絮凝浮選氧化鉛鋅礦的理論與實(shí)踐

韓文靜（永城職業(yè)學(xué)院，河南 永城 476600）

絮凝浮選氧化鉛鋅礦的理論與實(shí)踐

Theory and practice of flocculation-flotation of lead-zinc oxide ore

韓文靜（永城職業(yè)學(xué)院，河南 永城 476600）

研究了絮凝浮選分選細(xì)粒有用礦物的理論，包括分散細(xì)礦粒、加入有效絮凝劑、使氧化鋅礦泥的粒度增大、可浮性增強(qiáng)；添加特效吸附捕收劑使礦粒表面疏水，強(qiáng)烈攪拌礦漿使有用礦粒選擇性絮凝。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果討論了影響絮凝浮選過程的參數(shù)，介紹了應(yīng)用絮凝浮選分選細(xì)粒氧化鉛鋅礦的實(shí)踐。

絮凝；浮選；顆粒；氧化鉛鋅礦

1 前言

氧化鉛鋅礦石是提取鉛、鋅、鎘、銀等金屬的重要基礎(chǔ)原料，我國氧化鉛鋅資源分布集中，儲量大，主要分布在西南、西北兩大鉛鋅基地。絮凝浮選是一種分選細(xì)粒有用礦物的有效方法。應(yīng)用粗顆粒與細(xì)顆粒相互作用中粗顆粒起的助凝作用，確定產(chǎn)生浮選氧化鉛鋅選擇性較高的絮凝劑和較佳調(diào)漿速度。

2 基本原理

浮選氧化鉛鋅礦比浮選其他氧化礦更為困難的原因有：①通常氧化鉛鋅礦石受到天然蝕變、風(fēng)化等作用，含有大量可溶性鹽和粘土礦泥，嚴(yán)重影響浮選過程。②氧化鉛鋅礦性脆，呈極細(xì)粒與其它氧化礦物和脈石礦物嵌布，浮選過程復(fù)雜化，難于控制。③氧化鉛鋅礦物質(zhì)組成復(fù)雜，浮選作業(yè)控制困難?？扇茺}不僅凝聚礦泥，且與碳酸根離子作用生成碳酸鈣沉淀，覆蓋在礦物表面，妨礙了氧化鉛鋅的浮選。

絮凝浮選作為新手段可解決氧化鉛鋅礦浮選過程精礦品位低、回收率不高的情況。在絮團(tuán)浮選過程中，對具有天然疏水性礦?；蛭接刑胤N表面活性劑而具有疏水性的礦粒進(jìn)行強(qiáng)烈攪拌可發(fā)生選擇性絮凝，可通過添加少量非性油強(qiáng)化絮凝過程。采用對氧化鉛鋅礦選擇性較高的絮凝劑，應(yīng)用復(fù)合活化疏水聚團(tuán)工藝[1]，綜合回收細(xì)粒鉛鋅，降低藥耗，提高金屬回收率。

總的技術(shù)路線為：控制有效分散→藥劑、機(jī)械、乳化等復(fù)合活化→造成微細(xì)粒氧化鋅礦粒的疏水聚團(tuán)→聚團(tuán)與分散脈石的浮選分離。以上過程除第一步外，均是在優(yōu)化幾何因素的高攪拌槽中進(jìn)行。

2.1 礦粒的控制分散

要實(shí)現(xiàn)氧化鋅礦物良好浮選效果，必須使礦漿處于良好的分散狀態(tài)，控制脈石細(xì)泥的選擇性親水。含鈣鎂礦物（白云石、方解石等）與氧化鋅礦物（菱鋅礦等）表面性質(zhì)相近，浮選分離困難。因此應(yīng)通過有效手段實(shí)現(xiàn)礦漿的分散，減少對目的礦物的影響，盡可能降低氧化鋅精礦中鈣鎂鐵的含量。

互凝是一種非選擇性聚團(tuán)，為了有效實(shí)現(xiàn)微細(xì)顆粒的分散，必須互凝。在浮選過程中，機(jī)械攪拌分散是主要的物理分散方法。此外振動和超聲波物理分散法也有良好的分散效果，但大規(guī)模使用要消耗大量能量，在經(jīng)濟(jì)上不合算?；瘜W(xué)分散是生產(chǎn)中廣泛使用的分散方法。加入分散劑，改變顆粒與水以及不同顆粒之間的相互作用，導(dǎo)致體系分散[2]。

2.2 選擇性絮凝原理

鈣、鎂、鈦礦物溶解出的Ca2+、Mg2+、Fe3+金屬離子及碳酸鹽礦物表面親水性是造成浮選困難的主要原因，溶液中的金屬離子能使高pH值條件下的氧化鋅礦物表面電性為正，使同為陽性的胺類捕收劑降低捕收效果。另外這些離子對藥劑的消耗也是非常有害的?；罨哪康氖窍@些因素的影響，造成良好的礦漿條件使Ca2+、Mg2+、Fe3+形成Ca（OH）2、Mg（OH）2、Fe（OH）3等沉淀物或加絡(luò)合劑絡(luò)合這些離子。加入表面活性劑、螯合劑使親水的碳酸鹽礦物表面疏水。細(xì)粒浮選體系中，由于各種浮選劑的加入，使得有些礦物表面強(qiáng)烈親水，有些礦物表面強(qiáng)烈疏水。礦粒間及礦粒與氣泡間的相互作用，除了靜電能和范德華能外，還存在水化排斥能及疏水吸引能，并對顆粒間相互作用起主導(dǎo)作用。礦物表面間存在界面極性相互作用，這種作用是親水礦粒間水化排斥作用及疏水礦粒間疏水吸引的主要原因[3]。而加入優(yōu)良絮凝劑使礦物細(xì)顆粒能迅速團(tuán)聚成緊密的大顆粒，而不是疏松和溶脹的浮腫大顆粒。邱冠周研究粗粒對細(xì)粒凝聚的影響包括三種機(jī)理:載體作用——粗粒作為載體，背負(fù)細(xì)粒；中介作用——粗粒作為中間體，粘附在粗粒上的部分細(xì)粒聚集體脫附或裂解成中間粒級聚集體；助凝作用——粗粒運(yùn)動邊界層小漩渦提高細(xì)粒凝聚速率，使細(xì)粒形成中間粒級聚集體。因此要通過控制攪拌強(qiáng)度，使顆粒雷諾數(shù)與助凝作用最佳。

機(jī)械活化疏水聚團(tuán)浮選是實(shí)現(xiàn)選擇性絮凝的有效手段。作用過程和作用機(jī)理為：將顆粒的疏水聚團(tuán)部分地或全部移出攪拌槽，在適當(dāng)?shù)臋C(jī)械活化裝置中借助機(jī)械的和（或）剛性介質(zhì)的瞬間高速推動作用，使疏水礦粒及油粒在短時(shí)間內(nèi)獲得更大的瞬時(shí)相對運(yùn)動能，越過勢壘實(shí)現(xiàn)粒間接觸并完成聚團(tuán)——破裂動力學(xué)優(yōu)化過程，形成疏水聚團(tuán)體，同時(shí)借助乳化劑和機(jī)械活化裝置兩者的作用降低過程中乳化極性油的用量，而后聚團(tuán)體和分散礦粒移出機(jī)械活化裝置，以適當(dāng)?shù)姆蛛x方式實(shí)現(xiàn)分選。浮選體系中，強(qiáng)烈攪拌的礦漿對顆粒間的碰撞與凝聚、分散行為產(chǎn)生重要影響，流體動力學(xué)條件起著重要的作用。由粗粒運(yùn)動尾跡漩渦對細(xì)粒凝聚速率提高的情形稱為粗粒的助凝作用。需要縮短高速強(qiáng)裂剪切攪拌時(shí)間，使攪拌時(shí)間控制在10分鐘內(nèi)。

3 絮凝浮選氧化鉛鋅礦實(shí)驗(yàn)

3.1 氧化鉛鋅礦石特性

河南省方城縣四里店鉛鋅礦，屬于深度氧化貧鉛富鋅礦石，難于浮選。鋅氧化率92.3%，鉛氧化率90.4%，原生礦泥18.6%；硫化礦物少，占總量的0.55%，黃鉀鐵釩釩類礦物和褐鐵礦占9.3%，異極礦、硅鋅礦等硅鋁酸鹽礦物4.8%，白鉛礦、菱鋅礦等碳酸鹽礦物9.73%。32.17%的鋅在異極礦、硅鋅礦等礦物中，4.16%在褐鐵礦、黃鉀鐵釩中?；瘜W(xué)分析結(jié)果如表1。

表1 礦石化學(xué)成分分析結(jié)果 %

3.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及過程

采用硫化—黃藥法選鉛，加入Na2S(1.5kg/t)，硫化鉛+易浮氧化鉛—硫化鋅—氧化鋅礦物依次浮選，先鉛后鋅優(yōu)先浮選。流程為：一段磨礦，細(xì)度75%-0.074mm，2次鉛粗選，2次鉛掃選；4次鉛精選，鉛尾不脫泥；2次鋅粗選，2次鋅掃選，3次鋅精選。

試驗(yàn)為中型規(guī)模，采用的攪拌裝置為40m3攪拌槽，攪拌速度達(dá)3 000r/min。用六偏磷酸鈉水玻璃組合(2∶l)（0.35kg/t）作為分散劑進(jìn)行礦漿的控制分散，將胺（0.45kg/t）與煤油（1.4kg/t）制成乳濁液減少礦漿中的溶鹽離子，盡可能消除鈣、鎂、硫酸及碳酸離子對礦物表面污染；采用乙烯基磺酸改性的低分子量丙烯酸作氧化鐵礦物抑制劑；加入活性劑選擇性增加礦物表面疏水程度；加入MA-BK組合捕收劑；實(shí)現(xiàn)目的礦物聚團(tuán)與分散礦石的分離。采用兩種絮凝劑(馬鈴薯淀粉、羧甲基玉米淀粉)進(jìn)行對比試驗(yàn)，攪拌速度分別采用（1 500、2 000、2 500、2 800、2 900r/min）進(jìn)行浮選。需縮短高速強(qiáng)裂剪切攪拌時(shí)間，攪拌時(shí)間為8分鐘。

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

為了研究絮凝對氧化鉛鋅礦浮選的影響，分別在不同攪拌速度、不同絮凝劑條件下進(jìn)行了閉路試驗(yàn)。表2為應(yīng)用馬鈴薯淀粉時(shí)攪拌速度對浮選指標(biāo)的影響。從表2中可以看出，隨著調(diào)漿速度的提高，鋅精礦、鉛精礦的品位、產(chǎn)率、回收率均隨之提高。也就是說在相同絮凝劑情況下，調(diào)漿速度越高越有利于浮選。表3為應(yīng)用羧甲基纖維素時(shí)攪拌速度對浮選指標(biāo)的影響，從表3中可以看出，隨著調(diào)漿速度的提高，鋅精礦、鉛精礦的品位、產(chǎn)率、回收率均隨之提高。也就是說在相同絮凝劑情況下，調(diào)漿速度越高越有利于浮選。由表2和表3可知，相同調(diào)漿速度下使用羧甲基纖維素的鋅精礦、鉛精礦的產(chǎn)率、品位、回收率大于使用馬鈴薯淀粉時(shí)所獲得的相應(yīng)的參數(shù)。

表2 使用馬鈴薯淀粉時(shí)攪拌速度對浮選指標(biāo)的影響

表3 使用羧甲基纖維素時(shí)攪拌速度對浮選指標(biāo)的影響

羧甲基纖維素絮凝氧化鉛鋅礦泥顆粒大小明顯高于馬鈴薯淀粉絮凝所得的氧化鉛鋅礦泥，而粗粒運(yùn)動過程中，一方面消耗了部分動能，另一方面使大尺度漩渦部分能量向小尺度漩渦轉(zhuǎn)移。由粗粒運(yùn)動形成的小尺度漩渦將大大地提高微細(xì)粒級的凝聚速率，理論上可用顆粒雷諾數(shù)作判據(jù)[4]。相同顆粒大小，調(diào)漿速度越大，顆粒雷諾數(shù)Re愈大，顆粒在紊流中運(yùn)動尾跡產(chǎn)生固定的漩渦，使微細(xì)粒碰撞凝聚，形成中間粒級。隨著Re的增加助凝作用越明顯。

試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)用于生產(chǎn)，鋅回收率提高幅度明顯，鋅回收率達(dá)到64%，且鋅品位能保證在30%以上，鋅精礦中含硅量降低，總的藥劑成本降低5%～10%。

4 結(jié)語

絮凝浮選理論是高分子化學(xué)、已有的疏水聚團(tuán)熱力學(xué)和動力學(xué)理論、現(xiàn)代流體力學(xué)、流體動力學(xué)等學(xué)科的交叉，不僅要考慮浮選礦漿體系中各項(xiàng)表面化學(xué)作用因素，還要考慮礦漿體系的流體動力學(xué)因素，實(shí)踐證明：選擇羧甲基纖維素為絮凝劑，控制攪拌強(qiáng)度，使顆粒雷諾數(shù)與助凝作用增大，對于降低氧化鉛鋅礦石的選礦成本、提高選別指標(biāo)具有重要的意義。

[1]羅 琳.微細(xì)粒氧化鉛鋅礦復(fù)合活化疏水聚團(tuán)浮選分離新工藝[J].國外金屬礦選礦，2000，（12）:9.

[2]汪淑慧.輻射分選的新進(jìn)展[J].礦冶，1998,17(2):93-101.

[3]胡岳華,邱冠周,王淀佐.細(xì)粒浮選體系中界面極性相互作用理論及應(yīng)用[J].中南礦冶學(xué)院學(xué)報(bào),1993，24(6):749-754.

[4]邱冠周，胡岳華，王淀佐.細(xì)粒浮選體系中粗粒效應(yīng)理論與應(yīng)用[J].中南礦冶學(xué)院學(xué)報(bào)，1993，24(6):746-747.

TD923+.3

B

2010-06-07

韓文靜（1985-），女，河南永城人，講師，從事礦山機(jī)電方面的教學(xué)研究工作。

Abstract:The theory of separating fine valuable mineral by flocculation-flotation is studied.The study includes dispersing the fine mineral particles,adding the effective flocculating agent to increase the size of zinc oxide slime and enhance the floatability,add?ing collector with specific absorption to get hydrophobic surface of particle,and strongly mixing the pulp to reach selectively floccu?lation of valuable particle.The parameters affecting flocculation flotation process are discussed according to the test results,and separating methods of fine lead-zinc oxide ore by flocculation-flotation is introduced.

Key words:flocculation;flotation;particle;lead-zinc oxide ore

1672-609X（2011）01-0022-03