低品位鉬礦煤油氣溶膠加藥浮選規律的研究

徐 濤，孫春寶，劉行剛，甄春紅

(北京科技大學金屬礦山高效開采與安全教育部重點實驗室，北京 100083)

氣溶膠是指固體微粒或(和)液體微粒懸浮于氣體介質中所形成的多相分散體系[1-3]。這個分散體系必須由兩部分組成：一是被懸浮的微粒物，即分散相；二是承載微粒物的氣體，即分散介質。所以，氣溶膠是包含分散相(微粒物)和分散介質(氣體)二者在內的統一整體[4-8]。氣溶膠浮選[9-10]可簡單理解為：將浮選所需的藥劑(如起泡劑、捕收劑或其他藥劑)與空氣或其他氣體，呈氣溶膠狀態注人浮選過程中。其中，氣相介質一般為空氣。實際上，氣溶膠浮選應用的是氣溶膠加藥技術。這種加藥方式可使浮選藥劑充分分散，具有提高藥劑作用效果、加快浮選速度、減少藥劑消耗量、提高浮選指標等優點。據有關資料[11-16]介紹，應用本法可改善硫化礦石、氧化礦石及難選復雜礦石的浮選效果，并可擴大選礦的應用范圍。

針對試驗所用某低品位鉬礦，將煤油以氣溶膠形式進行加藥，已通過試驗研究探明了煤油氣溶膠加藥浮選的優勢所在，即節省煤油用量，提高浮選速度，一定程度上提高了鉬的回收率。但是，浮選工藝條件對于煤油氣溶加藥浮選過程的具體影響情況，還沒有做過系統的研究。鑒于此，本研究主要從磨礦細度、礦漿濃度、pH值和起泡劑用量的影響等方面，探究浮選工藝條件對煤油氣溶膠加藥浮選過程的影響規律。

1 物料來源、試驗裝置及試驗方法

1.1 物料來源及性質

1.1.1 礦石的來源與礦物組成分析

試驗所用礦樣由內蒙古某銅鉬礦提供。經顯微鏡下礦物鑒定和X射線衍射分析，該礦石中的礦物組成較復雜，其中銅、鉬、硫等主要以獨立礦物存在。銅的獨立礦物較多，有黃銅礦、斑銅礦、藍輝銅礦、銅藍、砷黝銅礦；鉬的獨立礦物主要為輝鉬礦；硫的獨立礦物為黃鐵礦。脈石礦物主要為石英、白云母、長石、伊利石、高嶺石等，石英是含量最高的脈石礦物。

1.1.2 礦石的化學多元素分析

礦石的化學多元素分析結果見表1。化驗結果表明，礦石中鉬品位較低，為0.023％，銅品位為0.31％；礦石中除銅、鉬、硫等有價元素外，其它可以綜合利用的元素含量都很低；礦石中還含有少量有害元素砷。

表1 礦石的主要化學成分分析結果

*Au、Ag含量單位為g·t-1。

1.1.3 礦石中鉬的物相分析

鉬的物相分析結果見表2。分析結果表明：鉬大部分賦存在硫化鉬中，鉬的氧化率為8.70％。

表2 鉬的物相分析結果

1.2 試驗裝置、儀器及設備

試驗所用氣溶膠發生器為Collison噴嘴氣溶膠發生器。Collison噴嘴氣溶膠發生器原理：壓縮空氣以一定速度從Collison噴嘴噴出；在噴嘴的出口處，由于Bernoulli效應產生的低壓將液體貯存器內的液體吸入氣流，并將液體打碎成液滴；得到的氣溶膠直接噴到一表面上，較大的粒子在該表面上通過碰撞而消失，較小的粒子留在氣流中。

煤油氣溶膠藥劑是通過浮選機的充氣管道，利用葉輪旋轉產生的自吸力進入礦漿中的。在氣溶膠浮選過程中，先加入其它非煤油捕收劑作用一段時間，再加入起泡劑作用一段時間，最后加入煤油氣溶膠藥劑，加藥的同時進行浮選。先加入起泡劑是為了給煤油氣溶膠加藥提供良好的成泡環境，以利于煤油氣溶膠粒子在氣相中傳質。整個試驗均在常溫(25℃左右)下進行。相應的氣溶膠浮選系統見圖1。

圖1 氣溶膠浮選系統

1.3 試驗流程、藥劑制度

傳統浮選試驗采用的浮選流程和藥劑制度，如圖2所示。

圖2 傳統浮選流程

1.4 試驗思路

本研究主要探討浮選工藝條件對煤油氣溶膠加藥浮選過程的影響規律，主要包括磨礦細度、pH值、礦漿濃度、起泡劑用量等浮選工藝條件對氣溶膠浮選過程影響研究。并與傳統浮選過程進行對比，以考查浮選工藝條件對兩種浮選法的影響差異，以此探明氣溶膠浮選技術對于浮選工藝條件的適應情況。

2 試驗結果與分析

2.1 磨礦細度對氣溶膠浮選過程的影響

在煤油用量50g/t、石灰用量為1500g/t(pH值為9.5)的條件下，考查磨礦細度對氣溶膠浮選過程的影響情況。試驗流程圖見圖3，所得試驗結果見圖4。試驗所用磨礦細度分別為-200目占55％、60％、65％和70％。

圖3 磨礦細度影響試驗流程圖

圖4 磨礦細度影響試驗結果

由圖4分析可知，隨著磨礦細度的增加，兩種浮選法對應的粗精礦中，鉬品位和鉬回收率變化趨勢是相似的。氣溶膠浮選得到的粗精礦鉬品位略低于傳統浮選，但相差不大；鉬回收率則高于傳統浮選。因此，氣溶膠浮選技術對于磨礦細度的變化表現出了一定的適應能力。綜合比較而言，氣溶膠浮選最佳磨礦細度為1200目占65％。

本文詳細介紹了麻石水電站擴建工程的樞紐布置設計方案，對存在類似棄水現象的水電站改擴建工程樞紐布置設計有一定參考意義。

2.2 pH值對氣溶膠浮選過程的影響

在煤油用量50g/t的條件下，通過改變石灰用量來調節礦漿pH值，考查不同pH值對氣溶膠浮選過程的影響情況。試驗流程圖見圖5，所得試驗結果見圖6。石灰用量分別為：900 g/t、1200g/t、1500g/t和2000g/t，對應的pH值分別為：8.5、9.0、9.5和10.5。

圖5 pH影響試驗流程圖

圖6 pH影響試驗結果

由圖6分析可知，隨著pH值的增加，兩種浮選法對應的粗精礦中，鉬品位及鉬回收率變化趨勢相似。不同pH值下，兩種浮選法得到的Mo品位基本相似。而在Mo回收率方面，除了pH為9.5時，氣溶膠浮選法對應的Mo回收率大于傳統浮選；其它pH條件下，兩種浮選法的回收率差別不大。這說明，氣溶膠浮選技術只有在合適的pH值條件下才能發揮其優勢。與傳統技術相比，氣溶膠浮選技術對于pH值的變化沒有體現出良好的適應能力。

2.3 礦漿濃度對氣溶膠浮選過程的影響

在磨礦細度-200目占65％、煤油用量50g/t、pH值為9.5的條件下，考查不同礦漿濃度對氣溶膠浮選過程的影響情況。試驗流程圖見圖7，所得試驗結果見圖8。試驗所用礦漿濃度分別為：23％、28％、33％和38％。

圖7 礦漿濃度影響試驗流程圖

圖8 礦漿濃度影響試驗結果

由圖8分析可知，隨著礦漿濃度的增加，兩種浮選法對應的粗精礦中，鉬品位及鉬回收率變化趨勢相似。鉬品位逐漸下降，鉬回收率逐漸上升，最后趨于穩定。不同礦漿濃度下，兩種浮選法對應的鉬品位基本相似；回收率方面卻差距較大，氣溶膠浮選法均高于傳統浮選法。這說明，礦漿濃度對于兩種浮選過程均具有顯著影響。與傳統浮選相比，從回收率的角度而言，氣溶膠浮選對于礦漿濃度具有一定的適應能力。

2.4 起泡劑用量對氣溶膠浮選過程的影響

鑒于氣溶膠加藥方式與氣泡息息相關，考查起泡劑用量對氣溶膠浮選過程的影響情況是十分有必要的。試驗在磨礦細度-200目占65％、煤油用量50g/t、pH值為9.5的條件下進行，試驗流程圖見圖9，所得試驗結果見圖10。試驗所用起泡劑用量分別為10g/t、 15g/t、20g/t、25g/t和30g/t。

圖9 起泡劑用量影響試驗流程圖

圖10 起泡劑用量影響試驗結果

由圖10分析可知，隨著起泡劑用量的增加，兩種浮選法對應的粗精礦中，鉬品位及鉬回收率變化趨勢基本相似。鉬品位逐漸下降，鉬回收率逐漸上升，當起泡劑用量過多時，回收率有所下降。起泡劑用量為10g/t和20g/t(正常用量)時，兩者對應鉬回收率差值對比可知，氣溶膠浮選法的差值為13.55％，而傳統浮選法的差值為7.73％，前者大于后者。這說明，起泡劑用量對于氣溶膠浮選影響較大，用量過少不利于氣溶膠浮選，良好的成泡環境對于氣溶膠浮選是有利的。

3 煤油氣溶膠加藥浮選熱力學分析

熱力學方法是一種宏觀研究方法，可用于判斷氣泡礦化進行的可能性，對于浮選過程的研究具有重要意義。浮選是在氣-液-固三相體系中完成的復雜物理化學過程，其實質是疏水的有用礦物粘附在氣泡表面上浮，親水的脈石礦物留在礦漿中，從而實現彼此分離。浮選過程，尤其是氣泡礦化過程，伴隨著氣-液-固三相體系自由能的變化。根據熱力學第二定律，自由能降低的過程是自發過程，系統自由能降低越多，疏水礦物顆粒在氣泡上的粘附過程越容易實現。

G=SLGγLG+SSLγSL

(1)

礦粒與氣泡接觸后，假定為單位面積附著，系統的自由能為：

G′=(SLG-1)γLG+(SSL-1)γSL+1×γSG

(2)

則礦粒與氣泡接觸前后，系統的自由能變化為：

ΔG=G-G′=γLG+γSL-γSG

(3)

對于溶液濃度不高的體系，有Gibbs等溫吸附方程的近似式：

(4)

式(4)中：Γ為表面過剩量(表面吸附量)；C為溶液濃度；γ為溶液表面張力；R為摩爾氣體常數；T為溫度。該式表明，界面吸附量的變化可引起界面張力的變化。

因此，由式(3)可以看出，要使ΔG增大，有三個途徑：一是增加γSL，這就需要減少捕收劑在固-液界面的吸附量；二是增加γLG，但是γLG增加過高不利于泡沫的穩定，只有在不影響浮選指標的前提下，才可以適當增加γLG；三是減小γSG，這就需要增加捕收劑在氣-固界面的吸附量。氣溶膠浮選技術正是基于以上原理提出。

具體分析如下：

1) 浮選過程中，氣泡是有用礦物顆粒上浮的唯一載體，并且氣溶膠加藥方式，首先使浮選藥劑注入到氣相中，或以氣泡為載體，捕收劑在固-液界面的吸附量必然減小，即γSL會增加；在氣泡與礦物顆粒接觸碰撞中，浮選藥劑通過氣泡與礦物顆粒表面作用，有可能提高捕收劑在氣-固界面的吸附量，即有可能減小γSG。

2) 本研究針對烴類油捕收劑煤油來進行氣溶膠浮選試驗，煤油具有消泡作用，但用量過多會對礦漿中氣泡的穩定性造成不利影響，也就是增加了γLG，而這一點卻有利于系統自由能的降低。實際上，適量的煤油對氣泡穩定性影響不大，但煤油的引入對于γLG的增加依然存在。總的說來，氣溶膠加藥方式對于氣泡的礦化過程是有利的。

4 結論

氣溶膠加藥方式，可以促進氣泡礦化過程中的氣-液-固三相體系自由能的降低，從而有利于氣泡的礦化過程。但是，氣溶膠加藥浮選技術需要適宜的條件才能發揮其優勢。浮選工藝條件影響研究結果表明，磨礦細度、pH值、礦漿濃度和起泡劑用量等浮選工藝條件，對于傳統浮選和氣溶膠浮選過程影響規律基本相似。不同浮選工藝條件對于氣溶膠浮選過程影響差異和影響程度均不同，具體如下：

1) 磨礦細度影響試驗結果表明：與傳統浮選技術相比，氣溶膠浮選技術對于磨礦細度的變化表現出了一定的適應能力。

2) pH值影響試驗結果表明：氣溶膠浮選技術只有在合適的pH值條件下才能發揮其優勢。與傳統技術相比，氣溶膠浮選技術對于pH值的變化沒有體現出良好的適應能力。

3) 礦漿濃度影響試驗結果表明：礦漿濃度對于兩種浮選過程均具有顯著影響。與傳統浮選相比，從回收率的角度而言，氣溶膠浮選對于礦漿濃度具有一定的適應能力。

4) 起泡劑用量影響試驗結果表明：起泡劑用量對于氣溶膠浮選影響較大，用量過少不利于氣溶膠浮選，良好的成泡環境對于氣溶膠浮選是有利的。

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