某选金尾矿中综合回收重晶石试验研究

2020-09-11罗思岗赵志强胡杨甲

中国矿业 2020年9期

罗思岗，赵志强，胡杨甲，赵杰

(矿冶科技集团有限公司矿物加工科学与技术国家重点实验室，北京 102628)

重晶石的主要成分是硫酸钡(BaSO4)，属于硫酸盐类矿物，比重大(4.2～4.6)、充填性能良好、化学性质和热力学性质稳定，不溶于水和酸、无毒、可吸收X射线，是一种重要的非金属矿产资源。重晶石应用领域十分广泛，主要用途是作为油气钻井中泥浆的加重剂，占比在80%以上，其次是生产高附加值的钡化合物作为钡化工原料。重晶石属于我国优势矿产，资源储量、年生产量和出口量均居世界首位，在国际市场上具有重要地位[1]。

重晶石的回收方法主要有手选、重选、磁选和浮选等，从尾矿中回收重晶石受到前段工艺流程和磨矿细度的限制，一般以浮选为主，有些采用重选回收或者重浮联合工艺回收。针对重晶石-石英-方解石型矿石的分离工艺主要有两种：①单一浮选工艺，一般采用水玻璃等抑制石英和方解石等脉石矿物，选用烷基硫酸盐类、脂肪酸类等阴离子捕收剂作为重晶石的捕收剂，采用粗选和多次精选的浮选流程获得重晶石精矿；②浮选-重选联合工艺，首先加入水玻璃和捕收剂，经过浮选脱除石英，然后利用重晶石比重大的特点，采用重选获得重晶石精矿[2-3]。张丽军等[4]利用直接浮选工艺对某选铜尾矿中重晶石进行综合回收，采用碳酸钠、硅酸钠等调整剂和阴离子捕收剂进行浮选，获得BaSO4品位为95.76%、回收率为82.21%的重晶石精矿；高扬等[5]对陕西某沉积型重晶石矿进行重晶石浮选试验研究，采用一次粗选五次精选，获得重晶石精矿BaSO4品位为96.98%，回收率为80.22%的良好指标；崔长征等[6]针对青海某铅锌尾矿中的重晶石采用浮选-重选联合工艺流程进行综合回收，选择水玻璃作为抑制剂，十二烷基硫酸钠作为捕收剂，对浮选精矿采用摇床进行精选，试验获得了BaSO4品位为90.18%、回收率为52.45%的重晶石精矿。国外学者对重晶石矿选矿也有类似的研究，MOLAEI等[7]对Mehdi-Abad重晶石矿进行了跳汰重选和浮选的综合对比，采用十二烷基硫酸钠为捕收剂、硅酸钠为抑制剂在pH值为9的条件下获得的浮选指标(重晶石精矿密度4.31 g/cm3、回收率94%)优于重选指标(重晶石精矿密度3.94 g/cm3、回收率90%)；此外，BHASKAR等[8]研究了低品位重晶石与片岩、板岩矸石的选矿工艺，采用胺类捕收剂进行反浮选，可获得重晶石品位为95%，重晶石回收率为85%的较好指标。本文针对某选金尾矿进行重晶石的综合回收试验研究，为矿山综合回收尾矿中的重晶石提供科学依据。

1 矿样性质

试样是金矿石经过全硫化物浮选和浮选尾矿氰化浸金之后的尾矿，试样的化学成分分析见表1。通过对试样进行X-射线衍射分析、显微镜及扫描电镜考查，并结合化学成分分析，查明该试样中主要矿物分别为石英、重晶石、白云母、黑云母、正长石、斜长石、白云石和方解石，还有少量的高岭石和褐铁矿，其中石英约占35.76%、重晶石约占29.20%、云母(白云母和黑云母)约占17.52%、长石(正长石和斜长石)约占5.80%。试样的粒度组成及其重晶石在各粒级中的分布见表2。粗粒重晶石裂隙或粒间常常可见石英、云母、白云石等呈粗细不均的粒状或不规则状嵌布其中；部分重晶石呈粒状、脉状或不规则状嵌布于石英、云母及白云石等脉石矿物粒间。对试样中重晶石的单体解离度进行了测定，该试样细度为-0.074 mm占75%，统计结果表明，重晶石的单体解离度为83.25%，单体解离较为充分。

表1 试样的化学成分分析结果Table 1 Results of chemical composition analysis for the sample

表2 试样的粒度组成Table 2 Particle size composition of the sample

影响重晶石回收的矿物学因素为：矿石中云母等黏土质矿物含量较高，对重晶石的浮选回收会造成不利影响，将影响重晶石精矿的品质。

2 原则工艺流程确定

工艺矿物学研究结果表明，在细度-0.074 mm占75%的条件下，重晶石体单体解离较为充分，入选前不需要再磨；以硫化矿物形式存在的硫(例如黄铁矿)进入重晶石精矿将会影响精矿的品质，一般在选别重晶石前进行脱硫，考虑到前期金浮选时采用了全硫化物浮选，在重晶石选别流程前不再进行浮选脱硫。

针对此矿石，进行了摇床重选回收重晶石和直接浮选重晶石等两个工艺方案的探索试验对比，试验结果表明，重选可以获得合格的重晶石精矿，BaSO4品位为92.56%，但回收率只有35%左右；浮选工艺方案采用碳酸钠(1 000 g/t)和水玻璃(500 g/t)作为调整剂，十二烷基硫酸钠(150 g/t)和油酸钠(50 g/t)作为捕收剂，经过一次粗选和三次精选，可以获得BaSO4品位为90.28%、回收率为65.02%重晶石精矿(表3)。

表3 工艺方案试验结果对比Table 3 Comparison of test results of process scheme

摇床重选获得的重晶石精矿BaSO4品位较高，但回收率太低；浮选可以获得较高的回收率，但提高重晶石BaSO4品位有难度；考虑到从尾矿中回收重晶石，工艺流程不宜过于复杂，因此不考虑采用浮选-重选联合工艺，确定采用直接浮选回收重晶石，从浮选工艺流程配置和药剂制度方面寻求提高重晶石BaSO4品位的途径。

3 研究方法与设备

试验研究采用XFD系列单槽浮选机进行浮选，容积分别为3.0 L、1.5 L和1.0 L。试验用水为北京自来水，试验所用浮选药剂碳酸钠、水玻璃、六偏磷酸钠、十二烷基硫酸钠和油酸钠均为工业纯，BK409G和BK410为矿冶科技集团有限公司针对重晶石、萤石等研发的高效捕收剂，水玻璃和六偏磷酸钠配成溶液加入，碳酸钠、BK409G和BK410直接加入。

4 试验结果与讨论

4.1 碳酸钠用量试验

文献资料表明，重晶石矿物在弱碱性条件下可浮性较好，同时弱碱性浮选环境也有利于水玻璃抑制石英等脉石矿物，因此选择碳酸钠作为调整剂，脉石抑制剂采用水玻璃(500 g/t)、十二烷基硫酸钠(150 g/t)和油酸钠(50 g/t)作为组合捕收剂，碳酸钠用量对重晶石粗选指标的影响关系曲线见图1。

图1 碳酸钠用量对重晶石粗选指标的影响关系曲线Fig.1 Influence curves of sodium carbonate dosage on barite roughing

由图1可知，随着碳酸钠用量的增加，重晶石粗精矿中BaSO4的回收率呈升高趋势，而BaSO4的品位变化不明显，当碳酸钠用量大于500 g/t时，BaSO4的回收率趋于平稳，综合考虑，碳酸钠用量以500 g/t为宜，pH值为9左右。

4.2 脉石抑制剂用量试验

由工艺矿物学研究可知，主要脉石矿物为石英和云母类，此类脉石矿物有效的抑制剂为水玻璃和六偏磷酸钠等，水玻璃和六偏磷酸钠用量对重晶石粗选指标的影响关系曲线见图2和图3。

图2 水玻璃用量对重晶石粗选指标的影响关系曲线Fig.2 Influence curves of sodium silicate dosage on barite roughing

图3 六偏磷酸钠用量对重晶石粗选指标的影响关系曲线Fig.3 Influence curves of sodium hexametaphosphate dosage on barite roughing

由图2可知，水玻璃对脉石矿物有较好的抑制作用，水玻璃用量从0 g/t增加到500 g/t，重晶石精矿的BaSO4的品位和回收率都明显提高，继续增加水玻璃用量，重晶石精矿的BaSO4的品位提高不明显，其回收率显著降低，可见添加过量的水玻璃会对重晶石产生抑制作用，综合考虑，水玻璃用量以500 g/t为宜。

由图3可知，六偏磷酸钠对脉石矿物也有较好的抑制作用，随着六偏磷酸钠用量的增加，重晶石粗精矿的BaSO4的品位有明显的增加，但其回收率呈下降趋势，添加过量的六偏磷酸钠也对重晶石产生了抑制作用，因此，六偏磷酸钠的用量以50 g/t为宜。

4.3 捕收剂种类试验

重晶石捕收剂包括脂肪酸类、烷基硫酸盐类、石油磺酸盐类、膦酸盐类、胺类、胺基烷基膦酸类以及组合捕收剂[3]等，本次试验选择十二烷基硫酸钠(SDS)、油酸钠、十二烷基硫酸钠+油酸钠、BK409G和BK410等药剂进行捕收剂种类试验，试验结果见图4。

由图4可知，油酸钠和BK410的选择性较好，可以获得较高的BaSO4品位，但回收率较低；十二烷基硫酸钠+油酸钠和BK409G的捕收能力较强，可以获得较高的BaSO4回收率，综合考虑品位和回收率，选择BK409G作为浮选重晶石的捕收剂。在此基础上，进行了BK409G的用量试验和一次粗选工艺流程和两次粗选工艺流程的对比试验，最终确定采用两次粗选工艺流程，两次粗选捕收剂用量分别为300 g/t和200 g/t。

4.4 精选条件试验

两次粗选获得的重晶石粗精矿BaSO4品位为60%左右，探索试验开路三次精选获得的重晶石精矿BaSO4品位只有90%，提高BaSO4品位的难度较大，选择合适的脉石抑制剂是关键，因此选择水玻璃、六偏磷酸钠、水玻璃+六偏磷酸钠、精制水玻璃进行了精选抑制剂种类对比试验，试验结果见图5。

图4 捕收剂种类试验结果Fig.4 Results of collector type test

图5 抑制剂种类对重晶石精选的影响Fig.5 Influence curves of depressor type on barite cleaning

由图5可知，与水玻璃和六偏磷酸钠相比，精制水玻璃对脉石的抑制效果更好，在作业回收率大致相同的情况下，采用精制水玻璃一次精选获得的重晶石精矿BaSO4品位与其他抑制剂相比提高2～3个百分点，因此精选脉石抑制剂选择精制水玻璃，其用量试验研究表明，精选Ⅰ精制水玻璃用量选择150 g/t。

4.5 浮选闭路试验

在条件试验的基础上，进行了两次粗选、两次扫选、四次精选、中矿顺序返回的闭路试验，试验获得产率为29.22%的重晶石精矿，其重晶石的BaSO4品位为89.59%，回收率为88.13%，重晶石精矿品位未达到90%以上的要求。通过分析闭路试验数质量流程发现，精选Ⅰ的中矿产率达到29.40%，其BaSO4品位为25%以上，中矿循环量过大，这是由于矿石中云母类黏土质矿物含量较高，在中矿中循环累积，恶化了浮选过程，导致精选效率大幅降低，因此需要改变工艺流程结构，对精选Ⅰ的中矿进行两次精扫选后产出小尾矿，让流程中的云母类黏土质矿物尽早进入尾矿，减少对重晶石精选的影响。

采用两次粗选、四次精选和精选Ⅰ尾矿进行两次精扫选的工艺流程再次进行了闭路试验，试验流程和药剂制度见图6，闭路试验可获得重晶石精矿的BaSO4品位为91.14%，回收率为85.84%(表4)，重晶石精矿质量检测结果见表5，结果表明重晶石精矿产品达到了石油钻井用重晶石粉的质量要求，实现了该尾矿中重晶石的综合回收。