调浆过程能量输入对微细粒白钨浮选矿浆流变特性的影响研究-sup-①-_sup-_龙涛.pdf

调浆过程能量输入对微细粒白钨浮选矿浆流变特性 的影响研究 ① 龙 涛， 陈 伟 西安建筑科技大学 资源工程学院,陕西 西安 710055 摘 要 采用矿浆流变性测试与浮选试验,研究了微细粒白钨矿浮选体系中微细粒白钨矿、方解石、石英及其人工混合矿矿浆流变 性、浮选行为与调浆过程能量输入之间的关联机制。 结果表明,微细粒白钨矿与方解石矿浆表观粘度高、屈服应力大、聚团程度较 严重,造成混合矿具有较大的表观粘度与屈服应力。 通过搅拌调浆过程能量输入调控,能够显著提升浮选过程选择性。 关键词 浮选； 搅拌调浆； 微细粒； 流变性 中图分类号 TD923文献标识码 Adoi10.3969/ j.issn.0253-6099.2019.05.013 文章编号 0253-6099201905-0049-04 Effect of Energy in Pulp-conditioning Process on Rheological Properties of Fine Scheelite Flotation Pulp LONG Tao, CHEN Wei School of Resources Engineering, Xi′an University of Architecture and Technology, Xi′an 710055, Shaanxi, China Abstract The interrelationships among the rheological properties, the flotation perance and the energy were investigated using rheological measurement and flotation tests for the slurry of scheelite, calcite, quartz and their artificial ore in the fine scheelite flotation system. It is demonstrated that fine scheelite and calcite pulps, exhibiting high apparent viscosity and yield stress, can result in complex rheological properties for the artificial ore flotation system. The flotation selectivity could be remarkably improved by adjusting the energy in the conditioning process. Key words flotation； agitation conditioning； fine particle； rheology 我国白钨矿资源储量丰富,约占钨总储量的 70％。 但白钨矿的高效浮选分离较困难,严重制约了 白钨资源的回收利用［1-2］。 影响白钨矿分选的重要原 因在于矿物粒度细、比表面积大［3-4］、矿浆流变性复 杂［5］,导致矿浆粘度高、矿物颗粒间团聚严重。 有研究表明矿浆的流变性受矿浆中主要脉石矿物 流变性的影响［6-7］。 在含金铜矿的浮选作业中,含钙 盐类矿物与粘土矿物在浮选药剂作用下,溶解产生的 钙离子与粘土矿物作用改变了粘土矿物的界面性质, 进而增大矿浆的表观粘度与屈服应力,导致矿浆中形 成了稳定的三维结构,阻碍了气泡的有效分散和浮选 药剂与目的矿物的选择性作用,导致铜矿浮选恶 化［8-9］。 本文通过研究调浆过程能量输入对微细粒白 钨浮选矿浆流变特性的影响,为微细粒白钨矿高效浮 选分离提供理论依据,对提高我国白钨矿资源利用率 具有一定的指导意义。 1 试验原料及试验方法 1.1 试验原料 白钨矿与方解石单矿物试样取自湖南郴州柿竹园 矿,石英单矿物试样取自湖南长沙市矿石粉厂,3 种试 样的化学多元素分析结果如表 1 所示。 表 1 单矿物化学成分分析结果质量分数 / 矿物种类WO3CaOSiO2MgOAl2O3Fe2O3 白钨矿75.7722.201.310.72 方解石55.101.230.38 石英99.100.240.66 ①收稿日期 2019-04-18 基金项目 国家自然科学基金青年基金51904221；中国博士后科学基金2018M640964, 2019T120884；陕西省科技厅自然科学基础研究 计划一般项目青年2019JQ-368；陕西省教育厅专项科研计划项目19JK0465；西安建筑科技大学第十四批大学生本科生 科研训练项目SSRT 作者简介 龙 涛1985-,男,湖南常德人,博士,讲师,主要研究方向为复杂矿物分选及资源综合利用。 通讯作者 陈 伟1992-,男,内蒙古巴彦淖尔人,博士,副教授,主要研究方向为矿浆流变学。 第 39 卷第 5 期 2019 年 10 月 矿矿 冶冶 工工 程程 MINING AND METALLURGICAL ENGINEERING Vol.39 №5 October 2019 ChaoXing 1.2 试验方法 1.2.1 矿浆流变性检测 采用 Anton Paar MCR102 旋转流变仪检测矿浆流 变性,浮选矿浆的搅拌在单独自制的搅拌桶中完 成［10］,使用有 4 块挡板的有机玻璃搅拌桶,配合使用 四叶直桨作为搅拌设备。 流变学测量主要包括剪切速 率-剪切应力测试控制剪切速率以及剪切应力-剪切 形变测试控制剪切应力。 测量的矿浆样品来自于 搅拌桶、浮选槽或通过矿物粉末与蒸馏水混合得到。 1.2.2 浮选试验 试验所用试剂海藻酸钠、油酸钠、盐酸、氢氧化钠 均为分析纯药剂；试验用水为去离子水。 单矿物浮选试验与人工混合矿浮选试验均在 XFG 型挂槽式浮选机中进行,浮选矿浆温度 252 ℃。 浮选给矿通过向浮选槽中添加计算好质量的试样或者 向浮选槽中转移计算好体积的矿浆经过调浆处理 实现,浮选槽内依次加入 pH 调整剂、抑制剂、捕收剂, 每种药剂的作用时间为 3 min。 采用手工刮泡方式,每 隔 15 s 刮泡 1 次,浮选时间控制在 6 min。 刮泡完毕 后,分别收集精矿泡沫产品与尾矿槽内产品并烘 干、称重。 对于单矿物浮选试验计算浮选精矿产率,以 精矿产率代表回收率；人工混合矿浮选试验计算各产 品产率,并化验钨元素品位,进而计算白钨矿回收率。 2 矿浆流变性分析 2.1 矿浆流变性与质量浓度的关系 以去离子水为介质,以-10 μm 微细粒级白钨矿、 方解石、石英颗粒为固体分散相,配制不同质量浓度下 的矿物悬浮液,以 HCl 或 NaOH 为 pH 调整剂,测定了 各种固体悬浮液在 pH＝8.5～9.0 下的表观粘度剪切 速率 160 s -1 与屈服应力,结果如图 1 所示。 以上述 3 种矿物悬浮液的流变性检测结果为基 础,结合工业流体流变学理论与流体性质,可以认为, 表观粘度低且屈服应力基本不存在的微细粒石英悬浮 液为简单堆砌型流体,流体中颗粒间基本上不存在相 互作用,颗粒之间处于良好的分散状态；微细粒方解石 悬浮液中颗粒之间的相互吸引作用强烈,在悬浮液中 形成较强的网络状结构,悬浮液剪切破坏时表观粘度 较大,颗粒间的内摩擦作用强烈；微细粒白钨矿悬浮液 中也存在网络状结构,但是强度较弱,在剪切破坏时表 观粘度较小。 2.2 搅拌调浆能量输入对矿浆流变性的影响 2.2.1 疏水体系 固体浓度 28.57％,捕收剂油酸钠用量 150 mg/ L, 以 HCl 或 NaOH 为 pH 调整剂,控制 pH＝ 8.5～9.0,测 定了疏水体系中搅拌过程能量输入对微细粒矿物悬浮 液流变性的影响,结果如图 2 所示。 质量浓度/ 100 80 60 40 20 00 10203040 表观粘度/mPa s 白钨矿 方解石 石英 ■ ● ▲ 质量浓度/ 10 1 0.1 0.010 10203040 屈服应力/Pa 白钨矿 方解石 石英 ■ ● ▲ 图 1 矿物悬浮液矿浆流变性与质量浓度的关系 能量输入/kJ m-3 100 80 60 40 20 00 5101520 表观粘度/mPa s 白钨矿 方解石 石英 ■ ● ▲ 能量输入/kJ m-3 10 1 0.1 0.010 5101520 屈服应力/Pa 白钨矿 方解石 石英 ■ ● ▲ 图 2 疏水体系中搅拌过程能量输入对微细粒矿物悬浮液流变 性的影响 捕收剂油酸钠通过在白钨矿或方解石表面吸附, 增大其矿物表面疏水性。 在疏水体系中,随着能量输 入增大,悬浮液中的微细粒矿物颗粒可以形成聚团,并 呈现出较大的悬浮液表观粘度与屈服应力。 悬浮液表 观粘度越大,表明颗粒之间、颗粒聚团之间的疏水缔合 05矿 冶 工 程第 39 卷 ChaoXing 作用越强,形成的悬浮液的三维网络状结构强度越大, 表现为由静止到破坏过程中需要的屈服应力越大。 由 图 2 可知,随着能量输入增大,微细粒方解石、白钨矿 悬浮液的表观粘度与屈服应力均增大,而微细粒石英 悬浮液的表观粘度与屈服应力降低。 表观粘度与屈服 应力的变化趋势表明,随着悬浮液中表面疏水化颗粒 逐渐形成大量的颗粒聚团,悬浮液总体表观粘度增大, 屈服应力也增大,在悬浮液中形成了强度较大的网络 状空间结构。 2.2.2 亲水体系 固体浓度 28.57％,抑制剂海藻酸钠用量 150 mg/ L, 以 HCl 或 NaOH 为 pH 调整剂,控制 pH＝ 8.5～9.0,测 定了亲水体系中搅拌过程能量输入对微细粒矿物悬浮 液流变性的影响,结果如图 3 所示。 能量输入/kJ m-3 50 40 30 20 10 00 36912 表观粘度/mPa s 白钨矿 方解石 石英 ■ ● ▲ 白钨矿 方解石 石英 ■ ● ▲ 能量输入/kJ m-3 10 1 0.1 0.010 36912 屈服应力/Pa 图 3 亲水体系中搅拌过程能量输入对微细粒矿物悬浮液流变 性的影响 随着能量输入增大,亲水体系中 3 种矿物的表观 粘度与屈服应力显现出不同的变化趋势。 随着搅拌过 程能量输入增大,微细粒白钨矿悬浮液的表观粘度与 屈服应力均增大,表明海藻酸钠的增稠剂作用增强；对 方解石来说,搅拌过程能量输入的增大使得海藻酸钠 分散剂的效果增强,因而悬浮液的表观粘度与屈服应 力均降低；对石英来说,由于石英悬浮液本身的表观粘 度与屈服应力均很低,且海藻酸钠与石英不存在相互 作用,因此搅拌调浆过程能量输入增大时,其悬浮液的 表观粘度与屈服应力均无明显变化。 2.2.3 浮选体系 由前文可知,使用海藻酸钠与油酸钠组合可以使微 细粒的白钨矿与微细粒的方解石与石英形成较为明显 的表面性质差异与聚团行为差异,因而也将影响到微细 粒浮选作业中矿物悬浮液的结构。 固体浓度 28.57％, 海藻酸钠浓度 200 mg/ L、油酸钠浓度 150 mg/ L,以 NaOH 或 HCl 作为 pH 调整剂,控制 pH ＝ 8.5～9.0,测 定了浮选条件下搅拌过程能量输入对微细粒矿物悬浮 液的流变性,结果如图 4 所示。 能量输入/kJ m-3 50 40 30 20 10 00 6121824 表观粘度/mPa s 白钨矿 方解石 石英 ■ ● ▲ 白钨矿 方解石 石英 ■ ● ▲ 能量输入/kJ m-3 10 1 0.1 0.010 6121824 屈服应力/Pa 图 4 浮选体系中搅拌过程能量输入对微细粒矿物悬浮液流变 性的影响 由图 4 可知,在海藻酸钠与油酸钠的共同作用下, 随着搅拌调浆过程能量输入增大,药剂对矿物悬浮液 流变性的选择性改变作用更加明显,但是当搅拌调浆 过程能量输入增大过多时,药剂的选择性下降。 对微 细粒白钨矿悬浮液来说,随着搅拌调浆过程能量输入 增大,悬浮液中固体颗粒群的聚团度随之增大,颗粒间 的相互作用增强,最终表现为悬浮液的表观粘度与屈 服应力增大。 当能量输入超过12.55 kJ/ m3时,悬浮液 的表观粘度不再继续上升,而是保持在 27.0 mPas 附近,屈服应力也保持在 2.0 Pa 附近,形成了以疏水 性白钨矿颗粒聚团结构为主体的、具有网络状结构的 悬浮液。 对微细粒方解石悬浮液而言,由于其本身的 表观粘度与屈服应力均较高,悬浮液中存在较强的网 络状结构,随着搅拌调浆过程能量输入增大,海藻酸钠 对微细粒方解石悬浮液中方解石颗粒的分散效果增 15第 5 期龙 涛等 调浆过程能量输入对微细粒白钨浮选矿浆流变特性的影响研究 ChaoXing 强,并且可以阻止油酸钠在方解石颗粒表面的吸附,进 而阻碍疏水性方解石颗粒聚团的形成,因此其表观粘 度与屈服应力均呈下降趋势,形成了以亲水性方解石 分散颗粒为主体的、具有一定强度的网络状结构的悬 浮液。 在能量输入过大时,由于药剂选择性变差,有部 分方解石颗粒与油酸钠发生作用,形成了颗粒聚团,表 现为聚团度增大,表观粘度、屈服应力增大,形成以疏 水性方解石颗粒聚团为结构的悬浮液。 而对于微细粒 石英悬浮液来说,由于其与海藻酸钠和油酸钠不发生 作用,因而其悬浮液的表观粘度与屈服应力均保持在 很低的水平,表明在悬浮液中不会形成任何形式的颗 粒聚团结构,以简单堆砌型结构为主。 3 浮选试验结果 3.1 颗粒聚团屈服应力与可浮性 固体浓度 28.57％,捕收剂油酸钠用量 150 mg/ L, 以 NaOH 或 HCl 作为 pH 调整剂,控制矿浆 pH＝8.5～ 9.0,改变搅拌调浆过程的能量输入,研究了微细粒白 钨矿、方解石、石英的浮选行为,结果如图 5 所示。 能量输入/kJ m-3 100 80 60 40 20 00 639121518 回收率/ 白钨矿 方解石 石英 ■ ● ▲ 图 5 搅拌调浆过程能量输入对微细粒矿物可浮性的影响 由图 5 可知,通过增大搅拌调浆过程能量输入,微 细粒白钨矿回收率得到了明显改善,而微细粒方解石 与石英回收率也明显增大。 对微细粒方解石来说,其 具有与白钨矿相似的可浮性以及颗粒聚团变化趋势, 在矿浆中会形成类似的颗粒聚团结构。 对微细粒石英 来说,在较高的能量输入下,由于油酸钠溶液形成了丰 富的泡沫,导致大量的微细粒石英通过夹带而进入精 矿泡沫中；搅拌过程能量输入继续增大,微细粒石英回 收率进一步增大。 因此,通过调节搅拌过程能量输入, 可以改善微细粒白钨矿的可浮性。 3.2 矿浆流变性对人工混合矿浮选分离的影响 矿物粒径-10 μm,以白钨矿∶方解石 ∶石英质量比 4∶3∶3混合为三元人工混合矿,固体浓度 28.57％,抑制 剂海藻酸钠用量150 mg/ L、捕收剂油酸钠用量150 mg/ L, 以 NaOH 或 HCl 调节矿浆 pH＝ 8.5～9.0,搅拌调浆过 程能量输入对人工混合矿经浮选药剂作用前后矿浆屈 服应力的影响如图 6 所示。 能量输入/kJ m-3 4 3 2 1 00 639121518 屈服应力/Pa 不添加药剂 添加药剂 ■ ■ ■ ■ ■ ■ ● ● ● ● ● ● ■ ● 图 6 调浆过程能量输入对人工混合矿矿浆屈服应力的影响 由图 6 可知,对人工混合矿而言,随着调浆能量输 入增大,人工混合矿的屈服应力逐渐降低,但是总体保 持在较低水平,表明搅拌调浆可以破坏矿浆中的网络 状结构,促进矿浆中各种矿物颗粒的分散。 与不添加药剂相比,人工混合矿在浮选组合药剂 海藻酸钠油酸钠作用下矿浆的屈服应力显著增 大。 随着搅拌能量输入增大,混合矿矿浆屈服应力先 迅速降低,后基本保持平稳。 在搅拌过程能量输入较 小时,矿浆未能有效分散,屈服应力较大；随着搅拌过 程能量输入增大,矿浆中浮选药剂作用更加充分,由方 解石形成的网络状结构被持续不断的剪切破坏,最终 形成了接近于微细粒白钨矿颗粒聚团结构的屈服应力 的矿浆结构。 矿物粒径-10 μm,固体浓度 28.57％,pH＝8.5～9.0, 抑制剂海藻酸钠和捕收剂油酸钠用量均为 150 mg/ L, 人工混合矿浮选分离试验结果如图 7 所示。 屈服应力/Pa 100 80 60 40 20 0 100 80 60 40 20 0 1.62.42.02.83.23.64.0 白钨矿品位/ 白钨矿回收率/ 白钨矿品位 白钨矿回收率 ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ● ● ● ● ● ● ● 图 7 微细粒人工混合矿浮选试验结果 由图 7 可见,随着搅拌过程能量输入增大,浮选精 矿中白钨矿回收率逐渐增大,表明增大调浆强度,可以 增大捕收剂在微细粒白钨矿表面的有效吸附；而精矿 钨品位下降,一方面是在较大的湍流过程中方解石与 下转第 55 页 25矿 冶 工 程第 39 卷 ChaoXing -2 mm 试样进行磨矿,再按图 1 所示流程进行氧化焙 烧-氰化浸出,研究焙烧矿给矿粒度对浸出效果的影 响,结果见表 6。 由表 6 可知,焙烧作业给料粒度对浸 出率有一定影响,考虑到工业上原矿焙烧需采用干式 磨矿工艺,选择焙烧作业给料粒度为-0.074 mm 粒级 占 75％。 表 6 焙烧粒度试验结果 -0.074 mm 粒级含量/ ％浸渣金品位/ gt -1 金浸出率/ ％ 550.6285.73 650.6185.88 750.5986.39 850.6386.47 2.3.6 综合试验 采用氧化焙烧预处理-氰化浸出工艺,在焙烧给料 细度-0.074 mm 粒级占 75％、氧化气氛下焙烧 120 min,焙砂磨至-0.074 mm 粒级占 90％,在氰离子浓度 0.10％条件下浸出48 h,金浸出率达到86.39％,浸渣金 品位 0.59 g/ t。 该工艺不仅可提高金浸出率,而且实 现了产出全部为黄金产品。 3 结 语 1 中亚某矿属中度难处理金矿石,其主要特点是 嵌布粒度以微粒金、细粒金为主,赋存状态以包裹金为 主,主要载金矿物为黄铁矿和毒砂。 2 采用常规氰化浸出工艺,金浸出率仅 41.69％； 采用浮选-浮选尾矿氰化浸出工艺,浮选金回收率 69.06％,金总回收率78.37％。 常规氰化浸出工艺和浮 选-氰化联合工艺回收效果均不佳。 3 采用氧化焙烧预处理-氰化浸出工艺,在焙烧 给料细度-0.074 mm 粒级占 75％、氧化气氛下焙烧 120 min,焙砂磨至-0.074 mm 粒级占 90％,在氰离子 浓度 0.10％条件下浸出 48 h,金浸出率达到 86.39％,浸 渣金品位 0.59 g/ t。 参考文献 ［1］ GB/ T 328402016, 金矿石［S］. 2016. ［2］ YS/ T30042011, 金精矿［S］. 2011. ［3］ 李正要. 矿物化学预处理［M］. 北京冶金工业出版社, 2015. 引用本文 李建政，王军强. 中亚某难处理金矿选冶工艺研究［J］. 矿冶 工程， 2019，39（5）53-55. 上接第 52 页 油酸钠也发生了无选择性吸附行为,另一方面是在过 分剧烈的颗粒紊流中,由于搅拌而形成了大量的空化 气泡,造成了脉石矿物的大量夹杂。 4 结 论 1 通过搅拌调浆过程能量输入调控,可以改善捕 收剂油酸钠与抑制剂海藻酸钠在白钨矿、方解石、石英 3 种矿物表面吸附的选择性,进而改变矿物颗粒的表 面性质与颗粒聚团结构,实现 3 种微细粒悬浮液结构 的调节,使微细粒白钨矿颗粒群形成屈服应力较大的 颗粒聚团结构,使微细粒方解石、石英颗粒群形成屈服 应力低的、分散程度较好的悬浮液结构,为白钨矿的高 效分选提供较好的分离环境。 2 在白钨矿-方解石-石英人工混合矿体系中,通 过调节调浆搅拌过程能量输入,改变矿浆的屈服应力, 可以促进微细粒白钨矿形成疏水性颗粒聚团,同时增 强抑制剂海藻酸钠的选择性作用,提升富集比。 参考文献 ［1］ 王国生,黄海威,高玉德,等. 复杂难选含钨铁矿选矿工艺研究［J］. 矿冶工程, 2016,36250-53. ［2］ 董留洋,覃文庆,焦 芬,等. 阳离子-阴离子组合捕收剂浮选分离 白钨矿和方解石［J］. 矿冶工程, 2018,38461-64. ［3］ Mietta F, Chassagne C, Winterwerp J C. Shear-induced flocculation of a suspension of kaolinite as function of pH and salt concentration［J］. Journal of Colloid and Interface Science, 2009,3361134-141. ［4］ Zhou W, Chen H, Ou L, et al. Aggregation of ultra-fine scheelite particles induced by hydrodynamic cavitation［J］. International Jour- nal of Mineral Processing, 2016,157236-240. ［5］ Farrokhpay S. The importance of rheology in mineral flotation A re- view［J］. Minerals Engineering, 2012,36-38272-278. ［6］ Cruz N, Peng Y, Farrokhpay S, et al. Interactions of clay minerals in copper-gold flotation Part 1Rheological properties of clay mineral suspensions in the presence of flotation reagents［J］. Minerals Engi- neering, 2013,50-5130-37. ［7］ Cruz N, Peng Y, Elaine Wightman. Interactions of clay minerals in copper-gold flotation,Part 2Influence of some calciumbearing gangue minerals on the rheological behaviour［J］. International Journal of Mineral Processing, 2015,14151-60. ［8］ Cruz N, Peng Y, Wightman E, et al. The interaction of pH modifiers with kaolinite in copper-gold flotation［J］. Minerals Engineering, 2015,8427-33. ［9］ Cruz N, Peng Y, Wightman E, et al. The interaction of clay minerals with gypsum and its effects on copper-gold flotation［J］. Minerals En- gineering, 2015,77121-130. ［10］ Wei Chen, Qiming Feng, Guofan Zhang, et al. Effect of energy in- put on flocculation process and flotation perance of fine scheelite using sodium oleate［J］. Minerals Engineering, 2017,11227-35. 引用本文 龙 涛，陈 伟. 调浆过程能量输入对微细粒白钨浮选矿浆 流变特性的影响研究［J］. 矿冶工程， 2019，39（5）49-52. 55第 5 期李建政等 中亚某难处理金矿选冶工艺研究 ChaoXing