甘肅某硫化鉛鋅礦無堿度浮選試驗研究

王乃玲 宋寧波 盧冀偉

（東北大學資源與土木學院，遼寧沈陽110819）

鉛鋅礦作為重要的戰略性礦產資源，廣泛應用于電氣、機械、軍事、冶金、化學、醫藥等諸多領域［1］。我國的鉛鋅礦產資源量十分巨大，截止到2016年，查明鉛礦資源儲量為8 546.77萬t，查明鋅礦資源儲量為17 798.89萬t，居世界第二位［2］。其中原生硫化鉛鋅礦儲量占鉛鋅礦總儲量的90%左右，氧化鉛鋅礦床只分布在云南、廣西、遼寧、陜西等少數幾個礦山［3］。同時以鋅為主的鉛鋅礦床和銅鋅礦床較多，而以鉛為主的鉛鋅礦床較少，單鉛礦床更少。以前鉛鋅分離大多采用氰化物工藝，雖然取得了不錯的進展，但氰化物有劇毒，因此無氰工藝及無氰藥劑成為當前的主要研究方向［4］。硫化鉛鋅礦浮選主要有鉛鋅優先浮選、鉛鋅混合-優先浮選、鉛鋅等可浮選以及鉛鋅分支浮選等原則流程。一般采用優先浮選流程，即先抑制閃鋅礦優先浮選方鉛礦，再活化閃鋅礦后進行浮選［5］。這緣于方鉛礦具有良好的可浮性，用普通黃藥或黑藥均可很好地浮選［6］。因此，針對甘肅某硫化鉛鋅礦石，結合礦石性質，通過系統的浮選試驗，確定采用優先浮選工藝流程，系統研究流程中鉛鋅優先浮選的藥劑制度，實現對礦石中鉛鋅礦物的有效回收，為該礦石進一步的工業開發奠定基礎。

1 礦石性質

1.1 礦石物質組成

試驗礦樣取自甘肅某硫化鉛鋅礦床，礦石呈灰白或灰色，呈層狀、塊狀和條帶狀構造。礦石中鉛礦物主要為方鉛礦，鋅礦物主要為閃鋅礦，方鉛礦和閃鋅礦主要以半自形或他形晶體形式以粒狀、條帶狀嵌布在礦石中。礦石的化學多元素分析結果見表1，礦石中主要礦物組成及含量見表2。

注：Au、Ag含量的單位為g/t

從表1可見：礦石Pb、Zn含量均較高，分別為16.55%、13.24%；Au、Ag可考慮綜合回收；此外有害元素S、As的含量均較低，不會對浮選精礦質量造成影響。

從表2可見：礦石中主要鉛礦物為方鉛礦，主要鋅礦物為閃鋅礦，此外還有黃鐵礦和少量黃銅礦；主要脈石礦物為石英、綠泥石等硅酸鹽礦物，還含有方解石、白云石等碳酸鹽礦物。易泥化的綠泥石和碳酸鹽礦物的存在可能會對鉛鋅礦物的回收產生一定影響。

1.2 礦石中鉛鋅的化學物相分析

礦石中鉛、鋅化學物相分析結果見表3。

從表3可見：礦石中鉛、鋅的氧化率均不高，屬于原生硫化鉛鋅礦石，但是其中鉛的氧化率為13.53%，浮選時會對鉛的回收率造成損失。

1.3 礦石中主要礦物的嵌布特征

礦石主要由較粗粒級礦物組成，不僅可見有原生的硫化物礦物，也可見有氧化后形成的次生礦物。礦石中鉛的主要載體礦物為方鉛礦，多呈細粒狀分布，粒度主要分布在0.074～0.020 mm，該粒級分布率高達86.63%，同時還可見礦石中存在一定量的白鉛礦，浸染嵌布于碳酸鹽之中，難以和碳酸鹽分離，這勢必會對鉛的回收產生一定的影響。礦石中鋅的主要載體礦物是閃鋅礦，多呈粒狀或不規則形狀分布，粒度主要分布在0.20～0.020 mm，該粒級分布率高達84.14%，個別鋅礦物的粒度在0.5 mm左右，鋅礦物的粒度較鉛礦物的要粗些。礦石中主要脈石礦物石英、方解石、長石、白云石、綠泥石等大多相互緊密連生，尤其是礦石中的碳酸鹽礦物或易泥化的礦物，如綠泥石可能會對鉛鋅礦物的浮選造成一定的影響，磨礦時應盡量避免泥化現象的產生。礦石的巖礦鑒定結果見圖1。

從圖1可見：閃鋅礦（暗白色）的粒度明顯大于鉛礦物（亮白色）的粒度，同時可見鋅礦物與脈石礦物（暗色或黑色）緊密相互連生；方鉛礦以獨立礦物或交代閃鋅礦存在。

2 試驗方法與藥劑

磨礦采用XMQ-φ240 mm×90 mm錐形球磨機，每次磨礦量為1 000 g，磨礦濃度為60%；浮選時粗選及掃選均選用1.5 L XFD-Ⅲ型實驗室用單槽浮選機，精選選用0.75 L和0.5 L XFD-Ⅲ型實驗室用單槽浮選機，浮選濃度約為25%。

試驗所用的捕收劑乙基黃藥、丁基黃藥、乙硫氮及起泡劑2#油均為工業品，調整劑石灰、硫酸鋅、亞硫酸鈉和硫酸銅均為化學純試劑。

3 試驗結果與討論

參考鉛鋅硫化礦石的浮選實踐，并結合該礦石的性質，先后進行了鉛鋅依次優先浮選、鉛鋅混浮—混合精礦再分離和鉛鋅等可浮浮選方案對比試驗，發現采用鉛鋅依次優先浮選方案對礦石中鉛鋅礦物的浮選回收更為有利，因此，采用優先浮選工藝流程。通過前期浮選探索試驗發現鉛礦物優先浮選時，鋅礦物抑制劑需要在磨礦時加入，以達到足夠的反應時間，并與新暴露的礦物表面充分作用，才能實現對鋅礦物的有效抑制。試驗原則流程如圖2所示。

3.1 磨礦細度試驗

在pH調整劑石灰用量為1 000 g/t、抑制劑硫酸鋅+亞硫酸鈉用量為1 000+1 000 g/t、捕收劑乙基黃藥用量為60 g/t、起泡劑2#油用量為40 g/t條件下，進行磨礦細度試驗，獲得的鉛精礦指標如圖3所示。

從圖3可見：隨著磨礦細度的增加，鉛精礦的Pb品位逐漸降低，Pb回收率略有升高，當-0.074 mm含量超過70%后回收率趨于平穩，鉛精礦中的Zn品位及回收率變化不明顯。綜合考慮，確定磨礦細度為-0.074 mm占70%。

3.2 鉛浮選條件試驗

3.2.1 石灰用量試驗

在抑制劑硫酸鋅+亞硫酸鈉用量為1 000+1 000 g/t、捕收劑乙基黃藥用量為60 g/t、起泡劑2#油用量為40 g/t條件下，進行石灰用量試驗（改變浮選pH），獲得的鉛精礦指標如圖4所示。

從圖4可見，隨著石灰用量的增加，礦漿的pH值升高，所得鉛精礦中的Pb品位略有升高，但是Pb回收率有所下降，從77.06%下降到73.63%，鉛精礦中的Zn品位及回收率均呈下降趨勢。顯然添加石灰并未對鉛的回收有明顯改善，本著盡量少添加藥劑簡化浮選流程的原則，最終確定不添加石灰，直接在自然pH（低堿度）條件下進行浮選。

3.2.2 組合抑制劑用量試驗

硫酸鋅+亞硫酸鈉組合抑制劑作為氰化物的代用品對閃鋅礦有明顯的抑制效果，故在此基礎上分別對硫酸鋅和亞硫酸鈉的用量進行試驗以確定其最佳用量。

3.2.3.1 硫酸鋅用量試驗

在自然pH、抑制劑亞硫酸鈉用量為1 000 g/t、捕收劑乙基黃藥用量為60 g/t、起泡劑2#油用量為40 g/t條件下，進行抑制劑硫酸鋅用量試驗，獲得的鉛精礦指標如圖5所示。

從圖5可見，隨著硫酸鋅用量的增加，鉛精礦中的Pb品位及回收率均沒有明顯變化，但鉛精礦中的Zn品位及回收率均呈現大幅降低的趨勢，當硫酸鋅用量增加到2 000 g/t后，Zn品位及回收率趨于平穩。綜合考慮，確定硫酸鋅用量為2 000 g/t。

3.2.3.2 亞硫酸鈉用量試驗

在自然pH、抑制劑硫酸鋅用量為2 000 g/t、捕收劑乙基黃藥用量為60 g/t、起泡劑2#油用量為40 g/t條件下，進行抑制劑亞硫酸鈉用量試驗，獲得的鉛精礦指標如圖6所示。

從圖6可見，與硫酸鋅用量試驗結果類似，隨著亞硫酸鈉用量的增加，鉛精礦中的Pb品位及回收率均沒有明顯變化，但鉛精礦中的Zn品位及回收率均呈現大幅降低的趨勢，當亞硫酸鈉用量增加到1 000 g/t后，Zn品位及回收率趨于平穩。綜合考慮，確定亞硫酸鈉最佳用量為1 000 g/t。

綜上試驗，最終確定組合抑制劑硫酸鋅+亞硫酸鈉的用量為2 000+1 000 g/t。

3.2.3 鉛捕收劑種類試驗

對于鉛鋅分離的優先浮選流程，鉛粗選時一般采用捕收力弱選擇性強的捕收劑如乙基黃藥、丁基黃藥、乙硫氮等浮選鉛礦物，以此來盡量減少在鉛浮選階段對鋅礦物的捕收［7］。因此本試驗針對以上3種捕收劑及其組合進行了對比試驗。

在自然pH、抑制劑硫酸鋅+亞硫酸鈉用量為2 000+1 000 g/t、捕收劑用量為 60 g/t、起泡劑 2#油用量為40 g/t條件下，進行捕收劑種類試驗，獲得的鉛精礦指標見表4。

從表4可見：乙基黃藥+乙硫氮組合作為鉛的捕收劑時所得鉛精礦中的Pb品位和回收率較高，分別為56.02%和80.73%，且Zn品位和回收率較低，分別為6.40%和11.47%，既能保證鉛礦物的回收，又對同時上浮的鋅礦物有一定選擇性。因此，采用乙基黃藥+乙硫氮組合作為鉛礦物浮選的捕收劑。

3.2.4 鉛捕收劑用量試驗

在自然pH、抑制劑硫酸鋅+亞硫酸鈉用量為2 000+1 000 g/t、起泡劑 2#油用量為 40 g/t條件下，進行捕收劑總用量試驗（固定乙基黃藥與乙硫氮的質量比為1∶1），獲得的鉛精礦指標見圖7。

從圖7可見：隨著捕收劑總用量的增加，鉛精礦中的Pb品位略有下降，但回收率逐漸升高，當用量超過60 g/t后，回收率趨于平穩；鉛精礦中的Zn品位及回收率均呈現明顯升高趨勢。綜合考慮，確定捕收劑總用量為60 g/t，即乙基黃藥+乙硫氮用量為30+30 g/t。

根據以上各條件試驗，確定了鉛浮選的最佳浮選條件及藥劑制度：自然pH、抑制劑硫酸鋅+亞硫酸鈉用量為2 000+1 000 g/t、捕收劑乙基黃藥+乙硫氮用量為30+30 g/t。此外，經過試驗確定了鉛粗選后2精3掃的選鉛流程及藥劑制度。

3.3 鋅浮選條件試驗

閃鋅礦能被多種金屬陽離子活化。如Cu+、Ag+、Cd2+、Hg2+、Hg+、Pb2+等離子均能活化閃鋅礦。這些重金屬離子都能與S2-離子生成比ZnS溶度積更小的硫化物，因此這些重金屬陽離子都是閃鋅礦的有效活化劑，但實踐中常用硫酸銅做活化劑［7］。

3.3.1 硫酸銅用量試驗

在自然pH、鋅捕收劑丁基黃藥用量為100 g/t、起泡劑2#油用量為60 g/t條件下，進行硫酸銅用量試驗，獲得的鋅精礦指標見圖8。

從圖8可見，隨著硫酸銅用量的增加，鋅精礦中的Zn品位略有降低，但是回收率急劇升高，當用量大于500 g/t后趨于平緩。因此，確定硫酸銅用量為500 g/t。

3.3.2 鋅捕收劑用量試驗

相較于鉛浮選，浮選鋅礦物應選擇捕收力較強的捕收劑，常用的有丁基黃藥、異戊基黃藥、丁銨黑藥、Z-200等，由于該礦硫化鋅分布率在97%以上，較易選別，因此選用使用廣泛且經濟的丁基黃藥作為鋅礦物的捕收劑。

在自然pH、硫酸銅用量為500 g/t、起泡劑2#油用量為60 g/t條件下，進行丁基黃藥用量試驗，獲得的鋅精礦指標見圖9。

從圖9可見：隨著丁基黃藥用量的增加，鋅精礦中的Zn品位略有下降，但Zn回收率大幅提高，當用量大于100 g/t后趨于平緩，故確定丁基黃藥最佳用量為100 g/t。

根據以上各條件試驗，確定了鋅浮選的最佳浮選條件及藥劑制度：在自然pH條件下、活化劑硫酸銅用量為500 g/t、捕收劑丁基黃藥用量為100 g/t。此外，經過試驗確定了鋅粗選后2精2掃的浮選流程及藥劑制度。

3.4 閉路試驗

在上述條件試驗及開路試驗的基礎之上進行了全流程閉路試驗，工藝流程見圖10，試驗結果見表5。

從表5可見：采用此優先浮選工藝流程，獲得的鉛精礦指標Pb品位66.45%、Pb回收率84.58%、Zn品位4.91%，達到二級品標準；鋅精礦指標Zn品位59.72%、Zn回收率87.57%、Pb品位0.94%，達到一級品標準。此外，2種產品中銀均有一定程度的富集，其中鉛精礦Ag品位266 g/t、Ag回收率40.57%，鋅精礦Ag品位304 g/t、Ag回收率47.41%。

4 結論

（1）甘肅某硫化鉛鋅礦石中主要有用礦物為方鉛礦、白鉛礦、閃鋅礦及黃鐵礦，其中硫化鉛礦物中的鉛占86.47%，硫化鋅礦物中的鋅占97.36%；脈石礦物主要成分有石英及碳酸鹽礦物。由于白鉛礦部分包裹于碳酸鹽礦物中，對鉛礦物的回收有一定影響。

（2）通過條件試驗確定了在自然pH，磨礦細度-0.074 mm占70%下，采用硫酸鋅+亞硫酸鈉為鋅礦物的抑制劑、乙基黃藥+乙硫氮為鉛礦物的捕收劑，經1粗2精3掃可實現鉛礦物的回收；浮鉛尾礦采用硫酸銅為鋅礦物活化劑、丁基黃藥為鋅礦物捕收劑，經1粗2精2掃可實現鋅礦物的回收。全流程閉路試驗獲得了Pb品位和回收率分別為66.45%、84.58%的二級品鉛精礦及Zn品位和回收率分別為59.72%、87.57%的一級品鋅精礦，選別效果良好，為該礦石的工業開發利用奠定了基礎。