栗 超，陳祿政，曾劍武，熊 濤，梁澤躍，陶 飛

（1.昆明理工大學 國土資源工程學院，云南 昆明 650093；2.贛州金環(huán)磁選設(shè)備有限公司，江西 贛州 341000；3.云南迪慶有色金屬有限責任公司，云南 香格里拉 674400；4.內(nèi)蒙古大中礦業(yè)股份有限公司，內(nèi)蒙古 包頭 014000）

0 引 言

斑巖型銅鉬礦是提取銅和鉬的主要來源，該類型資源的銅和鉬分別約占世界銅、鉬儲量的69 %和80 %。該種礦石中銅、鉬主要以黃銅礦（CuFeS2）和輝鉬礦（MoS2）形式存在[1]。針對斑巖型銅鉬礦，國內(nèi)外普遍采用浮選方法分離和回收銅、鉬。首先，通過混合浮選工藝獲得銅鉬混合精礦；然后，采用抑銅浮鉬或抑鉬浮銅分離工藝獲得銅精礦和鉬精礦[2]。但是黃銅礦和輝鉬礦可浮性相近，銅鉬分離時需要加入大量抑制劑，導致生產(chǎn)成本高，且存在藥劑毒性、礦漿脫藥和環(huán)境污染等一系列問題[3]。

黃銅礦和輝鉬礦存在磁性差異，其中黃銅礦為順磁性礦物（比磁化率為 0.84×10-6m3/kg），輝鉬礦為逆磁性礦物（比磁化率為-0.001×10-6m3/kg）；因此理論上兩者可以通過高梯度磁選分離[4]。實際上早在20世紀90年代，就有脈動高梯度磁選銅鉬分離的試驗研究報道[5]；最近湖南有色金屬研究院薛偉等人也采用強磁選-浮選工藝試驗分離國內(nèi)某含鉬銅精礦，取得了良好的試驗指標[6]。此外，昆明理工大學在脈動高梯度磁選分離國內(nèi)某微細粒銅鉬混合精礦的實驗室和工業(yè)試驗也取得了成功，這充分說明了脈動高梯度磁選分離黃銅礦與輝鉬礦的可行性[7]。

盡管采用脈動高梯度磁選技術(shù)分離銅鉬混合精礦已經(jīng)取得了一定進展，但涉及磁選過程的棒介質(zhì)捕獲機理和分選特征仍然不清晰，尚未見相關(guān)文獻報道。實際上棒介質(zhì)是脈動高梯度磁選技術(shù)的一項核心技術(shù)，對分離指標起決定性的影響。因此，深入研究棒介質(zhì)捕獲黃銅礦和輝鉬礦粒子的特性以及磁選分離黃銅礦-輝鉬礦純礦物體系，對于推進脈動高梯度磁選技術(shù)應用于銅鉬分離具有重要促進作用。

本文采用SLon-100周期式脈動高梯度磁選機，開展棒介質(zhì)捕獲黃銅礦和輝鉬礦的特性，以及脈動高梯度磁選分離黃銅礦-輝鉬礦純礦物混合物的試驗，分析脈動高梯度磁選分離黃銅礦和輝鉬礦的規(guī)律性。本研究結(jié)果將為脈動高梯度磁選分離黃銅礦和輝鉬礦提供科學的試驗數(shù)據(jù)，為解決銅鉬分離問題提供新的技術(shù)方法。

1 試驗設(shè)備與試樣性質(zhì)

1.1 試驗設(shè)備

試驗采用的主體設(shè)備為 SLon-100周期式脈動高梯度磁選機，主要結(jié)構(gòu)包括磁極頭、鐵軛、激磁線圈、脈動機構(gòu)等，如圖1所示。工作原理為：首先將分選腔充滿水，使棒介質(zhì)完全浸沒于水中；啟動脈動裝置，使脈動能量傳遞到整個分選腔內(nèi)；啟動勵磁開關(guān)使線圈通電，在分選腔內(nèi)產(chǎn)生垂直均勻背景磁場；將礦漿從給礦口給入分選腔，礦漿中磁性礦粒在磁力和流體力的作用下被捕獲于棒介質(zhì)表面，非磁性礦粒則在流體力作用下流出分選腔得到非磁性產(chǎn)品。給礦完成后，停止勵磁，將棒介質(zhì)捕獲的磁性礦粒用清水沖洗出來得到磁性產(chǎn)品。

圖1 SLon-100周期式脈動高梯度磁選機Fig.1 SLon-100 cyclic pulsating high gradient magnetic separator

1.2 試樣性質(zhì)

棒介質(zhì)捕獲試驗所用的黃銅礦、輝鉬礦和赤鐵礦純礦物均產(chǎn)自云南，其中用高梯度磁選常用礦物赤鐵礦作為參照礦樣，這些純礦物通過破碎、除雜后得到試驗試樣。由表1試樣粒度分析結(jié)果可知，黃銅礦和輝鉬礦粒度較細，赤鐵礦相對較粗。黃銅礦與輝鉬礦的-0.038 mm粒級產(chǎn)率均超過50 %，赤鐵礦為38.27 %；黃銅礦、輝鉬礦和赤鐵礦的+ 0.074 mm粒級產(chǎn)率分別為25.83 %、15.65 %和26.83 %，-0.074 mm+0.038 mm粒級產(chǎn)率分別為23.45 %、26.61 %和34.90 %。

上述黃銅礦和輝鉬礦純礦物分別按 8∶2和 2∶8比例混合，進行脈動高梯度磁選分離黃銅礦-輝鉬礦混合物分離試驗。其中黃銅礦和輝鉬礦按8∶2混合后，試樣Cu和Mo品位分別為24.04 %和11.49 %；按2∶8混合Cu和Mo品位分別為5.91 %和43.33 %。

表1 純礦物試樣的粒度組成Tab.1 Grain size composition of pure mineral samples

2 結(jié)果與討論

2.1 棒介質(zhì)捕獲試驗

2.1.1 磁感應強度的影響

磁感應強度是影響脈動高梯度磁選指標的重要技術(shù)參數(shù)，因此首先分析磁感應強度對分選指標的影響。試驗固定每次純礦物給礦量為50 g/次，加水礦漿攪拌時間10 min，棒介質(zhì)絲徑1.5 mm，脈動沖次200 r/min，礦漿流速3.0 cm/s，選擇磁感應強度分別為0.8 T、1.0 T、1.2 T、1.4 T和1.6 T，考察不同磁感應強度條件下棒介質(zhì)捕獲黃銅礦、輝鉬礦和赤鐵礦三種純礦物的規(guī)律，結(jié)果見圖2。

圖2 磁感應強度對三種純礦物捕獲產(chǎn)率的影響Fig.2 Effect of magnetic induction on the capture yield of three pure minerals

由圖2可以看出，黃銅礦、輝鉬礦和赤鐵礦的捕獲差異明顯。棒介質(zhì)捕獲黃銅礦的產(chǎn)率顯著高于輝鉬礦，但明顯低于赤鐵礦。磁感應強度由 0.6 T增加至1.0 T，捕獲赤鐵礦純礦物的產(chǎn)率由65.71 %快速增加至98.23 %；進一步提高磁感應強度，捕獲產(chǎn)率趨于穩(wěn)定并接近100 %。棒介質(zhì)捕獲黃銅礦的產(chǎn)率隨磁感應強度增強緩慢增加，達到1.4 T以后趨于最大值約75 %?？梢娕c赤鐵礦比較，黃銅礦需要更高的磁感應強度才可以達到捕獲最大值；造成這種捕獲差異性的主要原因，是黃銅礦的比磁化率小于赤鐵礦。隨磁感應強度變化，輝鉬礦的捕獲產(chǎn)率很小且基本可忽略不計?？梢姡捎谳x鉬礦呈非磁性，不受磁場的影響，棒介質(zhì)無法捕獲。

2.1.2 脈動沖次的影響

脈動沖次是脈動高梯度磁選的另一重要技術(shù)參數(shù)，對捕獲產(chǎn)品的品位和回收率具有顯著影響。試驗中礦漿流速3.0 cm/s，磁感應強度1.4 T，選擇脈動沖次分別為150 r/min、180 r/min、200 r/min、250 r/min和300 r/min，考察不同脈動沖次條件下棒介質(zhì)捕獲黃銅礦、輝鉬礦和赤鐵礦三種純礦物的規(guī)律，結(jié)果見圖3。

圖3 脈動沖次對三種純礦物捕獲產(chǎn)率的影響Fig.3 Effect of pulsating frequency on capture mass weight of three pure minerals

由圖3可以看出，在不同脈動沖次條件下，棒介質(zhì)對黃銅礦、輝鉬礦和赤鐵礦的捕獲差異性與上述磁感應強度的影響相似。脈動沖次由 150 r/min增加至300 r/min，赤鐵礦捕獲產(chǎn)率變化不大且接近100 %；在由150 r/min增加至300 r/min脈動強度下，棒介質(zhì)捕獲黃銅礦的產(chǎn)率隨脈動沖次增加幾乎保持不變，但達到200 r/min后急劇下降。這是因為隨著脈動沖次的增大，礦粒受到的流體力增大，黃銅礦的磁性較弱，受磁捕獲力也較小，因此對脈動的變化敏感，這導致在強脈動作用下黃銅礦的捕獲產(chǎn)率下降明顯。同樣，隨脈動沖次變化，輝鉬礦的捕獲產(chǎn)率很小。

2.2 純礦物混合礦分選試驗

2.2.1 磁感應強度的影響

分別對黃銅礦與輝鉬礦重量配比為 8∶2和 2∶8的混合礦進行脈動高梯度磁選分離試驗，考察采用脈動高梯度磁選分離黃銅礦與輝鉬礦的效果。試驗固定給礦量50 g/次，加水礦漿攪拌20 min，棒介質(zhì)絲徑 1.5 mm，脈動沖次為 200 r/min，礦漿流速3.0 cm/s，選擇磁感應強度分別為1.2 T、1.4 T、1.6 T和1.8 T，考察磁感應強度對脈動高梯度磁選分離黃銅礦-輝鉬礦混合礦的影響，結(jié)果見圖4。

圖4 磁感應強度對黃銅礦-輝鉬礦純礦物混合礦分離的影響Fig.4 Effect of magnetic induction on separation of pure chalcopyrite-molybdenite mixture

由圖4可以看出，黃銅礦與輝鉬礦配比為8∶2時，隨磁感應強度增強，黃銅礦的銅品位慢慢下降，鉬品位變化不大并維持在低水平；而銅回收率開始快速提升，達到1.6 T以后趨于穩(wěn)定的最大值接近85 %，但因強磁力夾帶[8]導致的鉬回收率持續(xù)上升，這說明磁感應強度越高，輝鉬礦夾帶增加。黃銅礦與輝鉬礦配比為2∶8時，黃銅礦精礦的銅、鉬回收率與黃銅礦與輝鉬礦配比為 8∶2的變化規(guī)律相接近，但銅品位明顯更高，鉬品位明顯更低，這說明非磁性輝鉬礦的配比增加，會強化脈動高梯度磁選黃銅礦過程的干擾作用。

2.2.2 脈動沖次的影響

選擇黃銅礦和輝鉬礦配比為8∶2，考察脈動沖次對高梯度磁選分離黃銅礦與輝鉬礦的影響，結(jié)果見圖5。本試驗中磁感應強度為1.6 T，礦漿流速為3.0 cm/s，脈動沖次分別為 150 r/min、200 r/min、250 r/min和300 r/min。

圖5 脈動沖次對黃銅礦-輝鉬礦純礦物混合礦分離的影響Fig.5 Effect of pulsating frequency on separation of pure chalcopyrite-molybdenite mixture

由圖5可以看出，脈動沖次由150 r/min提高至200 r/min，黃銅礦精礦的銅回收率基本穩(wěn)定，再進一步提高脈動沖次，銅回收率下降明顯；與此同時，銅品位先是快速上升，脈動沖次超過200 r/min后增加緩慢。黃銅礦精礦的鉬品位持續(xù)降低，而鉬回收率先是穩(wěn)定不變，在脈動沖次達到250 r/min以后快速降低。這是由于脈動沖次低時，作用于黃銅礦的磁場磁力強，黃銅礦精礦夾帶較多，但銅回收率高。脈動沖次高時，作用于黃銅礦和輝鉬礦的流體競爭力增強，黃銅礦精礦夾帶減少，銅和鉬回收率同時降低；但棒介質(zhì)對黃銅礦的選擇性提升，因此黃銅礦精礦的銅品位上升，而鉬品位降低。

2.2.3 礦漿流速的影響

選擇黃銅礦和輝鉬礦配比8∶2，考察礦漿流速對高梯度磁選分離指標的影響，結(jié)果見圖6。試驗仍采用1.5 mm棒介質(zhì)，磁感應強度為1.6 T，脈動沖次200 r/min，礦漿流速分別為1.5 cm/s、3 cm/s、5 cm/s和 7 cm/s。

圖6 礦漿流速對黃銅礦-輝鉬礦純礦物混合礦分離的影響Fig.6 Effect of slurry flow velocity on separation of pure chalcopyrite-molybdenite mixture

由圖6可以看出，礦漿流速由1.5 cm/s增加至7.0 cm/s，黃銅礦精礦的銅品位上升，但上升幅度不顯著，銅回收率持續(xù)降低；而鉬品位和鉬回收率同時快速下降，說明采用較高的礦漿流速可以明顯提升脈動高梯度磁選對黃銅礦的選擇性。這是由于礦漿流速大對非磁性礦物的流體阻力增加，使該種礦物在棒介質(zhì)表面的夾帶量減少。

3 結(jié) 論

（1）脈動高梯度磁選過程中，棒介質(zhì)對黃銅礦與輝鉬礦的捕獲差異性明顯，且主要分選條件磁感應強度、脈動沖次和礦漿流速對棒介質(zhì)捕獲黃銅礦具有顯著影響；黃銅礦的捕獲產(chǎn)率明顯小于傳統(tǒng)高梯度磁選礦種赤鐵礦，而棒介質(zhì)捕獲輝鉬礦極少，這為脈動高梯度磁選分離黃銅礦和輝鉬礦提供了基礎(chǔ)支撐。

（2）純礦物混合礦分選試驗中，黃銅礦和輝鉬礦配比為 8∶2時可獲得最佳試驗指標為黃銅礦精礦銅品位30.72 %，黃銅礦精礦銅回收率88.76 %，黃銅礦精礦鉬品位 1.27 %，黃銅礦精礦鉬回收率7.68 %；黃銅礦和輝鉬礦配比為2∶8時可獲得最佳試驗指標為黃銅礦精礦銅品位22.73 %，黃銅礦精礦銅回收率82.94 %，黃銅礦精礦鉬品位14.48 %，黃銅礦精礦鉬回收率7.21 %。

（3）脈動高梯度磁選黃銅礦-輝鉬礦混合礦的試驗結(jié)果充分表明，在合適分選條件下，脈動高梯度磁選可以得到高品位和高回收率的黃銅礦精礦。分選條件磁感應強度、脈動沖次和礦漿流速對黃銅礦-輝鉬礦混合礦體系的選擇性分離具有顯著影響，即高磁感應強度有利于提升黃銅礦精礦的銅回收率，但會降低其銅品位，增加鉬品位；脈動沖次和礦漿流速增大有利于提升黃銅礦與輝鉬礦的選擇性，使黃銅礦精礦的銅品位上升，鉬品位下降，但同時黃銅礦精礦的銅和鉬回收率均下降。