基于正交設計的新疆某鐵閃鋅礦浮選實驗研究

萬麗，孫志健，王立剛，于洋

（北京礦冶科技集團有限公司，礦物加工科學與技術國家重點實驗室，北京 102628）

隨著易選閃鋅礦鋅資源的逐漸減少，以鐵閃鋅礦為主的復雜難選鋅資源的開發及利用已顯得尤為重要。我國的鐵閃鋅礦資源十分豐富，主要分布在云南、廣西、湖南、貴州、青海、黑龍江等地。鐵閃鋅礦一般是指含鐵大于8%的閃鋅礦，由于鐵閃鋅礦的可浮性與磁黃鐵礦、黃鐵礦非常接近，磁性也與磁黃鐵礦十分接近。通常鐵閃鋅礦又與磁黃鐵礦共生在同一礦體中，使得分選難度大大增加，大量選礦工作者對此進行了研究[1-3]。

新疆某鐵閃鋅礦中的鋅礦物為鐵閃鋅礦，其他金屬礦物有磁黃鐵礦、方鉛礦、黃銅礦等。非金屬礦物主要為綠泥石，其次為方解石，少量的石英、金云母，微量的磷灰石、鈉長石、綠簾石、直閃石、高嶺石、石墨等。

本文主要是針對該鐵閃鋅礦進行浮選實驗研究，其中粗選藥劑用量采用正交設計進行實驗。正交實驗設計是一種解決多因子對比實驗問題的數學方法，該方法在許多研究領域都有應用[4-7]。該方法主要使用正交表進行整體設計、綜合設計、統計分析。具體地講，也就是利用正交表從所有可能搭配中挑選出若干必要的實驗，然后再用統計分析（極差分析和方差分析）方法對實驗結果進行綜合處理，選出較優因素和較佳水平。

本文通過對粗選正交實驗結果進行分析得出較佳粗選藥劑制度以及不同藥劑對浮選指標的影響規律，這對調整閉路實驗中的藥劑用量具有較強的指導意義。

1 礦石性質

原礦樣的化學成分分析結果見表1。

表1 某鐵閃鋅礦的化學成分分析結果/%Table 1 Multi-elements analysis results of the marmatite ore

礦石中鋅礦物為鐵閃鋅礦（含鐵量主要在12%~18%），其他金屬礦物有磁黃鐵礦、方鉛礦、黃銅礦等。鐵閃鋅礦與磁黃鐵礦的關系較為密切，二者常緊密共生。非金屬礦物主要為綠泥石，其次為方解石，少量的石英、金云母，微量的磷灰石、鈉長石、綠簾石、直閃石、高嶺石、石墨等。

2 選礦實驗研究

2.1 磨礦細度實驗

本實驗考察磨礦細度對粗精礦浮選指標的影響。粗選藥劑制度為：石灰4000 g/t（pH=12.8）；硫酸銅300 g/t；丁黃藥60 g/t；2#油32 g/t，攪拌時間分別為：2 min；3 min；3 min；2 min，浮選時間為5 min，磨礦細度分別為-0.074 mm 46%、70%、80%、90%。實驗流程見圖1，實驗結果見圖2。

圖1 磨礦細度實驗工藝流程Fig.1 Flowsheet of grinding fineness test

圖2 磨礦細度實驗結果Fig.2 Results of grinding fineness test

根據實驗結果，考慮到鐵閃鋅礦與磁黃鐵礦共生密切，確定磨礦細度為80% -0.074 mm。

2.2 粗選條件正交實驗

在磨礦細度為80% -0.074 mm的條件下進行浮鋅粗選正交實驗，并根據實驗結果分析各因素對實驗指標的影響，按其影響大小找出主次關系，并確定較佳搭配方案或較優工藝條件。確定四個因素分別為：石灰用量A；硫酸銅用量B；丁黃藥用量C；2#油用量D，各因素所選取的水平見表2。

表2 粗選正交實驗設計的因素和水平Table 2 Factors and levels of roughing flotation determined by orthogonal design

此實驗是四因素四水平實驗，因此選用L16正交表來進行實驗和分析，依照正交表，16次實驗的方案是：第一號實驗的工藝條件是0 g/t石灰，50 g/t硫酸銅，30 g/t丁黃藥，24 g/t 2#油；第二號實驗的工藝條件是0 g/t石灰，150 g/t硫酸銅，60 g/t丁黃藥，32 g/t 2#油；第三號實驗的工藝條件是0 g/t石灰，300 g/t硫酸銅，90 g/t丁黃藥，48 g/t 2#油；第四號實驗的工藝條件是0 g/t石灰，450 g/t硫酸銅，120 g/t丁黃藥，64 g/t 2#油；依此類推，第十六號實驗的工藝條件是4500 g/t石灰，450 g/t硫酸銅，30 g/t丁黃藥，48 g/t 2#油。

按照實驗方案表中寫明的各次實驗條件進行實驗，取樣化驗得粗精礦Zn品位，計算可知粗精礦Zn回收率，見表3。對實驗指標進行分析，直觀分析結果見表4。

表3 浮鋅粗選正交實驗Zn指標Table 3 Roughing concentrate index of orthogonal tests of zinc flotation

表4 浮鋅粗選正交實驗直觀分析結果Table 4 Range analysis results of orthogonal tests of zinc flotaion

通過直觀分析結果可知，對粗精礦Zn品位及回收率影響較大的藥劑為硫酸銅，其次是2#油。具體藥劑對Zn指標的影響規律見圖3。

圖3 浮鋅粗選正交實驗Zn指標曲線Table 3 Roughing concentrate index of orthogonal tests of zinc flotation

根據直觀分析結果及Zn指標曲線，確定實驗粗選較佳工藝條件為：1000 g/t石灰，500 g/t硫酸銅，60 g/t丁黃藥，48 g/t 2#油。

在較佳粗選藥劑用量下，粗選實驗工藝流程見圖4，實驗結果見表5。

表5 鋅浮選粗選實驗結果Table 5 Results of zinc roughing flotation test

圖4 鋅浮選粗選實驗工藝流程Fig.4 Flowsheet of zinc roughing flotation test

在正交實驗所確定的較佳藥劑用量下，粗選可獲得Zn36.28%，回收率96.67%的鋅粗精礦。

2.4 浮選閉路實驗

浮選閉路實驗工藝流程見圖5，實驗結果見表6。

圖5 鋅浮選閉路實驗工藝流程Fig.5 Flowsheet of closed -circuit flotation test

表6 鋅浮選閉路實驗結果Table 6 Results of closed -circuit flotation test

3 結 語

（1）正交實驗設計方法在選礦領域一般的浮選條件實驗中是可用的。通過運用該方法在實驗中間可以不必等待分析結果，所有實驗可以同一批做完、同一批分析結果，這樣就可以縮短實驗周期，節省時間。

（2）在對新疆某鐵閃鋅礦進行浮選實驗研究中采用正交設計方法對粗選藥劑用量進行實驗，一次性完成16次實驗并送樣分析，通過極差分析及考察指標與因素之間的關系圖，確定粗選較佳藥劑制度為：1000 g/t石灰，500 g/t硫酸銅，60 g/t丁黃藥，48 g/t 2#油?；谳^優藥劑用量粗選實驗獲得了Zn品位36.28%，Zn回收率96.67%的鋅粗精礦。

（3）通過對正交實驗數據進行極差分析還能確定各因素對浮選指標的影響程度，從而把握實驗中的主要環節。根據極差分析確定了硫酸銅和2號油對粗精礦指標的影響較大，石灰和丁黃藥的作用較小，這對調整閉路實驗中的藥劑用量具有較強的指導意義，最終閉路實驗獲得了含Zn 45.23%的鋅精礦，Zn回收率為95.96%。