磨礦和浮選工藝的發展在多金屬硫化礦分離的應用

張文乾

（甘肅金徽礦業有限責任公司，甘肅 隴南 746000）

復雜多金屬硫化礦是提取有色金屬材料的重要礦產資源，磨礦和浮選工藝是獲取精礦的主要方法，隨著礦產資源的發展，磨礦和浮選工藝的重要性日益明顯，同時也是目前礦物工程技術領域中被應用最廣泛的一項工藝方法。礦石在磨礦的過程中，受到磨碎的作用，組成礦石的各類型礦物之間的機械性質存在著較大的差異，進而使得礦石在磨碎的過程中呈現出不同的磨碎行為[1]。礦石中礦物硬度越大，被磨碎的程度越小，產品的粒數越粗，反之礦物硬度越小，被磨碎的程度越大，產品的粒數越細，這一現象也被稱之為礦物的選擇性磨礦現象。由于礦產資源中富含多種礦物，并且礦物與礦物之間的性質也各不相同，因此磨礦工藝是礦山選礦作業中常見的工藝手段。在復雜多金屬硫化礦的選礦作業中除了運用磨礦工藝外，大多數選別與分離還結合了浮選工藝。其主要原理是利用硫化礦物之間的表面潤濕性差異，采用人工添加浮選藥劑的形式對礦石進行浮選和分離。硫化物在復雜多金屬礦中至少有兩種或兩種以上的致密共生礦石[2]。在多數復雜多金屬硫化礦中，由于某一部分礦物浮游性質十分接近，因此礦物之間的嵌布十分緊密，氧化更加嚴重，并且含泥量更多，礦物的回收利用更加復雜，為此對我國復雜多金屬硫化礦的磨礦及其浮選工藝進行深入的研究。

1 我國復雜多金屬硫化礦的磨礦研究

1.1 磨礦機械選擇

現有針對礦山礦物分離的磨礦機械包括棒磨機、振動磨機、自磨機、半自動磨機以及球磨機等。不同的磨礦機械工作原理不同，針對我國復雜多金屬硫化礦的特性，可選擇振動磨機或球磨機。

振動磨機的工作原理是通過振動源產生的不平衡周期性作用力帶動整個磨礦機械運動，在磨礦機筒中的礦物及介質可直接或通過其它介質礦物接受來自磨礦機筒的運動，將自身的運動傳遞到其它礦物或介質中，使得礦物與介質作為一個整體達到最佳的振動狀態，并進行細小的跳動[3]。通過相互碰撞，并結合電機轉向相反的公轉作用，使礦物和介質、物料與物料之間、介質與介質之間具備沖擊、研磨以及剪切的作用。

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

球磨機的工作原理是通過滾筒帶動筒內的鋼珠進行運動，當筒內的鋼珠被提升到一定高度時會產生自由拋落或沿著其它鋼珠堆砌的斜坡滾落，而在這一過程中完成對球磨機內礦物的沖擊和研磨，達到磨碎礦物的效果。球磨機對礦物產生的磨礦效果時通過球磨機內部的磨礦介質運動實現，對于球磨機內部鋼珠的沖擊使得礦物被磨碎，而在磨碎時鋼珠與礦物之間呈點接觸的形式，在接觸點上更加容易形成對礦物高度集中、破碎作用力強的應力，礦物更容易被磨碎，但接觸點上的破碎作用力的精確性較差，容易造成物料粉碎過度的現象發生，因此在實際磨礦時應當定時對球磨機筒內的礦物進行觀察，當達到預期效果后，應當及時停止球磨機對礦物進行磨礦。

1.2 磨礦參數設置

針對我國復雜多金屬硫化礦的磨礦作業，除了選擇合適的磨礦機械外，還應當對其各項參數進行設置，磨礦參數設置主要包括對磨礦時間的設置、磨礦濃度的設置、填充率設置等[4]。

其中，磨礦時間的設置主要會影響礦物的磨礦后產品的粒度，通常情況下，磨礦產品會隨著磨礦時間的增加粒度逐漸減小。而礦粒的機械強度又會隨著粒度的減少而逐漸增加。當礦物的粒度較粗時，機械強度較低，更容易進行磨礦；當礦物的粒度較細時，機械強度較高，磨礦難度更高。因此，磨礦時間較長會造成磨礦效果減弱，容易造成礦物的過粉碎現象。

磨礦濃度主要影響礦漿的粘度以及流動性，影響磨礦介質的破碎力和礦物被磨時間的長短，最終影響礦物在磨機中的磨礦效果。當磨礦濃度較高時，磨礦機筒內的礦漿粘性較大，流動性較差，筒內介質受到礦漿浮力的影響阻力變大，導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，礦粒數較多。

同時在實際磨礦作業中，磨礦機筒內會有一層礦漿覆蓋在鋼球的表面，這一部分的礦漿為罩蓋層。當罩蓋層出現后會進一步影響磨礦機筒內介質與介質之間、介質與礦物之間以及介質與襯板之間的接觸，影響到礦物的磨礦效果。隨著礦漿濃度的增加，介質表面的罩蓋層變得更厚，當介質與介質碰撞的過程中，罩蓋層中的礦粒被粉碎的幾率增加，提高磨礦的效果。

填充率主要是針對介質而言，是指磨礦介質在磨礦機筒內的堆積體積與所占磨礦機的有效容積的百分數，下圖為磨礦機筒內介質充填率示意圖。

圖1 磨礦機筒內介質充填率示意圖

磨礦機筒內介質的充填率計算公式為：

公式1中，P表示為磨礦機筒內介質充填率；V1表示為磨礦機筒內有效體積；V2表示為磨礦機筒內介質所占的體積；S1表示為磨礦機筒內有效斷面面積；S2表示為磨礦機筒內介質所占的有效斷面面積。在其他外界條件不變的情況下，提高磨礦機筒內介質的充填率，可有效提高磨礦機筒內對礦物磨碎的有效介質數目，進一步增加磨礦機的生產效率[5]。但在實際磨礦作業中，設置磨礦機筒的填充率和填充介質顆粒大小為固定值，只改變球磨機的轉速大小，分別設置為0.8rad、1.0rad、1.2rad和1.4rad，對過程進行模擬，介質充填率過高會造成介質堆積現象出現，降低了介質的拋離點和拋落點之間的距離，減少了介質的有效沖擊高度，磨礦機筒體轉速對筒體扭矩、筒體載荷、筒體磨損、顆粒碰撞數、顆粒接觸數、顆粒所受載荷均有影響。

2 我國復雜多金屬硫化礦浮選工藝研究進展

這部分我國復雜多金屬硫化礦浮選工藝研究主要針對浮選過程中的藥劑選擇、工藝制備以及設備選擇等方面的內容。

通過對潤濕作用的物理、化學特性以及礦物礦粒可浮性之間的關系研究得出，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濕程度決定。不僅是吸附在礦粒表面的捕收劑數量會影響我國復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物的化學性質也會影響金屬硫化礦物的浮選效果。

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

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

通過對天然多糖古爾膠在多金屬礦中的作用研究得出，當氫離子濃度指數為12.5、11、10.5和8.5時，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，同時得出硫化礦物的等電點位于氫離子濃度指數在4.5以下。而溶解結果得出，從礦化物表面可溶解出相應的金屬離子。當天然多糖古爾膠存在時，金屬離子的濃度降低，因此說明在這一過程中發生了化學反應。在對多金屬硫化礦進行浮選時，采用硫酸銅活化后十二胺陽離子作為捕收劑浮選，在廣泛的氫離子濃度指數范圍內，十二胺鹽酸鹽的濃度設定在10-4mol/LDDA，可以得到更好的浮選效果。十二胺陽離子是多金屬硫化礦的強捕收劑，強氧化劑的踐行介質對多金屬硫化礦的可浮性影響不大。同時隨著氫離子濃度指數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。

在浮選過程中存在石灰的情況下，氫離子濃度指數大于13時，礦漿充氣較為容易，尤其是利用過氧化氫氧化時，多金屬硫化礦中的陽離子浮選性被抑制。在硫化鈉存在時，多金屬硫化礦經過氧化后在強堿性介質氫離子濃度指數大于13的條件下，選用十二胺陽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境對多金屬硫化礦表面性質抑制作用的各項因素，采用分子力場中的萬能力場方法，對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力學分析，并對吸附能及吸附質量云圖進行比較得出，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物產生了SO42-等離子作用形成了難溶于水的親水表面產物，通過對氫氧根離子的控制可以對浮選工藝中的電位進行有效的調控。

通過氧氣調漿、選擇適當的捕收劑以及添加選擇性聚合物抑制劑，均可有效提高復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比羰基取代的聚丙烯酰胺有著較強的抑制作用。通過上述三種方法的實施均可以通過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。由于氧的存在對于復雜多金屬硫化礦的可浮選性有著較強的影響，因此在使用黃藥類捕收劑浮選多金屬硫化礦時，應在礦漿中添加少量的H2O2，解決浮選過程中出現礦漿缺氧的問題。

3 結語

復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。

本文通過對我國復雜多金屬硫化礦的磨礦及其浮選工藝研究進展進行探索。當前新型藥劑的開發和應用解決了較多難選多金屬硫化礦磨礦及浮選中存在的問題，為選礦廠帶來了巨大的經濟效益。但同時理論方面的研究進展較緩，有待進行更加深入的研究和探索。

在礦產資源逐漸枯竭的今日，在復雜對金屬硫化礦日益趨向細、雜的今天，必須不斷加強對其理論的研究，并開發出更多高效的磨礦機械和浮選藥劑，從而更加快速的實現礦產資源的回收和再利用。