熊　堃，左可勝，鄭貴山

(長(zhǎng)安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西 西安 710054)

凝灰?guī)r礦泥影響氧化銅礦浮選過(guò)程的機(jī)理

熊堃，左可勝，鄭貴山

(長(zhǎng)安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西 西安 710054)

摘要：凝灰?guī)r型氧化銅礦浮選過(guò)程中，礦泥對(duì)浮選過(guò)程產(chǎn)生嚴(yán)重影響。采用SEM-EDS對(duì)礦泥、浮選精礦和尾礦的形貌及礦物組成進(jìn)行表征，測(cè)量礦泥比表面積，藥劑吸附量，研究礦泥對(duì)捕收劑的吸附特性。結(jié)果表明：凝灰?guī)r礦泥表面為鱗片、薄片狀，比表面積大，對(duì)捕收劑吸附活性高。提高礦漿溫度，取消起泡劑，氧化銅礦浮選效果得到改善。一粗兩精三掃、中礦順序返回的閉路流程能夠獲得品位21.40%、回收率86.25%的銅精礦。

關(guān)鍵詞：氧化銅；凝灰?guī)r；礦泥；浮選過(guò)程；機(jī)理

礦泥的影響是導(dǎo)致氧化銅礦浮選過(guò)程中銅精礦品位和回收率不高的原因之一，特別是凝灰?guī)r型礦泥，其比表面積大，吸附活性強(qiáng)，捕收劑耗量大，浮選過(guò)程難以控制而影響回收率[1]。凝灰?guī)r氧化銅礦的礦泥含量高且粒度細(xì)微，造成礦石嚴(yán)重泥化及礦物顆粒間互相聚團(tuán)和罩蓋，吸附大量捕收劑[2-3]，導(dǎo)致有用礦物雖已單體解離，但未能有效回收。東川湯丹氧化銅礦浮選指標(biāo)不高，正是因?yàn)?20μm的微細(xì)粒級(jí)含量高，降低了氧化礦物的浮選效果所致[4]。針對(duì)含泥難選氧化銅礦石多采用預(yù)先脫泥和硫化浮選工藝流程[5]，避免了礦泥的不良影響。礦泥對(duì)氧化銅礦浮選過(guò)程的影響，當(dāng)前主要是從宏觀上研究如何消除礦泥對(duì)氧化銅礦浮選的影響。Connor等[6]研究溫度對(duì)礦物浮選的影響，認(rèn)為礦漿溫度影響礦漿粘度，提高礦漿溫度會(huì)降低礦漿粘度和泡沫水回收率，從而降低礦泥的上浮率。目前，處理含粘土礦物的銅礦是將其與斑巖銅礦進(jìn)行混合，而并非單獨(dú)處理，很少研究粘土礦物是如何影響銅礦浮選過(guò)程的。

本文系統(tǒng)地研究了凝灰?guī)r礦泥工藝礦物學(xué)特性，查明凝灰?guī)r礦泥影響氧化銅礦浮選過(guò)程的微觀機(jī)理，開發(fā)回收銅資源的工藝流程，為凝灰?guī)r型氧化銅礦石的有效分選技術(shù)提供理論基礎(chǔ)。

1實(shí)驗(yàn)

1.1礦樣與試劑

試驗(yàn)所用礦石為新疆滴水氧化銅礦，礦石多元素分析及銅物相分析結(jié)果如表1和表2，礦石X射線衍射分析如圖1所示。結(jié)果表明：礦石含銅品位1.17%，主要有用礦物為赤銅礦、孔雀石及少量硅孔雀石，脈石礦物主要為石英、方解石、綠泥石、白云母。該礦石氧化率93.15%，其中游離氧化銅占82.91%，結(jié)合氧化銅占10.24%。在-74μm占85%的磨礦細(xì)度下，-20μm礦泥含量高達(dá)65%。氧化銅礦性質(zhì)分析表明，該礦石屬于凝灰?guī)r型高含泥氧化銅礦。

實(shí)驗(yàn)用礦泥為原礦在-74μm占85%的磨礦細(xì)度條件下，通過(guò)重力沉降法進(jìn)行分級(jí)獲得。石英和方解石塊礦采自新疆滴水銅礦礦區(qū)，經(jīng)過(guò)破碎、磨礦、重力沉降分級(jí)獲得-20μm的微細(xì)顆粒作為與礦泥對(duì)比試驗(yàn)的試料。

所用浮選藥劑異戊基黃藥、硫酸銨、硫化鈉、水玻璃、羧甲基纖維素均為分析純。

表1　礦石多元素分析結(jié)果

表2　銅物相分析結(jié)果

圖1　原礦XRD圖

1.2實(shí)驗(yàn)方法

新疆滴水氧化銅礦礦石采用硫化浮選法，經(jīng)閉路浮選得到精礦和尾礦，通過(guò)荷蘭Philips公司的XL30ESEM-TM型場(chǎng)發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡觀察浮選產(chǎn)品形貌，并結(jié)合GENESIS能譜儀分析微區(qū)表面的化學(xué)成分。采用美國(guó)Quantachrome公司的Autosorb 1 MP型氣體吸附儀測(cè)定樣品的比表面積；礦泥表面對(duì)捕收劑的吸附量采用SP752型紫外分光光度計(jì)進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線應(yīng)用插值法得到藥劑濃度，采用殘余濃度法計(jì)算即可得到藥劑在礦物表面的吸附量。

2結(jié)果與討論

2.1礦泥對(duì)氧化銅礦浮選過(guò)程的影響

考慮到浮選過(guò)程中添加一定用量的分散劑能削弱礦泥的不利影響[7]，因此，在探索試驗(yàn)和閉路浮選試驗(yàn)中，均進(jìn)行了分散劑種類及單獨(dú)與組合使用試驗(yàn)。結(jié)果表明，在浮選過(guò)程中添加分散劑水玻璃和羧甲基纖維素，均不能使礦漿的分散狀態(tài)得到改善，因此取消了分散劑的使用。浮選試驗(yàn)采用硫酸銨為活化劑、硫化鈉作硫化劑、異戊基黃藥為捕收劑、松醇油為起泡劑，浮選時(shí)間8min，試驗(yàn)中礦漿溫度始10℃左右，按圖2所示的閉路流程進(jìn)行試驗(yàn)。結(jié)果如表3，銅精礦回收率為54.59%，銅品位為16.12%。

表3　氧化銅礦閉路循環(huán)浮選試驗(yàn)結(jié)果

圖2　浮選試驗(yàn)流程圖

表3中閉路試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著中礦的不斷返回，銅精礦品位不斷下降，尾礦品位不斷升高，回收率增加非常緩慢。閉路浮選目的是將中礦返回浮選回路，以增加精礦回收率。結(jié)果顯示閉路精礦銅回收率提高較小，反而精礦品位顯著下降。為查明原因，對(duì)閉路浮選精礦和尾礦進(jìn)行掃描電鏡分析，結(jié)果如圖3所示。從圖3(a)和圖3(b)可以看出，精礦中主要包含粒度小于10μm的超微細(xì)粒級(jí)礦泥，其中少量粒度大于40μm的粗顆粒經(jīng)放大后觀察，也屬于超微細(xì)粒級(jí)礦泥的絮凝體；由圖3(c)和圖3(d)可以看出，尾礦顆粒粒度偏大，互凝現(xiàn)象并不顯著，說(shuō)明浮選過(guò)程中礦泥含量大，容易造成礦泥無(wú)選擇性吸附和團(tuán)聚[8]而進(jìn)入精礦。

圖3　銅精礦和尾礦的SEM圖

另外，從閉路浮選循環(huán)次數(shù)的增加的過(guò)程來(lái)看，中礦沉降速度緩慢，沉清時(shí)間從第一次循環(huán)的5min增加到第四循環(huán)的30min。以上結(jié)果均表明一個(gè)事實(shí)，礦泥通過(guò)中礦不斷進(jìn)入精礦，造成中礦循環(huán)量加大，精礦品位急速下降，而回收率增加甚微。因此，為有效回收該氧化銅礦，對(duì)微細(xì)礦泥的性質(zhì)進(jìn)行了全面的研究，揭示凝灰?guī)r礦泥影響氧化銅礦浮選過(guò)程的機(jī)理。

2.2凝灰?guī)r礦泥的表面形貌及化學(xué)組成

-20μm凝灰?guī)r礦泥的SEM結(jié)果如圖4所示。結(jié)果表明，礦泥粒度組成極不均勻，粒徑為幾個(gè)微米的顆粒含量很高，有的還形成單獨(dú)的薄層、薄片形態(tài)，集合體呈鱗片狀、土狀。圖4(b)是將礦泥顆粒放大后的SEM圖，顯示無(wú)論顆粒大小，其表面都呈鱗片狀發(fā)育，鱗片狀結(jié)構(gòu)較發(fā)達(dá)的顆粒形貌，薄片厚度幾乎小到納米數(shù)量級(jí)，增加礦粒比表面積。

圖4　凝灰?guī)r礦泥的SEM圖

凝灰?guī)r礦泥表面的能譜結(jié)果表明，該凝灰?guī)r礦泥表面元素主要是硅和氧元素，為石英脈石礦物，其表面還含有大量鋁、鈣、鎂、鐵、鉀、鈉等元素，說(shuō)明石英已被絹云母、綠泥石和白云母等取代而成假像，它們以鱗片狀分布于石英顆粒邊緣，或呈氈狀或微小針狀和鱗片狀獨(dú)立分布。

2.3凝灰?guī)r礦泥對(duì)捕收劑的吸附性能

礦泥、石英和方解石經(jīng)CILAS-1064激光粒度測(cè)試儀分析，90%的礦泥粒度為8μm，95%的石英和方解石粒度分別為8μm和10μm。氮?dú)馕椒▽?duì)氧化銅礦泥、石英和方解石的比表面積進(jìn)行了測(cè)試如表4。由表4可知，雖然3種礦物的粒度分別基本接近，但3者的比表面積卻相差很大，礦泥比表面積22.25m2/g，石英和方解石的比表面積分別為0.1003m2/g和0.1365m2/g。凝灰?guī)r礦泥比表面積超過(guò)石英和方解石兩個(gè)數(shù)量級(jí)，說(shuō)明凝灰?guī)r礦泥具有極高的比表面積，這與礦泥微細(xì)、鱗片狀結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)的形貌是相符的。

表4　凝灰?guī)r礦泥、石英、方解石的比表面積

-20μm凝灰?guī)r礦泥、石英和方解石對(duì)異戊基黃藥的吸附量測(cè)試結(jié)果表明，異戊基黃藥在凝灰?guī)r礦泥表面的吸附量為1.132mg/g，而石英、方解石表面的吸附量極低，儀器精度范圍內(nèi)未能有效測(cè)出，說(shuō)明異戊基黃藥在凝灰?guī)r礦泥表面發(fā)生了顯著吸附。以上結(jié)果與凝灰?guī)r礦泥的特有形貌是一致的，由于石英被絹云母、綠泥石和白云母等取代而成假像，并以鱗片狀分布于石英顆粒邊緣，或呈氈狀或微小針狀和鱗片狀獨(dú)立分布，造成捕收劑在礦泥表面的強(qiáng)烈吸附。由此可見，凝灰?guī)r礦泥比表面積大，對(duì)浮選藥劑吸附活性強(qiáng)，造成了浮選捕收劑用量高，浮選過(guò)程難以控制和回收率低等問(wèn)題。

溫度對(duì)礦物表面的吸附性能有重要影響，檢測(cè)不同礦漿溫度下礦泥表面異戊基黃藥的吸附量，結(jié)果如圖5所示。在8℃到32℃范圍內(nèi)，礦泥對(duì)異戊基黃藥的吸附有明顯差別，礦漿溫度升高，礦泥對(duì)異戊基黃藥的吸附量減少，降低礦泥的可浮性；同時(shí)，由于礦泥對(duì)異戊基黃藥的吸附量減少，削減了礦泥對(duì)異戊基黃藥的強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)吸附，利于礦漿中氧化銅礦物對(duì)異戊基黃藥的吸附。

2.4溫度對(duì)凝灰?guī)r型氧化銅礦浮選回收率的影響

凝灰?guī)r型氧化銅礦浮選礦漿溫度由10℃提高到40℃，其中捕收劑用量由1000g/t降至800g/t，其余藥劑用量不變，采用圖2所示的閉路流程進(jìn)行浮選試驗(yàn)，結(jié)果見表5。結(jié)果表明，提高礦漿溫度、取消起泡劑是改善氧化銅礦浮選效果的有效措施，閉路浮選能夠順利進(jìn)行，礦泥對(duì)浮選過(guò)程影響得以明顯改善。在浮選礦漿溫度為26℃時(shí)，銅回收率86.25%，精礦品位21.40%。

圖5　溫度對(duì)礦泥吸附量的影響

表5　凝灰?guī)r型氧化銅礦升溫浮選閉路試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)對(duì)凝灰?guī)r礦泥表面形貌、比表面積以及對(duì)異戊基黃藥在礦泥表面吸附量的研究，表明礦泥比表面積大，對(duì)異戊基黃藥的吸附活性很高。氧化銅礦浮選過(guò)程，礦泥吸附氧化銅礦的捕收劑，消耗捕收劑的同時(shí)，隨氣泡上浮進(jìn)入精礦，降低精礦品位，也影響浮選回收率的提高。但是，礦漿溫度升高，礦泥表面對(duì)捕收劑的吸附能力減弱，其可浮性將降低，同時(shí)礦漿溶液中的捕收劑濃度將提高，這對(duì)氧化銅礦的捕收和凝灰?guī)r礦泥的抑制是有利的，因此，提高礦漿溫度是改善凝灰?guī)r型氧化銅礦浮選過(guò)程的措施之一。

3結(jié)論

1)凝灰?guī)r氧化銅礦原生礦泥含量高，-74μm占85%磨礦細(xì)度下，-20μm礦泥高達(dá)65%。凝灰?guī)r礦泥化學(xué)組成和礦物組成復(fù)雜，粒度細(xì)微，表面發(fā)育成鱗片、薄片狀，比表面積比同粒級(jí)石英、方解石顆粒大兩個(gè)數(shù)量級(jí)。隨浮選閉路循環(huán)的增加，銅精礦品位顯著下降，銅回收率增加甚微，對(duì)浮選過(guò)程產(chǎn)生了極為不利的影響。

2)凝灰?guī)r礦泥對(duì)捕收劑異戊基黃藥的吸附活性高，大量吸附異戊基黃藥，影響氧化銅礦的回收。提高礦漿溫度可以降低凝灰?guī)r礦泥對(duì)異戊基黃藥的吸附量，減少礦泥影響氧化銅礦的浮選過(guò)程。

3)通過(guò)提高礦漿溫度，取消起泡劑，浮選過(guò)程得到明顯改善，控制凝灰?guī)r礦泥對(duì)氧化銅礦浮選過(guò)程的影響，閉路試驗(yàn)獲得了銅精礦品位21.40%、回收率86.25%的技術(shù)指標(biāo)。

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Mechanism of tuff slime on flotation process to copper oxide ore

XIONG Kun，ZUO Ke-sheng，ZHENG Gui-shan

(College of Earth Science and Resources，Chang’an University，Xi’an 710054，China)

Abstract:One of the major technological challenges to float tuff type copper oxide ore is the presence of slime.Slime has various effects on flotation processing.The structure and mineral composition of tuff slime，concentrate and tailings were discussed by means of SEM and EDS.The results of specific surface area and collector adsorption of tuff slim show that tuff slime exhibit rough surface and that extensive fissures are formed in a relatively open structure.It was found that tuff slime had a strong adsorption activity，which was attributed to its large surface area.Improving the slurry temperature and canceling the frother were found to have a beneficial effect on copper oxide ore flotation.The copper recovery and grade were 86.25% and 21.40% through one rougher-two cleanings-three scavenges closed-circuit flow sheet on optimum reagent condition.

Key words：copper oxide ore；tuff；slime；flotation process；mechanism

收稿日期：2015-03-18

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助(編號(hào)：51204023)

作者簡(jiǎn)介：熊堃(1985-)，女，漢族，講師，博士，主要研究方向?yàn)楦∵x理論與工藝。

中圖分類號(hào)：TD952

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-4051(2016)01-0135-04