新型硫抑制劑HD12替代石灰的試驗研究

王體琛 鄧久帥 盧 雨 孫振武 朱開順 朱萱菲

(1.中國礦業大學(北京)化學與環境工程學院,北京 100083;2.有色金屬行業三稀資源綜合利用工程技術研究中心,北京 100083;3.有色金屬行業共伴生資源分離加工重點實驗室,北京 100083;4.礦業大學(北京)內蒙古研究院,內蒙古 鄂爾多斯 017001)

鋅是我國國民經濟發展不可或缺的重要原料,廣泛應用于現代化工、電子、冶金等領域[1]。隨著經濟社會的快速發展,我國對鋅金屬的需求量逐年增加[2]。鋅具有較強的親硫性,地殼中的鋅礦石以硫化鋅礦為主[3]。閃鋅礦是最常見的硫化鋅礦物,也是鋅最重要的礦物原料之一,通常與黃鐵礦等硫化礦緊密伴生。因此,生產實踐中普遍存在閃鋅礦與黃鐵礦的分離問題[4-6]。

內蒙古錫盟地區含鋅硫化礦石資源經過多年開采,鋅品位逐漸降低,礦石氧化率逐年升高,加劇了鋅硫分離難度。為了有效脫硫、提高鋅選別效率及產品質量,現場鋅硫分離作業加入了大量的石灰作為抑制劑,導致結垢堵管、安全隱患大、環境污染嚴重等問題[7-9]。為了解決上述問題,亟須一種新型抑制劑來替代石灰[10-11]。

為此,筆者所在課題組基于藥劑基團設計的原則,篩選出與黃鐵礦結合能力強,選擇性好的兩種抑制劑,按照一定比例進行配制后再進行改性處理,得到了一種新型黃鐵礦抑制劑HD12。為了探究其能否替代石灰作為硫抑制劑,通過試驗對比研究了HD12 與石灰對該含鋅硫化礦浮選效果的影響。研究結果可為此類礦石的有效利用提供可靠依據。

1 礦石性質

本試驗所用礦樣取自內蒙古錫盟某硫化鋅礦區,礦石中主要金屬礦物為閃鋅礦、磁鐵礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦等,主要脈石礦物為石英、鈣鐵石榴石、方解石、云母、閃石等。礦石的化學多元素及鋅、鐵、硫物相分析結果見表1～表4。

表1 礦石化學多元素分析結果Table 1 Analysis results of the chemical multi-elements for the ores%

由表1 可知,鋅和鐵是礦石中主要有價金屬,品位分別為1.46%、22.07%,其他組分的品位未達到工業利用標準。

從表2～表4 可知,鋅的賦存狀態較為簡單,主要賦存于硫化相中,硫化相中鋅的含量和分布率分別為1.34%、91.78%;鐵的賦存狀態較為復雜,以磁性鐵為主,鐵的含量和分布率分別為14.18%、64.28%,僅有少量鐵賦存在硫化鐵中,說明脫硫對鐵回收率影響較小;硫主要賦存于閃鋅礦中,硫的含量和分布率分別為1.14%、64.05%,其次為磁黃鐵礦、黃鐵礦和硫酸鹽。

表2 礦石鋅物相分析結果Table 2 Analysis results of the zinc phase for the ores%

表3 礦石鐵物相分析結果Table 3 Analysis results of the iron phase for the ores%

表4 礦石硫物相分析結果Table 4 Analysis results of the sulfur phase for the ores%

2 試驗研究方案

2.1 選礦流程的確定

礦石中主要有價礦物為閃鋅礦、磁鐵礦,其中鋅的價值占據主導地位。因此,選別過程中需要注重鋅的回收。由于礦石中硫的含量偏高,為了提高鋅精礦的產品質量,應當對黃鐵礦、磁黃鐵礦等含硫礦物進行有效脫除,因此選擇“抑硫浮鋅”的工藝流程開展試驗研究,如圖1所示。

圖1 條件試驗流程Fig.1 Flow chart of the condition test

選別效率E采用下式計算:

式中,α為原礦品位,%;β為精礦品位,%;θ為尾礦品位,%;βx為閃鋅礦純礦物中鋅的百分含量,為67.01%。

2.2 試驗藥劑及設備

試驗所用設備包括XFD 型單槽浮選機(1.5、0.75、0.5L)、電子天平(型號MTB500)、真空過濾機及數顯恒溫鼓風干燥箱等。

試驗所用藥劑包括實驗室自主研發的新型黃鐵礦抑制劑HD12,傳統抑制劑石灰(工業純),捕收劑丁基鈉黃藥(工業級),活化劑硫酸銅(分析純),起泡劑松醇油(工業級)。

3 試驗結果與分析

3.1 磨礦細度試驗

磨礦有助于實現目的礦物與其他礦物間的單體解離,進而提高精礦品位[12-13]。為了確定鋅硫分離粗選適宜的磨礦細度,在鋅粗選石灰用量為4 000 g/t、硫酸銅用量為240 g/t、丁基鈉黃藥用量為80 g/t、松醇油用量為30 g/t,鋅掃選丁基鈉黃藥用量為40 g/t、松醇油用量為10 g/t 的條件下,考察了磨礦細度對鋅精礦選別指標的影響,試驗結果見圖2。

圖2 磨礦細度試驗結果Fig.2 Results of the grinding fineness test

由圖2 可知,隨著磨礦細度的增加,鋅精礦中鋅品位逐漸下降,鋅回收率先增加后基本不變。綜合考慮,確定適宜的磨礦細度為-0.074 mm 占75%。

3.2 捕收劑用量試驗

丁基鈉黃藥是常見的硫化礦捕收劑,其極性基團中的二價硫原子能夠與硫化礦表面發生化學吸附,對硫化鋅礦物的捕收能力好、選擇性強,可以實現硫化鋅礦物與脈石的分離[14]。因此,本試驗選取丁基鈉黃藥作為鋅選別作業的捕收劑。在鋅粗選石灰用量為4 000 g/t、硫酸銅用量為240 g/t、松醇油用量為30 g/t,鋅掃選松醇油用量為10 g/t 的條件下,考察了丁基鈉黃藥總用量對鋅精礦選別指標的影響,其中鋅粗選丁基鈉黃藥用量為鋅掃選丁基鈉黃藥用量的2 倍,試驗結果見圖3。

圖3 丁基鈉黃藥總用量對鋅精礦指標的影響Fig.3 Effect of sodium butyl xanthate total dosage on zinc concentrate index

由圖3 可知,浮選過程中丁基鈉黃藥用量的適當增加有利于精礦中鋅回收率的增加。當鋅粗選丁基鈉黃藥用為80 g/t、鋅掃選丁基鈉黃藥用量為40 g/t時,精礦中鋅回收率達到最大值,為84.97%,鋅品位也較高,為50.72%,此時鋅精礦指標最佳。因此,使用該藥劑用量開展后續試驗。

3.3 活化劑用量試驗

硫酸銅是閃鋅礦常用的活化劑,其用量對鋅精礦的指標具有顯著的影響[15-16]。當硫酸銅用量不足時,部分目的硫化鋅礦物沒有被銅離子活化上浮,導致鋅在尾礦中的損失增大[17]。在鋅粗選石灰用量為4 000 g/t、丁基鈉黃藥用量為80 g/t、松醇油用量為30 g/t,鋅掃選丁基鈉黃藥用量為40 g/t、松醇油用量為10 g/t 的條件下,考察了硫酸銅用量對鋅精礦選別指標的影響,試驗結果見圖4。

圖4 硫酸銅用量對鋅精礦指標的影響Fig.4 Effect of copper sulfate dosage on zinc concentrate index

由圖4 可知,隨著硫酸銅用量的增加,精礦中鋅品位先升高后趨于穩定,鋅回收率呈逐漸升高的趨勢。當硫酸銅用量達到240 g/t 時,精礦中鋅回收率為50.72%、鋅品位為84.97%,均處于較高值。綜合考慮藥劑成本與鋅精礦指標,確定鋅粗選硫酸銅用量為240 g/t。

3.4 抑制劑種類與用量試驗

通過捕收劑用量試驗與活化劑用量試驗研究,確定了丁基鈉黃藥最佳用量為80 g/t,硫酸銅最佳用量為240 g/t。為了對比石灰和HD12 這2 種抑制劑對鋅浮選指標的影響,探索實際生產中HD12替代石灰的可行性,在鋅粗選硫酸銅用量為240 g/t、丁基鈉黃藥用量為80 g/t、松醇油用量為30 g/t,鋅掃選丁基鈉黃藥用量為40 g/t、松醇油用量為10 g/t 的條件下,分別以石灰和HD12 為抑制劑,考察其用量對鋅精礦指標的影響,試驗結果見圖5。

圖5 抑制劑用量對鋅精礦指標的影響Fig.5 Effect of inhibitors dosage on zinc concentrate index

由圖5(a)可知,當石灰從2 000 g/t 逐漸增加到4 000 g/t 時,精礦中鋅品位和鋅回收率逐漸上升。當石灰用量為4 000 g/t 時,精礦中鋅回收率達到最大值84.97%,此時鋅品位為50.72%。若繼續增大石灰用量,精礦中鋅回收率及品位有所下降。

由圖5(b)可知,采用HD12替代石灰作為抑制劑,當HD12 用量為10 g/t 時,精礦中鋅回收率為85.25%、鋅品位為49.78%,取得了良好的鋅選別指標。若繼續增大HD12 的用量,過量的抑制劑不僅會抑制黃鐵礦,也會影響部分閃鋅礦的可浮性。

對比HD12(用量10 g/t)與石灰(用量4 000 g/t)的浮選指標,可以發現精礦中鋅品位從50.72%降低至49.78%,降低了0.94 個百分點;鋅回收率從84.97%提高至85.25%,提高了0.28 個百分點。上述結果證明HD12 具備替代石灰作為抑制劑的潛力。

3.5 全閉路試驗

在條件試驗所確定的最佳藥劑制度下,分別進行了HD12、石灰為抑制劑的實驗室閉路試驗。閉路試驗流程見圖6,試驗結果見表5。

圖6 閉路試驗流程Fig.6 Flowsheet of the closed-circuit test

表5 閉路試驗結果Table 5 Results of the closed-circuit test%

由表5 可知,石灰用量為4 000 g/t 時,試樣經“1粗2 精3 掃”的鋅選別作業,最終可獲得鋅品位51.73%、鋅回收率85.66%的鋅精礦產品,鋅選別效率為66.44%。HD12 用量為10 g/t 時,試樣經過相同的鋅選別作業,最終可獲得鋅品位50.04%、鋅回收率88.97%的鋅精礦產品,鋅選別效率為66.70%,兩者均獲得良好的鋅選別指標。

相比之下,HD12 用量僅為石灰用量的1/400時,最終得到的鋅精礦產品中鋅品位降低了1.69 個百分點,鋅回收率提高了3.31 個百分點,鋅選別效率提高了0.26 個百分點。說明HD12 是一種高效、選擇性強的硫抑制劑,能夠有效地替代石灰。

4 結論

(1)內蒙古錫盟地區含鋅硫化礦含鋅1.46%、含鐵22.07%,主要金屬礦物為閃鋅礦、磁鐵礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦等。其中鋅的賦存狀態較為簡單,主要賦存于硫化相中,硫化相中鋅的含量和分布率分別為1.34%、91.78%;鐵的賦存狀態較為復雜,以磁性鐵為主,磁性鐵中鐵的含量和分布率分別為14.18%、64.28%。硫主要賦存于閃鋅礦中,閃鋅礦中硫的含量和分布率分別為1.14%、64.05%,其次為磁黃鐵礦、黃鐵礦和硫酸鹽。

(2)針對該礦石的主要礦物組成及賦存狀態,在磨礦細度為-0.074 mm 占75%的情況下,以HD12 為硫礦物抑制劑,硫酸銅為鋅活化劑,丁基鈉黃藥為鋅捕收劑,經過“1 粗2 精3 掃”的閉路試驗流程,最終獲得了鋅品位為50.04%、鋅回收率為88.97%的鋅精礦,實現了含鋅硫化礦中鋅資源的高效回收。

(3)HD12 與石灰的選別指標相比,鋅精礦中鋅品位降低了1.69 個百分點,鋅回收率提高了3.31 百分點,鋅選別效率提高了0.26 個百分點。說明HD12能夠替代石灰作為硫抑制劑,在顯著降低藥劑用量的同時,解決使用石灰導致的安全、環保等問題。