某選金尾礦中綜合回收重晶石試驗(yàn)研究

羅思崗，趙志強(qiáng)，胡楊甲，趙 杰

(礦冶科技集團(tuán)有限公司礦物加工科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102628)

重晶石的主要成分是硫酸鋇(BaSO4)，屬于硫酸鹽類礦物，比重大(4.2～4.6)、充填性能良好、化學(xué)性質(zhì)和熱力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不溶于水和酸、無(wú)毒、可吸收X射線，是一種重要的非金屬礦產(chǎn)資源。重晶石應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，主要用途是作為油氣鉆井中泥漿的加重劑，占比在80%以上，其次是生產(chǎn)高附加值的鋇化合物作為鋇化工原料。重晶石屬于我國(guó)優(yōu)勢(shì)礦產(chǎn)，資源儲(chǔ)量、年生產(chǎn)量和出口量均居世界首位，在國(guó)際市場(chǎng)上具有重要地位[1]。

重晶石的回收方法主要有手選、重選、磁選和浮選等，從尾礦中回收重晶石受到前段工藝流程和磨礦細(xì)度的限制，一般以浮選為主，有些采用重選回收或者重浮聯(lián)合工藝回收。針對(duì)重晶石-石英-方解石型礦石的分離工藝主要有兩種：①單一浮選工藝，一般采用水玻璃等抑制石英和方解石等脈石礦物，選用烷基硫酸鹽類、脂肪酸類等陰離子捕收劑作為重晶石的捕收劑，采用粗選和多次精選的浮選流程獲得重晶石精礦；②浮選-重選聯(lián)合工藝，首先加入水玻璃和捕收劑，經(jīng)過(guò)浮選脫除石英，然后利用重晶石比重大的特點(diǎn)，采用重選獲得重晶石精礦[2-3]。張麗軍等[4]利用直接浮選工藝對(duì)某選銅尾礦中重晶石進(jìn)行綜合回收，采用碳酸鈉、硅酸鈉等調(diào)整劑和陰離子捕收劑進(jìn)行浮選，獲得BaSO4品位為95.76%、回收率為82.21%的重晶石精礦；高揚(yáng)等[5]對(duì)陜西某沉積型重晶石礦進(jìn)行重晶石浮選試驗(yàn)研究，采用一次粗選五次精選，獲得重晶石精礦BaSO4品位為96.98%，回收率為80.22%的良好指標(biāo)；崔長(zhǎng)征等[6]針對(duì)青海某鉛鋅尾礦中的重晶石采用浮選-重選聯(lián)合工藝流程進(jìn)行綜合回收，選擇水玻璃作為抑制劑，十二烷基硫酸鈉作為捕收劑，對(duì)浮選精礦采用搖床進(jìn)行精選，試驗(yàn)獲得了BaSO4品位為90.18%、回收率為52.45%的重晶石精礦。國(guó)外學(xué)者對(duì)重晶石礦選礦也有類似的研究，MOLAEI等[7]對(duì)Mehdi-Abad重晶石礦進(jìn)行了跳汰重選和浮選的綜合對(duì)比，采用十二烷基硫酸鈉為捕收劑、硅酸鈉為抑制劑在pH值為9的條件下獲得的浮選指標(biāo)(重晶石精礦密度4.31 g/cm3、回收率94%)優(yōu)于重選指標(biāo)(重晶石精礦密度3.94 g/cm3、回收率90%)；此外，BHASKAR等[8]研究了低品位重晶石與片巖、板巖矸石的選礦工藝，采用胺類捕收劑進(jìn)行反浮選，可獲得重晶石品位為95%，重晶石回收率為85%的較好指標(biāo)。本文針對(duì)某選金尾礦進(jìn)行重晶石的綜合回收試驗(yàn)研究，為礦山綜合回收尾礦中的重晶石提供科學(xué)依據(jù)。

1 礦樣性質(zhì)

試樣是金礦石經(jīng)過(guò)全硫化物浮選和浮選尾礦氰化浸金之后的尾礦，試樣的化學(xué)成分分析見表1。通過(guò)對(duì)試樣進(jìn)行X-射線衍射分析、顯微鏡及掃描電鏡考查，并結(jié)合化學(xué)成分分析，查明該試樣中主要礦物分別為石英、重晶石、白云母、黑云母、正長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、白云石和方解石，還有少量的高嶺石和褐鐵礦，其中石英約占35.76%、重晶石約占29.20%、云母(白云母和黑云母)約占17.52%、長(zhǎng)石(正長(zhǎng)石和斜長(zhǎng)石)約占5.80%。試樣的粒度組成及其重晶石在各粒級(jí)中的分布見表2。粗粒重晶石裂隙或粒間常常可見石英、云母、白云石等呈粗細(xì)不均的粒狀或不規(guī)則狀嵌布其中；部分重晶石呈粒狀、脈狀或不規(guī)則狀嵌布于石英、云母及白云石等脈石礦物粒間。對(duì)試樣中重晶石的單體解離度進(jìn)行了測(cè)定，該試樣細(xì)度為-0.074 mm占75%，統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，重晶石的單體解離度為83.25%，單體解離較為充分。

表1 試樣的化學(xué)成分分析結(jié)果Table 1 Results of chemical composition analysis for the sample

表2 試樣的粒度組成Table 2 Particle size composition of the sample

影響重晶石回收的礦物學(xué)因素為：礦石中云母等黏土質(zhì)礦物含量較高，對(duì)重晶石的浮選回收會(huì)造成不利影響，將影響重晶石精礦的品質(zhì)。

2 原則工藝流程確定

工藝礦物學(xué)研究結(jié)果表明，在細(xì)度-0.074 mm占75%的條件下，重晶石體單體解離較為充分，入選前不需要再磨；以硫化礦物形式存在的硫(例如黃鐵礦)進(jìn)入重晶石精礦將會(huì)影響精礦的品質(zhì)，一般在選別重晶石前進(jìn)行脫硫，考慮到前期金浮選時(shí)采用了全硫化物浮選，在重晶石選別流程前不再進(jìn)行浮選脫硫。

針對(duì)此礦石，進(jìn)行了搖床重選回收重晶石和直接浮選重晶石等兩個(gè)工藝方案的探索試驗(yàn)對(duì)比，試驗(yàn)結(jié)果表明，重選可以獲得合格的重晶石精礦，BaSO4品位為92.56%，但回收率只有35%左右；浮選工藝方案采用碳酸鈉(1 000 g/t)和水玻璃(500 g/t)作為調(diào)整劑，十二烷基硫酸鈉(150 g/t)和油酸鈉(50 g/t)作為捕收劑，經(jīng)過(guò)一次粗選和三次精選，可以獲得BaSO4品位為90.28%、回收率為65.02%重晶石精礦(表3)。

表3 工藝方案試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比Table 3 Comparison of test results of process scheme

搖床重選獲得的重晶石精礦BaSO4品位較高，但回收率太低；浮選可以獲得較高的回收率，但提高重晶石BaSO4品位有難度；考慮到從尾礦中回收重晶石，工藝流程不宜過(guò)于復(fù)雜，因此不考慮采用浮選-重選聯(lián)合工藝，確定采用直接浮選回收重晶石，從浮選工藝流程配置和藥劑制度方面尋求提高重晶石BaSO4品位的途徑。

3 研究方法與設(shè)備

試驗(yàn)研究采用XFD系列單槽浮選機(jī)進(jìn)行浮選，容積分別為3.0 L、1.5 L和1.0 L。試驗(yàn)用水為北京自來(lái)水，試驗(yàn)所用浮選藥劑碳酸鈉、水玻璃、六偏磷酸鈉、十二烷基硫酸鈉和油酸鈉均為工業(yè)純，BK409G和BK410為礦冶科技集團(tuán)有限公司針對(duì)重晶石、螢石等研發(fā)的高效捕收劑，水玻璃和六偏磷酸鈉配成溶液加入，碳酸鈉、BK409G和BK410直接加入。

4 試驗(yàn)結(jié)果與討論

4.1 碳酸鈉用量試驗(yàn)

文獻(xiàn)資料表明，重晶石礦物在弱堿性條件下可浮性較好，同時(shí)弱堿性浮選環(huán)境也有利于水玻璃抑制石英等脈石礦物，因此選擇碳酸鈉作為調(diào)整劑，脈石抑制劑采用水玻璃(500 g/t)、十二烷基硫酸鈉(150 g/t)和油酸鈉(50 g/t)作為組合捕收劑，碳酸鈉用量對(duì)重晶石粗選指標(biāo)的影響關(guān)系曲線見圖1。

圖1 碳酸鈉用量對(duì)重晶石粗選指標(biāo)的影響關(guān)系曲線Fig.1 Influence curves of sodium carbonate dosage on barite roughing

由圖1可知，隨著碳酸鈉用量的增加，重晶石粗精礦中BaSO4的回收率呈升高趨勢(shì)，而BaSO4的品位變化不明顯，當(dāng)碳酸鈉用量大于500 g/t時(shí)，BaSO4的回收率趨于平穩(wěn)，綜合考慮，碳酸鈉用量以500 g/t為宜，pH值為9左右。

4.2 脈石抑制劑用量試驗(yàn)

由工藝礦物學(xué)研究可知，主要脈石礦物為石英和云母類，此類脈石礦物有效的抑制劑為水玻璃和六偏磷酸鈉等，水玻璃和六偏磷酸鈉用量對(duì)重晶石粗選指標(biāo)的影響關(guān)系曲線見圖2和圖3。

圖2 水玻璃用量對(duì)重晶石粗選指標(biāo)的影響關(guān)系曲線Fig.2 Influence curves of sodium silicate dosage on barite roughing

圖3 六偏磷酸鈉用量對(duì)重晶石粗選指標(biāo)的影響關(guān)系曲線Fig.3 Influence curves of sodium hexametaphosphate dosage on barite roughing

由圖2可知，水玻璃對(duì)脈石礦物有較好的抑制作用，水玻璃用量從0 g/t增加到500 g/t，重晶石精礦的BaSO4的品位和回收率都明顯提高，繼續(xù)增加水玻璃用量，重晶石精礦的BaSO4的品位提高不明顯，其回收率顯著降低，可見添加過(guò)量的水玻璃會(huì)對(duì)重晶石產(chǎn)生抑制作用，綜合考慮，水玻璃用量以500 g/t為宜。

由圖3可知，六偏磷酸鈉對(duì)脈石礦物也有較好的抑制作用，隨著六偏磷酸鈉用量的增加，重晶石粗精礦的BaSO4的品位有明顯的增加，但其回收率呈下降趨勢(shì)，添加過(guò)量的六偏磷酸鈉也對(duì)重晶石產(chǎn)生了抑制作用，因此，六偏磷酸鈉的用量以50 g/t為宜。

4.3 捕收劑種類試驗(yàn)

重晶石捕收劑包括脂肪酸類、烷基硫酸鹽類、石油磺酸鹽類、膦酸鹽類、胺類、胺基烷基膦酸類以及組合捕收劑[3]等，本次試驗(yàn)選擇十二烷基硫酸鈉(SDS)、油酸鈉、十二烷基硫酸鈉+油酸鈉、BK409G和BK410等藥劑進(jìn)行捕收劑種類試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

由圖4可知，油酸鈉和BK410的選擇性較好，可以獲得較高的BaSO4品位，但回收率較低；十二烷基硫酸鈉+油酸鈉和BK409G的捕收能力較強(qiáng)，可以獲得較高的BaSO4回收率，綜合考慮品位和回收率，選擇BK409G作為浮選重晶石的捕收劑。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了BK409G的用量試驗(yàn)和一次粗選工藝流程和兩次粗選工藝流程的對(duì)比試驗(yàn)，最終確定采用兩次粗選工藝流程，兩次粗選捕收劑用量分別為300 g/t和200 g/t。

4.4 精選條件試驗(yàn)

兩次粗選獲得的重晶石粗精礦BaSO4品位為60%左右，探索試驗(yàn)開路三次精選獲得的重晶石精礦BaSO4品位只有90%，提高BaSO4品位的難度較大，選擇合適的脈石抑制劑是關(guān)鍵，因此選擇水玻璃、六偏磷酸鈉、水玻璃+六偏磷酸鈉、精制水玻璃進(jìn)行了精選抑制劑種類對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖5。

圖4 捕收劑種類試驗(yàn)結(jié)果Fig.4 Results of collector type test

圖5 抑制劑種類對(duì)重晶石精選的影響Fig.5 Influence curves of depressor type on barite cleaning

由圖5可知，與水玻璃和六偏磷酸鈉相比，精制水玻璃對(duì)脈石的抑制效果更好，在作業(yè)回收率大致相同的情況下，采用精制水玻璃一次精選獲得的重晶石精礦BaSO4品位與其他抑制劑相比提高2～3個(gè)百分點(diǎn)，因此精選脈石抑制劑選擇精制水玻璃，其用量試驗(yàn)研究表明，精選Ⅰ精制水玻璃用量選擇150 g/t。

4.5 浮選閉路試驗(yàn)

在條件試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了兩次粗選、兩次掃選、四次精選、中礦順序返回的閉路試驗(yàn)，試驗(yàn)獲得產(chǎn)率為29.22%的重晶石精礦，其重晶石的BaSO4品位為89.59%，回收率為88.13%，重晶石精礦品位未達(dá)到90%以上的要求。通過(guò)分析閉路試驗(yàn)數(shù)質(zhì)量流程發(fā)現(xiàn)，精選Ⅰ的中礦產(chǎn)率達(dá)到29.40%，其BaSO4品位為25%以上，中礦循環(huán)量過(guò)大，這是由于礦石中云母類黏土質(zhì)礦物含量較高，在中礦中循環(huán)累積，惡化了浮選過(guò)程，導(dǎo)致精選效率大幅降低，因此需要改變工藝流程結(jié)構(gòu)，對(duì)精選Ⅰ的中礦進(jìn)行兩次精掃選后產(chǎn)出小尾礦，讓流程中的云母類黏土質(zhì)礦物盡早進(jìn)入尾礦，減少對(duì)重晶石精選的影響。

采用兩次粗選、四次精選和精選Ⅰ尾礦進(jìn)行兩次精掃選的工藝流程再次進(jìn)行了閉路試驗(yàn)，試驗(yàn)流程和藥劑制度見圖6，閉路試驗(yàn)可獲得重晶石精礦的BaSO4品位為91.14%，回收率為85.84%(表4)，重晶石精礦質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果見表5，結(jié)果表明重晶石精礦產(chǎn)品達(dá)到了石油鉆井用重晶石粉的質(zhì)量要求，實(shí)現(xiàn)了該尾礦中重晶石的綜合回收。

表4 浮選閉路試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Results of locked-cycle test

表5 重晶石精礦產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果Table 5 Quality test results of the barite concentrate

圖6 浮選閉路試驗(yàn)流程Fig.6 Flowsheet of locked-cycle test

5 結(jié) 論

1) 該選金尾礦中主要礦物分別為石英、重晶石、白云母、黑云母、正長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、白云石和方解石，還有少量的高嶺石和褐鐵礦，屬于重晶石-石英型礦石，其中有用礦物重晶石的含量為29.20%；重晶石整體結(jié)晶粒度較粗，在選金尾礦細(xì)度-0.074 mm占75%的條件下，重晶石體單體解離較為充分。

2) 采用兩次粗選、四次精選和精選Ⅰ尾礦進(jìn)行兩次精掃選的工藝流程獲得了重晶石精礦BaSO4品位為91.14%、回收率為85.84%的較好指標(biāo)。

3) 試驗(yàn)所采用的工藝流程和藥劑制度對(duì)云母類等黏土質(zhì)礦物(或易浮脈石)含量較高的重晶石資源提供了很好的借鑒；所采用的新型捕收劑BK409G對(duì)重晶石具有較好的捕收能力。