新疆某低品位硅硼钙石矿的富集研究

李艳 赵东芳

中化地质矿山总局地质研究院，河北 涿州 072754

硼矿是一种用途很广泛的化工矿物，中国硼矿资源紧缺，对硼的需求量越来越大，国内硼产品自给率逐渐下降，从2013年起，对外依存度高达70%以上。中国硼矿床主要有第四纪盐湖硼矿床以及第四纪前硼矿床。《硼矿地质勘查规范》中将第四纪前硼矿床分为：①沉积变质再造型硼矿床；②火山沉积型硼矿床；③接触交代型硼矿床[1-3]。目前，硼矿生产主要来自辽宁沉积变质型的硼镁矿。辽宁集安硼镁石选矿方法主要为浮选，但是该类矿仅占全国总储量的 8.98%，且经过多年开发利用，硼镁石资源已近枯竭。复杂硼铁矿储量丰富，主要矿物有磁铁矿、硼镁石、硼镁铁矿、晶质铀矿和蛇纹石，对其综合利用研究较多，分离方法主要有湿法分离工艺、火法分离工艺和细磨-浮选-磁选分离工艺[4-5]。火山沉积硼矿床中，矿石矿物主要为硅硼钙石，矿石品位低，目前尚未开采，也未见有关硅硼钙石浮选富集硼元素的有关文献资料和报道。

本试验为实验室试验，试验矿样为新疆吐鲁番市火山沉积硅硼钙石矿，是一种不常见的钙硼硅酸盐矿物，其化学分子式为 Ca2B2Si2O8(OH)2，B2O3理论品位21.88%。对该硼矿低品位B进行详细的富集研究，为有效合理的开发利用该硼矿资源提供技术依据，提高低品位硼矿B的可利用性，可在一定程度上缓解硼资源紧张问题。

1 矿石性质

选取有代表性的试验矿样进行岩矿鉴定分析，依据镜下岩石矿物组成和组构特征，结合矿样标本观察，硼矿石自然类型分为玄武岩型硼矿石和灰岩型硼矿石[6]。选矿样品为玄武岩型硼矿石和灰岩型硼矿石混合矿样，其主要矿物组成见表1，主要化学成分分析结果见表2。

表1 矿石的主要矿物组成（%）Table 2 Main mineral composition of ores（%）

表2 矿石主要化学成分（%）Table 1 Main chemical component of the ore（%）

从表1矿石的主要矿物组成来看，矿石中的硼主要赋存于硅硼钙石矿中。硅硼钙石呈粒状、放射状分布，粒径主要在0.02～2mm，在玄武岩型硼矿石中硅硼钙石作为主要的裂隙、细脉填充物、杏仁填充物嵌布其中，在灰岩型硼矿石中作为主要的亮晶胶结物与方解石伴生。斜长石是玄武岩型硼矿石的斑晶和基质主要组成矿物，在灰岩型硼矿石的孔隙中，见玄武岩岩屑，斜长石少量嵌布其中；辉石主要嵌布在玄武岩型硼矿石的基质中；方解石主要作为灰岩型硼矿石的脉石矿物嵌布，具泥晶结构、细晶结构；绿泥石作为玄武岩型硼矿石的蚀变矿物嵌布于基质中，主要见辉石的绿泥石化。硅硼钙石粒径大小不一，从筛分分析来看，硅硼钙石粒径小，在细粒级产品中仍有连生体存在，绿泥石和粘土等脉石矿物含量高，不利于硅硼钙石选矿。从表2矿石主要化学成分可知，矿石中有回收价值的元素主要为B，原矿矿石品位低，B2O3含量只有4.60%。

2 试验研究

该硼矿石回收目的矿物为硅硼钙石，前期进行了重选-浮选，脱泥浮选，单一浮选和浮选药剂筛选等选矿探索研究工作。通过探索试验，初步确定选别方法为浮选。首先确定浮选工艺流程和浮选药剂制度；在其基础上，通过条件试验系统考察各因素对浮选过程和浮选指标的影响，找出最佳浮选条件[7]。

2.1 磨矿细度的确定

在浮选温度、浮选药剂种类、药剂用量都相同的试验条件下，考查了磨矿细度对精矿品位和回收率的影响。试验结果见图1。

图1 磨矿细度与精矿品位和回收率的关系曲线Fig.1 Curve of relationship between grinding fineness and concentrate grade and recovery

从试验结果可知，随着磨矿细度的增加，精矿品位降低，精矿回收率增加。当磨矿细度-0.076mm占79.20%时，精矿B2O3品位10.32%，回收率84.83%，增长趋势放缓，尾矿B2O3品位1.00%左右，试验暂确定磨矿细度为-0.076mm含量79.20%。

2.2 pH值调整剂的选取

为使药剂和矿石的相互作用创造良好条件，使含硼矿物具有良好的选择性和可浮性，进行了pH值调整剂种类选择和用量试验。

本次试验采用的调整剂主要为硫酸和碳酸钠。试验发现，含硼矿物在弱酸性矿浆和弱碱性矿浆中均有可浮性。在弱酸、弱碱性矿浆中，浮选泡沫多，泡沫大小均匀，矿化现象良好，弱酸性矿浆泡沫发粘，不易消泡。通过化学分析，弱酸性矿浆条件下，精矿 B2O3品位 10.81%，回收率54.48%，弱碱性条件下，精矿B2O3品位12.68%，回收率 58.48%。因此，本试验选取碳酸钠作为pH值调整剂。

在磨矿细度为-0.076mm含量79.20%的基础上，其它浮选条件不变，进行碳酸钠用量试验。实验结果见图2。

图2 矿浆pH值与精矿品位和回收率的关系曲线Fig.2 Curve of relationship between pulp pH and concentrate grade and recovery

通过试验可知，随着碳酸钠用量(矿浆pH)的增加，精矿品位较大幅度升高，精矿回收率大幅降低，当pH值大于8.5时，精矿品位不再增加，精矿回收率降低幅度趋缓。

2.3 抑制剂的选取

该矿石的脉石矿物主要有硅酸盐矿物和粘土矿物，水玻璃对该类脉石矿物的抑制性较好[8]。同时，该矿的原生矿泥和再生矿泥含量较高，水玻璃具有较好的分散性能。综合来看，水玻璃是较理想的抑制剂。

在磨矿细度为-0.076mm含量79.20%，矿浆pH值8.5的基础上，其它浮选条件不变，进行水玻璃用量试验。试验结果见图3。

图3 水玻璃用量与尾矿品位和精矿回收率的关系曲线Fig.3 Curve of relationship between sodium silicate and tailings grade and concentrate recovery

通过试验研究发现，随着水玻璃用量的增加，精矿回收率大幅降低，尾矿品位增加。从矿石性质来分析，硅硼钙石属于钙硼硅酸盐矿物，水玻璃对其也有抑制作用。在精矿产品质量保证的前提下，水玻璃用量宜取低值。

2.4 捕收剂的选取

捕收剂的主要作用是增强矿物表面的疏水性，使被浮的矿粒附着在气泡上[9-10]。脂肪酸类药剂是该类矿石的主要捕收剂，试验主要选取了中化地质矿山总局地质研究院研制的A、B、C、D四种捕收剂进行筛选试验。根据以往经验，将四种捕收剂按照一定的比例与表面活性剂复配得到复配捕收剂。试验发现，复配捕收剂C和复配捕收剂D都具有良好的捕收性，但复配捕收剂D选择性更强，获得的硼矿物指标最优，药剂用量较低，实验操作容更易控制，故选复配捕收剂D作为浮选试验捕收剂。

2.5 矿浆温度试验

捕收剂D属于脂肪酸类捕收剂，矿浆中脂肪酸阴离子浓度决定矿石的捕收性能，从而决定浮选好坏。阴离子浓度不仅与矿浆PH值有关，还与矿浆温度有密切关系。加温有利于捕收剂在水中溶解和弥撒，增加矿浆中阴离子浓度，从而增强捕收作用。试验中低温时矿浆不矿化，浮选效果差。

在磨矿细度为-0.076mm含量79.20%，矿浆pH值8.5的基础上，其它条件不变，进行矿浆温度试验，试验结果见图4。从图4可以看出，当矿浆温度 25℃时矿化现象好转，随着温度升高，精矿品位略有降低，但是回收率明显增加。试验中，浮选温度40℃时，浮选时间缩短，矿化效果最好。

图4 矿浆温度与精矿品位和精矿回收率的关系曲线Fig.4 Curve of relationship between pulp temperature and concentrate grade and recovery

2.6 磨矿细度验证试验

筛析试验发现，该硼矿原生矿泥含量高，-3mm入磨原矿中-0.0308mm粒级含量占12.67%；再生矿泥含量更高，当磨矿细度-0.076mm含量为79.20%时，-0.0308mm粒级含量占 45.12%，该粒级产品B2O3品位4.63%。细粒级产品含量高，品位高，不利于浮选，导致浮选药剂用量大，浮选时间长，不利于提高精矿品位和降低尾矿品位。综合考虑，进行了磨矿细度验证试验。试验结果见图5。

通过试验研究发现，随着磨矿细度的增加，精矿品位降低，回收率升高，在-0.076mm粒级含量70.40%时，回收率升高趋缓，尾矿B2O3品位0.60%左右，-0.0308mm粒级含量占41.03%。与-0.076mm粒级含量79.20%时相比较，细粒级含量减少了4.09%，精矿B2O3品位增加了0.5%，回收率基本相同。

2.7 浮选闭路流程试验

从条件试验和开路试验可以看出，浮选温度对该矿影响较大。在开路试验基础上，进行了不同矿浆温度的闭路试验。为综合利用中矿水和尾矿水，试验采用回水流程。因回水中含有一定量浮选药剂，闭路试验对浮选药剂进行了调整，适当减少抑制剂和捕收剂用量，达到选矿流程平衡（图6，图7，表3）。

表3 闭路试验结果（%）Table 3 Closed circuit results（%）

图6 30℃闭路试验流程图Fig.6 Flow chart of closed-circuit test at 30℃

图7 40℃闭路试验流程图Fig.7 Flow chart of closed-circuit test at 40℃

从试验结果分析，精矿 B2O3品位都在 12%以上，与浮选温度30℃时比较，40℃时工艺流程更简单，选矿效果更好。捕收剂用量减少0.48kg/t，药剂矿化效果更好；少一次精选流程，浮选时间短；精矿产率高0.78%，回收率高2.62%，尾矿品位低0.20%。通过比较可知浮选温度40℃的闭路试验工艺流程更好。闭路试验精矿和尾矿化学分析结果显示，精矿中Al2O3含量3.99%，Fe2O3含量2.98%，尾矿中SiO2含量49.27%，R2O3含量23.55%。

3 讨论

（1）条件试验发现，尾矿中B2O3含量可降至 0.50%以下。当磨矿细度-0.076mm粒级含量91%时，显微镜下观察，浮选尾矿中的硼仍以连生体形式存在，未完全解离，说明连生体并不是尾矿含量高的唯一原因，因此可以适当的降低磨矿细度。通过磨矿细度验证试验，磨矿细度-0.076mm粒级含量从79.20%降至70.40%，降低了9个百分点。磨矿细度的降低，可以减少磨机能耗，减少细粒级产品含量，减少浮选药剂用量。

（2）水玻璃水解过程中生成HSiO3-和H2SiO3，它们是亲水性很强的物质，与硅酸盐矿物具有相同的酸根，易与石英和硅酸盐矿物发生表面吸附，形成亲水性薄膜，增加它们的亲水性，降低可浮性，从而抑制硼矿中脉石矿物。硅硼钙石也属硅酸盐型矿物，水玻璃对其有抑制作用，当水玻璃用量超过一定量时，抑制作用明显，所以控制水玻璃的用量非常重要。

（3）加温浮选：浮选硼矿采用的捕收剂为脂肪酸类捕收剂，加温可以提高捕收剂的分散性和极性官能团的活性，促进捕收剂向硼矿物表面附着，减少浮选时间，简化浮选工艺流程。加温可提高捕收剂的捕收能力，降低尾矿品位，提高精矿回收率，从而减少捕收剂用量，但是选择性降低，精矿B2O3品位几乎没有变化。

4 结论

本次低品位火山沉积硅硼钙石矿混合样实验，磨矿细度-0.076mm粒级含量70.40%，浮选温度40℃时，通过一粗一扫两精，中矿集中返回的闭路试验流程，可以获得较好的选别指标，原矿B2O3品位由 4.48%提高至 12.10%，回收率88.45%，浮选工艺流程简单。本研究尚存在精矿中粘土矿物含量较高，需要加温浮选和精矿品位有待进一步提高等不足，有待进一步研究改进。浮选尾矿可以用其代替建筑材料，作为含硅铝酸盐制品的惰性材料，用作制造耐火材料、玻璃、水泥、陶瓷等。