柱機(jī)聯(lián)合工藝在湖南某低品位白鎢礦浮選中的應(yīng)用

紀(jì)道河， 李景超， 馬子龍， 程煒

1.湖南有色黃沙坪礦業(yè)有限公司，湖南 郴州 424421；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，江蘇 徐州 221000；3.江蘇中浮礦業(yè)科技有限公司，江蘇 徐州 221000

1 緒論

鎢是一種戰(zhàn)略金屬，在工業(yè)生產(chǎn)、國(guó)防建設(shè)以及高新技術(shù)中都發(fā)揮了不可替代的作用[1,2],極大地促進(jìn)了國(guó)家電子工業(yè)、化學(xué)工業(yè)以及汽車工業(yè)等行業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步[3]。我國(guó)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(chǔ)量的60%以上，是最具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的礦床[4,5]。其普遍特點(diǎn)是原礦品位低、組分復(fù)雜、嵌布粒度較細(xì)、精礦回收率低，開采成本和選礦成本較高[6]。

旋流-靜態(tài)微泡浮選柱(FCSMC)是一種針對(duì)細(xì)粒/微細(xì)粒礦物分選的高效浮選設(shè)備，具有精礦品位高、回收效果好、節(jié)省投資、節(jié)能降耗等優(yōu)勢(shì)[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(yīng)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(jī)浮選工藝流程，最終獲得的鎢精礦回收率僅為50%，存在生產(chǎn)流程長(zhǎng)、分選效率低、資源浪費(fèi)嚴(yán)重等問(wèn)題。因此，針對(duì)上述問(wèn)題，本次試驗(yàn)在粗選和精選階段采用FCSMC浮選柱，同時(shí)為保證粗粒級(jí)的回收，在掃選段采用浮選機(jī)，形成“FCSMC浮選柱+浮選機(jī)”的聯(lián)合分選工藝，從而解決該白鎢礦選廠流程長(zhǎng)、回收率低和能量消耗大的問(wèn)題，并為旋流-靜態(tài)微泡浮選柱在低品位，嵌布粒度細(xì)的白鎢礦山的大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用提供技術(shù)參考依據(jù)。

2 礦石性質(zhì)

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

2.1 樣品化學(xué)組成和礦物組成

首先對(duì)樣品進(jìn)行了多元素化學(xué)分析及物相分析，其結(jié)果分別如表1和表2所示。

表1 多元素化學(xué)分析結(jié)果

表2 礦物物相分析結(jié)果

由表1和表2分析結(jié)果可知，樣品中鎢、鉬和鉍為可回收利用的有價(jià)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(zhǎng)石為主。

2.2 給礦粒度及礦物解離度分析

對(duì)樣品進(jìn)行了篩析，同時(shí)在顯微鏡下測(cè)定了白鎢礦的解離度。篩分結(jié)果和白鎢礦解離度測(cè)定結(jié)果如表3所示。

表3 粒度及解離度測(cè)定結(jié)果

由表3可以看出，樣品中-0.074 mm粒級(jí)產(chǎn)率為87.69%，且該粒級(jí)鎢的平均品位較高，白鎢礦主要分布于-0.074 mm粒級(jí)中，該粒級(jí)鎢分布率達(dá)到92.08%。在此磨礦細(xì)度下，白鎢礦的總解離度達(dá)到95%以上，因此，進(jìn)行后續(xù)浮選時(shí)不需要進(jìn)一步磨礦。

3 試驗(yàn)設(shè)備、藥品、方法及流程

本次試驗(yàn)設(shè)備主要采用中國(guó)礦業(yè)大學(xué)旋流-靜態(tài)微泡浮選柱及XFD型浮選機(jī)，整體系統(tǒng)包括調(diào)漿設(shè)備、液位控制裝置、給礦泵、循環(huán)泵、浮選柱和浮選機(jī)。“柱機(jī)聯(lián)合工藝”系統(tǒng)主要采用1 臺(tái)Φ100×2000 mm FCSMC、1 臺(tái)Φ80×2000 mm FCSMC，以及4臺(tái)型號(hào)為XFD-7L的浮選機(jī)等設(shè)備；“全浮選機(jī)工藝”系統(tǒng)主要采用6臺(tái)型號(hào)為XFD-7L，2臺(tái)型號(hào)為XFD-5L的浮選機(jī)；“全浮選柱工藝”系統(tǒng)主要采用3臺(tái)Φ100×2 000 mm FCSMC、1 臺(tái)Φ80×2 000 mm FCSMC設(shè)備。

旋流-靜態(tài)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(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 旋流-靜態(tài)微泡浮選柱結(jié)構(gòu)

柱分離段采用逆流碰撞礦化的浮選原理，在低紊流的靜態(tài)分選環(huán)境中實(shí)現(xiàn)微細(xì)物料的分選，在整個(gè)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(chǎng)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(guò)引入氣體以及粉碎成泡，在管流中形成循環(huán)中礦的氣固液三相體系并實(shí)現(xiàn)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(huán)分選。

旋流—靜態(tài)微泡浮選柱將柱分離、旋流分離、高度紊流礦化有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了物料的梯級(jí)優(yōu)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(xué)研發(fā)的新型羥肟酸類捕收劑，預(yù)先與Pb2+混合，與傳統(tǒng)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(duì)白鎢礦的選擇性捕收能力。

試驗(yàn)過(guò)程與現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)同步進(jìn)行，蠕動(dòng)泵從現(xiàn)場(chǎng)攪拌桶抽取給礦樣品進(jìn)行分選，首先將礦漿在攪拌桶中預(yù)先攪拌分散，然后向礦漿中加入藥劑混合，混合后的礦漿經(jīng)蠕動(dòng)泵給入浮選設(shè)備開始浮選過(guò)程，其中“柱機(jī)

聯(lián)合工藝”粗選和精選段的作業(yè)通過(guò)FCSMC浮選柱進(jìn)行浮選，掃選段作業(yè)通過(guò)XFD型浮選機(jī)完成。在實(shí)際操作過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，由于精礦產(chǎn)率太小，以及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備條件的制約，故只能做到一次精選。為證明“柱機(jī)聯(lián)合工藝”的優(yōu)勢(shì)，在相同的工藝流程和藥劑制度下，與“全浮選機(jī)工藝”及“全浮選柱工藝”的浮選效果進(jìn)行了對(duì)比。具體的試驗(yàn)流程圖如圖2所示。

圖2 浮選試驗(yàn)流程圖

4 柱機(jī)聯(lián)合試驗(yàn)

由于新工藝采用了FCSMC浮選柱進(jìn)行粗選和精選段的作業(yè)，與浮選機(jī)的結(jié)構(gòu)和礦化能力存在較大差異，因此需要對(duì)新系統(tǒng)的浮選時(shí)間與捕收劑用量等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

4.1 處理量試驗(yàn)

處理量決定浮選時(shí)間，浮選時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)造成選礦成本增加，降低經(jīng)濟(jì)效益，過(guò)短則會(huì)導(dǎo)致礦物無(wú)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(jìn)行條件試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 處理量試驗(yàn)結(jié)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(dāng)處理量超過(guò)25 kg/h時(shí)，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(shè)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(yàn)

MTC作為羥肟酸類捕收劑，同時(shí)具有起泡性能，與硝酸鉛混合，對(duì)白鎢礦有較好的選擇性。固定試驗(yàn)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(shí)改變捕收劑MTC和硝酸鉛用量(質(zhì)量比11)，即當(dāng)捕收劑用量為1 000 g/t時(shí)，代指MTC和硝酸鉛用量各為1 000 g/t，試驗(yàn)結(jié)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(dāng)捕收劑用量由800 g/t增加到900 g/t時(shí)，鎢精礦的回收率下降幅度較大，這是因?yàn)殡S著捕收劑用量的不斷加大，藥劑的捕收能力和起泡能力過(guò)強(qiáng)，使得許多脈石礦物也與捕收劑發(fā)生作用并進(jìn)入到精礦產(chǎn)品中，導(dǎo)致鎢精礦產(chǎn)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(yàn)結(jié)果

4.3 水玻璃用量試驗(yàn)

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(jìn)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(jìn)行水玻璃合適用量的探索試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 水玻璃用量對(duì)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(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。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(guò)量的水玻璃會(huì)抑制白鎢礦的浮選。當(dāng)水玻璃用量為600 g/t時(shí)，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(wěn)定試驗(yàn)

根據(jù)條件試驗(yàn)結(jié)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(jìn)行了穩(wěn)定試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 穩(wěn)定試驗(yàn)結(jié)果

由表4可以看出，在最佳試驗(yàn)條件下，尾礦鎢平均指標(biāo)為0.04%，比工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)0.08%的尾礦指標(biāo)低50%，鎢回收率可達(dá)79.02%。因此，“柱機(jī)聯(lián)合工藝”有效促進(jìn)了該白鎢礦的高效分選。

4.5 不同浮選工藝對(duì)比試驗(yàn)

在前面確定的最佳試驗(yàn)條件下，分別對(duì)比了“浮選機(jī)工藝”、“浮選柱工藝”和“柱機(jī)聯(lián)合工藝”的分選效果。三種浮選工藝的浮選指標(biāo)如表5所示。

表5 不同浮選工藝的浮選效果對(duì)比

由表5可以看出，“浮選機(jī)工藝”和“浮選柱工藝”的鎢回收率均低于“柱機(jī)聯(lián)合工藝”。這是因?yàn)楦∵x機(jī)對(duì)粗粒級(jí)礦物的回收能力較強(qiáng)而對(duì)細(xì)粒級(jí)礦物的回收能力不足，浮選柱對(duì)細(xì)粒級(jí)礦物的回收能力較強(qiáng)而對(duì)粗粒級(jí)礦物的回收能力欠佳，“柱機(jī)聯(lián)合工藝”可同時(shí)強(qiáng)化粗粒級(jí)和細(xì)粒級(jí)白鎢礦的回收，因此具有較好的浮選效果。

5 尾礦篩析結(jié)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(duì)浮選尾礦進(jìn)行了篩析，結(jié)果如表6所示。

表6 尾礦篩分結(jié)果

從表6中可以看出，浮選機(jī)尾礦中+0.074 mm和-0.074 mm粒級(jí)白鎢礦的分布率分別為4.98%和95.02%，粗粒級(jí)白鎢礦得到了充分回收，而微細(xì)粒白鎢礦的回收效果較差，從而導(dǎo)致浮選機(jī)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(jí)白鎢礦的分布率分別為30.51%和69.49%，浮選柱強(qiáng)化了微細(xì)粒白鎢礦的回收，但損失了部分粗粒級(jí)白鎢礦。“柱機(jī)聯(lián)合工藝”尾礦中各粒級(jí)的鎢品位均小于0.06%，說(shuō)明“柱機(jī)聯(lián)合工藝”對(duì)該白鎢礦的浮選效果較好，相比于僅采用浮選機(jī)或浮選柱工藝具有顯著優(yōu)勢(shì)。

6 結(jié)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(zhǎng)石為主。目的礦物主要分布于-0.074 mm粒級(jí)中，該粒級(jí)鎢分布率達(dá)到92.23%，-0.074 mm粒級(jí)產(chǎn)率為87.69%，白鎢礦總解離度達(dá)到95%以上。

(2)采用“一粗一精二掃”的柱機(jī)聯(lián)合工藝流程，確定最佳試驗(yàn)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(yàn)條件下，“柱機(jī)聯(lián)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(yè)浮選工藝低50%，既實(shí)現(xiàn)了對(duì)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(jī)柱聯(lián)合工藝”對(duì)白鎢礦的浮選效果優(yōu)于“浮選機(jī)工藝”和“浮選柱工藝”，鎢精礦回收率分別從全浮選機(jī)工藝的48.5%和全浮選柱工藝的68.74%提高到了79.02%。“機(jī)柱聯(lián)合工藝”可同時(shí)強(qiáng)化粗粒級(jí)和細(xì)粒級(jí)白鎢礦的回收，是實(shí)現(xiàn)該白鎢礦高效回收的關(guān)鍵。