磨矿环境对硫化铜矿浮选性能的影响

2022-12-17张道国卢雨青3

现代矿业 2022年10期

关键词：磨机矿浆磨矿

张道国刘帅卢雨青3

（1.四川省煤炭设计研究院；2.福州大学紫金地质与矿业学院）

随着我国经济规模的不断壮大，对铜的需求量也在逐渐增加。我国铜矿产资源类型较多，主要为硫化铜矿［1］。目前，硫化铜矿选矿一般采用磨矿—浮选工艺，主要回收对象是黄铜矿、斑铜矿、辉铜矿等。

矿物的浮选效果一般受磨矿手段影响，包括磨矿介质的选择、矿浆中氧化物质的产生或存在、磨矿中的气体环境、试剂的添加以及所采用的研磨方法等。对于矿石中硫化铜矿物之间以及硫化铜矿物与研磨介质之间的相互作用，目前鲜见研究［2］。

1 磨矿介质对磨矿产品的影响

1.1 对粒度分布的影响

不同研磨环境下产品的粒径分布会有非常大的差异，这种差异将直接影响有价矿物的解离和回收［3-4］。粒度分布由许多因素决定，如磨矿介质的大小和比例、磨矿介质的类型和形状等［5］。本节将讨论磨矿介质类型对磨矿产品粒度分布的影响。

试验研究表明，粒度在45～10μm的矿石最适合浮选。Zhang等［6］对德兴某铜矿石分别采用砾石和钢球进行磨矿试验，试验在磨矿介质不同，其他磨矿条件均相同的情况下进行，发现砾石磨矿和钢球磨矿所产生的45～10μm粒级产率分别占69.01%和63.37%，且砾石磨矿产品45～10μm粒级含铜明显高于钢球磨矿产品；在铜品位相同的情况下，砾石磨矿产品的浮选精矿铜回收率比钢球磨矿产品高约2个百分点；钢球磨矿产品-10μm粒级产率比砾石磨矿产品高约5个百分点。这可能是由于钢球的密度、硬度更高，进而增加了介质对矿物的强力冲击和研磨。

值得注意的是，很多因素都会对磨矿效率产生影响，包括磨矿方法（干法和湿法）、磨矿介质种类、磨机类型、进料粒度等，特别是磨矿介质尺寸与物料尺寸之比［7］。

1.2 对矿浆化学性质的影响

磨矿过程中矿浆的化学性质会受到电化学活性的影响，导致溶解氧、矿浆p H值、矿浆电位和溶解离子发生变化。本节将介绍不同类型的磨矿介质对这些变量的影响。

p H值作为矿浆化学性质的基本参数，也受磨矿介质的影响。高电化学活性的磨矿介质所产生的矿浆p H值明显高于低电化学活性的磨矿介质。具有强电化学活性的磨矿介质在磨矿过程中会引起强烈的氧化还原反应，这将导致溶解氧的消耗［8］。此外，矿浆p H值是影响磨矿介质与硫化铜矿物之间的电化学相互作用的关键变量之一［9］。

2 磨矿介质与硫化矿物的相互作用

Ye l l oj i等［10］发现硫化矿物通常比钢研磨介质具有更高的静止电位。在磨矿过程中，介质与硫化矿物密切接触时容易发生电偶作用。钢研磨介质比硫化矿物更有活性，作为阳极进行氧化，而硫化物则作为阴极。这种相互作用的最终结果不仅会增加磨矿介质的腐蚀磨损，而且还会改变研磨矿物的表面性质和矿浆化学性质，这反过来又会影响后续浮选。

2.1 对矿浆中溶解氧的影响

硫化矿物与钢质磨矿介质相互作用的一个主要影响是使矿浆中溶解氧的含量减少。但是，氧含量的降低也可以通过其他方式发生，而且可能还会受到矿石类型的影响。正如Mi l l e r等［11］所说明的那样，添加到矿浆中的捕收剂发生反应也会消耗氧气。

如上面所述，钢介质的腐蚀消耗溶解氧，当氧气的供应有限时，磨损的钢介质和硫化铜矿物之间就会争夺氧气。这就意味着，在钢介质或还原环境中磨矿，当溶解氧水平降低时，将对硫化铜矿物的浮选产生不利影响。

Fo r ssbe r g等［12］在对一种复杂的含铜硫化矿石进行试验研究中发现，在陶瓷介质环境中研磨与在钢介质环境中研磨相比，研磨后的矿浆中含氧量更高；陶瓷介质磨矿产品的浮选获得了较高品位的铜精矿；钢介质磨矿产品的浮选，充气比不充气浮选效果稍好。

在钢介质环境中，磨矿时的矿浆电位会降低，因此，浮选时必须将矿浆电位提高到能使硫化铜矿物有效、顺利浮选的水平；同样，在钢介质环境中进行研磨可以显著降低溶解氧浓度，因此，人们认为，溶解氧浓度也必须提高到相应的水平才能进行浮选。这通常在浮选前的工艺流程中自然实现，但在某些情况下，在磨矿和浮选之间设置一个单独的充气环节。

2.2 对泡沫特性的影响

De vent e r等［13］对南非一复杂硫化铜矿石进行了批量浮选试验，使用陶瓷磨矿机在氧气或氮气环境下工作，并在磨矿机中添加了不同含量的金属铁粉。结果发现，在金属铁存在的条件下，在氧饱和磨矿机中进行磨矿，可获得最佳的铜回收率和品位。虽然金属铁的加入降低了溶解氧水平，但更重要的是形成了一个稳定的、排水良好的大气泡。相比之下，在没有金属铁的情况下，泡沫是扁平的、易碎的，并且里面有小气泡，而且这些气泡几乎在刚形成时就坍塌了。因而认为在金属铁存在的情况下，与铁介质的电偶作用降低了矿物的剩余电位，这反过来又降低了所有矿物的可浮性，特别是含铁脉石矿物。无铁条件下，含铁脉石矿物的可浮性增强，气泡过载导致膜破裂，抑制了泡沫的稳定性，从而导致浮选效果不佳。铁环境对泡沫稳定性的影响必须给予足够重视，因为它与矿石相互作用时产生的磨削作用可能增强泡沫的浮动性，但这并不必然意味着增强泡沫浮动性就会使泡沫稳定。某一特定矿物的浮选不仅取决于磨矿介质与该矿物的电偶作用，还取决于其对泡沫稳定性的影响。

3 磨矿过程中的药剂添加

目前，虽然很多的研究均表明，浮选过程中添加药剂会对硫化铜矿浮选产生影响，但很少有文献证明在磨矿过程中添加的浮选药剂对后续浮选会产生什么样的影响。通常情况下，硫化铜矿选矿厂磨机中添加的试剂有捕收剂、石灰等，有时还有硫化钠。

3.1 石灰

许多硫化铜矿的浮选都会添加石灰，一部分是作为p H调节剂来抑制硫化铁矿物，一部分是为了提高硫化铜矿物的可浮性。

有研究表明，钢介质环境中磨矿出现的铁引起的还原作用，可以通过在磨机中添加石灰来消除；在非铁磨矿或自磨后，存在于硫化铜矿浆中的气泡漂浮性更强，也证实了向磨机中添加石灰可以弥补磨矿方法产生的不足，大多数情况下，可从2种不同的磨矿环境中获得相似的浮选结果；同时，研究还发现，与自磨相比，钢介质磨矿的溶解氧浓度要低得多，但添加石灰后的溶解氧浓度并不会出现这种情况。研究将石灰的作用归因于石灰可以通过沉淀氢氧化铁来消除矿浆中溶解的铁离子，铁离子在石灰产生的碱性环境下更利于消除。然而，氢氧化铁的析出对浮选的有害影响在很大程度上被大家所忽视，这似乎表明氢氧化物的作用在矿石的浮选过程中并不重要。研究还表明，在实验室磨机中添加石灰，p H值在10以上，黄铁矿回收率明显降低，黄铜矿回收率提高。这些结果表明，在磨矿过程中加入石灰，可以使磨矿后加入的捕收剂直接作用于黄铜矿，而不是黄铁矿，从而改善浮选性能。

3.2 氰化物

氰化物是硫化铜矿浮选中常用的抑制黄铁矿的药剂。通常，氰化物的添加都在浮选前进行，它的存在影响铜矿物的可浮性。研究表明，在磨矿过程中加入过量的氰化物会延缓黄铜矿的浮选。对常规研磨回路（破碎机+球磨）和现代回路（全自磨+球磨）进行的比较中发现，在自磨过程中添加较低量的氰化物就可以导致黄铜矿回收率的下降。

4 磨矿方法对硫化铜矿浮选效果的影响

目前，选矿厂对硫化铜矿的磨矿不仅流程各异，而且磨机类型也多样。

4.1 自磨［14］

近年来，自磨工艺已成为一种主流的硫化铜矿石的磨矿工艺。自磨的优点包括较低的成本、简介的流程、更好的解离效果、适宜的粒度分布和理想的浮选产品。

对某铜铅锌矿石进行的试验研究，通过将钢介质磨矿转变为自磨，后续铜的可浮性得到了改善；对钢介质磨矿后的矿浆进行充气，其浮选效果与陶瓷磨矿后再浮选的效果几乎相同，据此，认为钢介质磨矿会将氧气降低到不适合后续浮选的水平。对某铜锌矿石进行的试验研究中发现，与在钢介质环境中进行磨矿相比，自磨获得了更高的铜锌回收率。

据推测，自磨有更好的浮选效果与自磨能获得不同破碎特性的产品，特别是可能发生的晶间破碎有关。换而言之，自磨过程中，矿物单体解离度和产品粒度分布取决于矿物学性质。与球磨机相比，具有稳定晶粒结构的矿石在自磨机中可以获得更高的单体解离度。

在进一步对自磨和常规碎磨流程比较中发现，自磨能产生更高的铜回收率，但会影响铜品位的提高。粒度和单体解离数据表明，自磨后粗粒矿物解离效果较好，常规磨矿后细粒矿物解离效果较好，自磨后细粒度（小于10μm）的铜回收率高约8个百分点。

4.2 半自磨

前文已介绍了磨矿介质在一定程度上可通过电化学相互作用影响硫化铜矿物的浮选行为。全自磨机研磨可以用来规避研磨介质与硫化矿物相互作用的问题，因为特定矿石对自磨有良好的反应。然而很少有矿石在全自磨流程中有高的动力效率，所以更常用的是半自磨机，其动力效率通过添加钢料而最大化。与传统球磨相比，采用半自磨可以提高铜回收率，研究者将这种影响归因于铜矿沿晶界的优先断裂所带来的解离程度的提高。