微细粒矿物选矿技术研究现状及展望*

蔡振波 徐会华

(广西冶金研究院有限公司)

我国是矿产资源大国，矿产总量丰富，但随着矿产资源的长期开采利用，富矿与粗粒嵌布矿物资源的日渐殆尽，如何高效利用贫、细、杂矿成为一个突出的难题，发展微细粒矿选矿技术至关重要。而且，随着矿产资源逐渐减少，新老尾矿、废渣及再生资源的综合利用逐渐受到关注，入选矿物呈现粒度细、品位低、高泥、高氧化率等趋势。为了满足我国经济建设发展对资源的需求，采用高效、节能、环保的工艺技术与设备回收微细粒矿物中损失的有用矿物是一个行之有效的方法，对缓解我国资源短缺具有重大的意义。

1 微细粒矿物利用现状

微细粒矿物主要由于矿物的嵌布粒度细而必须细磨才能单体解离，或由于在磨矿过程中发生过磨造成。据报道，世界上磷酸盐矿物的1/3，含铜矿物的1/6，含钨矿物的1/5，在美国开采铁矿的1/10，玻利维亚锡矿的1/2以及其他数以百万吨计的矿物［1］损失于微细颗粒中，造成资源的严重浪费，加剧了资源的短缺问题。为有效地回收微细粒矿物中的有用矿物，国内外研究学者进行了多方面的研究，主要针对微细粒矿物的选矿工艺与选矿设备，现阶段常用的选矿工艺为浮选法、磁选法、重选法，常用的选矿设备为浮选柱、离心选矿机等。

2 微细粒矿选矿工艺

微细粒矿物由于质量小，比表面积大，导致颗粒比表面能高，浮选药剂对它的选择性差，且药剂用量大。若采用常规的浮选方法回收微细矿物，矿物颗粒间的夹杂与泡沫的夹带现象严重，导致精矿品位与回收率均不高，这是目前回收微细矿物遇到的共性问题，微细矿物的特征对浮选行为的影响［2］见图1。现阶段，采用浮选法回收微细粒矿物的主要方法为增大微细颗粒的表观粒径和减小泡沫的尺寸，以使颗粒表观粒径与泡沫尺寸相适应，从而实现微细粒矿物的选择性上浮。浮选法主要分为油团聚浮选法、载体浮选法、剪切絮团浮选法和微泡浮选法。

图1 微细粒矿物的特征对浮选的影响

2.1 油团聚浮选法

油团聚是在矿浆中添加捕收剂使微细粒矿物疏水，然后添加中性油，中性油在疏水颗粒表面铺展，促使微细颗粒聚集于油相中形成团，从而增大了微粒颗粒的表观粒径;经过油团聚处理后的矿浆可采用浮选法回收－0.038 mm粒级的微细粒矿物［3］。王晖、于润存等［4］采用油团聚浮选法回收微细粒钼尾矿，选择中性油变压器油与起泡剂配合使用，经搅拌浮选可以从含钼1.05%的微细粒尾矿中回收钼金属，获得的精矿钼品位为22.62%、钼回收率为94.93%。

2.2 载体浮选法

载体浮选是利用一般浮选粒级的矿粒作为载体，使目的微细粒矿物罩盖在载体矿物上而上浮的一种选矿方法。许多研究者对载体浮选在铅锌矿［5］、金矿［6］、赤铁矿［7］和煤［8］等微细粒矿物的浮选进行了系统的研究。朱阳戈、张国范等［9］对0～20 μm微细粒钛铁矿的载体浮选机理进行了研究，研究结果表明:钛铁矿浮选中粗细颗粒间交互作用受两者相对含量影响显著，以载体浮选工艺处理攀枝花难选微细粒钛铁矿，与不采用载体浮选工艺相比，0～20 μm粒级的钛铁矿的回收率可由52.56%提高到61.96%。葛英勇、石美佳、曾李明［10］采用载体浮选的工艺回收某锌浸出渣中的银，试验结果表明:由于银矿物主要以微细粒的形态分布于锌浸出渣中，导致采用常规浮选工艺回收银的回收率较低，而采用载体浮选工艺，通过1粗1精1扫流程，可获得银品位为8670 g/t、银回收率为61.67%的银精矿。

2.3 剪切絮团浮选法

剪切絮团浮选是通过对矿浆进行强烈搅拌作用，搅拌过程产生的剪切力与捕收剂在矿粒表面吸附产生的疏水键合力使矿粒聚集形成絮团，从而增大微细粒矿物的表观粒径，然后采用浮选法选别的选矿方法。Yin和Yang等［11］在搅拌强度为1400 r/min、搅拌时间为20 min、矿浆pH值为9和油酸钠浓度为3.94×10－4mol/L的环境下浮选赤铁矿，研究发现絮团浮选回收率比未絮团浮选的回收率明显提高，絮团形成后，增大搅拌速度或延长搅拌时间对回收率影响不大。

2.4 微泡浮选法

微泡浮选是通过微泡发生器(空化管、超声波等)产生微细气泡，从而增大微细粒颗粒与气泡的碰撞概率来提高浮选效率和回收率。Ahmadi Rahman和 KhodadadiDarban Ahmad等［12］采用微泡浮选的工艺回收微细粒黄铜矿，试验发现:微泡浮选工艺黄铜矿的回收率比常规浮选工艺的回收率提高16～21个百分点，且5～14.36 μm 粒级的回收率较14.36～38 μm粒级的回收率提高较多，表明微泡浮选工艺对微细颗粒有较好的选别效果。

3 微细粒选矿设备

为了解决微细粒矿物难以回收的问题，近年来出现了许多新型的微细粒选别设备，主要有充填介质浮选柱、离心选矿机、悬振锥面选矿机、微细粒跳汰机。

3.1 充填介质浮选柱

充填介质浮选柱与常规浮选柱相比，相同之处在于其矿浆和气泡都是逆向运行，充填介质浮选柱内轴向装有充填介质，几乎是静态条件下进行矿化泡沫与矿浆的分离。充填介质造成了许多狭窄而曲折的通道，当空气上浮经过通道，容易形成均匀的微泡，无需专门的微泡发生器就能使微细粒上浮。充填的介质层隔板之间的毛细管作用，使充填介质浮选柱能够保持一个相对高的泡沫层，这能增强泡沫层的冲洗，这样能克服微细粒脉石的夹杂，可以在不影响微细粒矿物回收率的情况下，实现矿物的“二次富集”，从而提高精矿品位。近年来，国内外对充填介质浮选柱进行了较深入的研究，并取得了一定的成果，研究发现:该类型的浮选柱对微细粒矿物的浮选具有一定的优势，但由于充填介质浮选柱还没能很好克服浮选柱柱体太高所带来的生产操作不便，而且由于微细粒颗粒在柱体内的移动速度慢，导致微细矿物在柱体内停留的时间较长，会造成硫化矿物的氧化从而影响硫化矿的选别。为克服充填介质浮选柱的这个缺点，有研究工作者提出将调浆充气矿化过程与矿化气泡同矿浆的分离过程分别单独进行，即采用浮选柱“体外矿化”，该方法对提高微细粒矿物浮选速度从而提高浮选柱的工作效率具有较大的效果。

3.2 离心选矿机

对于微细粒矿物而言，由于颗粒沉降速度较小，比重大、小颗粒速度差较小，若在重力场中进行微细颗粒的分选，要么分选效率较低、富集比低，要么极为困难甚至根本无法分离。因此，如何增大微细粒颗粒间的沉降速度差异是采用重选方法回收微细粒所需解决的关键问题。根据斯托克斯自由沉降公式可知，增加复合力场的加速度能增大颗粒间沉降速度的差异，采用离心力场是一个行之有效的方法。离心选矿机转鼓卧式旋转，在转鼓的径向产生均匀分布的离心力场，矿浆随离心转鼓一起作回转运动，做旋转运动的矿浆重微细颗粒在离心力场和弱紊流流膜的复合力场联合作用下，不同比重的颗粒发生选择性分离。离心选矿机自20世纪60年代末发明并应用于选矿厂以来，已经先后应用于回收锡、钨、铁等金属。李俊宁、袁启东等人［13］针对微细粒褐铁矿嵌布粒度细、磁选易团聚、比表面大等特点，进行了不同选别工艺流程的对比试验研究，最终采用粗细分选、强磁—螺旋溜槽与离心选矿机重选—中矿再磨再选工艺流程进行了选别，获得了铁品位为56.46%、硫含量为 1.47%、铁回收率为 77.24% 的铁精矿。试验利用重力和离心力的相互作用机理，将强磁选机和离心选矿机组合应用，充分发挥了两种设备各自的优势，实现了微细粒赤褐铁矿的有效分选。付广钦、周晓彤等人［14］采用离心选矿机—浮选的组合工艺流程，回收微细粒黑白钨多金属矿，最终获得了黑钨精矿WO3品位为46.12%、WO3回收率为85.57%的选别指标。

3.3 悬振锥面选矿机

悬振锥面选矿机是利用流膜选矿原理和拜格诺剪切松散理论研制而成的新型微细粒重选设备，该设备结构简单，充分利用矿石颗粒粒度、密度的差异实现分选。悬振锥面选矿机对19～37 μm的微细粒矿物如铁、钨、锡、钛、铌等金属有良好的回收效果。黄翔、杨波等人［15］采用悬振锥面选矿机回收柿竹园1500 t/d选矿厂的黑钨细泥，经1次粗选获得了含 WO3为30.23%、WO3回收率为75.72%，含锡4.97%、锡回收率为67.90%的黑钨精矿。肖文工、谢加文等人［16］采用悬振锥面选矿机回收白钨精选尾矿中的钨和锡金属，采用悬振锥面选矿机替代摇床，工业试验获得了WO3品位为25.45%，WO3回收率为 44.83%，锡品位为 6.93%，锡回收率为52.32%的试验指标。

3.4 微细粒跳汰机

跳汰选矿是一种传统的重选工艺，早期仅应用于处理粗颗粒的矿物资源。近年来，澳大利亚的Geologics公司研制的Kelsey离心跳汰机应用强离心力加强对微细矿物的富集，通过引入离心力场，使跳汰机可处理的粒度下限大大降低，该类型跳汰机对－10 μm的微细粒矿物具有较好的回收效果。

4 前景与展望

随着资源的不断消耗，我国的优质资源日益匮乏，为满足经济发展对资源的需求，当前如何利用嵌布粒度细和损失于尾矿中的微细有用矿物是我国选矿工作者仍要研究的课题。如何采用高效、节能、环保的工艺与设备来综合利用微细粒资源，还需解决以下几个问题:

(1)研发新型、节能选矿设备。微细粒矿物由于质量小，比表面积大，导致颗粒比表面能高，采用传统的常规选矿设备对微细粒矿物选别效果较差，甚至无法富集;通过研发新型选矿设备来增大微细粒矿物间的物理化学性质差异，从而实现微细矿物的有效分离。所以研发新型、节能的重选设备是充分利用微细粒资源的一个研究方向。

(2)研发高效、节能的选矿工艺。若采用单一的选矿工艺如浮选法、重选法、磁选法等很难既保证精矿的品位又保证精矿的回收率;单一采用浮选法回收微细矿物易造成脉石矿物夹杂，精矿富集比较低;单一采用重选法回收微细矿物能获得较高的富集比，但回收率较低;因此采用联合工艺回收微细粒能弥补单一工艺的缺点，实现微细矿物较好的回收。

(3)研发新型、环保的药剂。采用浮选法回收微细粒矿物，难点在于浮选药剂的选择，若采用常规的浮选药剂易造成微细粒脉石的夹杂与夹带，导致精矿的富集比低，目的矿物的回收率低，因此开发一种能够选择性与目的矿物作用的药剂，从而增大有用矿物的表观粒度，然后采用特定的捕收剂，实现微细颗粒的选择性上浮，从而实现微细粒矿物的有效回收。

5 结语

我国资源总量和种类丰富，但嵌布粒度细、复杂共生、难选矿石较多，导致长久以来大量的有用矿物损失于微细粒中，造成资源的大量浪费。虽然近年来，选矿工作者对微细粒矿开展了大量的研究，但大部分微细粒矿还不能实现高效的回收。针对我国现阶段资源利用特点，为满足国内需求，选择合理工艺、研发新型选矿药剂和选矿设备，实现微细粒矿物的资源合理化利用，对缓解我国资源短缺、可持续发展、国民经济、环境污染均具有重要的意义。

［1］ 姚 伟，李茂林，崔 瑞，等.微细粒矿物的分选技术［J］.现代矿业，2015(1):66-69.

［2］ 艾光华，李晓波.微细粒黑钨矿选矿研究现状及展望［J］.矿山机械，2011，39(10):90-95.

［3］ Ozkan A，Aydogan S，Yekeler M.Critical solution surface tension for oil agglomeration［J］.International Journal of Mineral Processing，2005，76(1):83-91.

［4］ 王 晖，于润存，符剑刚，等.油团聚浮选回收尾矿中微细粒辉钼矿的研究［J］.矿冶工程，2009(1):30-33.

［5］ LANG A G，SKINNER W M，SMART R St C.Fine coarse particle interactions and aggregation in sphalerite flotation［J］.Mineral Engineering，1997，10(7):681-693.

［6］ Valderrama l，Rubio J.High intensity conditioning and the carrier flotation of gold fine particles［J］.International Journal of Mineral Processing，1998，52(4):273-285.

［7］ 郭建斌.东鞍山赤铁矿载体浮选试验研究［J］.矿冶工程，2003，23(3):29-31.

［8］ ATESOK G，BOYLU F，CELIK M S.Carrier flotation for desulfurization and deashing of difficult-to-float coals［J］.Mineral Engineering，2001，14(6):661-670.

［9］ 朱阳戈，张国范，冯其明，等.微细粒钛铁矿的自载体浮选［J］.中国有色金属学报，2009，19(3):554-560.

［10］ 葛英勇，石美佳，曾李明.载体浮选回收某锌浸出渣中的银［J］.金属矿山，2012(4):156-159.

［11］ Yin W Z，Yang X S，Zhou D P，et al.Shear hydrophobic flocculation and flotation of ultrafine Anshan hematite using sodium oleate［J］.Transaction of Nonferrous Metals Society of China，2011，21(3):652-664.

［12］ Ahmadi Rahman，KhodadadiDarban Ahmad，Abdollahy Mahmoud，et al.Nano-microbubble flotation of fine and ultrafine chalcopyrite pariticles［J］.International Journal of Mining Science and Technology，2014，24(4):559-566.

［13］ 李俊宁，袁启东，陈 洲.某微细粒赤褐铁矿选矿试验研究［J］.矿产保护与利用，2014(6):19-24.

［14］ 付广钦，周晓彤，邓丽红，等.某难选黑白钨多金属矿中黑钨矿的选矿试验研究［J］.材料研究与应用，2014，8(4):268-272.

［15］ 黄 翔，杨 波，张雨田.悬振锥面选矿机回收柿竹园1500 t/d选矿厂黑钨细泥工业试验研究［J］.有色金属:选矿部分，2015(1):83-85.

［16］ 肖文工，谢加文，陈占发.白钨精选尾矿综合回收钨、锡新工艺改造［J］.中国钨业，2015，30(3):14-17.