趙新苗，孔德浩，李悅鵬，冉金城 *，董鴻良，宋寶旭

礦漿濃度對金礦浮選速率影響的動力學(xué)研究

趙新苗1，孔德浩1，李悅鵬1，冉金城1 *，董鴻良2，宋寶旭3

(1. 山東理工大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，山東 淄博 255000；2. 山東煙臺鑫泰黃金礦業(yè)有限責(zé)任公司，山東 煙臺 265147；3. 遼寧科技大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，遼寧 鞍山 114001)

采用一階浮選動力學(xué)模型對金礦石的浮選回收率進(jìn)行了擬合，以研究礦漿濃度對不同粒徑金礦浮選速率的影響。結(jié)果表明，浮選礦漿濃度與金的累積品位呈反比，而與金的累積回收率近乎呈正比，低濃度比高濃度礦漿更有利于金的高效富集，高濃度礦漿下更有利于金的回收。粗顆粒金比細(xì)粒級金更適應(yīng)高浮選礦漿濃度體系，其浮選回收率及累積品位均更高。實(shí)際礦石試驗(yàn)驗(yàn)證了浮選動力學(xué)擬合結(jié)果，在50%的浮選礦漿濃度中，經(jīng)閃速浮選協(xié)同常規(guī)浮選工藝，可以獲得金品位50.0 g/t，回收率88.93%的金精礦，獲得了比單一常規(guī)浮選更好的技術(shù)指標(biāo)。

有色金屬冶金；金；閃速浮選；礦漿濃度；粒度；浮選動力學(xué)

金具有較強(qiáng)的親硫、親鐵、親銅特性，常與銅、硫等硫化礦物共伴生，伴生金儲量約占我國金總儲量的30%[1-2]。然而，由于金的勘查級別較低，往往只能以副產(chǎn)品形式伴隨主金屬礦物回收，浮選藥劑制度及工藝參數(shù)的優(yōu)化也多以主要有價元素的高效回收而定，導(dǎo)致金礦物，尤其是游離金的浮選回收處于“隨意”狀態(tài)[3]。因此，如何強(qiáng)化多金屬硫化礦伴生金的回收、開發(fā)適合金礦物浮選的選別工藝已成為國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域研究的重要課題。

金具有良好的天然可浮性，然而，由于密度大、比重高，游離金的浮選很大程度上受到礦物顆粒物理因素的限制，如金顆粒的形狀、大小以及泡沫穩(wěn)定性，導(dǎo)致在常規(guī)浮選工藝參數(shù)下粗粒已解離游離金易從泡沫表面脫落[4]。為避免粗粒金礦物的損失，選廠多采用細(xì)磨，將礦物顆粒粉碎至常規(guī)浮選適配的粒度。然而，細(xì)磨不僅造成能耗、球耗較高，同時不可避免造成部分顆粒過粉碎，嚴(yán)重影響了金精礦及其他有價組分的品位及回收率[5-6]。隨著選礦精細(xì)化發(fā)展，金的高效導(dǎo)向回收已愈來愈受到廣大研究人員的關(guān)注，開發(fā)適合粗粒游離金的選別工藝、研究適配的選別參數(shù)，實(shí)現(xiàn)粗粒游離金的“能收早收”已成為保障金高效回收的重要手段。

已有研究表明，金的可浮性優(yōu)于常見硫化礦物，在黃原酸體系下，可以實(shí)現(xiàn)快速富集。閃速浮選是在浮選動力學(xué)研究基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)粗顆?？焖俑患男录夹g(shù)，基于金和常見硫化礦物的天然可浮性及浮選速率差異，可以實(shí)現(xiàn)粗粒游離金礦物的快速富集。本文以載金黃鐵礦石為研究對象，以浮選動力學(xué)為研究手段，研究不同濃度下各粒徑金礦物的富集及回收情況，然后用實(shí)際礦石，探索閃速浮選與常規(guī)浮選結(jié)合工藝與單一常規(guī)浮選的選別指標(biāo)的差異。

1 材料與方法

1.1 礦石性質(zhì)

實(shí)驗(yàn)所用礦樣取自山東某礦山，原礦化學(xué)多元素分析結(jié)果見表1。結(jié)果表明，該礦樣主要有價元素為金，含量為1.4 g/t，主要脈石礦物為硅酸鹽礦物。金在各礦物中的分配結(jié)果(表2)表明，金主要以自然金、金銀礦等獨(dú)立金礦物形式存在，占54.73%；其次為黃鐵礦載體金，占29.57%；其他硫化礦物載體金為6.09%。

1.2 浮選試驗(yàn)

采用泰勒標(biāo)準(zhǔn)篩將破碎、磨礦后的礦樣分為微細(xì)(-38 μm)、中等(-97+38 μm)和粗(-150+97 μm)三個粒級，采用3.0 L機(jī)械攪拌式浮選機(jī)進(jìn)行浮選，浮選過程中轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為2000 r/min。在較低的藥劑用量下進(jìn)行浮選實(shí)驗(yàn)：CuSO450 g/t，丁銨黑藥20 g/t，丁基黃藥30 g/t，2#油20 g/t，分別研究不同礦漿濃度(40%、50%、60%)下，各粒級金的浮選動力學(xué)。浮選動力學(xué)采樣方式為：以0～0.5 min、0.5～1 min、1～2 min、2～3 min、3～4 min、4～5 min為時間間隔獨(dú)立收集各精礦產(chǎn)品，并將各粒級合計(jì)稱重、采用原子吸收分光光度法測定含金量。

表1 化學(xué)多元素分析結(jié)果

Tab.1 Main element analysis results of the ore sample

表2 金在主要礦物中的分配

Tab.2 Distribution of gold in major minerals

1.3 浮選動力學(xué)擬合

采用經(jīng)典一階浮選動力學(xué)模型(式1)對上述數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性擬合[7-8]。

() =∞[1?exp(?)] (1)

式中，()表示時刻下浮選回收率，ε表示最大理論回收率，表示浮選速率常數(shù)。采用1stOpt (First Optimization)軟件對所獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到最佳參數(shù)值，然后將這些值作為初始值代入Origin8.0軟件進(jìn)行浮選動力學(xué)擬合畫圖，并計(jì)算ε、及2(相關(guān)系數(shù))等參數(shù)[9]。

2 礦漿濃度對不同粒級礦樣中金浮選動力學(xué)的影響

2.1 微細(xì)粒級(-38 μm)

圖1顯示了不同濃度下微細(xì)粒級(-38 μm)礦樣中金的個別回收率及累計(jì)回收率的浮選動力學(xué)擬合曲線；同時，為了考查浮選時間對金精礦品位的影響，繪制了不同浮選時間下金個別及累計(jì)品位。擬合結(jié)果列于表3。結(jié)果表明，一階浮選動力學(xué)模型可以很好的擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，3種礦漿濃度下擬合優(yōu)度值(2)均大于0.98。

圖1 不同濃度微細(xì)粒級(-38 μm)礦樣中金的回收率(左)和品位(右)浮選試驗(yàn)結(jié)果

Fig.1 Results of micro fine particle (-38 μm) gold recovery (left) and grade (right) at different pulp concentration

表3 微細(xì)粒級(-38 μm)礦樣中金浮選動力學(xué)擬合參數(shù)

Tab.3 Parameters obtained from flotation kinetic model fitted to gold cumulative recovery (-38 μm micro fine particle)

對于微細(xì)粒金，基于一階浮選動力學(xué)模型擬合的∞值和值均隨礦漿濃度的升高呈先增加后降低趨勢，在礦漿濃度為50%時更有利于微細(xì)粒金的浮選，過高或過低的礦漿濃度均會導(dǎo)致微細(xì)粒金回收率和浮選速率降低。然而，不管何種礦漿濃度，-38 μm金的∞值均處于較低水平，鑒于本研究所用捕收劑濃度較低，說明低藥量不利于微細(xì)粒金的浮選。

低濃度(40%)下微細(xì)粒金的浮選品位較高，在開始浮選的2 min時間內(nèi)，金的累積品位仍有31.5 g/t。隨著礦漿濃度的增加，金的品位逐漸降低。在濃度為50%和60%的浮選礦漿體系下，金在浮選2 min后的累積品位分別為25.7及22.2 g/t，說明高濃度礦漿不利于微細(xì)粒金的富集。這與浮選過程中的機(jī)械夾帶有關(guān)，高濃度礦漿易導(dǎo)致微細(xì)粒泡沫浮選夾帶，部分脈石礦物被非選擇性的隨水流夾帶至泡沫層成為精礦產(chǎn)品，導(dǎo)致精礦品位降低。

2.2 中等粒級(-97+38 μm)

圖2顯示了不同濃度下中等粒級(-97+38 μm)礦樣中金的個別回收率和累計(jì)回收率的浮選動力學(xué)擬合曲線及不同浮選時間下金個別品位和累計(jì)品位。擬合結(jié)果列于表4。結(jié)果表明，3種濃度下擬合優(yōu)度值(2)均大于0.99，說明一階浮選動力學(xué)模型對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合良好。

圖2 不同濃度中等粒級(-97+38 μm)礦樣中金的回收率(左)和品位(右)浮選試驗(yàn)結(jié)果

Fig.2 Results of intermediate particle (-97+38 μm) gold recovery (left) and grade (right) at different pulp concentration

表4 中等粒級(-97+38 μm)礦樣中金浮選動力學(xué)擬合參數(shù)

Tab.4 Parameters obtained from flotation kinetic model fitted to gold cumulative recovery (-97+38 μm intermediate particle)

相較于微細(xì)粒金，相同礦漿濃度下中等粒級(-97+38 μm)金的∞值和值均更高，說明中等粒級較微細(xì)粒金更易浮選。隨著礦漿濃度的增加，金的∞值逐漸增加，而浮選速率則逐漸降低，說明高濃度礦漿不利于中等粒級金的快速浮選。此外，高濃度礦漿也不利于中等粒級金的富集，礦漿濃度由40%提高至60%，浮選2 min時的累積金品位由36.0 g/t降低至30.7 g/t。

2.3 粗粒級(-150+97 μm)

粗粒級(-150+97 μm)礦樣中金的個別回收率及累計(jì)回收率的浮選動力學(xué)擬合結(jié)果見圖3和表5。

圖3 不同濃度粗粒級(-150+97 μm)礦樣中金的回收率(左)和品位(右)浮選試驗(yàn)結(jié)果

Fig.3 Results of the coarse particle (-150+97 μm) gold recovery (left) and grade (right) at different pulp concentration

表5 粗粒級(-150+97 μm)礦樣中金浮選動力學(xué)擬合參數(shù)

Tab.5 Parameters obtained from flotation kinetic model fitted to the gold cumulative recovery (-150+97 μm coarse particle)

圖3、表5結(jié)果表明，3種濃度下擬合優(yōu)度值(2)均大于0.99，說明一階浮選動力學(xué)模型對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合良好。在相同的浮選濃度下，一階浮選動力學(xué)模型擬合所得粗顆粒金的∞值均比細(xì)粒級及中等粒級更高，說明粗粒級更易浮選。此外，高礦漿濃度更有利于粗粒級的浮選回收，濃度越高，粗粒級的浮選回收率也越高。與其他兩個粒級一致，低濃度(40%)下粗粒級金的浮選速率更快，這與低礦漿濃度更利于礦物分散有關(guān)，礦物分散度越高，越容易與浮選藥劑發(fā)生作用，同時，濃度越高意味著礦漿粘度越大，礦化泡沫越難上浮至泡沫層，這也導(dǎo)致高濃度礦漿的浮選速率較慢[10]。此外，不管何種礦漿濃度，粗粒級和中等粒級的浮選速率均比細(xì)顆粒高，說明粗中顆?？梢暂^快的實(shí)現(xiàn)上浮。

在三種礦漿濃度下，粗顆粒的精礦品位均比細(xì)顆粒和中等粒級的高，說明粗顆粒在分選過程中不易產(chǎn)生夾帶。盡管在本研究中采用的是相對常規(guī)浮選更高濃度的礦漿，粗顆粒金仍表現(xiàn)出較高的富集效率，在浮選的前2 min，所有礦漿濃度下金的累積品位均超過了35 g/t，當(dāng)?shù)V漿濃度為50%時，前2 min粗粒金的的累積品位為38.5 g/t，累積回收率為49.65%，實(shí)現(xiàn)了粗顆粒金的快速富集及高效回收。

3 金閃速浮選及常規(guī)浮選對比

由不同礦漿濃度下各粒級的浮選動力學(xué)結(jié)果可知，在礦漿濃度為50%時，粗中粒級金可以在較短的浮選時間(2 min)內(nèi)實(shí)現(xiàn)較好的回收與富集，而細(xì)顆粒金則富集效果較差，為此，在-0.074 mm占42.14%的粗磨條件下，對該礦石分別進(jìn)行了閃速浮選(協(xié)同常規(guī)浮選)及全常規(guī)浮選工藝的對比。浮選流程及藥劑制度見圖4和圖5，結(jié)果列于表6。

表6 閃速浮選與常規(guī)浮選實(shí)驗(yàn)對比結(jié)果

Tab.6 Comparison results of flash flotation and conventional flotation tests

圖4 閃速浮選實(shí)驗(yàn)流程

圖5 常規(guī)浮選實(shí)驗(yàn)流程

由表6結(jié)果可知，采用閃速浮選工藝，快速浮出部分易浮金顆粒，尾礦再采用常規(guī)浮選，可以獲得金品位50.0 g/t，回收率88.93%的金精礦，相較于全常規(guī)浮選工藝流程，在相同的磨礦細(xì)度下，金品位提高了7.2 g/t，回收率提高了3.64%，表明閃速浮選可以在較粗的磨礦細(xì)度及較低藥耗下，實(shí)現(xiàn)金的快速富集。

4 結(jié)論

1) 一階浮選動力學(xué)模型對各粒級礦樣礦漿中金的累計(jì)回收率的擬合效果較好。在較高的浮選濃度下，相對于細(xì)粒級(-38 μm)，粗顆粒(-150+97 μm)中的金可以更快的富集，浮選回收率高。

2) 浮選濃度與金的累積品位呈反比，低濃度比高濃度礦漿更有利于金的富集，而浮選濃度與金的累積回收率近乎呈正比，高濃度礦漿下更有利于金的回收。

3) 當(dāng)?shù)V漿濃度為50%時，經(jīng)2 min的快速浮選可以實(shí)現(xiàn)各粒級金的高效回收及有效富集。

4) 粗磨條件下，采用閃速浮選協(xié)同常規(guī)浮選工藝，可以獲得金品位50.0 g/t，回收率88.93%的金精礦，較全常規(guī)浮選工藝，金品位提高了7.2 g/t，回收率提高了3.64%。

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Kinetic study on the effect of pulp concentration on gold flotation rate

ZHAO Xin-miao1, KONG De-hao1, LI Yue-peng1, RAN Jin-cheng1 *, DONG Hong-liang2, SONG Bao-xu3

(1. School of Environment and Resources Engineering, Shandong University of Technology, Zibo 255000, Shandong, China;2. Shandong Yantai Xintai Gold Mining Industry Co. Ltd., Yantai 265147, Shandong, China;3. School of Mining Engineering, University of Science and Technology Liaoning, Anshan 114001, Liaoning, China)

First-order flotation kinetic model was used to fit the flotation recovery rate of gold ore in order to study the effect of pulp concentration on the flotation rate of gold with various particle sizes. The results indicated that the flotation pulp density is inversely proportional to the cumulative grade of goldand nearly proportional to the cumulative recovery of gold. Low flotation density is more conducive to the efficient enrichment of gold than high concentration pulp, while high concentration pulp is more conducive to gold recovery. Coarse-grained gold is more suitable for high flotation pulp concentration than fine-grained gold, and its flotation recovery rate and cumulative grade are higher. The actual ore tests confirm the fitting results of flotation kinetics. At 50% flotation pulp concentration, through flash flotation combined with conventional flotation process, the concentrate has a gold grade of 50.0 g/t and its recovery rate is 88.93%, which are better than those of single conventional flotation.

non-ferrous metallurgy; gold; flash flotation; pulp density; particle size; flotation kinetic

TF831；TD953

A

1004-0676(2022)02-0051-07

2021-12-02

山東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(ZR2021QE122)

趙新苗，女，本科生。研究方向：浮選理論與工藝。E-mail：a19811718110@163.com

通信作者：冉金城，男，博士，講師。研究方向：浮選理論與工藝。E-mail：jinchengran@163.com