閃速浮選技術在粗精礦再磨作業中的應用

劉 群，鐘國建，胡文英，馮 寧，丁聲強，張躍軍

1廣東省大寶山礦業有限公司 廣東韶關 512127

2礦冶科技集團有限公司 北京 100160

某 礦山位于粵北南嶺地區，為國有大型露天開 采多金屬礦山，其上部為褐鐵礦帽，建礦 60 多年來已產出大量鐵礦石，現已基本消耗殆盡，該礦底部為伴生鎢鉬銅硫礦床。為提高企業經濟效益，2017 年，該礦新建了 7 000 t/d 銅硫選廠 (設計指標：銅精礦品位為 17%，選銅回收率為 72%，年產銅精礦超為 8 000 t)，并順利達產達標。2018—2021 年，在不變更主體設備的前提下，該礦陸續通過擴產工程和浮選擴容改造工程將產能提升至 10 000 t/d，銅、硫精礦的產量及回收率也有了大幅提升。然而，隨著銅粗精礦產率的大幅度增加，再磨作業的球磨機處理能力不足，經常出現吐礦、欠磨等問題，明顯的工藝短板限制了銅回收率的進一步提升[1]。為此，工程技術人員針對旋流器沉砂開展了閃速浮選試驗，在 YX-6 閃速浮選機工程化應用后，生產指標得到了進一步提高。

閃速浮選是在高質量分數 (60% 以上)、粗顆粒狀態下的浮選。給礦是磨礦分級回路中的旋流器沉砂，由于含泥量少，減少了細泥對浮選的有害影響[2]，有用礦物和脈石之間的可浮性差異很大，已解離的有用礦物達到快速浮選，而脈石和一些粗粒連生體沒有足夠的時間上浮，成為槽底產品，從而實現有用礦物與脈石的分離。與常規浮選相比，閃速浮選更有利于產出粗粒、高品位的精礦。采用閃速浮選技術，既可以降低循環負荷，改善磨礦分級條件，提高磨機處理能力，又可以避免目的礦物因過磨而產生損失，有利于提高有用礦物的總體回收率。

1 礦石性質

1.1 工藝礦物學研究

礦床屬高、中溫熱液礦床，礦石中的銅礦物主要為黃銅礦，微量銅藍；鋅礦物為閃鋅礦；硫礦物主要為黃鐵礦，其次為磁黃鐵礦。此外，礦石中還有少量的褐鐵礦、磁鐵礦，以及微量的方鉛礦、輝鉍礦、碲鉍礦、自然鉍等金屬礦物。非金屬礦物主要為石英，其次為綠泥石、正長石、黑云母，少量白云母、綠簾石、鈣鋁榴石、陽起石、透輝石、斜長石，微量方解石、滑石、橄欖石、高嶺石、榍石、磷灰石、螢石等。

磁黃鐵礦、黃鐵礦以及硫化鐵礦物集合體的嵌布粒度以粗粒為主。此外，黃銅礦、閃鋅礦粒度粗細不均勻，部分呈微細粒產出，需要細磨才能解離；硫礦物解離度相對較高。黃銅礦是礦石中最主要的銅礦物，也是要回收的目的礦物。黃銅礦主要以連生體形式產出，部分呈單體形式產出 (見圖 1)；部分黃銅礦與磁黃鐵礦等硫礦物的嵌布關系密切，常嵌布在一起或相互包裹產出 (見圖 2～ 4)；部分黃銅礦與脈石連生 (見圖 5)，少量黃銅礦呈微細粒包裹在脈石礦物中 (見圖 6)；有時可見黃銅礦與銅藍、自然鉍、閃鋅礦嵌布在一起；偶爾可見黃銅礦呈微粒包裹在閃鋅礦中，呈固溶體分離結構產出。易泥化礦物含量較高，可能對選礦有一定影響[3]，在生產中應當引起注意。

圖1 單體形式的黃銅礦Fig.1 Chalcopyrite in monomer form

圖2 黃銅礦與黃鐵礦嵌布連生Fig.2 Inbuilt intergrowth of chalcopyrite and pyrite

圖3 黃銅礦與磁黃鐵礦復雜連生Fig.3 Complicated intergrowth of chalcopyrite and pyrrhotite

圖4 黃銅礦中包裹磁黃鐵礦Fig.4 Pyrrhotite wrapped in chalcopyrite

圖5 黃銅礦與脈石礦物連生Fig.5 Intergrowth of chalcopyrite and gangue mineral

圖6 脈石礦物中呈微細粒的黃銅礦Fig.6 Fine-particle chalcopyrite in gangue mineral

1.2 礦石多元素化學分析

原礦化學多元素分析結果如表 1 所列，銅、硫物相分析結果分別如表 2、3 所列。

表1 原礦多元素化學成分分析結果 Tab.1 Analysis results of multi-element chemical composition of raw ore %

表2 銅物相分析結果 Tab.2 Analysis results of copper phase %

由表 2 可知：礦石中的銅主要以原生硫化銅的形式存在，分布率為 79.72%；其次以次生硫化銅的形式存在，分布率為 8.66%；而氧化銅的分布率僅為 1.54%，因此礦石為硫化礦。因該礦石屬于典型的高硫礦石，這可能是影響銅精礦品質的主要原因[4]。由表 3 可知：礦石中硫主要以非磁性硫化物的形式存在，分布率為 70.13%；其次以磁性硫鐵礦的形式存在，分布率為 29.25%；另有 0.62% 以其他礦物包裹形式存在。

表3 硫物相分析結果Tab.3 Analysis results of sulfur phase %

2 改造前銅精選流程分析

2.1 流程簡介

改造前的銅精選流程如圖 7 所示。銅粗精礦自流進入 2 號泵池，由渣漿泵泵至 3 號水力旋流器，旋流器沉砂進入溢流型球磨機再磨，再磨后球磨機排礦進入 2 號泵池循環。旋流器溢流進入浮選柱兩次精選，浮選柱精礦為銅精礦Ⅰ；柱選Ⅰ尾礦進入浮選機進行精掃選 (一粗兩精)，精掃作業尾礦返回銅粗選作業，精掃作業精礦為銅精礦Ⅱ，兩精礦合并作為最終銅精礦。

該流程充分發揮了浮選柱和浮選機各自的粒度優勢，為選廠取得良好的選銅指標奠定了技術基礎。目前，該工藝的主要問題存在于磨礦分級流程，銅粗精礦循環量過大，再磨作業中球磨機進料端經常吐礦，磨礦效率低；水力旋流器的分級量效率和質效率也偏低。

2.2 工藝流程考查

針對目前工藝流程中的問題，對銅粗精礦再磨—分級進行了一次全面考查。

2.2.1 分級作業分析

銅粗精礦再磨—分級作業考查結果如表 4 所列。

表4 銅粗精礦再磨—分級作業考查結果Tab.4 Checking results of middling copper concentrate regrinding and classification operation

由表 4 可以看出，銅粗精礦再磨—分級作業中，對給礦 -0.074 mm 粒級，球磨機的磨礦總效率為 18.35%，磨礦技術效率為 17.27%，返砂比為 89.04%；對給礦 -0.045 mm 粒級，球磨機的磨礦總效率為 4.43%，磨礦技術效率為 3.35%，返砂比為 392.97%。對 -0.074 mm 粒級，旋流器的分級量效率為 12.38%，分級質效率為 10.36%；對 -0.045 mm 粒級，旋流器的分級量效率為 48.84%，分級質效率為 41.61%。

由此可以看出，再磨—分級作業中，用于再磨作業的球磨機，磨機磨礦循環負荷較大，對 -0.074 mm 和 -0.045 mm 粒級，磨機的磨礦效率均較低，旋流器的分級效率也均較低。

2.2.2 沉砂分析

再磨—分級作業旋流器沉砂考查結果如表 5 所列。

表5 再磨—分級作業旋流器沉砂考查結果Tab.5 Checking results of sand settlement of cyclone in regrinding and classification operation

由表 5 可以看出，再磨—分級作業中，旋流器沉砂細度為 -0.074 mm 占 75.97%；-0.045 mm 占 20.14%。在 +0.074 mm 粒級中，銅金屬分布率為 25.78%，硫金屬分布率為 23.87%；在 -0.010 mm 粒級中，銅金屬分布率為 1.49%，硫金屬分布率為 1.35%。

由此可見，再磨—分級作業中，旋流器沉砂中，銅、硫主要分布于 -0.074 +0.045 mm 的粒級中。

2.2.3 再磨排礦分析

再磨作業球磨機排礦考查結果如表 6 所列。

表6 再磨作業球磨機排礦考查結果Tab.6 Checking results of discharge of ball mill in regrinding operation

由表 6 可以看出，再磨作業球磨機排礦細度為 -0.074 mm 占 80.38%，-0.045 mm 占 23.68%。在 +0.074 mm 粒級中，銅金屬分布率為 21.10%，硫金屬分布率為 19.43%；在 -0.010 mm 粒級中，銅金屬分布率為 3.06%，硫金屬分布率為 2.40%。

由此可見，再磨球磨機排礦中，銅、硫主要分布于 +0.045 mm 粒級中；再磨作業以后，-0.010 mm 粒級的產率、銅品位、銅金屬分布率均增加明顯，存在一定的過粉碎。對比表 5、6 的數據發現，旋流器沉砂經再磨后，+0.074 mm 的銅金屬僅減少了 4.68 個百分點，且其中 1.57 個百分點屬于過粉碎。

4 改造方案

針對進入再磨—分級作業的銅粗精礦循環量過大，導致水力旋流器分級量效率和質效率偏低、球磨機負荷過大、選銅技術指標難以得到進一步提升的現狀，技術人員從工藝、藥劑和設備多方面入手，進行了一系列技術研究，提出了在銅粗精礦再磨—分級作業中閃速浮選技術的改造方案，從源頭上減少進入再磨作業中的礦漿量，從而改善分級效率，提升選銅指標。

試驗所用藥劑 (石灰、乙硫氨酯、江銅一號) 均為工業純，由礦山現場提供。其中，江銅一號為復合配方的代號黃藥類捕收劑，由江銅集團 (鉛山) 選礦藥劑有限公司生產。浮選試驗設備主要為吉林省探礦機械廠生產的 XMQ-240×90 型錐形球磨機和 XFD 系列浮選機。

4.1 礦漿質量分數試驗

為探索礦漿質量分數對旋流器沉砂浮選的影響，進行了 3 號水力旋流器沉砂不斷稀釋后的浮選礦漿質量分數條件試驗，其中未稀釋時礦漿質量分數為 70%。試驗流程如圖 8 所示，試驗結果如表 7 所列。

圖8 浮選礦漿質量分數試驗流程Fig.8 Process flow of test for mass fraction of flotation slurry

表7 浮選礦漿質量分數試驗結果Tab.7 Results of test for mass fraction of flotation slurry %

從表 7 可以看出，隨著礦漿質量分數的不斷下降，銅精礦品位先下降后上升，而選銅回收率呈明顯下降趨勢。試驗結果表明，對于粒度較粗的硫化礦物，適宜在高質量分數條件下進行浮選，因此后續試驗均未對礦漿進行稀釋。由于常規浮選機難以適應高質量分數礦漿的浮選，現場需要引入閃速浮選裝備。

4.2 石灰用量試驗

前期捕收劑種類探索試驗發現，僅采用乙硫氨酯作為銅浮選捕收劑，無法對粗粒銅礦物進行有效回收，而采用江銅一號時則有明顯捕收作用。因此，在固定江銅一號用量為 20 g/t 的條件下，探索旋流器沉砂高質量分數浮選適宜的石灰用量。試驗流程為一次精選，試驗結果如表 8 所列。

表8 石灰用量試驗結果Tab.8 Results of test for lime dosage

從表 8 可以看出，隨著石灰用量的不斷增加，銅精礦品位波動幅度較大，銅精礦產率和作業回收率均呈先升高后降低的趨勢。綜合考慮，石灰用量在 500 g/t 時，選銅指標最佳。此時，選銅作業回收率最高，且銅精礦品位較好。

4.3 捕收劑用量試驗

在固定抑制劑石灰用量為 500 g/t 的條件下，對選銅捕收劑江銅一號的適宜用量進行了探索。試驗流程如圖 8 所示，試驗結果如表 9 所列。

表9 捕收劑用量試驗結果Tab.9 Results of test for collector dosage

從表 9 可以看出，隨著捕收劑用量的不斷增加，銅精礦產率不斷增加，銅精礦品位和選銅回收率先升高后下降；江銅一號用量在 30 g/t 時，選銅指標最好，此時獲得產率為 7.02%、品位為 17.12% 的銅精礦，選銅回收率達到了 83.61%。這意味著新工藝在減少 7% 的入磨量的同時，超過 80% 的銅礦物可以避免進入再磨作業，從源頭上避免了過粉碎的發生。

4.4 浮選裝備選型及功能簡介

YX 閃速浮選機具有獨特的給排礦結構，能夠應常規浮選機難以適應的粗顆粒、高質量分數礦漿的沖擊[9]，一般用于處理磨礦分級回路中的旋流器底流，達到能收早收、防止過磨、降低磨礦功耗和提高浮選回收率的目的[4-7]。閃速浮選機的外形與現場應用分別如圖 9、10 所示。

圖9 YX 型閃速浮選機外形Fig.9 Appearance of YX flash flotator

圖10 現場安裝的 YX-6 型閃速浮選機Fig.10 YX-6 flash flotator installed in site

根據各區域分選功能的不同，YX 閃速浮選機可分為濃縮區、攪拌混合區、運輸區、分離區和泡沫區[8]，如圖 11 所示。各區域的特征描述如下：

圖11 浮選動力學分區Fig.11 Divided dynamic flotation zones

(1) 濃縮區 未進入葉輪定子系統循環的粗重顆粒 (主要是未解離礦物)，以及進入葉輪定子系統循環、但未與氣泡黏附的顆粒，集中到浮選機槽體錐底排出；

(2) 攪拌混合區 來自鼓風機的空氣和給礦中的大部分顆粒進入葉輪定子系統，經葉輪攪拌后充分分散；

(3) 運輸區 礦物顆粒在葉輪攪拌作用下被上揚到一定高度；

(4) 分離區 礦化氣泡攜帶黏附在其表面的顆粒上升，并經歷顆粒脫落、碰撞、再黏附的反復過程；

(5) 泡沫區 礦化氣泡形成泡沫層，直至泡沫層流出浮選機槽體，成為泡沫產品。

閃速浮選機給礦質量分數較高，一般在 45%～ 65%，為實現正常的分選效果，浮選機內的礦漿質量分數應呈梯度分布。濃縮區處于高質量分數區，攪拌混合區與運輸區處于中質量分數區，分離區和泡沫區處于低質量分數區。

根據廣東省資源綜合利用研究所 2019 年 10 月對 1 000 t/d 銅硫選廠進行的全流程查定結果，3 號旋流器沉砂作業參數：干礦量為 120 t/h，礦石密度為 3.5 t/m3，礦漿質量分數為 65%，不均衡系數為 1.50，容積系數為 0.70，設計浮選時間為 2 min。為滿足正常浮選時所需的礦漿攪拌、充氣量和空氣彌散度等基本要求，經過測量工業場地和容積計算，決定采用 1 臺礦冶科技集團有限公司研制的 YX 閃速浮選機，其浮選容積為 6 m3。容積計算過程如下。

式中：V為浮選機幾何容積；K1為處理量不均衡系數；t為設計浮選時間；Q為干礦處理量；R為作業的礦漿液固比；ρ為礦石密度；K2為容積系數。

5 工藝改造

5.1 選礦技術指標對比

2022 年 10 月，綜合考慮設備和工藝因素后，決定將閃速浮選機并入精掃精選Ⅲ浮選機作業進行再次精選。改造后的工藝流程如圖 2 所示。

(1) 經現場多次取樣化驗，閃速浮選機產出的銅精礦品位為 15%～ 18%，與銅精礦Ⅰ、銅精礦Ⅱ的品位相當，達不到單獨作為銅精礦的標準，且粒度組成偏粗。

(2) 浮選柱適宜浮選微細粒礦物，對粗顆粒礦物的回收效果較差。

圖12 改造后的銅精選工藝流程Fig.12 Innovated process flow of copper concentration

(3) 閃速浮選機對粗顆粒礦物的回收效果優于原浮選機。YX-6 閃速浮選機接入生產工藝流程后，在基本相同的原礦條件下，選廠選銅與選硫回收率分別提高了 1.06 和 0.24 個百分點，選礦技術指標得到了進一步提升。YX 閃速浮選機應用前后，選廠技術指標對比如表 10 所列。

表10 改造前后選礦技術指標對比 Tab.10 Comparison of concentration technical indexes before and after innovation

5.2 經濟效益分析

閃速浮選機接入選廠工藝流程后，有效減小了球磨機運行負荷，對減少銅礦物的過粉碎具有重要意義。選廠 2021 年處理量為 349.7 萬 t/a，原礦銅品位為 0.483%，上海期貨交易所當前滬銅主力價格為 67 630 元/t，計價系數為 82%，在銅粗精礦再磨—分級回路增加 1 臺 YX-6 閃速浮選機后，選銅回收率增加 1.06 個百分點，按此計算，全年可新增銅精礦 179.04 金屬噸，產值約增加 992.89 萬元。

6 結論

(1) 黃銅礦是礦石中最主要的銅礦物，主要以連生體形式產出。硫礦物主要為黃鐵礦，其次為磁黃鐵礦。非金屬礦物主要為石英，其次為綠泥石、正長石、黑云母，易泥化礦物含量較高。黃銅礦、閃鋅礦粒度粗細不均勻，部分呈微細粒產出，需要細磨才能解離，硫礦物解離度相對較高。部分黃銅礦與磁黃鐵礦等硫礦物的嵌布關系密切，部分黃銅礦與脈石連生或呈微細粒包裹在脈石礦物中。

(2) 隨著選廠處理能力的不斷提升，銅粗精礦產率不斷增加，導致再磨處理能力不足，經常出現吐礦、欠磨等問題，明顯的工藝短板限制了銅回收率的進一步提升。

(3) 研究人員開展了從流程查定、工藝礦物學研究到浮選試驗等方面的研究，最終確定了對銅粗精礦再磨—分級系統實施閃速浮選技術改造方案。

(4) YX-6 閃速浮選機接入選廠工藝流程后，有效解決了現有再磨作業的球磨機處理能力不足的問題，減輕了銅礦物過粉碎，為提高后續銅浮選作業效率提供了有力的保障。