張明煒 譚 璐 黃業(yè)豪,3

(1.河南省巖石礦物測(cè)試中心,河南 鄭州 450012;2.河南省地礦局第二地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院,河南 鄭州 450012;3.鄭州大學(xué)化工學(xué)院,河南 鄭州 450001)

金礦石選礦方法的選擇與金的嵌布特征、賦存狀態(tài)、雜質(zhì)元素含量等礦石性質(zhì)有密切關(guān)系[1-2]。目前常見的金礦石選礦方法主要有浮選法、重選法、氰化法以及聯(lián)合工藝[3-6]。其中重選法是一種綠色清潔的選礦方法,在砂金礦、石英脈金礦中常常得到應(yīng)用,但傳統(tǒng)的重選工藝存在金回收率低、富集比低、處理量小等問(wèn)題[7-9]。尼爾森選礦機(jī)是一種基于離心原理的強(qiáng)化重力選礦設(shè)備,外形主體呈柱形,分選機(jī)構(gòu)主要是一個(gè)由內(nèi)錐與外錐構(gòu)成密閉的離心錐[10-11]。物料在富集錐內(nèi)受到高倍的強(qiáng)化重力場(chǎng)作用,比重差放大,更易實(shí)現(xiàn)有用礦物與脈石礦物的有效分離;配以離心力與反沖洗水的相互作用,物料在富集錐內(nèi)保持松散狀態(tài),進(jìn)而使得比重大的物料能夠占據(jù)空間保留下來(lái),比重小的物料則作為尾礦排出。目前,尼爾森選礦機(jī)已在河南金源黃金礦業(yè)有限責(zé)任公司、琿春紫金礦業(yè)有限公司、金川集團(tuán)股份有限公司、內(nèi)蒙古金陶股份有限公司、洛陽(yáng)坤宇礦業(yè)有限公司、山西紫金礦業(yè)有限公司、洛寧華泰礦業(yè)開發(fā)有限公司等多家黃金選礦廠得到應(yīng)用,并取得了良好的分選效果[12-15]。

某金礦選礦廠生產(chǎn)能力為1 500 t/d,目前生產(chǎn)工藝流程為單一浮選,磨礦回路中金的富集倍數(shù)能夠達(dá)到5倍以上,并且史上曾采用混汞回收金,說(shuō)明礦石中存在顆粒金。為探究此類礦石對(duì)尼爾森選礦機(jī)的適應(yīng)性,開展了系統(tǒng)的尼爾森重選試驗(yàn)研究,并驗(yàn)證了尼爾森重選+浮選工藝流程的可行性。

1 原礦性質(zhì)

1.1 礦物組成及化學(xué)成分分析

原礦中金屬礦物主要有黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦、方鉛礦、黝銅礦、磁鐵礦、輝銅銀礦及少量自然金;非金屬礦物主要有石英、綠泥石、云母、鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、方解石等。

原礦主要化學(xué)成分分析結(jié)果見表1。

表1 原礦主要化學(xué)成分分析結(jié)果Table 1 Analysis results of the main chemical composition of the raw ores %

由表1可知,原礦Au品位為4.66 g/t,Cu、Pb、Zn含量分別為0.25%、0.42%和0.47%。

1.2 自然金嵌布粒度分析

原礦自然金嵌布粒度分析結(jié)果見表2。

由表2可知,自然金顆粒粒徑主要集中在0.295～0.074 mm,產(chǎn)率達(dá)59.82%,其次為+0.295 mm的巨粒金,產(chǎn)率為19.37%。

1.3 金物相分析

原礦金物相分析結(jié)果見表3。

由表3可知,金以裸露半裸露金為主,分布率為66.74%,此部分金適合采用重選回收;硫鐵礦包裹金、銅鉛鋅硫化物包裹金合計(jì)分布率為10.30%;碳酸鹽包裹金、赤鐵礦包裹金、石英硅酸鹽包裹金三者合計(jì)分布率為22.96%,此部分金較難回收,不利于提高金的總回收率。

2 試驗(yàn)方法及設(shè)備、儀器

2.1 試驗(yàn)方法

原礦中包裹金與裂隙金占比基本相同,主要以粗粒金(0.074～0.295 mm)的形式存在,并且有19.37%的巨粒金(+0.295 mm),結(jié)合探索試驗(yàn)結(jié)果,該礦石適宜采用重—浮聯(lián)合工藝,以保證“能收早收”,具體試驗(yàn)流程見圖1。

礦石磨至所需細(xì)度后調(diào)節(jié)礦漿濃度為40%,將礦漿勻速給入尼爾森選礦機(jī),在試驗(yàn)設(shè)定的工藝參數(shù)下進(jìn)行重選試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)束后將精礦、尾礦分別烘干制樣,分析并計(jì)算重選產(chǎn)品指標(biāo);重選尾礦全部濃縮后磨礦至所需細(xì)度,攪拌均勻后取礦漿樣,根據(jù)圖1所示流程進(jìn)行浮選試驗(yàn)。

2.2 試驗(yàn)設(shè)備及儀器

試驗(yàn)所用設(shè)備及儀器包括錐形球磨機(jī)(RK/ZQM,武漢洛克粉磨設(shè)備制造有限公司)、尼爾森選礦機(jī)(KC-MD3,FLSmidth Ltd)、浮選機(jī)(XFD,武漢探礦機(jī)械有限公司)、真空過(guò)濾機(jī)(XTLZ-260,四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局)、恒溫烘箱(GZX-9070MBE,上海博迅醫(yī)療生物儀器股份有限公司)、電子天平(LT3002E,常熟市天量?jī)x器有限責(zé)任公司)、震動(dòng)制樣機(jī)(100-3,南昌礦機(jī)集團(tuán)股份有限公司)。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 磨礦細(xì)度對(duì)尼爾森重選指標(biāo)的影響

尼爾森重選給礦細(xì)度一般為-0.074 mm占20%～60%,對(duì)于存在粗粒顆粒金的礦石一般控制細(xì)度較粗,對(duì)于存在微細(xì)粒顆粒金的礦石一般控制細(xì)度較細(xì),適宜的磨礦細(xì)度不僅能夠保證理想的回收率指標(biāo),而且能夠控制生產(chǎn)成本。固定重力倍數(shù)為60 G,反沖洗水量為3.5 L/min,給礦速度為500 g/min,每次試驗(yàn)礦量為1 kg,考察磨礦細(xì)度對(duì)重選指標(biāo)的影響,試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 磨礦細(xì)度對(duì)尼爾森重選指標(biāo)的影響Fig.2 Influence of grinding fineness on the Knelson gravity separation indexes

由圖2可知,增大尼爾森重選給礦的磨礦細(xì)度,重砂金品位逐漸提高,金回收率先升高后降低。這是由于在重力倍數(shù)和反沖洗水量一定的前提下,增大磨礦細(xì)度有利于提高礦石的單體解離度,進(jìn)而提高精礦品位,但磨礦細(xì)度過(guò)細(xì)容易導(dǎo)致微細(xì)粒級(jí)顆粒金受反沖洗水作用而損失至尾礦中。結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果,確定適宜的磨礦細(xì)度為-0.074 mm占45%,此時(shí)重砂的金品位為44.41 g/t,金回收率為89.35%。

3.2 重力倍數(shù)對(duì)尼爾森重選指標(biāo)的影響

生產(chǎn)中尼爾森選礦機(jī)的電機(jī)一般為非變頻電機(jī),重力倍數(shù)基本是固定的,主要是通過(guò)調(diào)整細(xì)度、富集時(shí)間和反沖洗水量穩(wěn)定生產(chǎn)指標(biāo),但為了探究重力倍數(shù)對(duì)重選指標(biāo)的影響,實(shí)驗(yàn)室內(nèi)有必要進(jìn)行重力倍數(shù)試驗(yàn)。固定磨礦細(xì)度為-0.074 mm占45%,反沖洗水量為3.5 L/min,給礦速度為500 g/min,每次試驗(yàn)礦量為1 kg,考察重力倍數(shù)對(duì)重選指標(biāo)的影響,試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 重力倍數(shù)對(duì)尼爾森重選指標(biāo)的影響Fig.3 Influence of gravity multiple on the Knelson gravity separation indexes

由圖3可知,重力倍數(shù)由40 G增加至120 G,重砂金品位由46.85 g/t降低至35.41 g/t,金回收率基本穩(wěn)定在88%～90%,波動(dòng)不大,說(shuō)明重力倍數(shù)并非影響回收率的關(guān)鍵因素。這是因?yàn)楸驹囼?yàn)礦石顆粒金粒度較大,在較小的重力倍數(shù)下便可獲得有效回收富集,但增加重力倍數(shù)后,會(huì)導(dǎo)致低比重的脈石礦物富集至富集椎,進(jìn)而降低精礦品位。增加重力倍數(shù)需提高電機(jī)轉(zhuǎn)速,不僅對(duì)提高回收率無(wú)明顯作用,而且增加電耗、加快設(shè)備磨損,宜采用低重力倍數(shù),但生產(chǎn)設(shè)備轉(zhuǎn)速一般都是固定的,默認(rèn)重力倍數(shù)為60 G,因此后續(xù)試驗(yàn)確定適宜的重力倍數(shù)為60 G。

3.3 反沖洗水量對(duì)尼爾森重選指標(biāo)的影響

實(shí)際生產(chǎn)中,由于反沖洗水量可以根據(jù)礦石性質(zhì)通過(guò)PLC模塊對(duì)其進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)整和控制,因此反沖洗水量常常作為尼爾森選礦機(jī)的主要控制參數(shù)。固定磨礦細(xì)度為-0.074 mm占45%,重力倍數(shù)為60 G,給礦速度為500 g/min,每次試驗(yàn)礦量為1 kg,考察反沖洗水量對(duì)重選指標(biāo)的影響,試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

圖4 反沖洗水量對(duì)尼爾森重選指標(biāo)的影響Fig.4 Influence of backwash waterflow on the Knelson gravity separation indexes

由圖4可知,反沖洗水量由3.5 L/min增加至11.5 L/min,重砂金品位由44.81 g/t提高至55.32 g/t,金回收率由88.70%降低至84.63%。提高反沖洗水量有利于提高重砂金品位,但是反沖洗水量增加后,不僅會(huì)導(dǎo)致尼爾森重選回收率會(huì)有所下降,還會(huì)降低尼爾森尾礦濃度,不利于后續(xù)分級(jí)浮選作業(yè)。因此建議反沖洗水量不宜過(guò)大,后續(xù)試驗(yàn)確定適宜的反沖洗水量為5.5 L/min。

3.4 給礦量對(duì)尼爾森重選指標(biāo)的影響

生產(chǎn)中,富集時(shí)間是控制重砂品位的一個(gè)重要參數(shù),由于富集錐的體積是固定的,富集錐中的重砂量也基本是不變的,延長(zhǎng)富集時(shí)間,礦漿通過(guò)量隨之增加,富集椎能夠富集更多數(shù)量的顆粒金,進(jìn)而提高重砂品位,但值得注意的是精礦產(chǎn)率也是隨之下降的。實(shí)驗(yàn)室尼爾森重選試驗(yàn)屬于是開路作業(yè),只能通過(guò)控制給礦量控制精礦產(chǎn)率,進(jìn)行模擬富集時(shí)間對(duì)重選指標(biāo)的影響。固定磨礦細(xì)度為-0.074 mm 占45%,重力倍數(shù)為60 G,反沖洗水量5.5 L/min,給礦速度為500 g/min,通過(guò)改變給礦量控制精礦產(chǎn)率進(jìn)行尼爾森重選試驗(yàn),結(jié)果見圖5。

由圖5可知,由于尼爾森富集腔的體積一定,隨著給礦量增加,比重較小的顆粒必定被比重較大的顆粒所替代,即脈石顆粒盡可能地被顆粒金所取代,從而導(dǎo)致隨著給礦量增加,富集錐中顆粒金的數(shù)量逐漸增加,重砂金品位逐步增加,但會(huì)導(dǎo)致已經(jīng)富集錐中的單體金或連生金隨尾礦排出,進(jìn)而導(dǎo)致重砂金回收率逐漸降低。當(dāng)給礦量為20 kg時(shí),重砂產(chǎn)率為0.418%,精礦產(chǎn)品經(jīng)過(guò)淘洗后Au品位約4 000 g/t左右,回收率約為40%。

圖5 給礦量對(duì)尼爾森重選指標(biāo)的影響Fig.5 Influence of feeding amount on the Knelson gravity separation indexes

3.5 重選作業(yè)前后產(chǎn)品粒度變化分析

為考察尼爾森選礦機(jī)對(duì)各粒級(jí)的回收情況,需要對(duì)重砂產(chǎn)品進(jìn)行粒度篩析,但重砂量較少,篩析數(shù)據(jù)誤差較大,因此對(duì)最佳條件下尼爾森重選前后產(chǎn)品進(jìn)行粒度篩析,以考察尼爾森重選機(jī)對(duì)各粒級(jí)的回收情況,結(jié)果見圖6。

圖6 尼爾森重選前后各粒級(jí)產(chǎn)率變化Fig.6 The change of particle size composition before and after Knelson gravity separation

由圖6分析可知,尼爾森重選后,+0.45 mm、0.45～0.18 mm 2個(gè)粒級(jí)產(chǎn)率明顯下降,0.125～0.097 mm粒級(jí)產(chǎn)率略有下降,其他各粒級(jí)產(chǎn)率則均有上升。從各粒級(jí)產(chǎn)率變化規(guī)律來(lái)看,主要回收了+0.45 mm、0.45～0.18 mm 2個(gè)粒級(jí)的產(chǎn)品,0.125～0.097 mm粒級(jí)有部分回收,其他粒級(jí)回收較少;尼爾森尾礦與尼爾森給礦相對(duì)比,正累計(jì)產(chǎn)率曲線向下偏移,負(fù)累計(jì)產(chǎn)率曲線向上偏移,表明尼爾森尾礦中粗粒級(jí)含量減少,說(shuō)明此部分粗粒級(jí)礦物被尼爾森選礦機(jī)回收,這與上述分析結(jié)果是一致的。

尼爾森精礦鏡下顯微照片(圖7)顯示,顆粒金粒度較粗,且解離程度良好。

圖7 尼爾森精礦鏡下顯微照片F(xiàn)ig.7 The microscopic micrograph of Knelson concentrate

3.6 重—浮聯(lián)合工藝驗(yàn)證試驗(yàn)

取20 kg礦石磨至-0.074 mm占45%,加入攪拌桶后調(diào)漿攪拌均勻,固定重力倍數(shù)為60 G、反沖洗水量5.5 L/min、給礦速度為500 g/min進(jìn)行尼爾森重選,重選尾礦全部再磨至-0.074 mm占65%,調(diào)漿后取適量礦漿進(jìn)行浮選閉路試驗(yàn),驗(yàn)證試驗(yàn)流程及藥劑制度見圖1,試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 重—浮聯(lián)合工藝驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果Table 4 The results of gravity separation and flotation combined process verification test

由表4可知,全流程驗(yàn)證閉路試驗(yàn)可以獲得產(chǎn)率0.048 9%、金品位為 4 018.14 g/t、金回收率為42.07%的重砂金,以及產(chǎn)率為 7.60%、金品位為32.43 g/t、金回收率為52.78%的浮選精礦,金精礦產(chǎn)品中金的總回收率為94.85%。

4 結(jié) 論

(1)原礦中金主要以裸露半裸露金的形式存在,分布率為66.74%;自然金粒徑主要集中在0.295～0.074mm,產(chǎn)率為59.82%,其次為+0.295 mm粒級(jí),產(chǎn)率為19.37%,此部分粗顆粒自然金有利于重選回收。

(2)在磨礦細(xì)度為-0.074 mm占45%、重力倍數(shù)為60 G、反沖洗水量 5.5 L/min、給礦速度為 500 g/min、給礦量為20 kg的條件下,尼爾森重選精礦產(chǎn)率為0.418%,精礦產(chǎn)品經(jīng)過(guò)淘洗后,可獲得金品位約為4 000 g/t的重砂,回收率約為40%。

(3)重—浮聯(lián)合工藝閉路試驗(yàn)可獲得產(chǎn)率為0.048 9%、金品位為 4 018.14 g/t、金回收率為42.07%的重砂金,以及產(chǎn)率為 7.60%、金品位為32.43 g/t、金回收率為52.78%的浮選金精礦,金總回收率為94.85%。

(4)尼爾森重選主要回收了+0.097 mm粒級(jí)產(chǎn)品,對(duì)細(xì)粒級(jí)產(chǎn)品回收能力有限;對(duì)于本類礦石,由于自然金粒度較粗,生產(chǎn)中可以適當(dāng)降低磨礦細(xì)度。