基于新型離心選礦機(jī)的聯(lián)合流程回收鎢細(xì)泥試驗(yàn)研究

周曉文 ，楊志兆 ，張永兵 ，耿 亮

（1.江西理工大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，江西 贛州 341000；2.江西省礦業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 贛州 341000）

鎢因其密度、硬度及熔點(diǎn)較高，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)良理化性質(zhì)，在電子、化工、硬質(zhì)合金、國(guó)防軍工等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，是重要的戰(zhàn)略金屬[1]。作為鎢資源儲(chǔ)量大國(guó)，鎢資源的高效開(kāi)發(fā)利用是我國(guó)在世界保持鎢定價(jià)權(quán)、話語(yǔ)權(quán)的重要保證。而隨長(zhǎng)期的采選開(kāi)發(fā)，優(yōu)質(zhì)易選礦石逐漸枯竭，且因鎢礦石較脆、嵌布粒度微細(xì)，在礦山開(kāi)采、運(yùn)輸、碎磨等生產(chǎn)作業(yè)中易產(chǎn)生大量鎢細(xì)泥[2]。鎢細(xì)泥中鎢資源含量在鎢礦石中占比較高，但因其礦物組成復(fù)雜、粒度微細(xì)、大量難免離子干擾等原因難以高效利用[3]，致使全球每年約有1/5的鎢以微細(xì)粒形式損失[4]。江西某鎢選礦廠所屬鎢細(xì)泥含WO30.27%～0.33%，具有較好的回收價(jià)值，但因礦物組成復(fù)雜、黑白鎢共存、粒度微細(xì)等原因回收效果較差，為實(shí)現(xiàn)其資源化利用，試驗(yàn)通過(guò)改進(jìn)選別設(shè)備、優(yōu)化選別工藝，以實(shí)現(xiàn)細(xì)泥中鎢資源與脈石礦物的高效分離與回收。

1 礦石性質(zhì)

研究試樣化學(xué)成分見(jiàn)表1，鎢礦物物相組成見(jiàn)表2，粒度組成及金屬分布見(jiàn)表3。鎢細(xì)泥試樣中金屬礦物主要為黑鎢礦，含有少量白鎢礦及黃銅礦、輝鉍礦、黃鐵礦，微量方鉛礦等金屬硫化礦，脈石礦物主要為石英、方解石及長(zhǎng)石，含有少量螢石、高嶺石、綠簾石及綠柱石等礦物，試樣中鎢礦物粒度分布較寬，但主要以微細(xì)粒形式存在，其中+38 μm粒級(jí)產(chǎn)率43.06%、WO3金屬分布率僅37.13%，而-38 μm粒級(jí)產(chǎn)率達(dá)56.94%、WO3分布率高達(dá)62.87%，因鎢礦物粒度微細(xì)，不利于其高效回收。

表1 試樣主要化學(xué)成分分析結(jié)果 w/%Tab.1 Analysis results of main chemical components of sample

表2 試樣鎢物相分析結(jié)果 %Tab.2 Tungsten phase analysis results of samples

表3 試樣粒度組成及金屬分布分析結(jié)果Tab.3 Analysis results of particle size composition and metal distribution of sample

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

鑒于該試樣中硫化礦物比重較大、可浮性較好，因此宜在鎢選別作業(yè)前預(yù)先浮選脫除[5]。因試樣中鎢礦物嵌布粒度微細(xì)，礦石粒度較寬，僅通過(guò)重選作業(yè)難以高效回收，若采用浮選回收，則因礦漿中含有大量細(xì)泥，大幅惡化浮選礦漿環(huán)境。而高梯度磁選設(shè)備難以回收白鎢礦及微細(xì)粒黑鎢礦物，因此確定采用“預(yù)先浮選脫硫-重選預(yù)富集-浮選回收鎢礦物”工藝方案。

2.1 鎢細(xì)泥浮選脫硫試驗(yàn)

鑒于試樣中伴生金屬硫化礦物易影響鎢精礦質(zhì)量，需預(yù)先浮選脫除。浮選脫硫作業(yè)以水玻璃為分散劑、以丁基黃藥為捕收劑、以2#油為起泡劑，經(jīng)一粗一精一掃試驗(yàn)流程，獲得了產(chǎn)率為3.17%，S品位為18.19%、含WO30.33%，S回收率為80.09%的硫精礦產(chǎn)品，金屬硫化礦物脫除效果較好，脫除的硫精礦產(chǎn)品中WO3損失較低，僅3.38%。

2.2 鎢礦物離心選礦機(jī)重選預(yù)富集試驗(yàn)

2.2.1 重選預(yù)富集設(shè)備試驗(yàn)

因贛南鎢礦多為石英脈型鎢礦床，礦石中主要脈石礦物為石英等硅酸鹽礦物，與鎢礦比重差異較大，可采用重選作業(yè)進(jìn)行鎢礦物預(yù)富集，因此試驗(yàn)考察了細(xì)泥搖床、螺旋溜槽、懸振錐面選礦機(jī)、普通臥式離心選礦機(jī)及LL-400立式連續(xù)型離心選礦機(jī)對(duì)鎢礦物預(yù)富集效果的影響，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 重選設(shè)備試驗(yàn)結(jié)果 %Tab.4 Test results of gravity separation equipment

由表4可見(jiàn)，采用懸振錐面選礦機(jī)與細(xì)泥搖床富集比較大，但因?yàn)殒u礦物嵌布粒度較細(xì)，大量鎢礦物隨細(xì)泥、水流損失，回收率較低，其中為提高搖床精礦WO3回收率，接取的精礦帶較寬時(shí)，WO3回收率仍不足50%；采用離心選礦機(jī)重選時(shí)，富集比雖較低，但其拋廢率與精礦WO3回收率較高，因此預(yù)富集效果較好，其中傳統(tǒng)臥式離心選礦機(jī)因轉(zhuǎn)筒錐角較大，不利于微細(xì)物料回收，其精礦WO3回收率略低?？傮w而言，采用傳統(tǒng)重選設(shè)備或單一選礦工藝均難以高效回收細(xì)泥中鎢礦物，而開(kāi)發(fā)的新型立式連續(xù)型離心選礦機(jī)可取得較好的預(yù)富集效果，可有效改善浮選入選物料的礦漿環(huán)境。

2.2.2 離心轉(zhuǎn)筒錐角試驗(yàn)

傳統(tǒng)離心選礦機(jī)采用間歇式工作方式，處理能力較低，操作煩瑣，限制了生產(chǎn)效率的提高，且因其針對(duì)黃金等比重更大礦物設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)筒錐角較大，難以適應(yīng)微細(xì)粒鎢礦物選別作業(yè)，因此針對(duì)性地開(kāi)發(fā)了LL-400立式連續(xù)型離心選礦裝備[6-7]（專利號(hào)：CN204320465U、CN104437834A），設(shè)計(jì)了系列錐角離心轉(zhuǎn)筒以高效回收微細(xì)粒鎢礦物、設(shè)置精礦富集槽提高富集效果、裝備氣動(dòng)夾管閥控制排礦實(shí)現(xiàn)礦物連續(xù)分選，設(shè)備結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖1。試驗(yàn)固定給礦濃度10%、給礦體積速率25 L/min、離心轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速700 r/min、精礦富集時(shí)間20 s，考察了離心轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速對(duì)鎢礦物預(yù)富集效果的影響，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

由圖2可見(jiàn)，隨離心轉(zhuǎn)筒錐角的增加，轉(zhuǎn)筒中礦物徑向加速度升高，不同比重礦物間離心力差異增加，礦物分層效果改善，精礦WO3品位逐漸升高，但因錐角升高，旋轉(zhuǎn)薄流層切向速度增加，礦物分層時(shí)間降低，微細(xì)粒礦物未完成分層即高速旋出，致使回收率降低。針對(duì)該鎢細(xì)泥資源，當(dāng)離心轉(zhuǎn)筒錐角為20°時(shí)，選別指標(biāo)最佳。

圖1 離心選礦機(jī)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structural chart of centrifugal concentrator

圖2 離心轉(zhuǎn)筒錐角試驗(yàn)結(jié)果Fig.2 Test results of centrifugal drum’s cone angle

2.2.3 離心轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速試驗(yàn)

離心選礦機(jī)通過(guò)較大的離心力，大幅增加不同比重礦物間沉降速度差異，改善礦物分層效果，從而較好地回收微細(xì)重礦物，因離心轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速是影響礦物所受離心力大小的關(guān)鍵因素，試驗(yàn)考察了轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速對(duì)鎢礦物預(yù)富集效果的影響，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 離心轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速試驗(yàn)結(jié)果Fig.3 Test results of centrifugal drum’s rotation speed

由圖3可見(jiàn)，隨離心轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速的升高，礦物所受離心力快速升高，礦物按比重分層效率提高，精礦品位逐漸升高，因離心力與轉(zhuǎn)速平方成正比，隨轉(zhuǎn)速提高，微細(xì)粒鎢礦物所受離心力急劇增加，沉降速度快速提升，精礦WO3回收率同樣逐漸升高，當(dāng)離心轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速為800 r/min時(shí)，鎢礦物預(yù)富集效果最佳。

2.2.4 鎢礦物富集時(shí)間試驗(yàn)

立式連續(xù)型離心選礦機(jī)離心轉(zhuǎn)筒上設(shè)置的精礦富集槽可使轉(zhuǎn)筒初步富集的鎢礦物于槽內(nèi)進(jìn)一步分層，脫除粗粒輕質(zhì)脈石，提高精礦富集比，但若富集時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，微細(xì)粒鎢礦物易隨薄流膜進(jìn)入尾礦，降低WO3回收率。鑒于該離心選礦設(shè)備精礦富集時(shí)間由電磁換向閥自動(dòng)控制，易于調(diào)節(jié)，因此考察了富集時(shí)間對(duì)鎢礦物富集效果的影響，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。

由圖4可見(jiàn)，隨富集時(shí)間的延長(zhǎng)，礦物分層效果得以改善，精礦品位迅速升高、回收率未見(jiàn)明顯降低，但因精礦富集槽容積限制，繼續(xù)延長(zhǎng)富集時(shí)間，后續(xù)礦物堆滿槽體，致使大量鎢礦物未及時(shí)排出即隨流膜進(jìn)入尾礦，致使WO3回收率急劇降低，因此鎢礦物最佳富集時(shí)間為20 s。

圖4 鎢礦物富集時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果Fig.4 Test results of tungsten minerals’enrichment time

2.2.5 鎢礦物離心重選掃選條件試驗(yàn)

為進(jìn)一步提高鎢礦物回收效果，對(duì)重選作業(yè)尾礦進(jìn)行了掃選作業(yè)。通過(guò)系列條件試驗(yàn)最終確定在離心轉(zhuǎn)筒錐角為18°、轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速為800 r/min、富集時(shí)間為35 s、給礦濃度為8%、給礦體積速率為20 L/min時(shí)，可獲得產(chǎn)率為1.57%、含WO30.17%、WO3回收率為3.86%的最佳指標(biāo)。

2.3 鎢礦物浮選回收試驗(yàn)

2.3.1 捕收劑配比及用量試驗(yàn)

捕收劑GYB主要成分為苯甲羥肟酸，其與黑鎢礦表面暴露的Fe、Mn離子可發(fā)生強(qiáng)烈的化學(xué)吸附，生成五元環(huán)螯合物[8]，而與含鈣脈石礦物表面暴露的Ca離子難以絡(luò)合，因此其在黑鎢礦浮選中具有較強(qiáng)的選擇性。以“-COOH”為作用冠能團(tuán)的脂肪酸類捕收劑易與白鎢礦表面Ca絡(luò)合，吸附牢固，是白鎢礦浮選常用的捕收劑。針對(duì)該黑白鎢共生鎢細(xì)泥資源，試驗(yàn)采用“GYR+GYB”組合作浮選捕收劑，并考察兩者配比及用量對(duì)鎢礦物浮選指標(biāo)的影響，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5。

由圖5可見(jiàn)，隨捕收劑用量的提升，精礦WO3回收率先快速升高后保持平穩(wěn)，WO3品位逐漸降低；在捕收劑用量相同時(shí)，隨GYR比例的提高，精礦品位略有降低，回收率大幅升高，總體而言，當(dāng)捕收劑用量為“GYR 200 g/t+GYB 100 g/t”時(shí)，浮選指標(biāo)最佳。

2.3.2 抑制劑用量試驗(yàn)

因該試樣中含有大量細(xì)泥礦物，其吸附特性強(qiáng)烈，易罩蓋于其他礦物表面，降低礦物間表面性質(zhì)差異[9]，致使鎢礦物難以與其他礦物分離，同時(shí)試樣中螢石、方解石等含鈣脈石礦物表面暴露的鈣離子易于捕收劑羧酸基團(tuán)絡(luò)合，從而疏水上浮，影響鎢精礦質(zhì)量。為改善浮選礦漿環(huán)境，強(qiáng)化鎢礦物與脈石礦物分離，試驗(yàn)以水玻璃為分散劑，通過(guò)其水解組分HSiO3-、H2SiO3及膠態(tài) SiO2吸附于礦物表面[10]，改變礦物表面電位，提高礦漿分散性，降低細(xì)泥罩蓋影響；以氟硅酸鈉為含鈣脈石抑制劑，通過(guò)其優(yōu)先解吸脈石礦物表面鋁、鈣、鎂金屬油酸鹽，而對(duì)鐵、錳等金屬油酸鹽影響較小的特性[11]，強(qiáng)化鎢礦物與含鈣脈石分離。試驗(yàn)按“水玻璃：氟硅酸鈉2∶1”組合，考察了抑制劑用量對(duì)鎢礦物浮選指標(biāo)的影響，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖6 抑制劑用量試驗(yàn)結(jié)果Fig.6 Test results of inhibitor dosage

由圖6可見(jiàn)，隨著抑制劑用量的提升，礦漿分散性提高，抑制劑對(duì)含鈣脈石礦物表面藥劑脫附效果增強(qiáng)，精礦品位快速升高，回收率僅小幅降低，但當(dāng)用量大于1200 g/t時(shí)，因礦漿中[SiF6]2-等離子濃度過(guò)高，使鎢礦物表面藥劑解吸、脫落，致使WO3回收率急劇降低，因此最佳抑制劑用量為1200 g/t。

2.3.3 硝酸鉛用量條件試驗(yàn)

重金屬離子Pb2+易在鎢礦物表面氧原子位點(diǎn)吸附，提高鎢礦物表面捕收劑作用位點(diǎn)數(shù)量，可大幅強(qiáng)化鎢礦物浮選回收效果，因此硝酸鉛作為鎢礦物活化劑而被廣泛使用。試驗(yàn)考察了硝酸鉛用量對(duì)鎢礦物浮選指標(biāo)的影響，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖7。

圖7 硝酸鉛用量試驗(yàn)結(jié)果Fig.7 Test results of lead nitrate dosage

由圖7可見(jiàn)，隨硝酸鉛用量的升高，隨著硝酸鉛用量的升高，精礦WO3品位先緩慢升高后急劇降低，WO3回收率先急劇升高后大幅下降，這與硝酸鉛用量過(guò)高致使黑鎢礦表面電位負(fù)值升高有關(guān)[12]，因此硝酸鉛最佳用量為400 g/t。

2.4 全流程閉路試驗(yàn)

在詳細(xì)的條件試驗(yàn)基礎(chǔ)上，開(kāi)展了全流程閉路試驗(yàn)，試驗(yàn)流程見(jiàn)如8，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 全流程閉路試驗(yàn)結(jié)果 %Tab.5 Test results for closed circuit whole process

由表5可見(jiàn)，針對(duì)微細(xì)粒鎢細(xì)泥開(kāi)發(fā)的連續(xù)型離心選礦機(jī)重選預(yù)富集效果良好，重選尾礦中WO3含量較低，脈石脫除產(chǎn)率可達(dá)68.21%，大幅降低了微細(xì)粒礦泥對(duì)鎢礦物浮選的影響，提高了礦山生產(chǎn)效率；離心機(jī)重選粗精礦以“水玻璃+氟硅酸鈉”為脈石礦物抑制劑、以硝酸鉛為鎢礦物活化劑、以“GYR+GYB”為鎢礦物捕收劑，經(jīng)一粗四精兩掃的浮選流程獲得了含WO342.17%、WO3回收率76.36%的鎢精礦產(chǎn)品，開(kāi)發(fā)的“預(yù)先浮選脫硫-離心選礦機(jī)預(yù)富集-浮選回收鎢礦物”針對(duì)該類鎢細(xì)泥資源可獲得較好回收效果。

圖8 全流程閉路試驗(yàn)流程圖Fig.8 Flow chart of full-flow closed-circuit test

3 結(jié)論

（1）江西某選廠所屬鎢細(xì)泥，礦物組成復(fù)雜、礦物粒度微細(xì)、粒度分布較寬，-38 μm粒級(jí)產(chǎn)率達(dá)56.94%、WO3含量達(dá)62.87%，黑白鎢共生，采用傳統(tǒng)單一選礦工藝及設(shè)備難以高效分選回收該類復(fù)雜難選鎢細(xì)泥。

（2）通過(guò)改變離心轉(zhuǎn)筒錐角、設(shè)置精礦富集槽、裝備電磁換向閥及氣動(dòng)夾管閥等針對(duì)性設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)的立式連續(xù)型離心選礦機(jī)在提高離心機(jī)生產(chǎn)效率的基礎(chǔ)上，可實(shí)現(xiàn)微細(xì)鎢細(xì)泥高效富集與回收。

（3）通過(guò)改進(jìn)重選設(shè)備、優(yōu)化選別工藝，經(jīng)“預(yù)先浮選脫硫-離心選礦機(jī)預(yù)富集-浮選回收鎢礦物”工藝，在原鎢細(xì)泥含WO30.31%的情況下，獲得了含WO342.17%、WO3回收率76.36%的鎢精礦產(chǎn)品，較好地實(shí)現(xiàn)了鎢資源與脈石礦物的分離與回收。