基于新型离心选矿机的联合流程回收钨细泥试验研究

2019-11-06周晓文杨志兆张永兵

中国钨业 2019年3期

周晓文，杨志兆，张永兵，耿亮

（1.江西理工大学资源与环境工程学院，江西赣州 341000；2.江西省矿业工程重点实验室，江西赣州 341000）

钨因其密度、硬度及熔点较高，化学性质稳定等优良理化性质，在电子、化工、硬质合金、国防军工等领域应用广泛，是重要的战略金属[1]。作为钨资源储量大国，钨资源的高效开发利用是我国在世界保持钨定价权、话语权的重要保证。而随长期的采选开发，优质易选矿石逐渐枯竭，且因钨矿石较脆、嵌布粒度微细，在矿山开采、运输、碎磨等生产作业中易产生大量钨细泥[2]。钨细泥中钨资源含量在钨矿石中占比较高，但因其矿物组成复杂、粒度微细、大量难免离子干扰等原因难以高效利用[3]，致使全球每年约有1/5的钨以微细粒形式损失[4]。江西某钨选矿厂所属钨细泥含WO30.27%～0.33%，具有较好的回收价值，但因矿物组成复杂、黑白钨共存、粒度微细等原因回收效果较差，为实现其资源化利用，试验通过改进选别设备、优化选别工艺，以实现细泥中钨资源与脉石矿物的高效分离与回收。

1 矿石性质

研究试样化学成分见表1，钨矿物物相组成见表2，粒度组成及金属分布见表3。钨细泥试样中金属矿物主要为黑钨矿，含有少量白钨矿及黄铜矿、辉铋矿、黄铁矿，微量方铅矿等金属硫化矿，脉石矿物主要为石英、方解石及长石，含有少量萤石、高岭石、绿帘石及绿柱石等矿物，试样中钨矿物粒度分布较宽，但主要以微细粒形式存在，其中+38 μm粒级产率43.06%、WO3金属分布率仅37.13%，而-38 μm粒级产率达56.94%、WO3分布率高达62.87%，因钨矿物粒度微细，不利于其高效回收。

表1 试样主要化学成分分析结果 w/%Tab.1 Analysis results of main chemical components of sample

表2 试样钨物相分析结果 %Tab.2 Tungsten phase analysis results of samples

表3 试样粒度组成及金属分布分析结果Tab.3 Analysis results of particle size composition and metal distribution of sample

2 试验结果与分析

鉴于该试样中硫化矿物比重较大、可浮性较好，因此宜在钨选别作业前预先浮选脱除[5]。因试样中钨矿物嵌布粒度微细，矿石粒度较宽，仅通过重选作业难以高效回收，若采用浮选回收，则因矿浆中含有大量细泥，大幅恶化浮选矿浆环境。而高梯度磁选设备难以回收白钨矿及微细粒黑钨矿物，因此确定采用“预先浮选脱硫-重选预富集-浮选回收钨矿物”工艺方案。

2.1 钨细泥浮选脱硫试验

鉴于试样中伴生金属硫化矿物易影响钨精矿质量，需预先浮选脱除。浮选脱硫作业以水玻璃为分散剂、以丁基黄药为捕收剂、以2#油为起泡剂，经一粗一精一扫试验流程，获得了产率为3.17%，S品位为18.19%、含WO30.33%，S回收率为80.09%的硫精矿产品，金属硫化矿物脱除效果较好，脱除的硫精矿产品中WO3损失较低，仅3.38%。

2.2 钨矿物离心选矿机重选预富集试验

2.2.1 重选预富集设备试验

因赣南钨矿多为石英脉型钨矿床，矿石中主要脉石矿物为石英等硅酸盐矿物，与钨矿比重差异较大，可采用重选作业进行钨矿物预富集，因此试验考察了细泥摇床、螺旋溜槽、悬振锥面选矿机、普通卧式离心选矿机及LL-400立式连续型离心选矿机对钨矿物预富集效果的影响，试验结果见表4。

表4 重选设备试验结果 %Tab.4 Test results of gravity separation equipment

由表4可见，采用悬振锥面选矿机与细泥摇床富集比较大，但因为钨矿物嵌布粒度较细，大量钨矿物随细泥、水流损失，回收率较低，其中为提高摇床精矿WO3回收率，接取的精矿带较宽时，WO3回收率仍不足50%；采用离心选矿机重选时，富集比虽较低，但其抛废率与精矿WO3回收率较高，因此预富集效果较好，其中传统卧式离心选矿机因转筒锥角较大，不利于微细物料回收，其精矿WO3回收率略低。总体而言，采用传统重选设备或单一选矿工艺均难以高效回收细泥中钨矿物，而开发的新型立式连续型离心选矿机可取得较好的预富集效果，可有效改善浮选入选物料的矿浆环境。

2.2.2 离心转筒锥角试验

传统离心选矿机采用间歇式工作方式，处理能力较低，操作烦琐，限制了生产效率的提高，且因其针对黄金等比重更大矿物设计，转筒锥角较大，难以适应微细粒钨矿物选别作业，因此针对性地开发了LL-400立式连续型离心选矿装备[6-7]（专利号：CN204320465U、CN104437834A），设计了系列锥角离心转筒以高效回收微细粒钨矿物、设置精矿富集槽提高富集效果、装备气动夹管阀控制排矿实现矿物连续分选，设备结构图见图1。试验固定给矿浓度10%、给矿体积速率25 L/min、离心转筒转速700 r/min、精矿富集时间20 s，考察了离心转筒转速对钨矿物预富集效果的影响，试验结果见图2。

由图2可见，随离心转筒锥角的增加，转筒中矿物径向加速度升高，不同比重矿物间离心力差异增加，矿物分层效果改善，精矿WO3品位逐渐升高，但因锥角升高，旋转薄流层切向速度增加，矿物分层时间降低，微细粒矿物未完成分层即高速旋出，致使回收率降低。针对该钨细泥资源，当离心转筒锥角为20°时，选别指标最佳。

图1 离心选矿机结构图Fig.1 Structural chart of centrifugal concentrator

图2 离心转筒锥角试验结果Fig.2 Test results of centrifugal drum’s cone angle

2.2.3 离心转筒转速试验

离心选矿机通过较大的离心力，大幅增加不同比重矿物间沉降速度差异，改善矿物分层效果，从而较好地回收微细重矿物，因离心转筒转速是影响矿物所受离心力大小的关键因素，试验考察了转筒转速对钨矿物预富集效果的影响，试验结果见图3。

图3 离心转筒转速试验结果Fig.3 Test results of centrifugal drum’s rotation speed

由图3可见，随离心转筒转速的升高，矿物所受离心力快速升高，矿物按比重分层效率提高，精矿品位逐渐升高，因离心力与转速平方成正比，随转速提高，微细粒钨矿物所受离心力急剧增加，沉降速度快速提升，精矿WO3回收率同样逐渐升高，当离心转筒转速为800 r/min时，钨矿物预富集效果最佳。

2.2.4 钨矿物富集时间试验

立式连续型离心选矿机离心转筒上设置的精矿富集槽可使转筒初步富集的钨矿物于槽内进一步分层，脱除粗粒轻质脉石，提高精矿富集比，但若富集时间过长，微细粒钨矿物易随薄流膜进入尾矿，降低WO3回收率。鉴于该离心选矿设备精矿富集时间由电磁换向阀自动控制，易于调节，因此考察了富集时间对钨矿物富集效果的影响，试验结果见图4。

由图4可见，随富集时间的延长，矿物分层效果得以改善，精矿品位迅速升高、回收率未见明显降低，但因精矿富集槽容积限制，继续延长富集时间，后续矿物堆满槽体，致使大量钨矿物未及时排出即随流膜进入尾矿，致使WO3回收率急剧降低，因此钨矿物最佳富集时间为20 s。

图4 钨矿物富集时间试验结果Fig.4 Test results of tungsten minerals’enrichment time

2.2.5 钨矿物离心重选扫选条件试验

为进一步提高钨矿物回收效果，对重选作业尾矿进行了扫选作业。通过系列条件试验最终确定在离心转筒锥角为18°、转筒转速为800 r/min、富集时间为35 s、给矿浓度为8%、给矿体积速率为20 L/min时，可获得产率为1.57%、含WO30.17%、WO3回收率为3.86%的最佳指标。

2.3 钨矿物浮选回收试验

2.3.1 捕收剂配比及用量试验

捕收剂GYB主要成分为苯甲羟肟酸，其与黑钨矿表面暴露的Fe、Mn离子可发生强烈的化学吸附，生成五元环螯合物[8]，而与含钙脉石矿物表面暴露的Ca离子难以络合，因此其在黑钨矿浮选中具有较强的选择性。以“-COOH”为作用冠能团的脂肪酸类捕收剂易与白钨矿表面Ca络合，吸附牢固，是白钨矿浮选常用的捕收剂。针对该黑白钨共生钨细泥资源，试验采用“GYR+GYB”组合作浮选捕收剂，并考察两者配比及用量对钨矿物浮选指标的影响，试验结果见图5。

由图5可见，随捕收剂用量的提升，精矿WO3回收率先快速升高后保持平稳，WO3品位逐渐降低；在捕收剂用量相同时，随GYR比例的提高，精矿品位略有降低，回收率大幅升高，总体而言，当捕收剂用量为“GYR 200 g/t+GYB 100 g/t”时，浮选指标最佳。

2.3.2 抑制剂用量试验

因该试样中含有大量细泥矿物，其吸附特性强烈，易罩盖于其他矿物表面，降低矿物间表面性质差异[9]，致使钨矿物难以与其他矿物分离，同时试样中萤石、方解石等含钙脉石矿物表面暴露的钙离子易于捕收剂羧酸基团络合，从而疏水上浮，影响钨精矿质量。为改善浮选矿浆环境，强化钨矿物与脉石矿物分离，试验以水玻璃为分散剂，通过其水解组分HSiO3-、H2SiO3及胶态 SiO2吸附于矿物表面[10]，改变矿物表面电位，提高矿浆分散性，降低细泥罩盖影响；以氟硅酸钠为含钙脉石抑制剂，通过其优先解吸脉石矿物表面铝、钙、镁金属油酸盐，而对铁、锰等金属油酸盐影响较小的特性[11]，强化钨矿物与含钙脉石分离。试验按“水玻璃：氟硅酸钠2∶1”组合，考察了抑制剂用量对钨矿物浮选指标的影响，试验结果见图6。

图6 抑制剂用量试验结果Fig.6 Test results of inhibitor dosage

由图6可见，随着抑制剂用量的提升，矿浆分散性提高，抑制剂对含钙脉石矿物表面药剂脱附效果增强，精矿品位快速升高，回收率仅小幅降低，但当用量大于1200 g/t时，因矿浆中[SiF6]2-等离子浓度过高，使钨矿物表面药剂解吸、脱落，致使WO3回收率急剧降低，因此最佳抑制剂用量为1200 g/t。

2.3.3 硝酸铅用量条件试验

重金属离子Pb2+易在钨矿物表面氧原子位点吸附，提高钨矿物表面捕收剂作用位点数量，可大幅强化钨矿物浮选回收效果，因此硝酸铅作为钨矿物活化剂而被广泛使用。试验考察了硝酸铅用量对钨矿物浮选指标的影响，试验结果见图7。

图7 硝酸铅用量试验结果Fig.7 Test results of lead nitrate dosage

由图7可见，随硝酸铅用量的升高，随着硝酸铅用量的升高，精矿WO3品位先缓慢升高后急剧降低，WO3回收率先急剧升高后大幅下降，这与硝酸铅用量过高致使黑钨矿表面电位负值升高有关[12]，因此硝酸铅最佳用量为400 g/t。

2.4 全流程闭路试验

在详细的条件试验基础上，开展了全流程闭路试验，试验流程见如8，试验结果见表5。

表5 全流程闭路试验结果 %Tab.5 Test results for closed circuit whole process

由表5可见，针对微细粒钨细泥开发的连续型离心选矿机重选预富集效果良好，重选尾矿中WO3含量较低，脉石脱除产率可达68.21%，大幅降低了微细粒矿泥对钨矿物浮选的影响，提高了矿山生产效率；离心机重选粗精矿以“水玻璃+氟硅酸钠”为脉石矿物抑制剂、以硝酸铅为钨矿物活化剂、以“GYR+GYB”为钨矿物捕收剂，经一粗四精两扫的浮选流程获得了含WO342.17%、WO3回收率76.36%的钨精矿产品，开发的“预先浮选脱硫-离心选矿机预富集-浮选回收钨矿物”针对该类钨细泥资源可获得较好回收效果。