荀婧雯，王宇斌，雷大士，衛(wèi)亞儒

(1.西安建筑科技大學(xué) 資源工程學(xué)院，西安 710055；2.西北有色地質(zhì)礦業(yè)集團(tuán)，西安 710054)

隨著全球優(yōu)質(zhì)金礦資源的開發(fā)，金礦資源開采品位和品質(zhì)呈逐漸下降的趨勢[1]。在我國低品位金礦、難選金礦和多金屬難選金礦已成為重點(diǎn)開發(fā)資源[2-3]。目前，常用的金礦選別方法主要有重選、浮選、氰化法等。但重選多用于原礦品位較高且易單體解離的含金礦石，而傳統(tǒng)浮選工藝則普遍存在著藥劑用量大和尾水處理成本高等缺點(diǎn)，可能會對礦山環(huán)境造成污染，不利于可持續(xù)發(fā)展[4]。因此，如何在不影響選礦指標(biāo)的前提下減少浮選過程中的藥劑用量，并降低其潛在的環(huán)境問題至關(guān)重要。此外，已有金礦的浮選研究多使用單因素試驗(yàn)方法，該方法不能完全揭示工藝因素對金礦浮選指標(biāo)的影響，而正交試驗(yàn)則是一種高效經(jīng)濟(jì)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，不僅可以合理安排試驗(yàn)減少試驗(yàn)次數(shù)，同時(shí)還可以利用方差分析對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行更加直觀的分析比對，故在選礦試驗(yàn)研究中逐漸得到了應(yīng)用[5-7]。

甘肅某金礦選廠采用兩粗-兩精-一掃的浮選流程，在磨礦細(xì)度-74 μm 含量為65%，石灰、硫酸銅和丁基黃藥的用量分別為1000 g/t、200 g/t 和40 g/t的條件下，可獲得回收率為90.26%，品位為37.52 g/t的金精礦。為進(jìn)一步優(yōu)化其藥劑制度、減少環(huán)境污染同時(shí)實(shí)現(xiàn)高效浮選，本研究采用五因素四水平的正交方法進(jìn)行浮選試驗(yàn)，并對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析和方差分析，為改善該金礦的選別指標(biāo)提供參考。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原料

甘肅某金礦礦石構(gòu)造主要為塊狀構(gòu)造、千枚狀構(gòu)造、星散狀-星點(diǎn)狀構(gòu)造，部分礦石為稀疏浸染狀、浸染狀-稠密浸染狀構(gòu)造，少量為團(tuán)狀、脈狀等構(gòu)造。其脈石礦物主要為石英、絹云母、白云石、方解石、長石等，金屬礦物主要為閃鋅礦、方鉛礦和黃銅礦等，貴金屬礦物主要為自然金。載金礦物黃鐵礦的粒度以大于0.08 mm 為主，該粒級含量占比為67.49%。為確定礦石中主要有用元素種類及含量，對試樣進(jìn)行了化學(xué)多元素分析和原礦中金的物相分析，結(jié)果列于表1 和表2。

表1 原礦多元素分析Tab.1 Multi-elementary analysis results of ore

表2 原礦金物相分析結(jié)果Tab.2 Gold phase analysis results of ore

由表1 可知，原礦中主要元素有Au、Ag、S、MgO 和SiO2等，其中金元素含量為2.12 g/t，銀元素含量為1.30 g/t，硫元素含量為2.31%，燒失量含量為7.70%。由表2 結(jié)果可知，金主要以裸露金及半裸露金和硫化物包裹金的形式存在，其占有率分別為64.41%和16.10%，兩相占有率總和為80.51%。由于赤褐鐵礦包裹金、碳酸鹽包裹金和硅酸鹽包裹金等包裹金難以采用浮選回收，故預(yù)計(jì)金的理論回收率可以達(dá)到80%左右。試驗(yàn)所用試劑2#油、黃藥、硫化鈉以及硫酸銅均為市售工業(yè)試劑。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

參考已有研究并結(jié)合理論分析，選取磨礦細(xì)度、2#油、黃藥用量、硫化鈉用量及硫酸銅用量等5 個(gè)主要因素進(jìn)行粗選試驗(yàn)。試驗(yàn)采用五因素四水平的正交方法，正交因素及對應(yīng)水平如表3 所示。

表3 正交試驗(yàn)各因素水平及用量表Tab.3 Factors and levels of orthogonal experiment

1.3 試驗(yàn)方法

浮選試驗(yàn)在3.0 L的FGC 型掛槽式浮選機(jī)(武漢洛克粉磨設(shè)備制造有限公司)內(nèi)進(jìn)行，浮選試驗(yàn)時(shí)稱取1000 g 磨至設(shè)定的細(xì)度的原礦，將礦漿置入浮選機(jī)后依次加入硫化鈉、硫酸銅、黃藥和2#油并分別調(diào)漿3 min，在浮選機(jī)葉輪轉(zhuǎn)速為1800 r/min 的條件下浮選7 min，浮選試驗(yàn)條件見表3 和表4，待浮選結(jié)束后分別將泡沫產(chǎn)品和槽內(nèi)產(chǎn)品烘干、稱重并制樣化驗(yàn)，最后計(jì)算回收率。

2 結(jié)果與討論

2.1 正交試驗(yàn)結(jié)果

正交試驗(yàn)結(jié)果如表4 所列。由表4 可知，試驗(yàn)3 所得金回收率最高，達(dá)到了84.83%，13#試驗(yàn)所得金回收率最低，為64.11%。3#、4#、7#、8#、10#、11#、15#和16#試驗(yàn)的回收率均在80%以上，2#、5#、6#、9#、12#和14#試驗(yàn)的回收率在75%左右，而1#和13#試驗(yàn)的回收率低于66%，所有試驗(yàn)結(jié)果金回收率的平均值為77.76%。

2.2 極差分析

試驗(yàn)用五因素四水平的正交方法，每個(gè)因素的每個(gè)水平都參與4 次試驗(yàn)，故試驗(yàn)所取得金回收率各水平4 次之和為R值，各水平R平均值(RAve)的最大值與最小值之差為極差值(?RAve)max。極差分析結(jié)果列于表5。為直觀顯示各個(gè)因素水平變化對金回收率的影響趨勢，將表2 和表5 數(shù)據(jù)合繪圖對比，如圖1 所示。

表4 正交試驗(yàn)安排及試驗(yàn)結(jié)果表Tab.4 The design and results of orthogonal experiment

表5 各因素對金回收率影響的極差分析結(jié)果Tab.5 Results of range analysis of various factors on the impact of the gold recovery

由表5 可知，5 個(gè)因素的極差分別為1.84%、13.45%、3.20%、5.49%和3.74%。因素B 極差值最大為13.45%，對金回收率的影響較大，為顯著影響因素，因素C、因素D 和因素E 的極差值次之，為較顯著影響因素，因素A 的極差值最小，為不顯著影響因素。

圖1 因素水平對金回收率的影響Fig.1 Effect of factor level on the recovery rate of gold

由圖1 可知，隨著磨礦細(xì)度-74 μm 含量的增加金的回收率先增大后減小(圖1(A))，但其總體變化幅度較小為1.84%，說明磨礦細(xì)度對金的回收率影響較小。金的回收率隨著2#油用量的增加逐漸增加(圖1(B))，其總體變化幅度達(dá)到了13.45%，由此可知2#油用量對金回收率的影響較大。金的回收率隨黃藥用量的增大先增大后減小(圖1(C))，而其總體變化幅度為3.20%，表明黃藥用量對金回收率有一定影響，但影響不大。金的回收率隨硫化鈉用量的增加先增大后減小(圖1(D))，而其總體變化幅度相對較大，為5.49%，說明硫化鈉用量對金回收率影響較為顯著。當(dāng)硫酸銅用量從0 g/t 增加到15 g/t 時(shí)，金的回收率增加了2.01 個(gè)百分點(diǎn) (圖1(E))，當(dāng)硫酸銅用量進(jìn)一步增加至30 g/t 時(shí)，金回收率減小至75.90%，其總體變化幅度為3.74%，這說明硫酸銅用量對金回收率影響不大。

2.3 方差分析

為了進(jìn)一步確定影響金回收率的主要因素，對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了方差分析。為了提高分析精確度，將A 磨礦細(xì)度和誤差的均方合并為誤差項(xiàng)。方差分析結(jié)果列于表6。

表6 各因素對金回收率影響的方差分析結(jié)果Tab.6 Results of variance analysis of various factors on the impact of the recovery rate of gold

由表6 可知，在選定的工藝條件范圍內(nèi)，對金回收率影響因素的顯著性依次為B(2#油用量)、D(硫化鈉用量)、E(硫酸銅用量)、C(黃藥用量)和A(磨礦細(xì)度)。2#油用量是影響金回收率的最顯著因素，硫化鈉用量是次顯著因素，其他因素對金回收率的影響較小。這與極差分析結(jié)果基本一致。由于2#油用量和硫化鈉用量對金回收率影響較為顯著，為保證金的回收率以及各項(xiàng)指標(biāo)，故二者皆選用3 水平，即B3和D3為最佳條件。E 因素、C 因素和A 因素可選取E1(E2、E3、E4)、C1(C2、C3、C4)和A1(A2、A3、A4)。綜合考慮經(jīng)濟(jì)原因和生產(chǎn)指標(biāo)，該金礦電化學(xué)浮選粗選的最佳條件為：原礦細(xì)磨至-74 μm 55%、2#油用量為14 g/t、黃藥用量為28 g/t、硫化鈉用量為100 g/t、硫酸銅用量為15 g/t。2#油用量和硫化鈉用量為影響金回收率的顯著因素的原因，原因在于硫化鈉既可以在礦漿中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)電離出的HS-和S2-離子，進(jìn)而在載金礦物黃鐵礦表面生成硫單質(zhì)并覆蓋在其表面增加疏水性[8-9]，還可以減少捕收劑和活化劑的用量，這就需要礦漿中有足夠的起泡劑來保證三相礦化泡沫的穩(wěn)定性以加強(qiáng)浮選效果，改善浮選指標(biāo)。

2.4 閉路試驗(yàn)

綜合考慮經(jīng)濟(jì)成本和選別指標(biāo)等因素，在正交試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了閉路試驗(yàn)，試驗(yàn)流程如圖2所示。

圖2 閉路試驗(yàn)流程Fig.2 Process chart of closed circuit test

采用閉路試驗(yàn)流程，通過一粗一精兩掃流程的閉路試驗(yàn)，可獲得品位為42.0 g/t，回收率為89.87%，產(chǎn)率為4.44%的金精礦，而尾礦產(chǎn)率為95.56%，品位則降至0.22 g/t。與現(xiàn)場的生產(chǎn)條件及作業(yè)指標(biāo)相比，該流程在適當(dāng)粗磨的前提下可大幅降低石灰、黃藥、2#油和硫酸銅的用量，同時(shí)在金回收率基本不變的前提下，可使金精礦品位提高4.48 g/t，提質(zhì)增效效果明顯。

3 結(jié)論

對甘肅某金礦的浮選正交試驗(yàn)表明，不同因素對其回收率的影響程度不同。2#油用量對金回收率的影響最大，為顯著影響因素，硫化鈉用量是次顯著因素，黃藥用量、硫酸銅用量和磨礦粒度對金回收率的影響較小。最終確定的粗選條件為：原礦細(xì)磨至-74 μm 占比為55%、2#油用量為14 g/t、黃藥用量為28 g/t、硫化鈉用量為100 g/t、硫酸銅用量為15 g/t。經(jīng)一粗一精兩掃的閉路試驗(yàn)，可得到回收率89.87%，品位為42.0 g/t 的金精礦。