某金礦尼爾森重選試驗研究

張明煒 譚 璐 黃業豪,3

(1.河南省巖石礦物測試中心,河南 鄭州 450012;2.河南省地礦局第二地質環境調查院,河南 鄭州 450012;3.鄭州大學化工學院,河南 鄭州 450001)

金礦石選礦方法的選擇與金的嵌布特征、賦存狀態、雜質元素含量等礦石性質有密切關系[1-2]。目前常見的金礦石選礦方法主要有浮選法、重選法、氰化法以及聯合工藝[3-6]。其中重選法是一種綠色清潔的選礦方法,在砂金礦、石英脈金礦中常常得到應用,但傳統的重選工藝存在金回收率低、富集比低、處理量小等問題[7-9]。尼爾森選礦機是一種基于離心原理的強化重力選礦設備,外形主體呈柱形,分選機構主要是一個由內錐與外錐構成密閉的離心錐[10-11]。物料在富集錐內受到高倍的強化重力場作用,比重差放大,更易實現有用礦物與脈石礦物的有效分離;配以離心力與反沖洗水的相互作用,物料在富集錐內保持松散狀態,進而使得比重大的物料能夠占據空間保留下來,比重小的物料則作為尾礦排出。目前,尼爾森選礦機已在河南金源黃金礦業有限責任公司、琿春紫金礦業有限公司、金川集團股份有限公司、內蒙古金陶股份有限公司、洛陽坤宇礦業有限公司、山西紫金礦業有限公司、洛寧華泰礦業開發有限公司等多家黃金選礦廠得到應用,并取得了良好的分選效果[12-15]。

某金礦選礦廠生產能力為1 500 t/d,目前生產工藝流程為單一浮選,磨礦回路中金的富集倍數能夠達到5倍以上,并且史上曾采用混汞回收金,說明礦石中存在顆粒金。為探究此類礦石對尼爾森選礦機的適應性,開展了系統的尼爾森重選試驗研究,并驗證了尼爾森重選+浮選工藝流程的可行性。

1 原礦性質

1.1 礦物組成及化學成分分析

原礦中金屬礦物主要有黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦、方鉛礦、黝銅礦、磁鐵礦、輝銅銀礦及少量自然金;非金屬礦物主要有石英、綠泥石、云母、鉀長石、斜長石、方解石等。

原礦主要化學成分分析結果見表1。

表1 原礦主要化學成分分析結果Table 1 Analysis results of the main chemical composition of the raw ores %

由表1可知,原礦Au品位為4.66 g/t,Cu、Pb、Zn含量分別為0.25%、0.42%和0.47%。

1.2 自然金嵌布粒度分析

原礦自然金嵌布粒度分析結果見表2。

由表2可知,自然金顆粒粒徑主要集中在0.295～0.074 mm,產率達59.82%,其次為+0.295 mm的巨粒金,產率為19.37%。

1.3 金物相分析

原礦金物相分析結果見表3。

由表3可知,金以裸露半裸露金為主,分布率為66.74%,此部分金適合采用重選回收;硫鐵礦包裹金、銅鉛鋅硫化物包裹金合計分布率為10.30%;碳酸鹽包裹金、赤鐵礦包裹金、石英硅酸鹽包裹金三者合計分布率為22.96%,此部分金較難回收,不利于提高金的總回收率。

2 試驗方法及設備、儀器

2.1 試驗方法

原礦中包裹金與裂隙金占比基本相同,主要以粗粒金(0.074～0.295 mm)的形式存在,并且有19.37%的巨粒金(+0.295 mm),結合探索試驗結果,該礦石適宜采用重—浮聯合工藝,以保證“能收早收”,具體試驗流程見圖1。

礦石磨至所需細度后調節礦漿濃度為40%,將礦漿勻速給入尼爾森選礦機,在試驗設定的工藝參數下進行重選試驗,試驗結束后將精礦、尾礦分別烘干制樣,分析并計算重選產品指標;重選尾礦全部濃縮后磨礦至所需細度,攪拌均勻后取礦漿樣,根據圖1所示流程進行浮選試驗。

2.2 試驗設備及儀器

試驗所用設備及儀器包括錐形球磨機(RK/ZQM,武漢洛克粉磨設備制造有限公司)、尼爾森選礦機(KC-MD3,FLSmidth Ltd)、浮選機(XFD,武漢探礦機械有限公司)、真空過濾機(XTLZ-260,四川省地質礦產勘查開發局)、恒溫烘箱(GZX-9070MBE,上海博迅醫療生物儀器股份有限公司)、電子天平(LT3002E,常熟市天量儀器有限責任公司)、震動制樣機(100-3,南昌礦機集團股份有限公司)。

3 試驗結果與討論

3.1 磨礦細度對尼爾森重選指標的影響

尼爾森重選給礦細度一般為-0.074 mm占20%～60%,對于存在粗粒顆粒金的礦石一般控制細度較粗,對于存在微細粒顆粒金的礦石一般控制細度較細,適宜的磨礦細度不僅能夠保證理想的回收率指標,而且能夠控制生產成本。固定重力倍數為60 G,反沖洗水量為3.5 L/min,給礦速度為500 g/min,每次試驗礦量為1 kg,考察磨礦細度對重選指標的影響,試驗結果見圖2。

圖2 磨礦細度對尼爾森重選指標的影響Fig.2 Influence of grinding fineness on the Knelson gravity separation indexes

由圖2可知,增大尼爾森重選給礦的磨礦細度,重砂金品位逐漸提高,金回收率先升高后降低。這是由于在重力倍數和反沖洗水量一定的前提下,增大磨礦細度有利于提高礦石的單體解離度,進而提高精礦品位,但磨礦細度過細容易導致微細粒級顆粒金受反沖洗水作用而損失至尾礦中。結合試驗結果,確定適宜的磨礦細度為-0.074 mm占45%,此時重砂的金品位為44.41 g/t,金回收率為89.35%。

3.2 重力倍數對尼爾森重選指標的影響

生產中尼爾森選礦機的電機一般為非變頻電機,重力倍數基本是固定的,主要是通過調整細度、富集時間和反沖洗水量穩定生產指標,但為了探究重力倍數對重選指標的影響,實驗室內有必要進行重力倍數試驗。固定磨礦細度為-0.074 mm占45%,反沖洗水量為3.5 L/min,給礦速度為500 g/min,每次試驗礦量為1 kg,考察重力倍數對重選指標的影響,試驗結果見圖3。

圖3 重力倍數對尼爾森重選指標的影響Fig.3 Influence of gravity multiple on the Knelson gravity separation indexes

由圖3可知,重力倍數由40 G增加至120 G,重砂金品位由46.85 g/t降低至35.41 g/t,金回收率基本穩定在88%～90%,波動不大,說明重力倍數并非影響回收率的關鍵因素。這是因為本試驗礦石顆粒金粒度較大,在較小的重力倍數下便可獲得有效回收富集,但增加重力倍數后,會導致低比重的脈石礦物富集至富集椎,進而降低精礦品位。增加重力倍數需提高電機轉速,不僅對提高回收率無明顯作用,而且增加電耗、加快設備磨損,宜采用低重力倍數,但生產設備轉速一般都是固定的,默認重力倍數為60 G,因此后續試驗確定適宜的重力倍數為60 G。

3.3 反沖洗水量對尼爾森重選指標的影響

實際生產中,由于反沖洗水量可以根據礦石性質通過PLC模塊對其進行精準調整和控制,因此反沖洗水量常常作為尼爾森選礦機的主要控制參數。固定磨礦細度為-0.074 mm占45%,重力倍數為60 G,給礦速度為500 g/min,每次試驗礦量為1 kg,考察反沖洗水量對重選指標的影響,試驗結果見圖4。

圖4 反沖洗水量對尼爾森重選指標的影響Fig.4 Influence of backwash waterflow on the Knelson gravity separation indexes

由圖4可知,反沖洗水量由3.5 L/min增加至11.5 L/min,重砂金品位由44.81 g/t提高至55.32 g/t,金回收率由88.70%降低至84.63%。提高反沖洗水量有利于提高重砂金品位,但是反沖洗水量增加后,不僅會導致尼爾森重選回收率會有所下降,還會降低尼爾森尾礦濃度,不利于后續分級浮選作業。因此建議反沖洗水量不宜過大,后續試驗確定適宜的反沖洗水量為5.5 L/min。

3.4 給礦量對尼爾森重選指標的影響

生產中,富集時間是控制重砂品位的一個重要參數,由于富集錐的體積是固定的,富集錐中的重砂量也基本是不變的,延長富集時間,礦漿通過量隨之增加,富集椎能夠富集更多數量的顆粒金,進而提高重砂品位,但值得注意的是精礦產率也是隨之下降的。實驗室尼爾森重選試驗屬于是開路作業,只能通過控制給礦量控制精礦產率,進行模擬富集時間對重選指標的影響。固定磨礦細度為-0.074 mm 占45%,重力倍數為60 G,反沖洗水量5.5 L/min,給礦速度為500 g/min,通過改變給礦量控制精礦產率進行尼爾森重選試驗,結果見圖5。

由圖5可知,由于尼爾森富集腔的體積一定,隨著給礦量增加,比重較小的顆粒必定被比重較大的顆粒所替代,即脈石顆粒盡可能地被顆粒金所取代,從而導致隨著給礦量增加,富集錐中顆粒金的數量逐漸增加,重砂金品位逐步增加,但會導致已經富集錐中的單體金或連生金隨尾礦排出,進而導致重砂金回收率逐漸降低。當給礦量為20 kg時,重砂產率為0.418%,精礦產品經過淘洗后Au品位約4 000 g/t左右,回收率約為40%。

圖5 給礦量對尼爾森重選指標的影響Fig.5 Influence of feeding amount on the Knelson gravity separation indexes

3.5 重選作業前后產品粒度變化分析

為考察尼爾森選礦機對各粒級的回收情況,需要對重砂產品進行粒度篩析,但重砂量較少,篩析數據誤差較大,因此對最佳條件下尼爾森重選前后產品進行粒度篩析,以考察尼爾森重選機對各粒級的回收情況,結果見圖6。

圖6 尼爾森重選前后各粒級產率變化Fig.6 The change of particle size composition before and after Knelson gravity separation

由圖6分析可知,尼爾森重選后,+0.45 mm、0.45～0.18 mm 2個粒級產率明顯下降,0.125～0.097 mm粒級產率略有下降,其他各粒級產率則均有上升。從各粒級產率變化規律來看,主要回收了+0.45 mm、0.45～0.18 mm 2個粒級的產品,0.125～0.097 mm粒級有部分回收,其他粒級回收較少;尼爾森尾礦與尼爾森給礦相對比,正累計產率曲線向下偏移,負累計產率曲線向上偏移,表明尼爾森尾礦中粗粒級含量減少,說明此部分粗粒級礦物被尼爾森選礦機回收,這與上述分析結果是一致的。

尼爾森精礦鏡下顯微照片(圖7)顯示,顆粒金粒度較粗,且解離程度良好。

圖7 尼爾森精礦鏡下顯微照片Fig.7 The microscopic micrograph of Knelson concentrate

3.6 重—浮聯合工藝驗證試驗

取20 kg礦石磨至-0.074 mm占45%,加入攪拌桶后調漿攪拌均勻,固定重力倍數為60 G、反沖洗水量5.5 L/min、給礦速度為500 g/min進行尼爾森重選,重選尾礦全部再磨至-0.074 mm占65%,調漿后取適量礦漿進行浮選閉路試驗,驗證試驗流程及藥劑制度見圖1,試驗結果見表4。

表4 重—浮聯合工藝驗證試驗結果Table 4 The results of gravity separation and flotation combined process verification test

由表4可知,全流程驗證閉路試驗可以獲得產率0.048 9%、金品位為 4 018.14 g/t、金回收率為42.07%的重砂金,以及產率為 7.60%、金品位為32.43 g/t、金回收率為52.78%的浮選精礦,金精礦產品中金的總回收率為94.85%。

4 結 論

(1)原礦中金主要以裸露半裸露金的形式存在,分布率為66.74%;自然金粒徑主要集中在0.295～0.074mm,產率為59.82%,其次為+0.295 mm粒級,產率為19.37%,此部分粗顆粒自然金有利于重選回收。

(2)在磨礦細度為-0.074 mm占45%、重力倍數為60 G、反沖洗水量 5.5 L/min、給礦速度為 500 g/min、給礦量為20 kg的條件下,尼爾森重選精礦產率為0.418%,精礦產品經過淘洗后,可獲得金品位約為4 000 g/t的重砂,回收率約為40%。

(3)重—浮聯合工藝閉路試驗可獲得產率為0.048 9%、金品位為 4 018.14 g/t、金回收率為42.07%的重砂金,以及產率為 7.60%、金品位為32.43 g/t、金回收率為52.78%的浮選金精礦,金總回收率為94.85%。

(4)尼爾森重選主要回收了+0.097 mm粒級產品,對細粒級產品回收能力有限;對于本類礦石,由于自然金粒度較粗,生產中可以適當降低磨礦細度。