简介概要

强搅拌调浆在金川硫化铜镍矿浮选中的作用机制研究

来源期刊：稀有金属2014年第5期

论文作者：冯博冯其明卢毅屏

文章页码：861 - 867

关键词：硫化镍矿;浮选;矿泥罩盖;强搅拌调浆;

摘要：通过浮选试验、粒度分析测试和扫描电镜（SEM）分析,研究强搅拌调浆在金川硫化铜镍矿浮选中的作用,并考察其作用机制。浮选试验结果表明:强搅拌调浆能够提高金川硫化铜镍矿的浮选指标,强搅拌的时间越长,强度越强,金川硫化铜镍矿的浮选指标越好。固定调浆时间为20 min,当调浆强度从1950增加到2800 r·min-1时,镍的浮选回收率从81%增加到87%。金川硫化铜镍矿中的蛇纹石矿泥与硫化矿物颗粒表面电性相反,容易通过静电吸引作用吸附在硫化矿物表面形成矿泥罩盖层,细颗粒矿泥的罩盖阻碍了硫化矿物颗粒和气泡的粘附,降低了硫化矿物的浮选回收率。粒度测试和扫描电镜分析结果证实了金川硫化铜镍矿中的粗颗粒硫化矿物表面罩盖有细颗粒矿泥,矿泥的主要成分为蛇纹石等含镁硅酸盐矿物。对矿浆进行强搅拌调浆能够脱附硫化矿物表面罩盖的蛇纹石矿泥,蛇纹石矿泥粒度越粗,越容易从硫化矿物表面脱附,而粒度极细的蛇纹石矿泥较难脱附。强搅拌的强度越强,时间越长,硫化矿物表面罩盖的蛇纹石矿泥数目越少,越容易与浮选气泡粘附,浮选回收率越高。

网络首发时间: 2013-12-27 13:11

稀有金属 2014,38(05),861-867 DOI:10.13373/j.cnki.cjrm.2014.05.019

强搅拌调浆在金川硫化铜镍矿浮选中的作用机制研究

冯博冯其明卢毅屏

江西理工大学江西省矿业工程重点实验室

中南大学资源加工与生物工程学院

摘要：

通过浮选试验、粒度分析测试和扫描电镜 (SEM) 分析, 研究强搅拌调浆在金川硫化铜镍矿浮选中的作用, 并考察其作用机制。浮选试验结果表明:强搅拌调浆能够提高金川硫化铜镍矿的浮选指标, 强搅拌的时间越长, 强度越强, 金川硫化铜镍矿的浮选指标越好。固定调浆时间为20 min, 当调浆强度从1950增加到2800 r·min-1时, 镍的浮选回收率从81%增加到87%。金川硫化铜镍矿中的蛇纹石矿泥与硫化矿物颗粒表面电性相反, 容易通过静电吸引作用吸附在硫化矿物表面形成矿泥罩盖层, 细颗粒矿泥的罩盖阻碍了硫化矿物颗粒和气泡的粘附, 降低了硫化矿物的浮选回收率。粒度测试和扫描电镜分析结果证实了金川硫化铜镍矿中的粗颗粒硫化矿物表面罩盖有细颗粒矿泥, 矿泥的主要成分为蛇纹石等含镁硅酸盐矿物。对矿浆进行强搅拌调浆能够脱附硫化矿物表面罩盖的蛇纹石矿泥, 蛇纹石矿泥粒度越粗, 越容易从硫化矿物表面脱附, 而粒度极细的蛇纹石矿泥较难脱附。强搅拌的强度越强, 时间越长, 硫化矿物表面罩盖的蛇纹石矿泥数目越少, 越容易与浮选气泡粘附, 浮选回收率越高。

关键词：

硫化镍矿;浮选;矿泥罩盖;强搅拌调浆;

中图分类号： TD923;TD954

作者简介：冯博 (1986-) , 男, 河南商丘人, 博士, 副教授, 研究方向:矿物加工理论与工艺研究;电话:18270767369;E-mail:feng-bo319@163.com;

收稿日期：2013-10-14

基金：国家自然科学基金项目 (51404109, 51374116);江西省自然科学基金项目 (20142BAB216021);江西省教育厅科技项目 (GJJ14452);江西理工大学博士基金项目 (jxxjbs13020) 资助;

Action Mechanism of High Intensity Conditioning in Flotation of Jinchuan Nickel Sulphide Ore

Feng Bo Feng Qiming Lu Yiping

Jiangxi Key Laboratory of Mining Engineering, Jiangxi University of Science and Technology

School of Minerals Processing and Bioengineering, Central South University

Abstract：

The effect of high intensity conditioning ( HIC) on the flotation of Jinchuan nickel sulphide ore and its mechanism were investigated through flotation experiments, laser particle size analysis and scanning electron microscopy ( SEM) analysis. The results showed that high intensity conditioning ( HIC) could increase pentlandite flotation recovery significantly; the flotation performance became better with the conditioning time being longer and the conditioning intensity being stronger. The Ni recovery increased from 81%to 87% when the conditioning speed increased from 1950 to 2800 r·min- 1. The slimes in Jinchuan nickel sulphide ore possessed an opposite charge to the coarse sulphide particles. This created an electrostatic attraction force which resulted in the slimes forming a coating over the surface of the coarse particles. A coating of hydrophilic slime particles would prevent the attachment of the sulfide particle to flotation bubble and would result in lower recoveries of the valuable sulfide minerals. The result of laser particle size analysis and SEM analysis showed that there were slime coatings on the surface of valuable minerals and the main component of slime was magnesium silicate mineral, such as serpentine. The slimes attached to the surfaces of larger particles were effectively removed after high intensity conditioning treatment, and the amount removed depended upon both conditioning strength and time.

Keyword：

nickel sulphide ore; flotation; slime coating; high intensity conditioning;

Received： 2013-10-14

金川镍矿是世界著名的超大型多金属共生硫化铜镍矿床, 位于甘肃省金昌市境内, 目前保有矿石储量4.4亿吨, 其中镍金属保有储量450万吨, 铜金属保有储量300万吨, 钴金属保有储量13万吨, 金、银、铂族金属等其他贵金属的储量也在国内居重要地位。它的探明, 不仅使我国硫化镍矿产资源储量跃居世界前列, 而且使国内短缺的铂族金属资源储量得到极大增长。金川镍钴铂族金属生产基地的建成投产, 改变了我国缺镍、少钴、少铂的状况。

金川硫化铜镍矿的主要脉石矿物是蛇纹石。蛇纹石硬度低, 在碎磨过程中易泥化, 在硫化铜镍矿浮选常用的弱碱性p H区间, 蛇纹石表面荷正电^[1], 金属硫化矿物表面荷负电, 蛇纹石矿泥通过静电吸引作用在金属硫化矿物表面形成矿泥罩盖层, 阻碍了矿物表面吸附黄药和向气泡粘着, 影响了金属硫化矿物的浮选^[2,3,4,5]。为提高金川硫化铜镍矿的浮选指标, 选矿工作者使用六偏磷酸钠、水玻璃、羧甲基纤维素等分散剂分散蛇纹石与硫化矿物, 以提高硫化矿物的浮选回收率^[6,7,8,9]。然而, 由于金川镍矿中蛇纹石含量较高, 使得分散剂作用效果较差, 金川镍矿仍面临着铜镍回收率难以提高、精矿氧化镁含量难以降低的困境。

为缩短浮选所需时间及降低浮选药剂消耗, 浮选前通常需要在搅拌桶内对矿浆进行搅拌, 以使浮选药剂与矿浆相互作用, 这个过程称为调浆。调浆所需的强度和时间由药剂在矿浆中分散、溶解的难易程度以及浮选药剂与矿粒相互作用的速度决定^[10]。Bulatovic等^[11,12]研究发现, 在浮选前对矿浆进行强搅拌调浆能够显著提高细粒铜锌矿、铜镍矿和铜矿的浮选回收率及品位。Valderrama和Rubio^[13]研究发现强搅拌调浆能显著改善细粒金的浮选, 对矿浆进行强搅拌预处理后, 浮选回收率增加了24%, 品位增加了50%, 浮选速率增加了3-4倍。

强搅拌调浆能够提高硫化矿物的浮选回收率已经被众多研究所证实^[14,15]。本文作者通过浮选实验、粒度分析测试和扫描电镜分析, 研究强搅拌调浆在金川硫化铜镍矿浮选中的作用, 并考察其作用机制, 为进一步提高金川硫化铜镍矿的选矿技术指标提供理论与技术参考。

1 实验

1.1 矿物样品

实际矿石矿样取自甘肃金川, 矿石主要化学成分如表1所示。由表1可知, 矿石中有价元素镍含量为1.43%, 铜含量为0.85%, 矿石中的有害元素砷的含量小于0.005%, 不会影响精矿质量。

1.2 实验方法

1.2.1 浮选试验

金川镍矿实际矿石浮选试验采用1.5 L的XFD型挂槽式浮选机, 试验用水为自来水。试验中按照需要的技术条件, 将矿石磨矿后加入捕收剂在浮选机中进行强搅拌调浆, 然后在常规搅拌强度 (1800 r·min^-1) 下浮选, 试验流程如图1所示。浮选产品分别烘干称重, 化验品位, 按公式 (1) 计算回收率^[16]。

1.2.2 粒度测试

按照与相应浮选试验相同的条件进行调浆, 采用CILAS1064激光粒度仪进行粒度的测定, 粒度分析样品直接在矿浆中取样。

1.2.3 扫描电镜分析

按照与相应浮选试验相同的条件进行调浆, 直接在矿浆中取样进行扫描电镜分析。

表1 矿石主要化学成分 (%, 质量分数) Table 1 Chemical component of ore (%, mass fraction) 下载原图

表1 矿石主要化学成分 (%, 质量分数) Table 1 Chemical component of ore (%, mass fraction)

图1 浮选试验流程图Fig.1 Flow sheet for flotation study

2 结果与讨论

2.1 强搅拌调浆在浮选中的作用

图2所示为调浆速度为2800 r·min^-1, 调浆时间的变化对金川硫化铜镍矿镍矿物浮选回收率的影响。由图2中结果可知, 随调浆时间增加, 镍矿物浮选回收率增加, 调浆时间越长, 镍矿物浮选回收率越高, 当调浆时间从3增加到40 min时, 镍矿物的浮选回收率从79.8%增加到88.8%。可见, 强调浆能够明显提高金川硫化铜镍矿的浮选指标, 调浆时间越长, 镍矿物浮选回收率越高。

图3所示为固定调浆时间为20 min时, 调浆强度的变化对金川硫化铜镍矿镍矿物浮选回收率的影响。图3结果表明, 在调浆时间一定的情况下, 调浆强度越快, 镍矿物的浮选回收率越高, 当调浆强度从1950增加到2800 r·min^-1时, 镍的浮选回收率从81%增加到87%。

图2 调浆时间对金川镍矿浮选的影响Fig.2 Effect of conditioning time on flotation of Jinchuan nick-el ore

图3 调浆强度对金川镍矿浮选的影响Fig.3Effect of conditioning speed on flotation of Jinchuan nickel ore

从图2, 3还可以看出, 浮选时间越短, 较高的调浆强度或较长的调浆时间作用下的镍矿物浮选回收率与较低的调浆强度或较短的调浆时间作用下的镍矿物浮选回收率的差值越大, 说明增加调浆强度和调浆时间提高了硫化矿物的浮选速率, 使硫化矿物能够更快的上浮进入精矿。

图4所示为固定调浆强度为2800 r·min^-1时, 调浆时间对金川镍矿品位回收率关系的影响。由图4结果可知, 随着浮选回收率增加, 粗精矿镍品位逐渐降低。说明浮选速率较慢的有用硫化矿物表面附着有较多的蛇纹石矿泥, 这种硫化矿物进入浮选精矿, 降低了精矿品位。图4结果还表明, 当浮选回收率相同时, 调浆时间越长, 精矿镍品位越高。

图4 调浆时间对品位回收率关系的影响Fig.4Nickel grade/recovery curves for flotation at different conditioning time

图5所示为固定调浆时间40 min时, 调浆强度对金川镍矿品位回收率关系的影响。由图5中结果可知, 在浮选回收率相同时, 随着调浆强度增加, 粗精矿品位逐渐升高。图4和5的结果说明高强度调浆能够有效脱附硫化矿物表面附着的蛇纹石矿泥, 降低进入精矿的矿泥数量, 提高粗选精矿品位。

2.2 强搅拌调浆提高浮选指标的作用机制

研究表明, 在简单的二元矿物浮选体系, 蛇纹石矿泥能够附着在硫化矿物表面, 抑制硫化矿物的浮选, 脱附硫化矿物表面罩盖的矿泥能提高硫化矿物的浮选回收率^[17,18,19]。在复杂的金川硫化铜镍矿浮选体系中, 为研究强搅拌调浆对粗颗粒矿物表面附着的矿泥的影响, 将金川硫化铜镍矿矿浆经不同调浆强度及调浆时间处理后, 用74μm筛子筛分, 取相同重量的+74μm粒级的粗颗粒进行粒度分析。由于矿泥罩盖的发生, 会有部分粒度小于74μm的矿泥附着在+74μm粗颗粒矿物表面, 不会进入筛下。考察强搅拌调浆对这部分小于74μm的矿泥粒度分布的影响, 即可知强搅拌调浆对粗颗粒矿物表面附着的矿泥的影响。

图5 调浆强度对品位回收率关系的影响Fig.5 Nickel grade/recovery curves for flotation at different speeds

图6 (a) 所示为未进行强搅拌调浆时金川硫化铜镍矿+74μm粒级矿石的粒度分布, 由图6 (a) 可知, +74μm粗颗粒中存在粒度小于74μm的矿泥。将图6 (a) -74μm粒级部分放大, 示于图6 (b) 。可见, 不加分散剂时, +74μm粒级的矿石中未检测到颗粒粒度小于74μm的矿物;加入分散剂后, +74μm粒级的矿石中出现了粒度小于74μm的矿物。这是由于矿泥罩盖现象的存在使部分小于74μm的细颗粒矿泥附着在粗颗粒矿物表面, 在筛分过程中未能进入筛下, 仍然停留在+74μm粒级的颗粒中, 但不加分散剂时细颗粒附着在粗颗粒表面无法被激光粒度仪检测到。加入分散剂后, 细颗粒从+74μm粒级粗颗粒表面脱附而被激光粒度仪检测到。由图6还可以看出, 附着在+74μm粒级粗颗粒表面的矿泥中, 绝大多数矿泥的粒度小于20μm。为了进一步考察金川硫化铜镍矿中的矿泥罩盖现象, 对+74μm粗颗粒进行了扫描电镜分析, 结果如图7所示。由图7可知, 粗颗粒硫化矿物表面罩盖有细颗粒矿泥, 矿泥的粒度较小, 大部分小于5μm, 能谱分析表明矿泥主要为镁硅酸盐矿物。

图6 金川镍矿+74μm粒级矿石表面附着矿泥粒度分布Fig.6 Particle size distribution of slimes on+74μm particle surface (a) and partial enlarge map (b)

图7 金川镍矿+74μm粒级矿石扫描电镜及能谱分析Fig.7 SEM image (a) and EDS spectrum (b) of+74μm Jinchuan nickel ore particle

图8所示为调浆强度对金川镍矿+74μm粒级矿石表面附着矿泥粒度分布的影响。由图8可知, 强搅拌调浆能够减少粗颗粒矿物表面附着的细颗粒矿泥的数目, 调浆强度越高, 粗颗粒矿物表面附着的细颗粒矿泥数目越少。与1950 r·min^-1的调浆强度相比, 调浆强度为2250 r·min^-1时, 经过40 min的搅拌处理, 粗颗粒矿物表面附着的矿泥粒度分布发生明显变化, -40+10μm粒级范围的细颗粒数目减少, 而粒度大于40μm的细颗粒消失。当调浆强度增加到2500 r·min^-1后, -40+10μm粒级范围的颗粒数目继续减少, 而-10μm粒级范围的颗粒数目也开始减少。当调浆强度继续增加到2800 r·min^-1时, -40+10μm粒级范围的细颗粒数目继续减少, 而-10μm粒级范围的颗粒数目不再变化。由图8中结果可以得出如下结论:调浆强度越强, 细颗粒矿泥越容易从粗颗粒表面脱附;而矿泥的粒度越细, 从粗颗粒表面脱附所需要的调浆强度越高, 即强搅拌调浆容易脱附颗粒粒度相对较粗的蛇纹石矿泥, 但较难脱附粒度极细的蛇纹石矿泥。

图8 调浆强度对附着矿泥粒度分布的影响Fig.8 Effect of conditioning speed on particle size distribution of slimes

图9所示为调浆时间对金川硫化铜镍矿+74μm粒级矿石表面附着矿泥粒度分布的影响。由图9可知, 当调浆强度为2800 r·min^-1时, 5 min的调浆处理就使+74μm粒级粗颗粒表面罩盖的各个粒级细颗粒数目明显减少, 特别是粒度大于40μm的细颗粒完全消失。调浆时间再增加, -10μm粒级的颗粒数目变化不大, 而-40+10μm粒级细颗粒数目继续减少, 调浆时间越长, -40+10μm粒级细颗粒数目减少越多。这一结果表明, 对于附着强度较低、脱附临界力较易达到的矿泥, 调浆时间越长, 输入的能量越高, 颗粒脱附的机会越大。但对于粒度极细的矿泥, 由于其附着强度较高, 脱附临界力也较高, 只有流体力场作用引起的脱附力接近或超过临界力时, 颗粒才可能脱附。低于临界值的外场力作用时间再长, 也无法使颗粒脱附。