浮選柱用于細(xì)粒錫石浮選的試驗(yàn)研究

陳子凱，杜令攀，蔡貴紅

(1.云南錫業(yè)股份有限公司大屯錫礦，云南 個(gè)舊 661018;2.云南磷化集團(tuán)/國家磷資源開發(fā)利用工程技術(shù)研究中心，云南 昆明 650600;3.云南華迅達(dá)智能科技有限公司，云南 昆明 652103)

錫是人類生產(chǎn)和生活中不可缺少的一種重要金屬，也是人類最早發(fā)現(xiàn)和使用的金屬之一。錫具有熔點(diǎn)低、耐腐蝕和易改變其他金屬性能的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于核發(fā)電、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)等技術(shù)領(lǐng)域。目前，世界各國對錫的需求不斷增長，錫的消費(fèi)水平已成為衡量一個(gè)國家工業(yè)發(fā)展水平的指標(biāo)之一，因此加強(qiáng)錫資源的開發(fā)利用具有重要意義[1]。錫石的主要選別方法為重力選礦法，具有成本低、能耗小、精礦富集比高等優(yōu)點(diǎn)，但重力選礦工藝難以回收細(xì)粒級錫石，而細(xì)粒級錫石浮選工藝可有效解決此難題，且占地面積小，回收率高。

云南某選礦廠硫化礦、氧化礦泥礦錫石浮選流程于2017年建成投產(chǎn)。相比與重選工藝，錫精礦金屬產(chǎn)出量多，錫實(shí)收率高，經(jīng)濟(jì)效益顯著[2]。該選廠使用傳統(tǒng)浮選機(jī)進(jìn)行錫石浮選，錫精礦品位能達(dá)到6%～6.5%。近年來，隨著錫金屬市場價(jià)格上升，對錫石浮選錫精礦含錫品位要求日益增高，對浮選富集比要求也提高。本研究使用浮選柱代替浮選機(jī)對錫石浮選粗精礦進(jìn)行精選，浮選柱一次浮選代替原有流程精選一、精選二、精選三等多次作業(yè)，探索浮選柱應(yīng)用于錫石浮選的可行性。

1 選別試驗(yàn)研究

浮選柱與浮選機(jī)相比，在選別錫石等大比重礦物時(shí)，浮選機(jī)通過提升葉輪攪拌強(qiáng)度，使礦物懸浮，這是浮選機(jī)的分選特點(diǎn)，它捕收能力較強(qiáng)，但由于較強(qiáng)的攪拌使得細(xì)泥礦石選擇性較差，在細(xì)粒錫石浮選中難以獲得較高富集比[3]。浮選柱對細(xì)粒物料的選別作用機(jī)理與浮選柱有較大不同，其選別效果也有較大差別。以某選廠錫石浮選物料為研究對象，進(jìn)行浮選柱與傳統(tǒng)浮選機(jī)的試驗(yàn)研究，對比二者的選別效果。浮選柱結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 浮選柱結(jié)構(gòu)示意圖

1.1 試驗(yàn)研究方案

本研究對每個(gè)物料進(jìn)行多次試驗(yàn)后，以最佳條件參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)，再進(jìn)行重復(fù)驗(yàn)證試驗(yàn)。多次重復(fù)驗(yàn)證試驗(yàn)的結(jié)果取平均值進(jìn)行對比分析，具有代表性。

試驗(yàn)設(shè)備為小型試驗(yàn)浮選柱1臺(tái)，型號為XLC-75，規(guī)格為φ75 mm×2000 mm(見圖2)，空壓機(jī)1臺(tái)，30 L攪拌桶1個(gè)。同時(shí)，以1.5升小型浮選機(jī)進(jìn)行對比試驗(yàn)。

圖2 試驗(yàn)室浮選柱示意圖

該小型試驗(yàn)浮選柱，是模擬工業(yè)浮選柱設(shè)備自主制作而成，可在連續(xù)試驗(yàn)過程中調(diào)節(jié)充氣量、給礦量、礦漿液位、給礦濃度等參數(shù)。試驗(yàn)時(shí)，浮選柱采用蠕動(dòng)泵連續(xù)給礦，連續(xù)分選；浮選柱工作正常后再按規(guī)范要求同時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)精、尾礦樣的采取[4]。浮選柱試驗(yàn)程序?yàn)椋?/p>

1)按試驗(yàn)要求，調(diào)整浮選柱結(jié)構(gòu)參數(shù)。將浮選柱注入三分之一清水，開啟氣泡發(fā)生器，使之產(chǎn)生穩(wěn)定的氣泡。調(diào)節(jié)泡沫沖洗水，查對各工作參數(shù)至預(yù)定值。

2)按浮選條件制備礦漿及添加藥劑。攪拌一定時(shí)間后，開始給礦，進(jìn)行柱浮選試驗(yàn)。

3)浮選柱操作趨于穩(wěn)定后，開始取浮選柱原、精、尾礦樣，分別進(jìn)行制樣、化驗(yàn)分析。

4)取樣結(jié)束后，停止給礦；開啟浮選柱下部閥門進(jìn)行排尾。與此同時(shí)，泵送清水沖洗浮選柱和管道。

1.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

1.2.1 氧化礦錫石浮選結(jié)果與分析

氧化礦錫石浮選入選物料粒度較細(xì)，自身含泥大，雖然通過旋流器等設(shè)備進(jìn)行機(jī)械脫泥，但混入的泥質(zhì)部分對錫石浮選指標(biāo)影響較大。通過對不同作業(yè)點(diǎn)礦樣進(jìn)行粒度檢測分析，各作業(yè)點(diǎn)礦樣粒度組成相似，粒度分布圖如圖3所示。

圖3 氧化礦物料粒度分布

氧化礦錫石浮選試驗(yàn)流程為一次柱選，產(chǎn)出精礦和尾礦，流程如圖4。浮選機(jī)使用傳統(tǒng)1.5 L試驗(yàn)用浮選機(jī)，流程與浮選柱流程相同。

圖4 浮選柱試驗(yàn)流程

1)氧錫石浮選斜板底流錫精礦一次浮選柱選別試驗(yàn)指標(biāo)：該礦樣含泥較大，對充氣量等參數(shù)較為敏感，通過多次重復(fù)試驗(yàn)，氣量2.0 L/min，液位25，給礦量280 mL/min，給礦濃度20%時(shí)，可得到較好試驗(yàn)指標(biāo)。試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 斜板底流錫精礦浮選柱和浮選機(jī)的試驗(yàn)結(jié)果對比

從表1看出，浮選柱用于斜板底流細(xì)粒級錫精礦精選時(shí)：一段浮選柱精選可把含錫3.99%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)錫精礦品位提高至13.26%，回收率為73.45%。在相同入選物料下，用試驗(yàn)室1.5 L浮選機(jī)刮出的錫精礦品位為11.59%，回收率僅67.69%。說明該細(xì)粒級物料用浮選柱提質(zhì)效果要明顯優(yōu)于浮選機(jī)。斜板底流物料由于粒度細(xì)，物料含泥較大，使用浮選機(jī)很難獲得較高的富集比，如果降低精礦產(chǎn)率，則可使富集比進(jìn)一步提升，但回收率會(huì)明顯下降。使用浮柱選別該物料時(shí)，充氣量變化對試驗(yàn)指標(biāo)較為敏感，通過多次試驗(yàn)可知，2.0 L/min為最佳條件。

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與浮選機(jī)相比，浮選柱氣泡發(fā)生器可產(chǎn)生大量0.4 mm～0.6 mm的微氣泡，且均勻分布于柱體，微細(xì)粒小于45 μm的礦粒選別正需要這種小氣泡[5]。在微泡推動(dòng)下，有用礦物被帶至泡沫區(qū)。整個(gè)礦漿體系動(dòng)能相對較小，氣泡與顆粒逆向運(yùn)動(dòng)，使得在低紊流度下具有較高的相對速度，且礦粒不易脫落，提高了礦粒附著率，因此泡沫礦化幾率高于傳統(tǒng)浮選機(jī)。所以，在選別細(xì)粒錫石物料時(shí)，在相同給礦條件及精礦品位相同的條件下，浮選柱相比于浮選機(jī)往往能得到較高的回收率指標(biāo)。

2)氧錫石浮選精Ⅱ泡沫一次浮選柱選別試驗(yàn)的指標(biāo)：該礦樣適當(dāng)提高浮選液位，降低給礦濃度可得到較好指標(biāo)，最佳參數(shù)為氣量1.2 L/min，液位20，給礦量280 mL/min，給礦濃度12%。試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 氧錫石浮選精Ⅱ泡沫浮選柱和浮選機(jī)的試驗(yàn)結(jié)果對比

從表2看出：取氧錫石浮選精選Ⅱ泡沫作為入選物料，在回收率相近的情況下，浮選柱的精礦品位高于浮選機(jī)8.16個(gè)百分點(diǎn)。該物料同樣具有粒度細(xì)、含泥高的特點(diǎn)，且該物料中含大量褐鐵礦等雜質(zhì)，由于褐鐵礦對錫石捕收劑的作用，在實(shí)際生產(chǎn)過程中往往得不到較高的精礦品位且消耗大量藥劑。通過多次探索性試驗(yàn)，該物料使用浮選柱進(jìn)行選別時(shí)，在控制充氣量0.8～1.2 L/min的條件下，在充氣較小的條件下，適當(dāng)降低給礦濃度，可有效避免雜質(zhì)進(jìn)入泡沫區(qū)，使褐鐵礦與錫石分離得更好[6]。

在試驗(yàn)過程中觀測發(fā)現(xiàn)，浮選柱在選別過程中由于微泡對細(xì)粒礦石的選擇性較強(qiáng)，負(fù)載有用的礦物顆粒的礦化氣泡浮升而進(jìn)入精選區(qū)，在柱體頂部聚集而形成較厚的礦化泡沫層。泡沫層被沖洗水流清洗，使被夾帶而進(jìn)入泡沫層的脈石顆粒從脈石中脫落。在此過程中，既避免強(qiáng)力攪拌使泥質(zhì)脈石上浮，同時(shí)氣體分散成微泡增加與礦粒碰撞的幾率，這對提升精礦品質(zhì)起到的關(guān)鍵作用[7]。

3)為進(jìn)一步驗(yàn)證浮選柱對于氧化礦錫石浮選的選別效果，以現(xiàn)生產(chǎn)流程中氧錫石浮選精Ⅰ泡沫與粗選泡沫分別進(jìn)行對比試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見表3、表4。

表3 精Ⅰ泡沫浮選柱和浮選機(jī)的試驗(yàn)結(jié)果對比

表4 粗選泡沫浮選柱和浮選機(jī)的試驗(yàn)結(jié)果對比

該礦樣在小氣量、低液位條件下，精礦富集比和回收率均較高；隨著充氣量加大，精礦富集比和回收率均下降明顯。最佳條件參數(shù)為：充氣量1.2 L/min，液位20，給礦量280 mL/min，給礦濃度12%。

該礦樣給礦品位較低時(shí)，柱選時(shí)應(yīng)適當(dāng)開大充氣量，精礦產(chǎn)率和回收率均有提高，且尾礦品位呈下降趨勢。最佳條件參數(shù)為：充氣量1.8 L/min，液位20，給礦量280 mL/min，給礦濃度20%。從表3、表4中結(jié)果看出：同一礦樣，在回收率相近時(shí)，浮選柱提升精礦富集比的優(yōu)勢較為明顯，而粗泡由于入選品位低，可通過適當(dāng)增加充氣量以提升其各項(xiàng)指標(biāo)。

對于氧化錫石礦物料，由于有用礦物比重大、粒度較細(xì)且含泥較大的性質(zhì)，為達(dá)到比重較大的錫石能夠在槽體懸浮而利于分選，傳統(tǒng)浮選機(jī)的強(qiáng)烈機(jī)械攪拌作用使得礦漿體系有較大動(dòng)能，導(dǎo)致礦泥易于進(jìn)入浮選機(jī)泡沫區(qū)，影響精礦品質(zhì)。浮選柱由氣泡發(fā)生器產(chǎn)生大量微泡，微泡適宜于細(xì)粒級礦泥的選別，在微泡作用下，有用礦物被帶至泡沫區(qū)，整個(gè)礦漿體系動(dòng)能相對較小，能起到分離泥質(zhì)礦物的作用[8]。同時(shí)，大量氣泡能夠負(fù)載比重較大的礦物到達(dá)泡沫區(qū)，且較厚泡沫層使精礦得到二次富集，從而相比浮選機(jī)可獲得更高品位的精礦。

1.2.2 硫化礦錫石浮選結(jié)果與分析

硫化礦錫石浮選處理物料為(流程中)溢流部分細(xì)粒錫石，粒度同樣較細(xì)。通過對不同作業(yè)點(diǎn)礦樣進(jìn)行粒度檢測分析，各作業(yè)點(diǎn)礦樣粒度組成相似。粒度分布如圖5所示。

圖5 浮選柱試驗(yàn)流程

硫化礦錫石浮選試驗(yàn)流程為一次柱選，產(chǎn)出精礦和尾礦，流程如圖6。浮選機(jī)使用傳統(tǒng)1.5 L試驗(yàn)用浮選機(jī)，流程與浮選柱流程相同。

圖6 浮選柱試驗(yàn)流程

1)硫錫石浮選(1#硫化礦)精Ⅱ泡沫一次浮選柱選別試驗(yàn)指標(biāo)。根據(jù)多次探索驗(yàn)證，浮選柱給礦量為280 mL/min，給礦濃度為15%，液位為20，充氣量1.2 mL/min時(shí)，可得到較好試驗(yàn)指標(biāo)；充氣量過大，精礦產(chǎn)率增加，錫富集比降低，精礦品位降低。試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 硫錫石浮選精Ⅱ泡沫(1#硫化礦)浮選柱與浮選機(jī)的試驗(yàn)結(jié)果對比

硫化物料由于硫、鐵等雜質(zhì)過高，不宜使用較大的充氣量。充氣量提高同樣會(huì)使物料富集比降低。適當(dāng)增加給礦速率，提高液位，可得到較好指標(biāo)。

2)硫錫石浮選(2#硫化礦)精Ⅱ泡沫一次浮選柱選別試驗(yàn)指標(biāo)。給礦量為280 mL/min，給礦濃度為12%，液位25,充氣量為1.2ml/min時(shí)，可得到較好的試驗(yàn)指標(biāo)。試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 硫錫石浮選(2#硫化礦)精Ⅱ泡沫浮選柱與浮選機(jī)的試驗(yàn)結(jié)果對比

從表5、表6看出，對于硫化礦物料，浮選柱試驗(yàn)的精礦品位及回收率都大幅高于浮選機(jī)的試驗(yàn)指標(biāo)，浮選柱能有效提升硫化礦錫石浮選作業(yè)回收率及精礦富集比。對于硫化礦物料，除自身含泥的特點(diǎn)外，礦石中的硫、鐵等元素均是影響錫石浮選的主要因素。浮選機(jī)在選別過程中為了使有用礦物懸浮而被氣泡捕收，采用強(qiáng)烈攪拌，使得泡沫層受泥質(zhì)礦物及硫、鐵等雜質(zhì)的污染而難以提升富集比。

從氧、硫兩種物料的不同作業(yè)點(diǎn)、不同礦樣試驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)：使用浮選柱進(jìn)行浮選，不僅能有效提升精礦富集比，而且能夠比浮選機(jī)試驗(yàn)獲得更高的精礦回收率。通常，一次柱選可替代多次浮選機(jī)精選作業(yè)。浮選柱的優(yōu)點(diǎn)是：通過氣泡發(fā)生器產(chǎn)生大量微泡，適合細(xì)粒級礦粒的分選，同時(shí)大量氣泡兼能滿足大比重錫石的負(fù)載能力；浮選柱減少了攪拌裝置，使得礦漿體系呈低紊流狀態(tài)，礦化泡沫不易破裂；氣泡運(yùn)動(dòng)方向與給礦方向相反，使得未被捕收的礦粒在連續(xù)下降過程中不斷被氣泡沖擊而得到掃選，提升了二者的相對速度，加速了氣泡礦化速率，有利于回收率的提升；有用礦物在上升過程中被水流沖洗，產(chǎn)生二次富集，有利于提升精礦富集比。

2 工業(yè)應(yīng)用探索

在小型試驗(yàn)較為成功的基礎(chǔ)上，2021年12月，該選廠硫化礦系統(tǒng)新安裝了1臺(tái)Φ1.8 m×7.5 m的工業(yè)浮選柱，替代原錫石浮選精選一、精選二、精選三作業(yè)。目前，正在進(jìn)行工業(yè)調(diào)試，測試不同充氣量、浮選液位、給礦濃度及給礦量等參數(shù)對回收率和富集比的影響。

3 結(jié)論

1)浮選柱已廣泛應(yīng)用于有色金屬的選別，但在錫選礦行業(yè)中還應(yīng)用較少。本研究使用浮選柱對細(xì)粒錫石進(jìn)行了浮選試驗(yàn)。較之傳統(tǒng)浮選機(jī)，浮選柱能夠有效提升精礦富集比，同時(shí)也提升精礦錫回收率。這一成果對于世界錫選礦行業(yè)來說有著重要意義。

2) 對于錫石等細(xì)粒大比重礦物，相較于傳統(tǒng)浮選機(jī)，浮選柱具有以下優(yōu)勢：①低紊流礦漿體系，礦粒不易脫落，泡沫層不易被污染；②泡與礦粒相對速度較大，具有較強(qiáng)礦化幾率；③大量均勻的微氣泡適宜捕收微細(xì)粒礦物；④氣泡發(fā)生器產(chǎn)生的大量氣泡能夠負(fù)載錫石等大比重礦物進(jìn)入泡沫區(qū)；⑤在微泡的不斷上升作用下，由于泡沫破裂而脫落的有用礦物不斷被泡沫碰撞而得到掃選，有利于提升有用礦物回收率；⑥較厚泡沫層厚度，可使泡沫沖洗得到二次富集等優(yōu)勢而適宜細(xì)粒錫石浮選。

3)影響浮選柱工作性能的參數(shù)較多，主要為礦漿原礦品位、礦漿含泥量大小以及礦石粒度組成、給礦濃度、浮選機(jī)充氣量、給礦量大小、浮選液位等等。任何參數(shù)變量，都有可能對最終指標(biāo)產(chǎn)生較大影響，因此需要根據(jù)不同原礦性質(zhì)設(shè)定相應(yīng)的工作參數(shù)，才能達(dá)到理想指標(biāo)。

4)在工業(yè)應(yīng)用中，由于現(xiàn)場條件與小型試驗(yàn)條件差別較大，需要對浮選柱各項(xiàng)參數(shù)及礦漿條件進(jìn)行逐一調(diào)試，當(dāng)二者參數(shù)均達(dá)到最佳參數(shù)時(shí)，浮選柱能夠體現(xiàn)其優(yōu)勢。