磨礦和浮選工藝的發(fā)展在多金屬硫化礦分離的應(yīng)用

張文乾

（甘肅金徽礦業(yè)有限責(zé)任公司，甘肅 隴南 746000）

復(fù)雜多金屬硫化礦是提取有色金屬材料的重要礦產(chǎn)資源，磨礦和浮選工藝是獲取精礦的主要方法，隨著礦產(chǎn)資源的發(fā)展，磨礦和浮選工藝的重要性日益明顯，同時(shí)也是目前礦物工程技術(shù)領(lǐng)域中被應(yīng)用最廣泛的一項(xiàng)工藝方法。礦石在磨礦的過(guò)程中，受到磨碎的作用，組成礦石的各類型礦物之間的機(jī)械性質(zhì)存在著較大的差異，進(jìn)而使得礦石在磨碎的過(guò)程中呈現(xiàn)出不同的磨碎行為[1]。礦石中礦物硬度越大，被磨碎的程度越小，產(chǎn)品的粒數(shù)越粗，反之礦物硬度越小，被磨碎的程度越大，產(chǎn)品的粒數(shù)越細(xì)，這一現(xiàn)象也被稱之為礦物的選擇性磨礦現(xiàn)象。由于礦產(chǎn)資源中富含多種礦物，并且礦物與礦物之間的性質(zhì)也各不相同，因此磨礦工藝是礦山選礦作業(yè)中常見的工藝手段。在復(fù)雜多金屬硫化礦的選礦作業(yè)中除了運(yùn)用磨礦工藝外，大多數(shù)選別與分離還結(jié)合了浮選工藝。其主要原理是利用硫化礦物之間的表面潤(rùn)濕性差異，采用人工添加浮選藥劑的形式對(duì)礦石進(jìn)行浮選和分離。硫化物在復(fù)雜多金屬礦中至少有兩種或兩種以上的致密共生礦石[2]。在多數(shù)復(fù)雜多金屬硫化礦中，由于某一部分礦物浮游性質(zhì)十分接近，因此礦物之間的嵌布十分緊密，氧化更加嚴(yán)重，并且含泥量更多，礦物的回收利用更加復(fù)雜，為此對(duì)我國(guó)復(fù)雜多金屬硫化礦的磨礦及其浮選工藝進(jìn)行深入的研究。

1 我國(guó)復(fù)雜多金屬硫化礦的磨礦研究

1.1 磨礦機(jī)械選擇

現(xiàn)有針對(duì)礦山礦物分離的磨礦機(jī)械包括棒磨機(jī)、振動(dòng)磨機(jī)、自磨機(jī)、半自動(dòng)磨機(jī)以及球磨機(jī)等。不同的磨礦機(jī)械工作原理不同，針對(duì)我國(guó)復(fù)雜多金屬硫化礦的特性，可選擇振動(dòng)磨機(jī)或球磨機(jī)。

振動(dòng)磨機(jī)的工作原理是通過(guò)振動(dòng)源產(chǎn)生的不平衡周期性作用力帶動(dòng)整個(gè)磨礦機(jī)械運(yùn)動(dòng)，在磨礦機(jī)筒中的礦物及介質(zhì)可直接或通過(guò)其它介質(zhì)礦物接受來(lái)自磨礦機(jī)筒的運(yùn)動(dòng)，將自身的運(yùn)動(dòng)傳遞到其它礦物或介質(zhì)中，使得礦物與介質(zhì)作為一個(gè)整體達(dá)到最佳的振動(dòng)狀態(tài)，并進(jìn)行細(xì)小的跳動(dòng)[3]。通過(guò)相互碰撞，并結(jié)合電機(jī)轉(zhuǎn)向相反的公轉(zhuǎn)作用，使礦物和介質(zhì)、物料與物料之間、介質(zhì)與介質(zhì)之間具備沖擊、研磨以及剪切的作用。

振動(dòng)磨機(jī)常見的設(shè)置分為轉(zhuǎn)速為900rpm、振幅為15mm的低轉(zhuǎn)速大振幅型，以及轉(zhuǎn)速為1800rpm、振幅為5mm的高轉(zhuǎn)速小振幅型。兩種方法的設(shè)置均可使振動(dòng)磨機(jī)達(dá)到最佳的能量分布和利用率。振動(dòng)磨機(jī)中的礦物主要是受到高頻的沖擊作用，通過(guò)高頻沖擊可以使多金屬材料在礦物的結(jié)合脆弱面上出現(xiàn)裂紋，使不同的金屬材料在磨碎的過(guò)程中得到分離。

球磨機(jī)的工作原理是通過(guò)滾筒帶動(dòng)筒內(nèi)的鋼珠進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，當(dāng)筒內(nèi)的鋼珠被提升到一定高度時(shí)會(huì)產(chǎn)生自由拋落或沿著其它鋼珠堆砌的斜坡滾落，而在這一過(guò)程中完成對(duì)球磨機(jī)內(nèi)礦物的沖擊和研磨，達(dá)到磨碎礦物的效果。球磨機(jī)對(duì)礦物產(chǎn)生的磨礦效果時(shí)通過(guò)球磨機(jī)內(nèi)部的磨礦介質(zhì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，對(duì)于球磨機(jī)內(nèi)部鋼珠的沖擊使得礦物被磨碎，而在磨碎時(shí)鋼珠與礦物之間呈點(diǎn)接觸的形式，在接觸點(diǎn)上更加容易形成對(duì)礦物高度集中、破碎作用力強(qiáng)的應(yīng)力，礦物更容易被磨碎，但接觸點(diǎn)上的破碎作用力的精確性較差，容易造成物料粉碎過(guò)度的現(xiàn)象發(fā)生，因此在實(shí)際磨礦時(shí)應(yīng)當(dāng)定時(shí)對(duì)球磨機(jī)筒內(nèi)的礦物進(jìn)行觀察，當(dāng)達(dá)到預(yù)期效果后，應(yīng)當(dāng)及時(shí)停止球磨機(jī)對(duì)礦物進(jìn)行磨礦。

1.2 磨礦參數(shù)設(shè)置

針對(duì)我國(guó)復(fù)雜多金屬硫化礦的磨礦作業(yè)，除了選擇合適的磨礦機(jī)械外，還應(yīng)當(dāng)對(duì)其各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，磨礦參數(shù)設(shè)置主要包括對(duì)磨礦時(shí)間的設(shè)置、磨礦濃度的設(shè)置、填充率設(shè)置等[4]。

其中，磨礦時(shí)間的設(shè)置主要會(huì)影響礦物的磨礦后產(chǎn)品的粒度，通常情況下，磨礦產(chǎn)品會(huì)隨著磨礦時(shí)間的增加粒度逐漸減小。而礦粒的機(jī)械強(qiáng)度又會(huì)隨著粒度的減少而逐漸增加。當(dāng)?shù)V物的粒度較粗時(shí)，機(jī)械強(qiáng)度較低，更容易進(jìn)行磨礦；當(dāng)?shù)V物的粒度較細(xì)時(shí)，機(jī)械強(qiáng)度較高，磨礦難度更高。因此，磨礦時(shí)間較長(zhǎng)會(huì)造成磨礦效果減弱，容易造成礦物的過(guò)粉碎現(xiàn)象。

磨礦濃度主要影響礦漿的粘度以及流動(dòng)性，影響磨礦介質(zhì)的破碎力和礦物被磨時(shí)間的長(zhǎng)短，最終影響礦物在磨機(jī)中的磨礦效果。當(dāng)磨礦濃度較高時(shí)，磨礦機(jī)筒內(nèi)的礦漿粘性較大，流動(dòng)性較差，筒內(nèi)介質(zhì)受到礦漿浮力的影響阻力變大，導(dǎo)致礦物的磨碎效果變差。并且高濃度的礦漿中含有較多的礦粒，礦粒數(shù)較多。

同時(shí)在實(shí)際磨礦作業(yè)中，磨礦機(jī)筒內(nèi)會(huì)有一層礦漿覆蓋在鋼球的表面，這一部分的礦漿為罩蓋層。當(dāng)罩蓋層出現(xiàn)后會(huì)進(jìn)一步影響磨礦機(jī)筒內(nèi)介質(zhì)與介質(zhì)之間、介質(zhì)與礦物之間以及介質(zhì)與襯板之間的接觸，影響到礦物的磨礦效果。隨著礦漿濃度的增加，介質(zhì)表面的罩蓋層變得更厚，當(dāng)介質(zhì)與介質(zhì)碰撞的過(guò)程中，罩蓋層中的礦粒被粉碎的幾率增加，提高磨礦的效果。

填充率主要是針對(duì)介質(zhì)而言，是指磨礦介質(zhì)在磨礦機(jī)筒內(nèi)的堆積體積與所占磨礦機(jī)的有效容積的百分?jǐn)?shù)，下圖為磨礦機(jī)筒內(nèi)介質(zhì)充填率示意圖。

圖1 磨礦機(jī)筒內(nèi)介質(zhì)充填率示意圖

磨礦機(jī)筒內(nèi)介質(zhì)的充填率計(jì)算公式為：

公式1中，P表示為磨礦機(jī)筒內(nèi)介質(zhì)充填率；V1表示為磨礦機(jī)筒內(nèi)有效體積；V2表示為磨礦機(jī)筒內(nèi)介質(zhì)所占的體積；S1表示為磨礦機(jī)筒內(nèi)有效斷面面積；S2表示為磨礦機(jī)筒內(nèi)介質(zhì)所占的有效斷面面積。在其他外界條件不變的情況下，提高磨礦機(jī)筒內(nèi)介質(zhì)的充填率，可有效提高磨礦機(jī)筒內(nèi)對(duì)礦物磨碎的有效介質(zhì)數(shù)目，進(jìn)一步增加磨礦機(jī)的生產(chǎn)效率[5]。但在實(shí)際磨礦作業(yè)中，設(shè)置磨礦機(jī)筒的填充率和填充介質(zhì)顆粒大小為固定值，只改變球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速大小，分別設(shè)置為0.8rad、1.0rad、1.2rad和1.4rad，對(duì)過(guò)程進(jìn)行模擬，介質(zhì)充填率過(guò)高會(huì)造成介質(zhì)堆積現(xiàn)象出現(xiàn)，降低了介質(zhì)的拋離點(diǎn)和拋落點(diǎn)之間的距離，減少了介質(zhì)的有效沖擊高度，磨礦機(jī)筒體轉(zhuǎn)速對(duì)筒體扭矩、筒體載荷、筒體磨損、顆粒碰撞數(shù)、顆粒接觸數(shù)、顆粒所受載荷均有影響。

2 我國(guó)復(fù)雜多金屬硫化礦浮選工藝研究進(jìn)展

這部分我國(guó)復(fù)雜多金屬硫化礦浮選工藝研究主要針對(duì)浮選過(guò)程中的藥劑選擇、工藝制備以及設(shè)備選擇等方面的內(nèi)容。

通過(guò)對(duì)潤(rùn)濕作用的物理、化學(xué)特性以及礦物礦?？筛⌒灾g的關(guān)系研究得出，礦粒的可浮性與平均浮選的速度均由礦物中礦粒的表面單位潤(rùn)濕程度決定。不僅是吸附在礦粒表面的捕收劑數(shù)量會(huì)影響我國(guó)復(fù)雜多金屬硫化礦浮選工藝的效果，礦物中硫化礦物的氧化產(chǎn)物的化學(xué)性質(zhì)也會(huì)影響金屬硫化礦物的浮選效果。

優(yōu)先浮選充分利用有用礦物的可浮性差異，在銅粗選時(shí)不抑鉛只抑鋅，選用選擇性好、捕收能力適中的捕收劑優(yōu)先浮銅，精選時(shí)添加少量水玻璃合劑微弱抑鉛，獲得合格銅精礦。

同時(shí)，由于鉛未受到強(qiáng)烈抑制，為鉛浮選創(chuàng)造了有利條件，鉛精礦品位和回收率均較高，鋅的回收效果也良好。

通過(guò)對(duì)天然多糖古爾膠在多金屬礦中的作用研究得出，當(dāng)氫離子濃度指數(shù)為12.5、11、10.5和8.5時(shí)，天然多糖古爾膠在多金屬硫化礦礦物上具有最大的吸附密度，同時(shí)得出硫化礦物的等電點(diǎn)位于氫離子濃度指數(shù)在4.5以下。而溶解結(jié)果得出，從礦化物表面可溶解出相應(yīng)的金屬離子。當(dāng)天然多糖古爾膠存在時(shí)，金屬離子的濃度降低，因此說(shuō)明在這一過(guò)程中發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。在對(duì)多金屬硫化礦進(jìn)行浮選時(shí)，采用硫酸銅活化后十二胺陽(yáng)離子作為捕收劑浮選，在廣泛的氫離子濃度指數(shù)范圍內(nèi)，十二胺鹽酸鹽的濃度設(shè)定在10-4mol/LDDA，可以得到更好的浮選效果。十二胺陽(yáng)離子是多金屬硫化礦的強(qiáng)捕收劑，強(qiáng)氧化劑的踐行介質(zhì)對(duì)多金屬硫化礦的可浮性影響不大。同時(shí)隨著氫離子濃度指數(shù)和氧化還原條件的改變，多金屬硫化礦可被浮選，也可被抑制。

在浮選過(guò)程中存在石灰的情況下，氫離子濃度指數(shù)大于13時(shí)，礦漿充氣較為容易，尤其是利用過(guò)氧化氫氧化時(shí)，多金屬硫化礦中的陽(yáng)離子浮選性被抑制。在硫化鈉存在時(shí)，多金屬硫化礦經(jīng)過(guò)氧化后在強(qiáng)堿性介質(zhì)氫離子濃度指數(shù)大于13的條件下，選用十二胺陽(yáng)離子可有效提高多金屬硫化礦的浮選效果。

為了分清高堿電位環(huán)境對(duì)多金屬硫化礦表面性質(zhì)抑制作用的各項(xiàng)因素，采用分子力場(chǎng)中的萬(wàn)能力場(chǎng)方法，對(duì)金屬硫化礦表面的氫氧化鈣離子和氫氧根離子的吸附性動(dòng)力學(xué)分析，并對(duì)吸附能及吸附質(zhì)量云圖進(jìn)行比較得出，氫氧化鈣離子在多金屬硫化礦表面的吸附能比氫氧根離子更小，吸附量更大[6]。

因此導(dǎo)致多金屬硫化礦礦物受到抑制的主要原因是由于吸附在礦物表面上的離子與氫氧根離子及多金屬硫化礦氧化產(chǎn)物產(chǎn)生了SO42-等離子作用形成了難溶于水的親水表面產(chǎn)物，通過(guò)對(duì)氫氧根離子的控制可以對(duì)浮選工藝中的電位進(jìn)行有效的調(diào)控。

通過(guò)氧氣調(diào)漿、選擇適當(dāng)?shù)牟妒談┮约疤砑舆x擇性聚合物抑制劑，均可有效提高復(fù)雜多金屬硫化礦中各類金屬礦的品味。選擇性聚合物抑制劑可選用低分子量聚合物，將其中的羥基和羰基取代基引入到聚丙烯酰胺骨架中。選用硫代氨基甲酸酯作為有效的捕收劑。

取代基的聚丙烯酰胺可作為多金屬硫化礦的有效抑制劑，羥基取代的聚丙烯酰胺與傳統(tǒng)比羰基取代的聚丙烯酰胺有著較強(qiáng)的抑制作用。通過(guò)上述三種方法的實(shí)施均可以通過(guò)抑制硫化的金屬礦物，提高多金屬硫化礦的各金屬礦的品位。由于氧的存在對(duì)于復(fù)雜多金屬硫化礦的可浮選性有著較強(qiáng)的影響，因此在使用黃藥類捕收劑浮選多金屬硫化礦時(shí)，應(yīng)在礦漿中添加少量的H2O2，解決浮選過(guò)程中出現(xiàn)礦漿缺氧的問(wèn)題。

3 結(jié)語(yǔ)

復(fù)雜多金屬硫化礦的磨礦及其浮選工藝是目前選礦科技工作者們主要研究的方向。

本文通過(guò)對(duì)我國(guó)復(fù)雜多金屬硫化礦的磨礦及其浮選工藝研究進(jìn)展進(jìn)行探索。當(dāng)前新型藥劑的開發(fā)和應(yīng)用解決了較多難選多金屬硫化礦磨礦及浮選中存在的問(wèn)題，為選礦廠帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。但同時(shí)理論方面的研究進(jìn)展較緩，有待進(jìn)行更加深入的研究和探索。

在礦產(chǎn)資源逐漸枯竭的今日，在復(fù)雜對(duì)金屬硫化礦日益趨向細(xì)、雜的今天，必須不斷加強(qiáng)對(duì)其理論的研究，并開發(fā)出更多高效的磨礦機(jī)械和浮選藥劑，從而更加快速的實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源的回收和再利用。