新型硫抑制剂HD12替代石灰的试验研究

王体琛 邓久帅 卢 雨 孙振武 朱开顺 朱萱菲

(1.中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院,北京 100083;2.有色金属行业三稀资源综合利用工程技术研究中心,北京 100083;3.有色金属行业共伴生资源分离加工重点实验室,北京 100083;4.矿业大学(北京)内蒙古研究院,内蒙古 鄂尔多斯 017001)

锌是我国国民经济发展不可或缺的重要原料,广泛应用于现代化工、电子、冶金等领域[1]。随着经济社会的快速发展,我国对锌金属的需求量逐年增加[2]。锌具有较强的亲硫性,地壳中的锌矿石以硫化锌矿为主[3]。闪锌矿是最常见的硫化锌矿物,也是锌最重要的矿物原料之一,通常与黄铁矿等硫化矿紧密伴生。因此,生产实践中普遍存在闪锌矿与黄铁矿的分离问题[4-6]。

内蒙古锡盟地区含锌硫化矿石资源经过多年开采,锌品位逐渐降低,矿石氧化率逐年升高,加剧了锌硫分离难度。为了有效脱硫、提高锌选别效率及产品质量,现场锌硫分离作业加入了大量的石灰作为抑制剂,导致结垢堵管、安全隐患大、环境污染严重等问题[7-9]。为了解决上述问题,亟须一种新型抑制剂来替代石灰[10-11]。

为此,笔者所在课题组基于药剂基团设计的原则,筛选出与黄铁矿结合能力强,选择性好的两种抑制剂,按照一定比例进行配制后再进行改性处理,得到了一种新型黄铁矿抑制剂HD12。为了探究其能否替代石灰作为硫抑制剂,通过试验对比研究了HD12 与石灰对该含锌硫化矿浮选效果的影响。研究结果可为此类矿石的有效利用提供可靠依据。

1 矿石性质

本试验所用矿样取自内蒙古锡盟某硫化锌矿区,矿石中主要金属矿物为闪锌矿、磁铁矿、黄铁矿、磁黄铁矿等,主要脉石矿物为石英、钙铁石榴石、方解石、云母、闪石等。矿石的化学多元素及锌、铁、硫物相分析结果见表1～表4。

表1 矿石化学多元素分析结果Table 1 Analysis results of the chemical multi-elements for the ores%

由表1 可知,锌和铁是矿石中主要有价金属,品位分别为1.46%、22.07%,其他组分的品位未达到工业利用标准。

从表2～表4 可知,锌的赋存状态较为简单,主要赋存于硫化相中,硫化相中锌的含量和分布率分别为1.34%、91.78%;铁的赋存状态较为复杂,以磁性铁为主,铁的含量和分布率分别为14.18%、64.28%,仅有少量铁赋存在硫化铁中,说明脱硫对铁回收率影响较小;硫主要赋存于闪锌矿中,硫的含量和分布率分别为1.14%、64.05%,其次为磁黄铁矿、黄铁矿和硫酸盐。

表2 矿石锌物相分析结果Table 2 Analysis results of the zinc phase for the ores%

表3 矿石铁物相分析结果Table 3 Analysis results of the iron phase for the ores%

表4 矿石硫物相分析结果Table 4 Analysis results of the sulfur phase for the ores%

2 试验研究方案

2.1 选矿流程的确定

矿石中主要有价矿物为闪锌矿、磁铁矿,其中锌的价值占据主导地位。因此,选别过程中需要注重锌的回收。由于矿石中硫的含量偏高,为了提高锌精矿的产品质量,应当对黄铁矿、磁黄铁矿等含硫矿物进行有效脱除,因此选择“抑硫浮锌”的工艺流程开展试验研究,如图1所示。

图1 条件试验流程Fig.1 Flow chart of the condition test

选别效率E采用下式计算:

式中,α为原矿品位,%;β为精矿品位,%;θ为尾矿品位,%;βx为闪锌矿纯矿物中锌的百分含量,为67.01%。

2.2 试验药剂及设备

试验所用设备包括XFD 型单槽浮选机(1.5、0.75、0.5L)、电子天平(型号MTB500)、真空过滤机及数显恒温鼓风干燥箱等。

试验所用药剂包括实验室自主研发的新型黄铁矿抑制剂HD12,传统抑制剂石灰(工业纯),捕收剂丁基钠黄药(工业级),活化剂硫酸铜(分析纯),起泡剂松醇油(工业级)。

3 试验结果与分析

3.1 磨矿细度试验

磨矿有助于实现目的矿物与其他矿物间的单体解离,进而提高精矿品位[12-13]。为了确定锌硫分离粗选适宜的磨矿细度,在锌粗选石灰用量为4 000 g/t、硫酸铜用量为240 g/t、丁基钠黄药用量为80 g/t、松醇油用量为30 g/t,锌扫选丁基钠黄药用量为40 g/t、松醇油用量为10 g/t 的条件下,考察了磨矿细度对锌精矿选别指标的影响,试验结果见图2。

图2 磨矿细度试验结果Fig.2 Results of the grinding fineness test

由图2 可知,随着磨矿细度的增加,锌精矿中锌品位逐渐下降,锌回收率先增加后基本不变。综合考虑,确定适宜的磨矿细度为-0.074 mm 占75%。

3.2 捕收剂用量试验

丁基钠黄药是常见的硫化矿捕收剂,其极性基团中的二价硫原子能够与硫化矿表面发生化学吸附,对硫化锌矿物的捕收能力好、选择性强,可以实现硫化锌矿物与脉石的分离[14]。因此,本试验选取丁基钠黄药作为锌选别作业的捕收剂。在锌粗选石灰用量为4 000 g/t、硫酸铜用量为240 g/t、松醇油用量为30 g/t,锌扫选松醇油用量为10 g/t 的条件下,考察了丁基钠黄药总用量对锌精矿选别指标的影响,其中锌粗选丁基钠黄药用量为锌扫选丁基钠黄药用量的2 倍,试验结果见图3。

图3 丁基钠黄药总用量对锌精矿指标的影响Fig.3 Effect of sodium butyl xanthate total dosage on zinc concentrate index

由图3 可知,浮选过程中丁基钠黄药用量的适当增加有利于精矿中锌回收率的增加。当锌粗选丁基钠黄药用为80 g/t、锌扫选丁基钠黄药用量为40 g/t时,精矿中锌回收率达到最大值,为84.97%,锌品位也较高,为50.72%,此时锌精矿指标最佳。因此,使用该药剂用量开展后续试验。

3.3 活化剂用量试验

硫酸铜是闪锌矿常用的活化剂,其用量对锌精矿的指标具有显著的影响[15-16]。当硫酸铜用量不足时,部分目的硫化锌矿物没有被铜离子活化上浮,导致锌在尾矿中的损失增大[17]。在锌粗选石灰用量为4 000 g/t、丁基钠黄药用量为80 g/t、松醇油用量为30 g/t,锌扫选丁基钠黄药用量为40 g/t、松醇油用量为10 g/t 的条件下,考察了硫酸铜用量对锌精矿选别指标的影响,试验结果见图4。

图4 硫酸铜用量对锌精矿指标的影响Fig.4 Effect of copper sulfate dosage on zinc concentrate index

由图4 可知,随着硫酸铜用量的增加,精矿中锌品位先升高后趋于稳定,锌回收率呈逐渐升高的趋势。当硫酸铜用量达到240 g/t 时,精矿中锌回收率为50.72%、锌品位为84.97%,均处于较高值。综合考虑药剂成本与锌精矿指标,确定锌粗选硫酸铜用量为240 g/t。

3.4 抑制剂种类与用量试验

通过捕收剂用量试验与活化剂用量试验研究,确定了丁基钠黄药最佳用量为80 g/t,硫酸铜最佳用量为240 g/t。为了对比石灰和HD12 这2 种抑制剂对锌浮选指标的影响,探索实际生产中HD12替代石灰的可行性,在锌粗选硫酸铜用量为240 g/t、丁基钠黄药用量为80 g/t、松醇油用量为30 g/t,锌扫选丁基钠黄药用量为40 g/t、松醇油用量为10 g/t 的条件下,分别以石灰和HD12 为抑制剂,考察其用量对锌精矿指标的影响,试验结果见图5。

图5 抑制剂用量对锌精矿指标的影响Fig.5 Effect of inhibitors dosage on zinc concentrate index

由图5(a)可知,当石灰从2 000 g/t 逐渐增加到4 000 g/t 时,精矿中锌品位和锌回收率逐渐上升。当石灰用量为4 000 g/t 时,精矿中锌回收率达到最大值84.97%,此时锌品位为50.72%。若继续增大石灰用量,精矿中锌回收率及品位有所下降。

由图5(b)可知,采用HD12替代石灰作为抑制剂,当HD12 用量为10 g/t 时,精矿中锌回收率为85.25%、锌品位为49.78%,取得了良好的锌选别指标。若继续增大HD12 的用量,过量的抑制剂不仅会抑制黄铁矿,也会影响部分闪锌矿的可浮性。

对比HD12(用量10 g/t)与石灰(用量4 000 g/t)的浮选指标,可以发现精矿中锌品位从50.72%降低至49.78%,降低了0.94 个百分点;锌回收率从84.97%提高至85.25%,提高了0.28 个百分点。上述结果证明HD12 具备替代石灰作为抑制剂的潜力。

3.5 全闭路试验

在条件试验所确定的最佳药剂制度下,分别进行了HD12、石灰为抑制剂的实验室闭路试验。闭路试验流程见图6,试验结果见表5。

图6 闭路试验流程Fig.6 Flowsheet of the closed-circuit test

表5 闭路试验结果Table 5 Results of the closed-circuit test%

由表5 可知,石灰用量为4 000 g/t 时,试样经“1粗2 精3 扫”的锌选别作业,最终可获得锌品位51.73%、锌回收率85.66%的锌精矿产品,锌选别效率为66.44%。HD12 用量为10 g/t 时,试样经过相同的锌选别作业,最终可获得锌品位50.04%、锌回收率88.97%的锌精矿产品,锌选别效率为66.70%,两者均获得良好的锌选别指标。

相比之下,HD12 用量仅为石灰用量的1/400时,最终得到的锌精矿产品中锌品位降低了1.69 个百分点,锌回收率提高了3.31 个百分点,锌选别效率提高了0.26 个百分点。说明HD12 是一种高效、选择性强的硫抑制剂,能够有效地替代石灰。

4 结论

(1)内蒙古锡盟地区含锌硫化矿含锌1.46%、含铁22.07%,主要金属矿物为闪锌矿、磁铁矿、黄铁矿、磁黄铁矿等。其中锌的赋存状态较为简单,主要赋存于硫化相中,硫化相中锌的含量和分布率分别为1.34%、91.78%;铁的赋存状态较为复杂,以磁性铁为主,磁性铁中铁的含量和分布率分别为14.18%、64.28%。硫主要赋存于闪锌矿中,闪锌矿中硫的含量和分布率分别为1.14%、64.05%,其次为磁黄铁矿、黄铁矿和硫酸盐。

(2)针对该矿石的主要矿物组成及赋存状态,在磨矿细度为-0.074 mm 占75%的情况下,以HD12 为硫矿物抑制剂,硫酸铜为锌活化剂,丁基钠黄药为锌捕收剂,经过“1 粗2 精3 扫”的闭路试验流程,最终获得了锌品位为50.04%、锌回收率为88.97%的锌精矿,实现了含锌硫化矿中锌资源的高效回收。

(3)HD12 与石灰的选别指标相比,锌精矿中锌品位降低了1.69 个百分点,锌回收率提高了3.31 百分点,锌选别效率提高了0.26 个百分点。说明HD12能够替代石灰作为硫抑制剂,在显著降低药剂用量的同时,解决使用石灰导致的安全、环保等问题。