徐曉衣，俞獻(xiàn)林，張超達(dá)，鐘森林

(1. 稀有金屬分離與綜合利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東省資源綜合利用研究所，廣州粵有研礦物資源科技有限公司，廣東 廣州 510651；2. 安徽友進(jìn)冠華新材料科技股份有限公司 安徽 池州 247100)

某多金屬硫化礦選廠原礦由露天采場(chǎng)的膠狀黃鐵礦和高含泥礦以及井下礦共同組成，其中井下礦產(chǎn)量3000 t /d，露采礦產(chǎn)量2000 t /d，露天礦中含泥高、粒度細(xì)，當(dāng)原礦中露天礦所占比例高時(shí)浮選產(chǎn)品硫精礦將出現(xiàn)沉降速率慢、溢流跑渾等現(xiàn)象。

濃密機(jī)是基于重力沉降的固液分離設(shè)備，在選礦固液分離中發(fā)揮著重要作用，濃密機(jī)跑渾會(huì)嚴(yán)重影響其工作效率，造成資源流失[1-2]。本文針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)硫精礦濃密機(jī)跑渾的問題，通過開展礦石性質(zhì)研究，查明原礦的礦物組成及含量，分析原礦配比對(duì)粒度分布的影響；系統(tǒng)的開展硫精礦沉降試驗(yàn)研究，可以較好的分析出絮凝劑及石灰用量對(duì)沉降的作用效果。同時(shí)，考慮到添加絮凝劑過多會(huì)對(duì)陶瓷過濾機(jī)的過濾產(chǎn)生影響，還需通過試驗(yàn)找出較佳的絮凝劑和石灰的配比，主要是為了尋找出一個(gè)在高效沉降的方案的前提下盡量減小絮凝劑的用量的較佳沉降方案，節(jié)約生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益[3-4]。

1 礦石性質(zhì)

1.1 原礦組成

經(jīng)過大量的顯微鏡下觀察，取得了準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)資料，查明了該礦石物質(zhì)組成，礦物組成及工藝性質(zhì)，為選礦試驗(yàn)研究提供有價(jià)值的信息資料。原礦化學(xué)多元素分析結(jié)果見表1，礦物組成見表2。

表1 原礦化學(xué)多元素分析 /%Table 1 Multi-element chemical analysis of the raw ore

表2 原礦礦物組成 Table 2 Mineral Composition of the raw ore

從分析結(jié)果可知，原礦樣中含鐵40.07%，含硫34.32%；礦石礦物組成較簡(jiǎn)單，其中金屬礦物以黃鐵礦為主，次為磁鐵礦、磁黃鐵礦，少量赤鐵礦，微量方鉛礦、黃銅礦、菱鐵礦；非金屬礦物以碳酸鹽礦物為主，有白云石、方解石、石英等；金屬礦物含量多，非金屬礦物含量少。

1.2 礦物嵌布粒度

顯微鏡下顯示該礦物以塊狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造為主，嵌布較復(fù)雜，磁鐵礦裂紋發(fā)育被方解石分割成許多微粒，嵌布粒度以微細(xì)粒為主。銅礦物含量稀少，且較分散。硫鐵礦具斑狀變晶，不等粒變晶結(jié)構(gòu)，嵌布粒度為極不等粒嵌布。主要原因是其嵌布粒度細(xì)微，又被方解石網(wǎng)脈穿切，致使單體解離更加困難。磁鐵礦（赤鐵礦）、黃鐵礦、黃銅礦礦物嵌布粒度分析結(jié)果見表3。

2 試驗(yàn)方案

根據(jù)對(duì)選廠現(xiàn)場(chǎng)的勘查和分析，認(rèn)為硫精礦濃密機(jī)出現(xiàn)跑渾的主要原因是原礦配比不合理，導(dǎo)致硫精礦-0.075 mm 中細(xì)粒級(jí)含量過高，根據(jù)礦石性質(zhì)，以及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)、濃密機(jī)進(jìn)行探查的基礎(chǔ)上，確定了兩大試驗(yàn)方向：

(1) 原礦配比試驗(yàn)：分析引起硫精礦跑渾的主要原因，試驗(yàn)探索出較佳的原礦配比。將五份不同配比的原礦礦樣1000 g 進(jìn)行破碎磨礦，在相同的破碎磨礦條件下對(duì)磨礦的產(chǎn)品進(jìn)行篩分獲取-0.075 mm 的含量，并對(duì)細(xì)粒級(jí)進(jìn)行激光粒度分析，尋找出不同原礦配比對(duì)細(xì)粒級(jí)含量分布的影響規(guī)律，確定較佳原礦配比。

(2) 硫精礦沉降試驗(yàn)：分析硫精礦的粒級(jí)分布，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)硫精礦礦漿進(jìn)行沉降試驗(yàn)，探索出較佳絮凝劑的種類和用量、較佳沉降pH 值和較佳用藥配比。

表3 磁鐵礦（赤鐵礦）、黃鐵礦、黃銅礦嵌布粒度分析 Table 3 Distribution size analysis of magnetite (hematite), pyrite and chalcopyrite

3 結(jié)果與討論

由表3 可知，磁鐵礦嵌布粒度很細(xì)，為微細(xì)粒嵌布；而黃鐵礦嵌布較粗，但極不等粒，跨中、細(xì)、微三個(gè)粒級(jí)，仍以中粒為主；黃銅礦嵌布粒度以細(xì)粒為主。

3.1 磨礦時(shí)間試驗(yàn)

在進(jìn)行原礦配比試驗(yàn)之前，需要確定一個(gè)合適的實(shí)驗(yàn)室磨礦時(shí)間，磨礦時(shí)間試驗(yàn)的原礦配比采用和選廠現(xiàn)場(chǎng)一樣的配比，即井下礦：膠狀黃鐵礦：高泥露天礦=10:3:3，將配比好的混合礦樣混勻縮分進(jìn)行裝袋。試驗(yàn)選擇8 min、9 min、10 min、11 min的磨礦時(shí)間對(duì)1000 g 混合配比礦樣進(jìn)行磨礦，實(shí)驗(yàn)室磨礦機(jī)型號(hào)為XMQ-(240×90) mm 型錐形球磨機(jī)。以磨礦時(shí)間作橫坐標(biāo)，礦漿-0.075 mm 含量作縱坐標(biāo)繪制磨礦時(shí)間曲線（見圖1），可以分析出當(dāng)-0.075 mm 含量達(dá)到75%， 磨礦時(shí)間為10.3 min。

圖1 磨礦時(shí)間曲線Fig .1 Grinding time curve

3.2 原礦配比試驗(yàn)

在選定好了實(shí)驗(yàn)室磨礦時(shí)間的基礎(chǔ)上，進(jìn)行原礦的配比試驗(yàn)，經(jīng)過對(duì)井下礦、膠狀黃鐵礦、高泥露天礦的初步分析發(fā)現(xiàn)，膠狀黃鐵礦及高泥露天礦具有細(xì)粒級(jí)含量高，高泥露天礦有粒度細(xì)、比表面積大、極易泥化的特點(diǎn)。在綜合考慮選廠處理量及參照文獻(xiàn)的前提下，擬定了五個(gè)原礦配比方案。

表4 原礦配比比例 Table 4 Ratio of the raw ore

取井下礦、膠狀黃鐵礦、高泥露天礦的破碎試驗(yàn)樣按照表4 原礦配比比例進(jìn)行配礦，每個(gè)配比好的混合礦樣混勻縮分后各取1000 g 裝袋。使用實(shí)驗(yàn)室的磨礦機(jī)型號(hào)為XMQ-（240×90）mm 型錐形球磨機(jī)，混合礦樣1000 g 加水500 mL 進(jìn)行磨礦，磨礦時(shí)間為10.3 min，然后分別對(duì)磨礦的產(chǎn)品進(jìn)行濕篩，篩上的粗粒級(jí)篩上產(chǎn)物進(jìn)行過濾干燥稱重，記錄試驗(yàn)結(jié)果，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 原礦配比試驗(yàn)結(jié)果 Table 5 Test results of ratio of the raw ore

從表5 看出，混合礦-0.075 mm 含量的主要影響因素是高泥露天礦的比例，綜合現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)條件及相關(guān)的文獻(xiàn)可知混合礦-0.075 mm 含量在75% 時(shí)對(duì)浮選指標(biāo)比較好，同時(shí)細(xì)粒級(jí)-0.044 mm 的含量更低。因此選取QCX-1 混合礦配礦比例會(huì)更好的控制硫精礦中的細(xì)粒級(jí)含量，從而改善硫精礦濃密機(jī)溢流跑渾的問題。

3.3 硫精礦礦漿性質(zhì)試驗(yàn)

為考察硫精礦的沉降特性，對(duì)選廠現(xiàn)場(chǎng)浮選硫精礦進(jìn)行礦漿性質(zhì)分析，測(cè)試了礦漿pH 值=6.5，按照含水硫精礦礦漿的制備的方法取1000 mL 礦漿進(jìn)行濕篩（篩子取0.074 mm 篩），干燥，稱重，測(cè)得礦漿濃度為20%，礦漿密度為1.2 g/cm3。對(duì)濕篩的篩下產(chǎn)物進(jìn)行過濾干燥后制樣混勻縮分，將礦樣用激光粒度分析儀分析物料粒級(jí)分布組成，測(cè)得硫精礦礦漿的物料粒度組成，見表6。

表6 硫精礦物料粒度組成Table 6 Particle size composition of sulfur concentrate

3.4 空白沉降試驗(yàn)

礦漿沉降試驗(yàn)在1000 mL 帶刻度的量筒中進(jìn)行，按照含水硫精礦的礦漿制備方法取1000 mL礦漿到量筒中，用玻璃棒攪拌30 s，不加絮凝劑和pH 值調(diào)整劑，蓋好瓶塞后上下連續(xù)翻滾10 次，然后靜置與水平桌面，按一定的時(shí)間間隔讀取并記錄固液分層界面的高度，以量筒1000 mL 刻度線為沉降起點(diǎn)，即沉降零點(diǎn)，向下依次標(biāo)注沉降高度，直至量筒底部[5]，空白沉降試驗(yàn)沉降高度與時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系見圖2。

圖2 硫精礦無絮凝劑沉降曲線Fig .2 Settlement curve of sulfur concentrate without flocculant

從圖3 沉降高度與時(shí)間的對(duì)比可以看出，在沉降時(shí)間70 min 之前沉降速率基本在10 mL/min左右，當(dāng)沉降時(shí)間超過70 min 時(shí)沉降速率開始變得緩慢，沉降時(shí)間70 min 之后沉降速率漸漸趨近1 mL/min，從沉降曲線圖中可以直觀的看出在沉降時(shí)間70 min 之前礦漿層高度和沉降時(shí)間的關(guān)系為線性關(guān)系，沉降速率基本不變，這組空白沉降試驗(yàn)數(shù)據(jù)為試驗(yàn)研究的系列試驗(yàn)提供參照與對(duì)比。

3.5 絮凝劑沉降試驗(yàn)

絮凝劑在礦漿溶液中通過高分子鏈呈現(xiàn)網(wǎng)捕、架橋作用，可以較好的改善細(xì)粒顆粒沉降的效果，添加絮凝劑治理濃密機(jī)溢流跑渾是選廠常見的方法[6-9]。但是選廠現(xiàn)場(chǎng)沒有一個(gè)系統(tǒng)的添加制度和較佳用量，對(duì)于絮凝劑種類也沒有很明顯的區(qū)分，為了尋找出一個(gè)較佳的絮凝劑種類及用量，本試驗(yàn)進(jìn)行了絮凝劑種類和絮凝劑用量的探索試驗(yàn)。

3.5.1 絮凝劑種類試驗(yàn)

絮凝劑的種類繁多，應(yīng)用的范圍也千差萬別。有些適用于廢水處理，凈化水質(zhì)的，這類絮凝劑對(duì)極微細(xì)粒級(jí)的沉降有明顯的效果，但是對(duì)粗粒級(jí)的沉降效果卻不是很理想，除此之外，還有些絮凝劑適用于酸性條件下，有些絮凝劑適用于堿性條件，有些絮凝劑適用于低溫，有些絮凝劑高溫環(huán)境下絮凝效果極佳，針對(duì)種類多樣的絮凝劑的適用條件不同[10]。試驗(yàn)首先選取了Z319、Z320、聚丙烯酰胺等絮凝劑進(jìn)行單一絮凝劑的條件試驗(yàn)。絮凝劑用量均采用的是5 g/t，以沉降時(shí)間為橫坐標(biāo)礦漿層高度為縱坐標(biāo)繪制沉降曲線圖，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 絮凝劑種類沉降曲線Fig .3 Settlement curves of flocculants

從圖3 可以看出，添加絮凝劑均對(duì)硫精礦沉降有效果，即都可以改善硫精礦的沉降，但是絮凝劑種類之間對(duì)沉降的影響也不同，從圖中的變化規(guī)律可以知道，適用于酸性的絮凝劑Z319 和Z320要比適用于堿性的絮凝劑聚丙烯酰胺對(duì)沉降的影響更好一點(diǎn)。同時(shí)絮凝劑還影響了沉降的終點(diǎn)，加快了沉降終點(diǎn)的到來。

綜合其他試驗(yàn)研究和現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，適用于酸性的絮凝劑Z319 和Z320 在生產(chǎn)中運(yùn)用的很少，因?yàn)樯a(chǎn)工藝較復(fù)雜導(dǎo)致成本比傳統(tǒng)的有機(jī)高分子絮凝劑聚丙烯酰胺要高。而聚丙烯酰胺絮凝劑的應(yīng)用要廣泛的很多，生產(chǎn)技術(shù)也發(fā)展的比較成熟，價(jià)格低廉，易于儲(chǔ)存，是目前選廠運(yùn)用最廣泛的絮凝劑。由于本試驗(yàn)研究計(jì)劃對(duì)硫精礦還需添加石灰調(diào)整pH 值，綜合考慮各因素，決定采用聚丙烯酰胺絮凝劑作為本試驗(yàn)的沉降絮凝劑。

3.5.2 絮凝劑用量試驗(yàn)

礦漿溶液中固體顆粒和絮凝劑分子的長(zhǎng)鏈接觸，絮凝劑分子在礦物顆粒之間起到架橋作用，將微細(xì)顆粒團(tuán)聚成為大顆粒的聚集體，加速礦粒沉降速度，合適的投量才能達(dá)到理想的效果，用量過多則會(huì)適得其反，造成不必要的浪費(fèi)和加大后續(xù)過濾難度[11]。因此，在進(jìn)行了絮凝劑種類試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考察絮凝劑用量的條件試驗(yàn)。絮凝劑用量選取了5 g/t、10 g/t、15 g/t 三組用量，試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

圖4 絮凝劑用量沉降曲線Fig .4 Settlement curve of flocculant dosage

由圖4 可以看出，絮凝劑用量的增大可以提高沉降的速率，在沉降時(shí)間55 min 之前，絮凝劑用量越多沉降速率越快，沉降時(shí)間55 min 之后絮凝劑用量多的反而沉降速率更慢；從沉降終點(diǎn)的對(duì)比中可以看出，絮凝劑的添加量會(huì)影響沉降終點(diǎn)的高低，絮凝劑添加過多會(huì)導(dǎo)致沉降終點(diǎn)提高，查閱文獻(xiàn)[12]得知絮凝劑添加過量還會(huì)影響礦漿的過濾和干燥作業(yè)，尤其是對(duì)陶瓷過濾機(jī)過濾板的影響，礦漿中的絮凝劑會(huì)增加礦漿的黏稠度，礦漿通過陶瓷過濾機(jī)時(shí)會(huì)沾附在陶瓷過濾板上，影響過濾作業(yè)的效果和增加陶瓷過濾板的清洗難度?？紤]到以上因素，分析本試驗(yàn)結(jié)果認(rèn)為：絮凝劑的用量應(yīng)該在保證沉降速率的基礎(chǔ)上越低越好，故聚丙烯酰胺較佳用量為10 g/t。

3.5.3 pH 值調(diào)整劑石灰用量沉降試驗(yàn)

在絮凝劑種類和用量的研究上，進(jìn)一步考察礦漿pH 值對(duì)沉降的影響。通過前期的準(zhǔn)備試驗(yàn)及查閱文獻(xiàn)綜述可知：在硫精礦的酸性礦漿中，因?yàn)樗嵯醋饔煤脱趸饔玫臏p弱，致使硫精礦細(xì)顆粒因帶正電而互相排斥，難以沉降。

本試驗(yàn)礦漿屬于酸性礦漿，測(cè)得其pH 值為6.5，為有效的提高硫精礦的沉降速率，研究pH 值對(duì)沉降速率的影響，以價(jià)格低廉的石灰作為pH 值的調(diào)整劑，進(jìn)行pH 值調(diào)整劑石灰用量的沉降試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖5。

圖5 石灰用量沉降曲線Fig .5 Settlement curve of lime consumption

測(cè)量添加了pH 值 調(diào)整劑的硫精礦礦漿酸堿度，記錄結(jié)果見表7。

表7 硫精礦礦漿酸堿度Table 7 Acidity and alkalinity of sulphur concentrate pulp

以硫精礦礦漿pH 值為橫坐標(biāo)，沉降終點(diǎn)為縱坐標(biāo)，繪制沉降終點(diǎn)曲線圖，見圖6。

圖 6 沉降終點(diǎn)曲線Fig .6 Settlement endpoint curve

以上試驗(yàn)結(jié)果表明：礦漿的pH 值對(duì)硫精礦的沉降速率影響很大，pH 值高的硫精礦礦漿沉降速率快；石灰用量影響硫精礦的沉降速率，試驗(yàn)結(jié)果顯示石灰用量為9000 g/t 時(shí)沉降效果較佳，當(dāng)用量繼續(xù)增加時(shí)沉降效果反而有所降低；礦漿pH 值 還影響了沉降最終的終點(diǎn)，當(dāng)pH 值為7 時(shí)沉降終點(diǎn)最低。

3.5.4 絮凝劑石灰組合配比試驗(yàn)

綜合以上試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)：使用價(jià)格低廉的石灰調(diào)整pH 值可以很好的提高硫精礦的前期沉降速率，但是會(huì)影響最后的沉降終點(diǎn)高度；陰離子絮凝劑聚丙烯酰胺在酸性的硫精礦礦漿中沉降效果不明顯。綜合考慮決定進(jìn)行pH 值調(diào)整劑與絮凝劑聚丙烯酰胺組合配比試驗(yàn)，需找出一個(gè)較佳的用量配比，提高沉降速率以及最大程度的降低沉降終點(diǎn)的高度。試驗(yàn)條件見表8，試驗(yàn)結(jié)果見圖7。

表8 組合配比試驗(yàn)條件Table 8 Test conditions of composite proportion

圖7 用藥配比沉降曲線Fig .7 Settlement curve of drug proportion

由圖8 可以看出，組合配比用藥的沉降效果要比單獨(dú)用其中的一種藥劑的效果要好。其中3 號(hào)和2 號(hào)組合配比效果相近，很大程度上改善了硫精礦的沉降速率，提高了沉降效率。由于絮凝劑添加會(huì)對(duì)過濾及干燥作業(yè)產(chǎn)生影響，絮凝劑的添加應(yīng)越少越好，綜合考慮認(rèn)為2 號(hào)組合藥劑制度較適合試驗(yàn)硫精礦的沉降用藥。

4 結(jié) 論

(1) 經(jīng)過對(duì)原礦分析發(fā)現(xiàn)，原礦配比是引起硫精礦跑渾的主要原因，膠狀黃鐵礦及高泥露天礦中細(xì)粒級(jí)含量高，高泥露天礦有粒度細(xì)、比表面積大、極易泥化的特點(diǎn)。選取井下礦：膠狀黃鐵礦：高泥露天礦=10：5：1 配礦比例可以較好的控制硫精礦中的細(xì)粒級(jí)含量，從而改善硫精礦濃密機(jī)溢流跑渾的問題。

(2) 硫精礦沉降試驗(yàn)分析了硫精礦的礦漿性質(zhì)，研究了絮凝劑種類、用量和礦漿pH 值對(duì)硫精礦沉降的影響，綜合經(jīng)濟(jì)效益及生產(chǎn)情況，確定10 g/t 的陰離子型絮凝劑聚丙烯酰胺為較佳絮凝劑，9000 g/t石灰用量為較佳的pH值調(diào)整劑用量。

(3) 本論文對(duì)某選廠硫精礦沉降進(jìn)行優(yōu)化，降低了溢流跑渾，提高了硫精礦的沉降速率。在不改變現(xiàn)有工藝流程的基礎(chǔ)上，試驗(yàn)得到用藥消耗少，沉降效果好的沉降作業(yè)方法，為選廠生產(chǎn)提供了技術(shù)依據(jù)。