高壓輥磨對低品位金礦浮選的影響研究①

朱泊翰， 張鵬羽， 歐樂明， 周為民， 馬西騎

（1.中南大學 資源加工與生物工程學院，湖南 長沙 410083； 2.戰略含鈣礦物資源清潔高效利用湖南省重點試驗室，湖南 長沙 410083； 3.新華聯礦業有限公司，北京 101116）

我國金礦資源較為豐富，截至2019 年底，我國累計探明儲量14 131.06 t［1］。 但相較于其他金礦資源豐富的國家，我國中小型金礦礦床的黃金儲量占總儲量的一半以上，且金元素在礦石中含量極低［2］。 提高低品位金礦的精礦品位，最大限度地回收礦石中的金是我國金礦行業的重大課題［3］。 金礦選礦時需要先對金礦石進行破碎和磨礦，再通過重選、浮選等選礦方法將金從礦漿中分離出來［4-5］。 破碎作為選礦的第一步，其產品特征直接影響后續作業的效果，合理的破碎工藝是提高整個選礦作業指標的前提。

高壓輥磨技術是目前最有效的硬礦石粉碎方法之一，其原理是利用準靜壓對物料實施料層粉碎，即物料之間的相互粉碎［6-7］。 與傳統破碎方式相比，高壓輥磨產品在磨礦作業中的Bond 功指數能降低20%～30%［8］；高壓輥磨機處理的產品相對其他傳統破碎設備0.1～1.0 mm 粒級物料回收率更高［9］；有研究發現，物料經高壓輥磨處理后產生了更多微裂紋，增加了顆粒的解離度和浸液滲透性，從而能對后續重選、浮選作業產生積極影響［10-12］。 針對湖南某金礦的礦石特征和精礦品位、回收率偏低的現狀，本文進行了系統試驗研究，采用高壓輥磨破碎工藝，得到了細度更均勻、解離更充分的金礦破碎產品，并提高了浮選金精礦的品位和回收率，可為高壓輥磨技術在選礦行業的發展應用提供理論支持。

1 礦石性質

湖南某低品位金礦主要礦物組成見表1。 礦石中主要金屬礦物有黃鐵礦、毒砂；其他金屬礦物有磁黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦、方鉛礦、褐鐵礦、磁鐵礦、赤鐵礦等。 非金屬礦物主要為石英、長石、絹云母、高嶺石、方解石等，少量或微量的綠泥石、角閃石等。 礦石中可見自然金存在，其產出形態以裂隙金、粒間金為主，其次為包裹金，比例大致為40 ∶32 ∶28。 有價成分金主要與黃鐵礦和毒砂關系密切，其中與黃鐵礦的親密度高于毒砂［13］，多見存在于黃鐵礦裂隙、粒間，或被黃鐵礦包裹。 當黃鐵礦包裹毒砂、方鉛礦等礦物時，相對容易發現自然金的存在。

表1 試樣主要礦物組成及其相對含量（質量分數）／%

礦樣化學多元素分析結果見表2。 由表2 可知，礦石主要化學成分是SiO2、Al2O3、K2O、MgO、Fe 等，其次為Ca、S、As、Na2O 等；主要有價元素為Au、Ag。 值得注意的是：礦石中As 含量0.20%、S 含量0.73%，預計毒砂（FeAsS）可能會在所有硫化物中占有不小的比例。

表2 試樣化學多元素分析結果（質量分數）／%

2 試驗方法

2.1 試驗礦樣制備

礦石試樣分為兩種，一種取自現場常規破碎所得產品，經過試驗室再破碎至-3 mm（以下簡稱常規樣），另一種取自現場，經北京新華聯金礦高壓輥磨機10 MPa 工作壓力、循環負荷72.10%的3 mm 循環作業，破碎得到-3 mm 礦樣（以下簡稱輥磨樣）。

考慮到生產工藝采用重-浮聯合流程，結合粉碎礦樣粒度特性，本文磨礦方式選擇棒磨。 將兩種樣品磨至相同的磨礦細度后用于金的解離分析和浮選試驗。

2.2 浮選試驗

浮選試驗流程參考現場生產工藝，其中捕收劑丁基黃藥、丁銨黑藥和起泡劑2＃油屬于工業品，調整劑碳酸鈉和硫酸銅為分析純。 浮選開路試驗采用一粗兩精三掃作業流程，單次浮選作業使用礦石1 000 g，試驗原則流程、藥劑制度、浮選時間如圖1 所示。 采用XFDIV-3L 和XFDIV-0.75L 型單槽浮選機，其參數設定為：葉輪轉速1 992 r／min，充氣量60 ～80 L／h，礦漿濃度35%左右。 所得最終產品精礦、中礦和尾礦經過濾、烘干、稱重、制樣后分析金品位并計算其回收率。

圖1 浮選開路試驗流程

3 試驗結果與討論

3.1 破碎產品研究

3.1.1 破碎產品粒度分布

對輥磨樣和常規樣分別進行篩分試驗，結果如圖2所示。 2 種破碎方式處理所得粉碎礦樣粒度都集中在0.4～2 mm，約占一半；且2 種樣品-0.074 mm 微細粒均占一定比例，總體呈粗細兩極化分布。

圖2 破碎產品粒級累計分布

輥磨樣＋2 mm 粗粒物料含量由14.74%降到了6.31%，降低了8.43 個百分點，-0.074 mm 細粒物料含量降低了8.63 個百分點，說明高壓輥磨物料更加均勻，為后續提高磨礦效率和減少過磨現象創造了良好條件。

3.1.2 磨礦細度與時間關系試驗

在試驗室條件下對原礦磨礦細度與磨礦時間的關系進行了測定。 試驗在XMB 型棒磨機中進行，每次給礦500 g，磨礦濃度66.67%，磨礦時間為變量，磨礦產品用0.074 mm 標準篩進行篩分，篩上、篩下產品分別烘干、稱重，計算出不同磨礦時間下的磨礦細度，結果如圖3 所示。

圖3 磨礦細度曲線

從圖3 可以看出，經過高壓輥磨處理后的樣品具有更好的可磨性，在同等磨礦時間條件下磨礦產物更細，類比達到同等磨礦細度用時更短，磨礦能耗更低。

在磨礦細度-0.074 mm 粒級占52%條件下，輥磨樣所需磨礦時間為3.5 min，常規樣所需磨礦時間為4.0 min。 磨礦效率計算公式為：

式中C為磨礦效率，t／（W·h）；q為磨機單位容積物料處理量，t／m3；V為磨機容積，m3；N為磨機耗電量，W·h。 其中，磨機處理量、磨礦細度均為定值，耗電量與磨礦時間成正比。 通過計算可知，輥磨樣與常規樣相比，磨礦效率提高了14.3%。

3.1.3 磨礦產品粒度分布

對2 種礦樣在磨礦細度為-0.074 mm 粒級占52%條件下的磨礦產品進行了粒度篩析，結果見圖4。

圖4 磨礦產品粒級累計分布

由圖4 可以看出，在同等磨礦細度條件下，輥磨樣相對于常規樣粗粒級顆粒占比更小，磨礦產品更加均勻。 在＋0.15 mm 粒級范圍內，粒級產率由23.29%（常規樣）降到了18.18%（輥磨樣），降低了5.11 個百分點。 結合2 種物料的磨礦曲線可以得出，礦石經過高壓輥磨比常規破碎獲得的磨礦產品粒度更均勻，磨礦效率更高，這與預期結果相一致。

3.2 不同磨礦條件下金的解離分析

為了探究磨礦產品的解離度對金浮選回收的影響，分別對磨礦細度-0.074 mm 粒級含量65%和52%條件下的2 種礦石樣品進行了金物相分析及化學分析，結果如表3 所示。

表3 磨礦產品金物相分析

由表3 可知，磨礦細度-0.074 mm 粒級占52%時，輥磨樣單體金＋連生體金分布比例較常規樣高5.60 個百分點。 磨礦細度-0.074 mm 粒級占65%時，輥磨樣單體金＋連生體金分布比例較常規樣高1.38 個百分點。 說明高壓輥磨細碎使物料中的金及其包裹礦物發生初步解離，進一步磨礦更容易形成金的單體或連生體。 磨礦細度偏小的條件下，輥磨樣較常規樣單體解離的自然金優勢變小。

3.3 閉路試驗

采用中礦順序返回的閉路流程進行試驗，試驗流程見圖5，結果見表4。

圖5 閉路試驗流程

表4 閉路試驗結果

現場磨礦細度（-0.074 mm 粒級占65%）條件下，輥磨樣相對于常規樣品位和回收率均有所提高，其中精礦金品位增加了5.12 g／t，回收率增加了3.19 個百分點，證實了經高壓輥磨處理后的礦樣在同等條件下可得到更好的浮選指標。 輥磨樣磨礦細度-0.074 mm粒級含量從65%調整至52%，閉路試驗金品位增加了7.53 g／t，回收率增加了3.26 個百分點，浮選指標明顯提高。 說明磨礦細度-0.074 mm 粒級占65%存在過磨現象，造成金損失在尾礦中，將磨礦細度設為-0.074 mm粒級占52%時，浮選指標可得到進一步提高。

4 結 論

1） 采用高壓輥磨處理該金礦石，能得到粒度更均勻的物料，達到相同磨礦細度的磨礦時間更短，能提高磨機工作效率、減少磨礦作業能耗。

2） 在-0.074 mm 粒級占52%條件下，高壓輥磨相較于常規破碎暴露的已單體解離的自然金增加了5.60個百分點，有利于后續浮選作業獲得更好的指標。

3） 采用高壓輥磨破碎流程處理的原礦，在磨礦細度-0.074 mm 粒級占52%條件下，可得到金品位55.21 g／t、回收率94.41%的金精礦。