劉行剛，孫春寶，徐 濤

(北京科技大學(xué)金屬礦山高效開采與安全教育部重點實驗室，北京100083)

我國的鉬礦資源豐富，儲量居世界前列，但品位較低，共生礦多。盡管鉬礦可浮性好，但硬度小，堪布粒度細(xì)，加上其不可再生性和不合理開發(fā)利用，在傳統(tǒng)的選別技術(shù)條件下，鉬回收率不高，造成鉬資源浪費嚴(yán)重。為了綜合利用鉬礦資源[1-2]，提高鉬礦回收率，試驗改變常規(guī)的加藥技術(shù)，采用氣溶膠加藥技術(shù)，對某低品位鉬礦進(jìn)行氣溶膠浮選特性研究。所謂氣溶膠浮選[3-4]，就是將其所需的浮選藥劑與空氣或其他氣體呈氣溶膠狀給入到浮選體系的一種浮選過程。

試驗?zāi)康脑谟谕ㄟ^改變傳統(tǒng)的加藥方式強(qiáng)化低品位難選鉬礦的浮選。據(jù)有關(guān)資料[5-10]介紹，應(yīng)用本法可改善硫化礦石、氧化礦石及難選復(fù)雜礦石的浮選效果，并可擴(kuò)大選礦的應(yīng)用范圍。本研究在低品位難選鉬礦浮選技術(shù)水平的提高方面具有指導(dǎo)意義。

1 礦石性質(zhì)

1.1 礦石的來源與礦物組成分析

試驗所用礦樣由內(nèi)蒙古某銅鉬礦提供。經(jīng)顯微鏡下礦物鑒定和X射線衍射分析，該礦石中的礦物組成較復(fù)雜，其中銅、鉬、硫元素等主要以獨立礦物存在。銅的獨立礦物較多，有黃銅礦、斑銅礦、藍(lán)輝銅礦、銅藍(lán)、砷黝銅礦;鉬的獨立礦物主要為輝鉬礦;硫的獨立礦物為黃鐵礦。脈石礦物主要為石英、白云母、長石、伊利石、高嶺石等，石英是含量最高的脈石礦物。

1.2 礦石的化學(xué)多元素分析

礦石的化學(xué)多元素分析結(jié)果見表1。化驗結(jié)果表明，礦石中鉬品位較低，為0.023%，銅品位為0.31%;礦石中除銅、鉬、硫等有價元素外，其他可以綜合利用的元素含量都很低;礦石中還含有少量有害元素砷。

表1 礦石的主要化學(xué)成分分析結(jié)果

1.3 礦石中鉬的物相分析

鉬的物相分析結(jié)果見表2。分析結(jié)果表明:鉬大部分以硫化鉬的形式存在，其余以氧化鉬形式存在，鉬的氧化率為8.70%。

表2 鉬的物相分析結(jié)果

2 試驗設(shè)備及試驗方法

本試驗所用的氣溶膠浮選系統(tǒng)主要由氣溶膠發(fā)生器、空壓機(jī)、氣體流量劑、浮選機(jī)和設(shè)備連接管路組成。本試驗所用的氣溶膠發(fā)生器為Collison噴嘴氣溶膠發(fā)生器，它屬于壓縮空氣霧化器類氣溶膠發(fā)生器。

2.1 試驗主要設(shè)備

試驗主要設(shè)備見表3。

表3 試驗設(shè)備

2.2 試驗方法

試驗從粗選、精選和掃選三個階段，對低品位鉬礦進(jìn)行氣溶膠浮選試驗研究。試驗對捕收劑煤油以氣溶膠形式加藥，考查氣溶膠加藥技術(shù)對浮選過程的影響，最后對試驗結(jié)果進(jìn)行分析、討論，得出結(jié)論。試驗流程如圖1所示。

圖1 試驗流程

3 試驗結(jié)果與分析

試驗分為粗選、精選、掃選三個階段。在其他試驗條件相同的情況下，試驗通過對比考察氣溶膠加藥與常規(guī)加藥兩種加藥方式在浮選指標(biāo)、藥劑用量和浮選速率三個方面的差別，探索氣溶膠浮選對于低品位鉬礦浮選的強(qiáng)化作用。

3.1 粗選階段煤油用量影響試驗

試驗條件:在入磨原礦量1kg，石灰用量1500g/t，pj-053 用量 10g/t，鉬友用量 5g/t，二號油用量20g/t不變的前提下，改變煤油用量，進(jìn)行了氣溶膠浮選試驗，并與常規(guī)浮選進(jìn)行對比。煤油用量分別為:20g/t、30g/t、40g/t、50g/t和 60g/t，試驗結(jié)果如圖2所示。

圖2 粗選階段煤油用量影響試驗

由圖2可以看出，隨著煤油用量的增加，對兩種加藥方式而言，鉬回收率都在不斷提高;當(dāng)煤油用量達(dá)到50g/t時，鉬回收率都達(dá)到最大值，但是與常規(guī)浮選相比，氣溶膠浮選使鉬回收率提高了2.01%;再增加煤油用量，鉬回收率都有所下降。反過來，在鉬回收率相同的情況下，氣溶膠浮選比常規(guī)浮選使用的煤油用量少。換句話說，氣溶膠浮選比常規(guī)浮選省藥。

3.2 粗選階段浮選時間影響試驗

試驗條件:在粗選煤油用量50g/t的條件下，進(jìn)行了氣溶膠浮選試驗，并與常規(guī)浮選進(jìn)行對比。試驗采用分批刮泡的方法，考察不同浮選時間得到的粗精礦中鉬回收率的情況，所得結(jié)果如圖3所示。

圖3 粗選階段浮選時間影響試驗

由圖3可以看出，隨著浮選時間的延長，兩種加藥方式所得到的鉬回收率曲線趨勢相同，但氣溶膠浮選得到的鉬回收率始終比常規(guī)浮選高。反過來，在鉬回收率相同的情況下，氣溶膠浮選比常規(guī)浮選所用的時間短。換句話說，氣溶膠浮選的浮選速率較常規(guī)浮選快。

3.3 精選階段煤油用量影響試驗

試驗條件:將煤油用量50g/t時粗選得到的粗精礦進(jìn)行精選，在水玻璃用量150g/t，pj-053用量5g/t不變的情況下，改變精選煤油用量，進(jìn)行氣溶膠浮選試驗，并與常規(guī)浮選進(jìn)行對比。煤油用量分別為0g/t、5g/t、10g/t和 15g/t，實驗結(jié)果如圖 4 所示。

由圖4可以看出，隨著煤油用量的增加，對兩種加藥方式而言，鉬回收率都在不斷提高;當(dāng)煤油用量達(dá)到10g/t時，鉬回收率都達(dá)到最大值，但是與常規(guī)浮選相比，氣溶膠浮選使鉬回收率提高了1.12%;再增加煤油用量，鉬回收率都有所下降。反過來，在鉬回收率相同的情況下，氣溶膠浮選比常規(guī)浮選使用的煤油用量少。換句話說，氣溶膠浮選比常規(guī)浮選省藥。

圖4 精選階段煤油用量影響試驗

3.4 精選階段浮選時間影響試驗

試驗條件:在精選煤油用量10g/t的條件下，進(jìn)行了氣溶膠浮選試驗，并與常規(guī)浮選進(jìn)行對比。試驗采用分批刮泡的方法，考察不同浮選時間得到的精礦中鉬回收率的情況，所得結(jié)果如圖5所示。

圖5 精選階段浮選時間影響試驗

由圖5可以看出，隨著浮選時間的延長，兩種加藥方式所得到的鉬回收率曲線趨勢相同，但氣溶膠浮選得到的鉬回收率始終比常規(guī)浮選高。反過來，在鉬回收率相同的情況下，氣溶膠浮選比常規(guī)浮選所用的時間短。換句話說，氣溶膠浮選的浮選速率較常規(guī)浮選快。

3.5 掃選階段煤油用量影響試驗

試驗條件:將煤油用量50g/t時粗選得到的尾礦進(jìn)行掃選，在pj-053用量5g/t，二號油用量2.5g/t不變的條件下，改變煤油用量，進(jìn)行氣溶膠浮選試驗，并與常規(guī)浮選進(jìn)行對比。煤油用量分別為5g/t、10g/t、15g/t和 20g/t，實驗結(jié)果如圖 6 所示。

由圖6可以看出，隨著煤油用量的變化，兩種浮選方法得到的鉬回收率曲線基本相同。同樣，鉬的品位曲線也大致相同。這主要是因為掃選階段得到的精礦產(chǎn)量比較少，兩種浮選方法得到的數(shù)據(jù)指標(biāo)十分接近。正因為如此，不能進(jìn)行分批刮泡試驗，所以導(dǎo)致掃選階段浮選時間影響試驗無法進(jìn)行。

圖6 掃選階段煤油用量影響試驗

根據(jù)熱力學(xué)第二定律，自由能降低的過程是自發(fā)過程，系統(tǒng)自由能降低越多，疏水礦物顆粒在氣泡上的黏附過程越容易發(fā)生。由氣溶膠的性質(zhì)可知，氣溶膠加藥方法使浮選藥劑以氣泡為載體。因此，與常規(guī)加藥方法相比，氣溶膠加藥方法減少了捕收劑在固-液界面的吸附量，增加了捕收劑在氣-固界面的吸附量。換句話說，氣溶膠浮選提高了氣泡在固體表面的展開程度，使得氣泡與礦物表面的附著更加牢固，這就使得浮選藥劑得到充分有效的利用。浮選藥劑的有效利用不僅減少了藥劑的浪費，節(jié)省了藥劑的用量，而且直接導(dǎo)致了回收率的提高。吸附在氣-固界面上的捕收劑使礦物顆粒的可浮性得到加強(qiáng)，氣泡的礦化效果也得到了提高，這也正是浮選速率得以提高的關(guān)鍵。

4 結(jié)論

1)在粗選階段，當(dāng)煤油用量50g/t時，氣溶膠浮選對應(yīng)的鉬回收率為71.62%，而常規(guī)浮選對應(yīng)的鉬回收率為69.61%，鉬回收率提高了2.01%;氣溶膠浮選煤油用量30g/t時，對應(yīng)的鉬回收率69.84%，與常規(guī)浮選煤油用量為50g/t時對應(yīng)的鉬回收率69.61%基本相當(dāng)，因此在回收率相同的情況下，氣溶膠浮選節(jié)省煤油用量40%;氣溶膠浮選3min得到的鉬回收率69.78%與常規(guī)浮選5min得到的鉬回收率69.61%相當(dāng)，因此在回收率相同的情況下，氣溶膠浮選時間可縮短40%。說明氣溶膠浮選在粗選階段具有選別速度快、藥劑用量少的特點。

2)在精選階段，當(dāng)煤油用量10g/t時，氣溶膠浮選對應(yīng)的鉬回收率為69.97%，而常規(guī)浮選對應(yīng)的鉬回收率為68.85%，鉬回收率提高了1.12%;氣溶膠浮選煤油用量5g/t時，對應(yīng)的鉬回收率68.81%，與常規(guī)浮選煤油用量為10g/t時對應(yīng)的鉬回收率68.85%基本相當(dāng)，因此在回收率相同的情況下，氣溶膠浮選節(jié)省煤油用量50%;氣溶膠浮選2.5min得到的鉬回收率68.79%與常規(guī)浮選4min得到的鉬回收率68.85%相當(dāng)，因此在回收率相同的情況下，氣溶膠浮選時間大約可縮短37%。說明氣溶膠浮選在精選階段也具有選別速度快、藥劑用量少的特點。

3)在掃選階段，隨著煤油用量的變化，兩種浮選方式得到的鉬回收率基本相同，鉬品位也基本相同。說明氣溶膠浮選在掃選階段并沒有表現(xiàn)出良好的優(yōu)越性。

氣溶膠浮選具有提高藥劑作用效果，減少藥劑用量，加快浮選速度，提高浮選指標(biāo)等優(yōu)點。該技術(shù)有望在低品位鉬礦山推廣應(yīng)用。

[1]董永杰.國內(nèi)外鉬礦綜合利用概況[J].世界有色金屬，1997(5):8-12.

[2]寧振茹，董永杰.國內(nèi)外鉬礦綜合利用概況及對我國鉬礦綜合利用的建議[J].中國鉬業(yè)，1998，22(4):93.

[3]遼寧省冶金研究所氣溶膠試驗小組.氣溶膠浮選特性的探討[J].有色金屬:冶煉部分，1976(3):31-36.

[4]徐濤，孫春寶，閻志強(qiáng)，等.氣溶膠浮選技術(shù)及其應(yīng)用現(xiàn)狀[J].中國礦業(yè)，2011，20(8):75-78.

[5]FOOT D G JR，McKAY J D，HUIATT J L.Column flotation of chromite and fluorite ores[J].Can.Met.Quart，1986，25(1):15-21.

[6]DOBBY G S，F(xiàn)INCH J A.Particle Collection iin column-gas rate and bubble size effects[J].Can，Met，Quart，1986，25(1):9-13.

[7]PERRY R H，CHILTON C H，et al.Chemical Engineers Handbook[M].Mcgraw Hill，1973:68.

[8]MAY K R.The Collison nebulizer，description，performance and application[J].Aerosol，1973，4:235-243.

[9]Yakup Cebeci，Ibrahim Snmez.A study on the relationship between critical surface tension of wetting and oil agglomeration recovery of calcite[J].Journal of Colloid and Interface Science，2004，273:300-305.

[10]U Ulusoy，C Hiylmaz，M Yekeler.Role of shape properties of calcite and barite particles on apparent hydrophobicity[J].Chemical Engineering and Processing，2004，43:1047-1053.