微細粒礦物的選擇性解離強化分選技術

肖 驍，張國旺

(長沙礦冶研究院，湖南 長沙 410012)

我國可供開發利用的礦產資源趨向貧、細、雜，其中不少金礦、銀礦、鉬礦、銅礦、鎳礦、鉛鋅礦和鐵礦的嵌布粒度極細。例如：山西太鋼袁家村鐵礦，要達到90%礦物解離，磨礦細度需達到-38μm 95%；湖南祁東鐵礦、洞口鐵礦磨礦細度需達-38μm 98%或更細；而待開發的高磷赤鐵礦，嵌布粒度更是達到了25μm[1]。由于這類礦物嵌布粒度細，達到解離粒度時球磨能耗會急劇增加，而且細粒礦物具有很高的比表面積，在磁選過程容易發生磁絮凝，而在浮選過程則需消耗更多的藥劑，因此，在最粗粒度下實現目標礦物的解離非常重要。選擇合適應力模式和應變強度的細磨磨礦設備，可以強化微細粒礦物的選擇性解離，在相同磨礦粒度下提高目標礦物的單體解離度，并顯著降低磨礦能耗。

1 微細粒礦物的選擇性解離強化分選技術現狀

1.1 傳統臥式球磨機的改進及優化

我國昆明理工大學段希祥教授等圍繞傳統臥式球磨機設備改進及其磨礦工藝優化，開展了一系列粗粒級選擇性磨礦理論及技術研究，旨在利用礦物破碎速率差異，使目標礦物在某些粒級范圍富集，從而提高礦物的技術指標，并取得了一系列成果[2-3]。

通過對介質球配比、直徑、材質、形狀、磨機轉速和進出料結構等參數進行優化控制，有效地提高了選廠的技術指標。提出了球徑半理論公式，并進行不斷修正，使得球徑半理論公式在粗磨、中磨、細磨作業中都能精確地計算球徑，為選廠選擇鋼球尺寸提供了依據；通過完善精確的裝補球方法，改善了磨礦及選別過程，磨機生產率顯著提高，磨礦電耗及球耗顯著下降，有用礦物單體解離度明顯提高(5%～6%)，特別是精礦品位及回收率雙雙提高。用鑄鐵段代替鋼球，減少礦物過粉碎，使產品粒度分布均勻。

相關研究者針對鋁土礦、鉬礦、銅礦、錫礦、鐵礦等金屬礦產，開展了一系列的選擇性磨礦研究工作，在粗粒選礦中取得了一定成果[4-5]。但由于受傳統臥式球磨機結構限制，只適合粗粒礦物的解離。在磨礦設備中，球磨機選擇性破碎/解離作用較差。因此，在球磨機選擇性磨礦/解離基礎上，采用新型細磨/超細磨磨礦設備強化細粒礦物的解離至關重要。

1.2 細磨/超細磨技術及其對礦物選擇性解離的強化

從能量角度，當磨礦粒度為20～40μm時，塔磨機(立式螺旋攪拌磨機)為最適宜的磨礦設備。實際上，塔磨機的適宜粒度范圍為20～65μm。國外，塔磨技術主要由美國美卓(Metso)公司提供，其生產的塔磨機(Towermill，現已更名為Vertimill)實現了礦業領域廣泛應用，用于獲得P80為15～30μm的礦物再磨回路；國內，長沙礦冶研究院經長期積累開發了具有自主知識產權的高效微細粒球磨機-立式螺旋攪拌球磨機，并實現了系列化、大型化，形成了攪拌細磨關鍵技術。目前，該技術已成為國內鉬礦選礦行業粗精礦再磨的關鍵技術，并已推廣至鉛鋅、銅、銅鉬、黃金、鐵礦等選礦領域應用。另外，澳大利亞超達公司(Xstrata)生產的艾薩臥式攪拌磨機(Isamill)，自1994年開發成功以來，已經成功應用于鉛鋅、銅、鉬、金、鉑族金屬等礦石細磨，磨機最大功率達3.0MW，主要應用于P80為7～20μm 精礦、中礦、尾礦再磨回路。

為了利用礦石中礦物界面及不同礦物之間的結構性質差異，在相對較粗粒度下實現礦物的選擇性解離，提高礦物分選效果并大幅度降低能耗，一些研究者做出了諸多工作，并取得了一些成果[6-9]。

Andreatidis 在比較球磨和攪拌磨對礦物破碎和解離的實驗中發現，礦物的解離情況視礦物種類而變化。當球磨相對簡單的鋅粗精礦時，顆粒尺寸-解離關系與磨機類型無關，然而，當將低品位中粒徑的粗精礦球磨至P808μm時，攪拌磨礦物的解離度高于球磨機，在-10μm粒級SiO2和閃鋅礦的解離度都有提高，這歸因于攪拌磨的低能研磨，促使閃鋅礦表面的SiO2脫離。艾薩磨則通過選擇性地磨碎粗顆粒，從而提高礦物解離度。Jennifer 在對閃鋅礦粗精礦再磨時發現，采用攪拌磨顯著提高了石英的解離度，同時閃鋅礦的解離度也有一定提高。作者在采用長沙礦冶研究院研制的立式攪拌磨對微細粒鐵礦再磨時，同樣發現攪拌磨主要選擇性地磨細石英，顯著提高石英的單體解離度，從而提高精礦的鐵品位。表1所示為攪拌磨進出料及新生-500目的鐵品位及Fe/Si比。

表1 攪拌磨進出料及新生-500目的鐵品位及Fe/Si比

1.3 微波等預處理方法對礦物解離的強化

微波預處理是利用組成礦石的各種礦物在微波場中的升溫速率各不相同，相同條件下礦石中的不同礦物會被微波加熱到不同的溫度，在礦物邊界形成裂縫，從而強化礦物的邊界破碎。

Amankwah等對含石英、硅酸鹽、鐵氧化礦等的金礦進行微波預處理時發現，微波預處理提高了礦石的可磨度，其破碎強度和邦德功指數分別降低了31.2%和18.5%。同時，金也以較粗的粒度從脈石礦物中解離出來，從而使單體金的重選回收率提高了12%。

Harrisont等發現，斑銅礦、閃鋅礦、磁鐵礦、黃鐵礦等礦石經微波/熱處理后比表面積增加，功指數降低。Kingman等對南非帕拉波拉(Palabora)銅礦實施微波預處理后，銅礦功指數的大大地降低，黃銅礦從脈石中分離出來，而其它礦物則留在了脈石基體中[10]。SEM圖片示出了微波處理引發黃銅礦/脈石的邊界破碎。Walkiewiczt等采用3kW、2.45GHz對鐵礦進行微波輻射(溫度840～940℃時)，功指數減小10%～24%，SEM顯示沿礦物晶界穿過脈石基體發生破碎。

目前，微波預處理只限于實驗室研究，在經濟上還不可行。

除微波預處理外，加熱、冷凍、藥劑預處理也是目前研究常用提高礦物解離度預處理方法。

2 微細粒礦物解離度分析技術

解離度的測定一直是倍受關注的問題，工藝礦物學上采用對磨片或薄片進行圖像分析，從而定性/定量分析連生體顆粒的組成。傳統的普通光學圖像分析技術，在粗粒級礦物嵌布結構研究與解離測定上非常有用，但在礦物嵌布粒度<20μm時，其精確程度大大降低。近年，利用掃描電鏡進行解離度分析得到迅猛發展，并實現了商業化應用，不僅使解離度測定實現了自動化，而且也使解離度測定的準確性和可重現性得到了很大提高[8]。

QEMSCAN(Quantitative Evaluation of Minerals by Scanning Electronic Microscopy)由澳大利亞聯邦科學與工業研究組織CSIRO(Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization)開發研制，已商業化。此系統由Zeiss EVO50掃描電鏡、1～4個具有輕元素Gresham X-光探頭的能譜、其自主研制的掃描電鏡控制系統及能譜控制系統和軟件組成。可通過X-射線能譜及背散射電子圖像區分物相，并通過軟件自動識別礦物。QEMCSCAN可以自動測定解離度、礦物嵌布粒度、礦物相對含量、礦物嵌布復雜程度等工藝礦物學參數，同時可編程得到研究者感興趣的參數。

MLA(Mineral Liberation Analyser)是由澳大利亞昆士蘭大學礦物研究中心(Julius Kruttschnitt Mineral Research Center，JKMRC)的顧鷹博士開發研制的，它由FEI掃描電鏡、1～2個EDAX能譜和軟件組成。得到的背散射電子圖像非常清晰，礦物鑒定的準確可靠，并解決了X射線能譜分析可能在兩礦物之間產生虛假“邊界相”。能自動處理數據和形成報告，效率很高。目前，國內已有幾家研究機構引進該系統，并成功投入使用。

3 結 語

(1)選擇性解離強化礦物分選技術已取得一定成果，通過對普通臥式球磨機介質球配比、直徑、材質、形狀、磨機轉速和進出料結構等參數進行了優化控制，有效地提高了目標礦物的解離度，提高了選廠的技術指標。但由于受臥式球磨機磨機結構和應力模式限制，很難推廣至微細粒礦物。

(2)攪拌磨機在微細粒礦物解離方面，不僅具備能效優勢，而且能夠提高目標礦物的單體解離度，將成為微細粒礦物再磨關鍵設備，有望在鋁土礦、微細粒鐵礦、銅鉬鉛鋅等礦產領域中廣泛推廣應用。大處理量、高選擇性攪拌磨機的開發，將成為日后的工作重點。

(3)微波預處理和藥劑處理，可促進微細粒礦物的選擇性解離，從而提高其可磨度和解離度，并最終降低細磨磨礦成本。安全、經濟的微波預處理技術及價低、適應性強的藥劑開發，將會受到重點關注。

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