反应的宏观体现。每一种氧化． 还原反应 由相互匹配的 阳极过程和 阴极过程所组 收稿 日期 2 0 0 60 72 0 ； 修 订 日期 2 0 0 61 2 2 5 作者简介 姚国成 1 9 7 5一 ，男 ， 重庆人 ， 博士 ，高级工程师 ；研究方 向选矿及生物湿法冶金工艺研究 * 通讯联 系人 E - m a i l y a o g c g r i n m． c o rn 维普资讯 稀有金属 3 1 卷 成，该阳极和 阴极过程 在矿 浆 中将形成一个 混合 电位。 矿浆原生电位是体系中各氧化． 还原反应形 成的混合电位叠加的结果，其本身仍然是一个混 合电位，由代表体系中所有氧化反应的假想阳极 过程和氧还原的阴极过程所构成， 如图 1 所示。 对假想 阳极过程来 说 ，阳极 氧化 反应分 为两 类 1 电子迁移但无 H 生成的氧化反应 n 4b Bc Cd Dn , e 1 2 电子迁移同时生成 H 的氧化反应 n 46 q H 2 0c Cd DmH n ,e 2 其平衡电极电位 E 代表了体系中各硫化矿物 及磨矿介质等发生氧化反应的总的电极电位， 该电 极 电位可以表示为 o_ 0 5 9 1 l g 3 式中 E ， E 为假想阳极过程电极电位及其标准电 极电位 V；m 为假想 阳极过程中生成 的 H 的摩尔 数 ；n为假想 阳极过程 中释放的电子数 。 对于氧在阴极的还原 ，阴极反应为 吉 o 2 H 2 o 2 e 2 o H E 。 0 ．4 0 1 V E 。 1 ． 2 2 9 0 ． 0 5 9 1 p H0 ． 0 1 4 7 1 g p o 4 无论是假想 阳极过 程还 是氧化还 原 的阴极过 程， 二者的平衡电极电位 E 和 E 。 均随介质 p H值 的升高而降低， 矿浆原生电位 E 。 。 介于 E 和 E 。 之 间， 故介质 p H值的升高， 必将导致 E 。 的降低。 特 别地 ，如果认 为在原生 电位浮选 的假 想 阳极过程 中， 矿浆中氧化生成 1 m o l H 就会对应地 向液相迁 移 1 to o l 电子， 则 E 和 E 。 随介质 p H值变化的斜 率均是 一0 ． 0 5 9 1 ；考虑 在一 定 的 p H范 围 内变化 时 ， 假想 阳极极化 曲线 和氧还原 阴极 极化 曲线 的 J‘ ／啪 一 ／ 寻 O -- 2 C ‘ E ／ i ＼ E E ／／一 ／ ／ E 一 ／ 图 1 表征矿浆原生电位的电流密度． 电位图 F i g ． 1 C u r r e n t d e n s i t y v s ．o r i g i n a l p o t e n t i al 形状不会发生大的改变， 此时， E 。 随介质 p H值变 化的斜率也会是 一 0 ． 0 5 9 1 ， 即矿浆原生电位与 p H 之间的关系可表示成 E。 Eo p 一0 ． 0 5 9 1 p H 5 等式 5 中的 E 实际包括式 3 中第一项 E ， 第三项 1 g 和式 4 第一 项 1 ． 2 2 9 、 第三项 0 ． 0 1 4 7 1 g p 。 ．对矿浆原生电位 E 。 的贡献 。由 等式 5 可知， 随着 p H值的增加， 矿浆原生电位 E。 。 负得越多【 2 ] 。 浮选电化学的手段即是调节电位和 p H值， 不 同的电位和不同的 p H值， 方铅矿氧化得到的氧化 产物将不 同。方 铅矿在 p H1 2 ． 5 ，电位 2 2 1 m V， X 在黄铁矿 、 闪锌 矿表面形成的电位要求为 E1 0 8 mV，也就是 说 D 比 x 更难在黄铁矿和闪锌矿表面形成 。由此 可 见， 如果以 D D T C作为铅、 锌、 铁硫化矿在高碱浮 选时的捕收剂， 方铅矿表面疏水性产物 P b D 。 更容 易形成 ， 而黄铁矿 、 闪锌矿表面疏水性产物 D 更难 形成，因此更加增加 了其选择性。 通过矿浆一 p H值匹配， 调节和控制导致硫化矿 表面疏水 化和亲水化 的电化学反应 ；通过矿浆 电 位- p H 一 捕收剂匹配， 调节和控制矿物表面电极反 应 ， 达到浮选与分离 的目的。 在原生 电位调 控 浮选 中 ，p H 的稳定 十分 重 要， 浮选不仅要求矿浆 p H符合原生电位浮选要 求 ，而且 p H稳定是 E 。 稳 定的基础。为 了达到 对 p H值的稳定要求， 浮选矿浆可以采用 p H缓冲溶 液。 因此，石灰在硫化矿浮选中用作 p H调整剂， 在稳定矿 浆 p H 的同时，矿 浆 中具有 较为稳定 的 c a 浓度， 对 E 。 也将具备足够的缓冲能力， 因此 维普资讯 4期 姚国成等原生电位调控浮选技术在高原地区铅锌矿的应用 5 4 5 烹 的 矿 ‘ 一 个 p H 缓 3 工 业 应 用 试 验 冲 体 系 ，也将是一个 E 。 。 缓 冲体系 4 ] 。 一 一 2 矿 石性质及试验工 艺流程 矿石 中的主要金属矿物 为方铅矿、铁闪锌矿 、 黄铁矿 、磁黄铁矿 、白铁矿 ， 另有少量黄铜矿 、辉 铜矿 、 褐铁矿和 自然金、辉银矿等。脉石矿物主要 是石英、绿泥石 、 绢云母、方解石 ，另有少量 白云 母及粘土矿石 。 工艺矿物学研究表明， 矿石中的蚀变矿物一 绢云母 、 绿泥石 、高岭石 明显增多 ，闪锌矿结构也 随之发生 变化 ，原本致 密洁净 的粗大块状 闪锌矿 结构发生碎裂并 被溶蚀成多孔状 ，这种碎裂 多缝 洞 的闪锌矿进一 步为方 解石 为主的碳酸盐矿 物、 蚀变的硅酸盐矿物所充填， 一方面使闪锌矿粒度 变细，成为残体混于脉石矿物 中； 另一方面脉石矿 物又沿闪锌矿的缝洞进行充填 ，使 闪锌矿成为载 负有 网脉状脉石矿物 主要是方解石 、绢云母 、绿 泥石 的极不洁净的复合矿物， 其中的脉石矿物能 占整粒 闪锌矿的 5 ％ ～3 0 ％。 原矿多元素分析结果如表 1 。 O P C F试验工艺流程为全优先流程 图 2 ，先 选铅再选锌 ， 不 回收硫 。 表 1 锡铁 山铅锌矿原矿多元素分析结果 Ta b l e 1 He a d a s s a y r e s u l t s f o r Xi t i e s h a n l ea d - z i n c o r e 工业应用试验在海拔 3 1 0 0多米 的高原进 行 ， 矿浆中的氧含量相 对平原而言溶氧量减 少 ，矿浆 电位应该 比平原地 区低。因此在进行 工业 应用之 间 ， 首先测定 了高原地区 p H ． E匹配。 3 ． 1 矿 浆 p H． E 匹配 锡铁山铅锌矿是以铅、锌、黄铁矿 浮选体系 ， 电化学研究表明，高 p H、低 E的矿浆环境有利于 方铅矿 的浮选 ，同时有 利于闪锌矿和 黄铁矿 的 自 身氧化抑制。锡铁山铅锌矿工业应用试验 p H ． E匹 配关系见图 3 。 3 ． 2 试验结果 从两个月的连续工业 应用生产数据 表 明，在 原矿品位基本相当的情况下 ，采用 O P C F工艺，相 对原工艺而言，铅锌 回收率分别提高 1 ． 1 5和 2 ． 2 6 个百分点 表 2 ，同时药剂直接成本节约 2 ． 3 7元／ 吨矿石 表 3 。 经过连续两个月工业 应用试验 表明 ，锡铁 山 铅锌矿采用 O P C F工艺可显著提高选别指标 ，缩短 浮选流程 ， 减少药剂消耗。 3 ． 3 高原地区 OP CF工艺操作参数 通 过工业应用试 验 ， 确定 了高原 地区铅锌 矿 图 2 O P C F工 艺流程图 F i g ． 2 F l o w s h e e t o f o r i g i n a l p o t e n t i al c o n t r o l l e d fl o t a t i o n 邑 g 甚 A p H 图3 矿浆电位 E与 p H的关系 F i g． 3 P u l p po t e n t i al w i t h p H 维普资讯 稀有金属 3 1 卷 表 2 连续两个月工业应 用试 验结果 T a b l e 2 Co mme r c i a l i n du s t r i a l t e s t r e s u l t s f o r c o n t i nu o u s t wo mo n t h s 表 3 两种工艺的药剂消耗比较 Ta b l e 3 Re a g e n t c o s t c o mp a r i s o n f o r t wo p r o c e s s e s 工艺操作参数与原生电位的匹配关系， 简化了操 作， 使浮选过程更加稳定。高原地区 O P C F工艺操 作参数为 p H 1 2～1 3 ；E 。 。 ⋯3 1 0 3 4 0 mV． S C E ；乙硫氮 0 ． 91 0 一 一1 ． 1 31 0 一 mo l L 一 ， 加入搅拌桶 ； 不加硫酸锌 ； 浮选时间 1 6 mi n 。 4 结 论 本研究将 O P C F工艺成功应 用于高原 地区铅 锌矿并取得良好技术经济指标， 拓展其应用环境， 完善了O P C F的工业应用， 并获得了具体的工艺操 作参数， 从而实现了传统浮选过程控制参数与矿 浆原生电位的有效结合， 确立了最佳浮选条件。 参考文献 [ 1 ]顾帼华． 硫化矿磨矿一 浮选体系中的氧化一 还原反应与原生电 位浮选 [ D] ．中南工业大学博士学位论 文，1 9 9 8 ． [ 2 ]罗仙平， 王淀佐 ， 孙体昌， 邱廷省 ． 某铜铅锌多金属硫化矿 电位调控浮选试验研究 [ J ] ． 金属矿 山，2 0 0 6 ，6 -3 0． [ 3 ]宋永胜， 姚国成． 高原地区铅锌矿原生电位调控浮选技术研 究与工业应用 [ J ] ． 工业试验研究报 告，2 0 0 5 ．1 5 ． [ 4 ] 顾帼华 ，王淀佐 ， 刘如意 ，邱冠周 ． 硫化 矿 电位调 控浮选 及 原生 电位浮选技术 [ J ] ． 有 色金属 ， 2 0 0 0， 5 2 2 1 8 ． [ 5 ]周科华， 郑伦． 高硫难选铅锌矿电位调控浮选工艺的应用 实践 [ J ] ． 有色金属， 2 0 0 5 ， 4 6 ． [ 6 ] 顾帼华 ，刘如意 ， 王淀佐 ． 原生 电位浮选过 程中 的捕 收剂匹 配 [ J ] ． 有色金属， 1 9 9 9 ， 5 1 4 2 1 ． Or i g i n a l P o t e n ti a l C o n t r o l l e d F l o t a ti o n T e c h n o l o g y U s e d i n A l fi a n o L e a d - n c 丘 I l e Ya o Gu o c h e n g ’ ，Z h a n g Yo n g d e ，S o n g Yo n g s h e n g ，L i n Da z e ，Ru a n Re n ma n ，We n J i a n k a n g 1 ．S c h o o l of C i v i l a n d E n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n g，U n i v e r s i ty of S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y B e ij i n g， B e ij i n g 1 0 0 0 8 3，C h i n a；2．N a t io n a l E n ginee ri n g L a b o r a t o r y of B i o h y d r o m e t a l l u r g y，G e ner a l R e s e a r c h I n s t i t u t e f o r N o n ． F e r r o u s Me t a l s ，B e n g 1 0 0 0 8 8 ，C h i n a；3． t e r n Mi ne L i m i t e d C o m p a n y，Xi n i n g 8 1 O 0 O 1，C h i na Ab s t r a c t T h e p r o c e s s u s i n g t h e o r i g i n a l p o t e n t i al t o c o n t ml fl o t a t i o n t e c h n o l o g y i n X i t i e s h a n L e a d - Z i n c i mp r o v e t h e s e p a r a t i o n o f s u l fid e mi n e r als i s n a me d Mi n e we r e d i s c u s s e d． By u s i n g OPCF t e c h n o l o gy t h e “ o r i gi n al pot e n t i al c o n t r o l fl o t a t i o n ” O P C F ．1 1 1 e l e a d r e c o v e r y c o u l d b e i n c r e a s e d b y 1 ． 1 5 p e r c e n t a n d OPCF t e c hn o l o g y Was u s e d s u c c e s s f u l l y i n P bS ． Zn S t h e z i n c r e c o v e ry i n c r e ase d b y 2． 2 6 p e r c e n t ．Th e r e - o r e s i n p l a i n an d s h o w e d h u g e e c o n o my v alu e．Ho we v ． a g e n t c o s t c o uld s a v e 2 ． 3 7 R MB p e r t o n o r e s ．Th e fl o t a - e r ，i t i s t h e fi r s t a p p l i c a t i o n i n P b S ． Z n S o r e s i n alt i p l a ．t i o n r e c o v e ry c o uld b e i mp r o v e d，an d the fl o w s h e e t c i r - n o ． The i n d u s t r i al p l ant r e s ul t s u s e d o r i gin al pot e n t i al c u i t c o uld be c u t and the o per a t i o n c o s t c o uld be s a v e d ． Ke y wo r d so r i g i n a l p o t e n t i al c o n t r o l fl o t a t i o n；alt i p l a n o a r e a；l e a d z i n c o r e s 维普资讯