柱機聯合工藝在湖南某低品位白鎢礦浮選中的應用

紀道河， 李景超， 馬子龍， 程煒

1.湖南有色黃沙坪礦業有限公司，湖南 郴州 424421；2.中國礦業大學，江蘇 徐州 221000；3.江蘇中浮礦業科技有限公司，江蘇 徐州 221000

1 緒論

鎢是一種戰略金屬，在工業生產、國防建設以及高新技術中都發揮了不可替代的作用[1,2],極大地促進了國家電子工業、化學工業以及汽車工業等行業的發展和進步[3]。我國鎢礦以白鎢礦為主，黑鎢礦和黑白混合鎢礦為輔，其中矽卡巖型白鎢礦占鎢礦總儲量的60%以上，是最具有經濟價值的礦床[4,5]。其普遍特點是原礦品位低、組分復雜、嵌布粒度較細、精礦回收率低，開采成本和選礦成本較高[6]。

旋流-靜態微泡浮選柱(FCSMC)是一種針對細粒/微細粒礦物分選的高效浮選設備，具有精礦品位高、回收效果好、節省投資、節能降耗等優勢[7-9]，目前已在許多難選金屬礦如鎢礦、鉬礦、銅鎳礦等的浮選中得到了應用[10-13]。湖南某低品位白鎢礦選廠采用“一粗五精三掃”的全浮選機浮選工藝流程，最終獲得的鎢精礦回收率僅為50%，存在生產流程長、分選效率低、資源浪費嚴重等問題。因此，針對上述問題，本次試驗在粗選和精選階段采用FCSMC浮選柱，同時為保證粗粒級的回收，在掃選段采用浮選機，形成“FCSMC浮選柱+浮選機”的聯合分選工藝，從而解決該白鎢礦選廠流程長、回收率低和能量消耗大的問題，并為旋流-靜態微泡浮選柱在低品位，嵌布粒度細的白鎢礦山的大規模工業應用提供技術參考依據。

2 礦石性質

本次白鎢礦浮選試驗的樣品為黃沙坪選廠混浮鉬鉍后的尾礦，-0.074 mm粒級占比85%左右。

2.1 樣品化學組成和礦物組成

首先對樣品進行了多元素化學分析及物相分析，其結果分別如表1和表2所示。

表1 多元素化學分析結果

表2 礦物物相分析結果

由表1和表2分析結果可知，樣品中鎢、鉬和鉍為可回收利用的有價金屬。另外，該礦中含有大量的螢石，脈石礦物以鈣鐵榴石、透輝石等硅酸鹽礦物及方解石、長石為主。

2.2 給礦粒度及礦物解離度分析

對樣品進行了篩析，同時在顯微鏡下測定了白鎢礦的解離度。篩分結果和白鎢礦解離度測定結果如表3所示。

表3 粒度及解離度測定結果

由表3可以看出，樣品中-0.074 mm粒級產率為87.69%，且該粒級鎢的平均品位較高，白鎢礦主要分布于-0.074 mm粒級中，該粒級鎢分布率達到92.08%。在此磨礦細度下，白鎢礦的總解離度達到95%以上，因此，進行后續浮選時不需要進一步磨礦。

3 試驗設備、藥品、方法及流程

本次試驗設備主要采用中國礦業大學旋流-靜態微泡浮選柱及XFD型浮選機，整體系統包括調漿設備、液位控制裝置、給礦泵、循環泵、浮選柱和浮選機。“柱機聯合工藝”系統主要采用1 臺Φ100×2000 mm FCSMC、1 臺Φ80×2000 mm FCSMC，以及4臺型號為XFD-7L的浮選機等設備；“全浮選機工藝”系統主要采用6臺型號為XFD-7L，2臺型號為XFD-5L的浮選機；“全浮選柱工藝”系統主要采用3臺Φ100×2 000 mm FCSMC、1 臺Φ80×2 000 mm FCSMC設備。

旋流-靜態微泡浮選柱由柱分離段、旋流分離段及管流礦化段三部分組成[14]，其結構如圖1 所示。

圖1 旋流-靜態微泡浮選柱結構

柱分離段采用逆流碰撞礦化的浮選原理，在低紊流的靜態分選環境中實現微細物料的分選，在整個柱分選方法中起到粗選與精選作用；旋流分離包括按密度的重力分離以及在旋流力場背景下的旋流浮選，它不僅提供了一種高效礦化方式，而且使得浮選粒度下限大大降低，浮選速度大大提高；管流礦化利用了射流原理，通過引入氣體以及粉碎成泡，在管流中形成循環中礦的氣固液三相體系并實現了高度紊流礦化。管流礦化沿切線方向與旋流分選相連，形成中礦的循環分選。

旋流—靜態微泡浮選柱將柱分離、旋流分離、高度紊流礦化有機地結合起來，實現了物料的梯級優化分選。

浮選藥劑采用選廠原有的藥劑制度，即以硝酸鉛+MTC為捕收劑，以硫酸鋁和水玻璃為抑制劑。其中MTC 為中南大學研發的新型羥肟酸類捕收劑，預先與Pb2+混合，與傳統的先以Pb2+作為活化劑，再加入苯甲羥肟酸作為捕收劑相比，可顯著提高對白鎢礦的選擇性捕收能力。

試驗過程與現場生產同步進行，蠕動泵從現場攪拌桶抽取給礦樣品進行分選，首先將礦漿在攪拌桶中預先攪拌分散，然后向礦漿中加入藥劑混合，混合后的礦漿經蠕動泵給入浮選設備開始浮選過程，其中“柱機

聯合工藝”粗選和精選段的作業通過FCSMC浮選柱進行浮選，掃選段作業通過XFD型浮選機完成。在實際操作過程中發現，由于精礦產率太小，以及現場設備條件的制約，故只能做到一次精選。為證明“柱機聯合工藝”的優勢，在相同的工藝流程和藥劑制度下，與“全浮選機工藝”及“全浮選柱工藝”的浮選效果進行了對比。具體的試驗流程圖如圖2所示。

圖2 浮選試驗流程圖

4 柱機聯合試驗

由于新工藝采用了FCSMC浮選柱進行粗選和精選段的作業，與浮選機的結構和礦化能力存在較大差異，因此需要對新系統的浮選時間與捕收劑用量等參數進行優化。

4.1 處理量試驗

處理量決定浮選時間，浮選時間過長會造成選礦成本增加，降低經濟效益，過短則會導致礦物無法充分礦化，精礦回收率低。固定捕收劑用量為硝酸鉛和MTC各1 000 g/t，硫酸鋁用量為450 g/t，水玻璃用量為500 g/t，以處理量為變量進行條件試驗，試驗結果見圖3。

圖3 處理量試驗結果

由圖3可以看出，隨著處理量的增加，鎢精礦品位不斷升高，回收率不斷降低，尤其當處理量超過25 kg/h時，鎢精礦品位迅速由13.11%增加到16.12%，回收率由80.73%迅速下降到67.77%，綜合考慮鎢精礦品位、回收率和設備處理能力后，確定適宜的處理量為25 kg/h。

4.2 捕收劑用量試驗

MTC作為羥肟酸類捕收劑，同時具有起泡性能，與硝酸鉛混合，對白鎢礦有較好的選擇性。固定試驗條件為：原礦處理量為25 kg/h，硫酸鋁用量為450 g/t，水玻璃用量為500 g/t，同時改變捕收劑MTC和硝酸鉛用量(質量比11)，即當捕收劑用量為1 000 g/t時，代指MTC和硝酸鉛用量各為1 000 g/t，試驗結果如圖4所示。

由圖4可以看出，隨著捕收劑用量的增加，鎢精礦的品位由21.33%降低到12.81%，回收率則由59.16%升高到86.12%，尤其當捕收劑用量由800 g/t增加到900 g/t時，鎢精礦的回收率下降幅度較大，這是因為隨著捕收劑用量的不斷加大，藥劑的捕收能力和起泡能力過強，使得許多脈石礦物也與捕收劑發生作用并進入到精礦產品中，導致鎢精礦產率增大，品位下降。在綜合考慮精礦品位和回收率后，選擇捕收劑硝酸鉛和MTC各900 g/t為最佳捕收劑用量。

圖4 捕收劑用量試驗結果

4.3 水玻璃用量試驗

該白鎢礦中脈石礦物(石英、硅酸鹽礦物)含量較多，需要探究適合的水玻璃用量，進而提高精礦的鎢品位[15]。在處理量25 kg/h、捕收劑用量900 g/t、硫酸鋁用量450 g/t的條件下，進行水玻璃合適用量的探索試驗，試驗結果如圖5所示。

圖5 水玻璃用量對浮選的影響

由圖5可知，隨著水玻璃用量的增加，精礦中的鎢品位不斷升高，而鎢回收率呈現先升高后降低的趨勢。適量的水玻璃可有效抑制脈石礦物的上浮，并有利于白鎢礦的浮選分離，而過量的水玻璃會抑制白鎢礦的浮選。當水玻璃用量為600 g/t時，白鎢礦的浮選效果較好，可得到鎢品位15.89%、鎢回收率77.85%的鎢精礦。因此，水玻璃用量采用600 g/t較為合適。

4.4 穩定試驗

根據條件試驗結果，選取處理量25 kg/h、捕收劑900 g/t、硫酸鋁用量450g/t、水玻璃600 g/t的浮選條件進行了穩定試驗，試驗結果如表4所示。

表4 穩定試驗結果

由表4可以看出，在最佳試驗條件下，尾礦鎢平均指標為0.04%，比工業現場0.08%的尾礦指標低50%，鎢回收率可達79.02%。因此，“柱機聯合工藝”有效促進了該白鎢礦的高效分選。

4.5 不同浮選工藝對比試驗

在前面確定的最佳試驗條件下，分別對比了“浮選機工藝”、“浮選柱工藝”和“柱機聯合工藝”的分選效果。三種浮選工藝的浮選指標如表5所示。

表5 不同浮選工藝的浮選效果對比

由表5可以看出，“浮選機工藝”和“浮選柱工藝”的鎢回收率均低于“柱機聯合工藝”。這是因為浮選機對粗粒級礦物的回收能力較強而對細粒級礦物的回收能力不足，浮選柱對細粒級礦物的回收能力較強而對粗粒級礦物的回收能力欠佳，“柱機聯合工藝”可同時強化粗粒級和細粒級白鎢礦的回收，因此具有較好的浮選效果。

5 尾礦篩析結果

為了分析不同浮選工藝下白鎢礦分選效果差異化的原因，對浮選尾礦進行了篩析，結果如表6所示。

表6 尾礦篩分結果

從表6中可以看出，浮選機尾礦中+0.074 mm和-0.074 mm粒級白鎢礦的分布率分別為4.98%和95.02%，粗粒級白鎢礦得到了充分回收，而微細粒白鎢礦的回收效果較差，從而導致浮選機最終精礦的鎢回收率低。浮選柱尾礦中+0.074 mm和-0.074 mm粒級白鎢礦的分布率分別為30.51%和69.49%，浮選柱強化了微細粒白鎢礦的回收，但損失了部分粗粒級白鎢礦。“柱機聯合工藝”尾礦中各粒級的鎢品位均小于0.06%，說明“柱機聯合工藝”對該白鎢礦的浮選效果較好，相比于僅采用浮選機或浮選柱工藝具有顯著優勢。

6 結論

(1)該給礦中脈石礦物以鈣鐵榴石、透輝石等硅酸鹽礦物及方解石、長石為主。目的礦物主要分布于-0.074 mm粒級中，該粒級鎢分布率達到92.23%，-0.074 mm粒級產率為87.69%，白鎢礦總解離度達到95%以上。

(2)采用“一粗一精二掃”的柱機聯合工藝流程，確定最佳試驗條件為：處理量25 kg/h，捕收劑硝酸鉛和MTC用量各900 g/t，硫酸鋁用量450 g/t，水玻璃用量600 g/t。

(3)在最佳試驗條件下，“柱機聯合工藝”可得到品位為15.93%、回收率為79.02%的鎢精礦，尾礦鎢品位比采用“一粗五精三掃”的工業浮選工藝低50%，既實現了對該白鎢礦的有效回收，又縮短了白鎢礦的浮選工藝流程。

(4)相同浮選條件下，“機柱聯合工藝”對白鎢礦的浮選效果優于“浮選機工藝”和“浮選柱工藝”，鎢精礦回收率分別從全浮選機工藝的48.5%和全浮選柱工藝的68.74%提高到了79.02%。“機柱聯合工藝”可同時強化粗粒級和細粒級白鎢礦的回收，是實現該白鎢礦高效回收的關鍵。