湖南某铜铅混合精矿铜铅分离试验研究.pdf
湖南某铜铅混合精矿铜铅分离试验研究 ① 王道委1, 焦 芬1, 覃文庆1, 魏 茜1,2, 钟雪虎1 (1.中南大学 资源加工与生物工程学院,湖南 长沙 410083; 2.湖南有色金属研究院,湖南 长沙 410015) 摘 要 以腐植酸钠作浮选抑制剂,对湖南某铜铅锌多金属选矿厂生产的铜铅混合精矿进行了铜铅分离试验研究。 探究了矿浆酸 碱度、抑制剂用量、氧化剂用量和抑制剂与矿物的作用时间等因素对铜铅分离指标的影响。 闭路试验采用 1 次粗选、2 次扫选、3 次 精选流程,获得了铜品位 20.60%、含铅 8.46%、铜回收率 89.63%的铜精矿和铅品位 47.27%、含铜 2.03%、铅回收率 91.54%的铅精 矿,有效实现了铜铅分离。 关键词 浮选; 铜铅混合精矿; 铜铅分离; 腐植酸钠; 抑制剂; 铜精矿; 铅精矿; 黄铜矿; 方铅矿 中图分类号 TD923文献标识码 Adoi10.3969/ j.issn.0253-6099.2018.01.010 文章编号 0253-6099(2018)01-0046-04 Experimental Study on Flotation Separation of Copper-Lead Bulk Concentrate from Hunan WANG Dao-wei1, JIAO Fen1, QIN Wen-qing1, WEI Qian1,2, ZHONG Xue-hu1 (1.School of Minerals Processing and Bioengineering, Central South University, Changsha 410083, Hunan, China; 2.Hunan Nonferrous Metal Research Institute, Changsha 410015, Hunan, China) Abstract Flotation test for copper-lead bulk concentrate produced by a copper-lead-zinc polymetallic ore dressing plant in Hunan was conducted with sodium humate as a depressant to achieve Cu-Pb separation. Effects of pulp pH, depressant dosage, oxidant dosage and depressant-mineral reaction time on Cu-Pb separation efficiency were studied. Under the optimized parameters, Cu-Pb separation can be actualized. With a closed-circuit flowsheet consisting of one stage of roughing, two stages of scavenging and three stages of cleaning, a copper concentrate containing 20.60% Cu and 8.46% Pb with a copper recovery of 89.63% and a lead concentrate containing 47.27% Pb and 2.03% Cu with a lead recovery of 91.54% were obtained. Key words flotation; copper-lead bulk concentrate; Cu-Pb separation; sodium humate; depressant; copper concentrate; lead concentrate; chalcopyrite; galena 黄铜矿和方铅矿是两种非常重要的有色金属资 源,在国民经济的发展中具有重要作用。 在自然界的 一些硫化矿矿床中,铜矿物和铅矿物两者经常致密共 生,有着复杂的嵌布关系,再加上近年来铜铅资源日趋 呈现贫、细、杂的特点,造成了铜铅分离困难[1-2]。 由 于黄铜矿和方铅矿具有相似的可浮性,在浮选中通常 采用先混合浮选得到铜铅混合精矿然后铜铅分离的工 艺流程[3-5]。 由于环境保护、清洁生产的需要,铜铅分离中一些 传统的有毒无机抑制剂如亚硫酸盐、重铬酸盐、氰化物 等在工业生产中逐渐被限制使用,目前选矿工作者们 的研究热点主要集中在组合抑制剂和有机抑制剂方 面,如羧甲基纤维素、马铃薯淀粉、糊精、柠檬酸等,并 且取得了较好的选矿指标[6-7]。 腐植酸钠是一种有机 高分子聚合物,其结构中含有羧基、酚羟基、甲氧基等 众多的功能基团,具有离子交换、络合、表面活性等性 质和改变矿物表面亲疏水的能力[8-9],在矿物分选的 过程中有一定的应用。 本文针对湖南某铜铅锌选矿厂 的铜铅混合精矿,利用腐植酸钠作抑制剂,通过条件优 化试验,尝试对现场的铜铅混合精矿进行分离研究。 1 试样性质 试验所用矿样取自湖南某铜铅锌选厂的铜铅混合 精矿,对矿样进行了化学多元素和物相分析,结果如表 ①收稿日期 2017-08-06 基金项目 国家自然科学基金(51604302);中南大学研究生自主探索创新项目(2017zzts575) 作者简介 王道委(1991-),男,山东聊城人,硕士研究生,主要研究方向为矿物加工工程。 通讯作者 焦 芬(1983-),女,山西运城人,副教授,博士,主要研究方向为矿物加工工程。 第 38 卷第 1 期 2018 年 02 月 矿矿 冶冶 工工 程程 MINING AND METALLURGICAL ENGINEERING Vol.38 №1 February 2018 万方数据 1~3 所示。 从表 1 可知,铜铅混合精矿含铜 10.57%、含 铅 27.62%,铜铅品位较高。 由表 2 和表 3 可以看出,混 合精矿中铜和铅主要以硫化物形式存在,氧化率较低, 并伴有少量的硅酸盐等脉石矿物。 表 1 铜铅混合精矿化学多元素分析结果(质量分数) / % CuPbZnSFeSiO2MgOAl2O3 10.5727.626.7418.379.312.352.071.38 表 2 铜铅混合精矿铜物相分析结果 铜相态含量/ %分布率/ % 原生硫化铜9.7392.05 次生硫化铜0.444.16 结合氧化铜0.282.65 游离氧化铜0.121.44 总铜10.57100.00 表 3 铜铅混合精矿铅物相分析结果 铅相态含量/ %分布率/ % 硫化物24.9590.33 硫酸盐1.033.73 碳酸盐0.311.12 铅矾及其他1.334.82 总铅27.62100.00 2 试验方法 铜铅混合精矿中铅含量大于铜含量,根据浮选中 抑多浮少的原则,采用抑铅浮铜的工艺。 试验中用腐 植酸钠作方铅矿抑制剂、乙硫氨酯(Z200)作捕收剂、 硫酸作 pH 调整剂、2#油作起泡剂。 由于铜铅混合精矿中的残留药剂会对后续的铜铅 分离作业产生不利影响,所以先用活性炭(1 000 g/ t) 对混合精矿进行脱药处理以去除矿物表面残余的捕收 剂,防止细粒的方铅矿被夹带上浮,同时增强抑制剂的 作用效果。 试验中使用的设备为 XFD 型单槽浮选机,其中规 格 0.75 L 的用于铜铅分离的粗选和扫选作业,规格 0.5 L 的用于精选作业。 3 试验结果及分析 3.1 原则流程 前期的探索试验表明,当用腐植酸钠作抑制剂进 行铜铅分离时,矿浆酸碱度、腐植酸钠用量对铜铅分离 的效果有显著影响,同时矿物表面的氧化状态也会影 响腐植酸钠的抑制作用,而矿物表面的氧化可以通过 添加合适的氧化剂或者延长搅拌时间来实现。 本文在 确定了捕收剂和起泡剂用量的基础上,重点考察了矿 浆酸碱度、抑制剂用量、氧化剂用量、抑制剂作用时间 这 4 个因素对铜铅混合精矿分离的影响,从而得到最 佳的浮选条件,条件试验原则流程如图 1 所示。 铜铅混合精矿药剂单位g/t 活性炭 Z200 硫酸 高锰酸钾 腐植酸钠 2油 铜 粗选 铜精矿 1000 80 40 5 min 3 min 3 min 3 min 20 min 2 min 4 min 腐植酸钠 Z200 2油 铜 扫选 中矿铅精矿 50 30 10 min 3 min 2 min 3 min 图 1 条件试验原则流程 3.2 矿浆酸碱度试验 试验探究发现当矿浆中加入硫酸时,会增强腐植 酸钠的抑制作用,减少药剂用量。 在不添加氧化剂的 情况下,固定粗选腐植酸钠用量 800 g/ t,抑制剂作用 时间 20 min,按照图 1 所示流程对混合精矿进行铜铅 分离,考察了不同矿浆 pH 值条件下的选别指标,结果 如表 4 所示。 表 4 矿浆酸碱度试验结果 pH 值 产品 名称 产率 / % 品位/ %回收率/ % PbCuPbCu 铜精矿61.2715.1316.2433.7788.21 4.5 中矿19.0433.785.6423.439.52 铅精矿19.6959.671.3042.802.27 给矿100.0027.4511.28100.00100.00 铜精矿36.9613.2318.9118.3766.19 5.5 中矿17.8025.959.7517.3516.43 铅精矿45.2437.824.0664.2717.39 给矿100.0026.6210.56100.00100.00 铜精矿37.7022.2816.8330.1259.41 6.5 中矿19.3027.2110.3618.8318.72 铅精矿5724.984.1051.0521.88 给矿100.0027.8910.68100.00100.00 铜精矿34.0333.4815.0640.5246.42 7.5 中矿16.723.4713.0913.9419.80 铅精矿49.2725.997.5745.5433.78 给矿100.0028.1211.04100.00100.00 结果表明,当矿浆 pH 值在 5.5 时达到了较好的分 选效果,铜精矿中铜回收率和铅精矿中铅回收率均达 到了 60%以上。 pH 值太高或太低都对分选不利,尤 74第 1 期王道委等 湖南某铜铅混合精矿铜铅分离试验研究 万方数据 其是当 pH 值为 4.5 和 7.5 时,精矿产品中铜铅互含很 高,分离效果较差。 由此分析,矿浆酸碱度对腐植酸钠 的抑制作用有较大影响,加入适量的硫酸后可以有效 改善铜铅分离效果,其原因可能是硫酸根离子可以与 方铅矿发生反应形成硫酸铅薄膜层,腐植酸钠对这种 有亲水薄膜层覆盖的方铅矿有更强的抑制作用。 综合 考虑铜精矿和铅精矿品位及回收率,确定矿浆的 pH 值为 5.5 较适宜。 3.3 腐植酸钠用量试验 在矿浆 pH 值为 5.5, 抑制剂作用时间 20 min,不 加入高锰酸钾的情况下,按照图 1 所示流程考察了抑 制剂腐植酸钠用量对选别指标的影响,结果如表 5 所示。 表 5 腐植酸钠用量试验结果 腐植酸钠用量 / (gt -1 ) 产品 名称 产率 / % 品位/ %回收率/ % PbCuPbCu 铜精矿46.8518.0816.6631.0474.26 500 中矿14.4233.297.6417.5910.48 铅精矿38.7336.204.1451.3815.26 给矿100.0027.299.84100.00100.00 铜精矿37.1414.1518.3819.1265.89 800 中矿17.0824.7110.1515.3616.74 铅精矿45.7839.333.9365.5217.37 给矿100.0027.4810.36100.00100.00 铜精矿25.3211.9323.7310.9356.68 1 100 中矿14.4314.4615.667.5521.32 铅精矿60.2537.413.8781.5222.00 给矿100.0027.6510.60100.00100.00 铜精矿20.478.4926.566.2450.58 1 400 中矿11.7612.1914.115.1515.44 铅精矿67.7736.405.3988.6133.98 给矿100.0027.8410.75100.00100.00 结果表明,随着腐植酸钠用量增加,铜精矿中铅含 量明显降低,铅精矿中铅回收率不断升高,同时还发现 腐植酸钠对黄铜矿具有一定的抑制效果,尤其是在腐 植酸钠用量增大时,铜精矿中铜回收率也有一定程度 下降。 综合考虑,粗选时腐植酸钠用量确定为 800 g/ t。 腐植酸钠作为一种大分子有机聚合物,其结构中含有 羧基、酚羟基等亲水性基团,同时腐植酸钠与铅离子有 较强的凝聚能力,它可以通过吸附作用,与方铅矿表面 金属离子络合,从而在方铅矿表面形成亲水性包裹 层[10],达到抑制方铅矿的效果。 3.4 高锰酸钾用量试验 高锰酸钾是一种强氧化剂,可有效促进矿物表面 发生氧化。 矿浆 pH 值为 5.5,按照图 1 所示流程,考 察了腐植酸钠作抑制剂时高锰酸钾用量对分离效果的 影响,结果如表 6 所示。 表 6 高锰酸钾粗选用量试验结果 高锰酸钾用量 / (gt -1 ) 产品 名称 产率 / % 品位/ %回收率/ % PbCuPbCu 铜精矿37.4513.7218.3018.7167.12 0 中矿18.3024.538.9216.3515.98 铅精矿44.2540.303.9064.9416.90 给矿100.0027.4610.21100.00100.00 铜精矿34.1014.3618.9518.0362.43 80 中矿15.6019.1911.2511.0216.96 铅精矿50.3038.314.2470.9520.61 给矿100.0027.1610.35100.00100.00 铜精矿25.3817.1121.7715.7853.54 160 中矿14.2517.7113.229.1718.26 铅精矿60.3734.214.8275.0528.20 给矿100.0027.5210.32100.00100.00 铜精矿19.7818.8122.7213.6042.24 240 中矿10.9816.8423.566.7624.31 铅精矿69.2431.475.1479.6433.45 给矿100.0027.3610.64100.00100.00 由结果可以看出,高锰酸钾可以加强腐植酸钠对 方铅矿的抑制效果,随着高锰酸钾用量增加,铅精矿中 铅回收率有明显提高。 另一方面,高锰酸钾对黄铜矿 有抑制作用,可以看出高锰酸钾使更多的铜损失在铅 精矿中,铜精矿中铜回收率不断降低,由此分析,在抑 铅浮铜过程中,不宜添加高锰酸钾作为氧化剂。 3.5 抑制剂作用时间试验 加强矿浆的搅拌是促进矿物表面发生氧化的另一 种方法。 矿浆 pH 值为 5.5,按照图 1 所示流程,考察 了不加入氧化剂情况下抑制剂作用时间对铜铅分离效 果的影响,结果如表 7 所示。 表 7 抑制剂作用时间试验结果 作用时间 / min 产品 名称 产率 / % 品位/ %回收率/ % PbCuPbCu 铜精矿61.2528.7813.8964.6780.72 5 中矿12.2731.578.8614.2110.31 铅精矿26.4821.743.5721.128.97 给矿100.0027.2610.54100.00100.00 铜精矿48.7623.6415.1942.1971.36 10 中矿15.4329.2710.8216.5316.08 铅精矿35.8131.493.6441.2812.56 给矿100.0027.3210.38100.00100.00 铜精矿37.8413.6017.9618.7665.65 20 中矿16.0324.8611.3314.5317.55 铅精矿46.1339.673.7766.7116.80 给矿100.0027.4310.35100.00100.00 铜精矿32.9414.9419.7718.0461.32 30 中矿15.7822.5612.8113.0519.03 铅精矿51.2836.664.0768.9119.65 给矿100.0027.2810.62100.00100.00 试验结果表明,作用时间较短时,腐植酸钠对方铅 矿的抑制作用很弱,无法实现铜铅分离;延长抑制剂与 84矿 冶 工 程第 38 卷 万方数据 矿物的作用时间,浮选指标有了很大改善,当作用时间 为 20 min 时,铜、铅回收率均达到了 60%以上,继续增 加搅拌时间对铜铅分离效果的提高没有太大影响。 综 合考虑各项指标,确定抑制剂的作用时间为 20 min。 方铅矿表面的适当氧化可以促进腐植酸钠的抑制 效果,其原因可能是方铅矿表面的氧化产物(铅的多 硫化物、氢氧化物甚至硫酸铅)增加了抑制剂在方铅 矿表面的吸附位点[11],从而加强了对方铅矿的抑制作 用。 试验证明,通过加入氧化剂高锰酸钾和延长搅拌 时间均可达到促进方铅矿表面氧化以提高回收率的目 的,但由于高锰酸钾不利于铜矿物上浮,最终确定通过 控制抑制剂与矿物的作用时间来达到一个较理想的 指标。 3.6 闭路试验 在条件试验基础上进行了铜铅混合精矿铜铅分离 闭路试验,试验流程见图 2,结果见表 8。 铜铅混合精矿药剂单位g/t 活性炭 Z200 硫酸 腐植酸钠 2油 1000 80 3650 800 40 5 min 3 min 3 min 20 min 2 min 腐植酸钠 Z200 2油 400 50 30 10 min 3 min 2 min 腐植酸钠 Z200 2油 400 25 15 5 min 3 min 2 min 腐植酸钠 4005 min 腐植酸钠 3005 min 粗 选 扫选 1 铅精矿 扫选 2 精选 2 精选 1 4 min 3 min 3 min 3 min 3 min 腐植酸钠 2005 min 铜精矿 精选 3 2 min 图 2 闭路试验流程 表 8 闭路试验结果 产品 名称 产率 / % 品位/ %回收率/ % PbCuPbCu 铜精矿45.995.1320.608.4689.63 铅精矿54.0147.272.0391.5410.37 给矿100.0027.8910.57100.00100.00 闭路试验结果表明,以腐植酸钠作方铅矿的抑制 剂,通过硫酸调节矿浆 pH 值,延长抑制剂作用时间, 获得了铜品位 20.60%、含铅 8.46%、铜回收率 89.63%的 铜精矿和铅品位 47.27%、含铜 2.03%、铅回收率 91.54% 的铅精矿,有效实现了铜铅混合精矿的铜铅分离。 4 结 语 1) 针对铜含量和铅含量分别为 10.57%和 27.62% 的铜铅混合精矿,以腐植酸钠作抑制剂、硫酸调节矿浆 酸碱度至 5.5 左右,粗选抑制剂用量 800 g/ t,抑制剂与 矿物作用时间 20 min,可有效实现铜铅分离,获得了铜 品位 20.60%、含铅 8.46%、铜回收率 89.63%的铜精矿 和铅品位 47.27%、含铜 2.03%、铅回收率 91.54%的铅 精矿。 2) 我国有丰富的腐植酸资源,腐植酸钠作为一种 有机高分子聚合物,来源广泛、绿色环保、可生物降解, 可以替代部分传统的无机有毒抑制剂在铜铅分离中推 广应用,有助于推动矿山实现清洁生产。 参考文献 [1] 卜勇杰,刘润清,孙 伟,等. 新型组合抑制剂在低品位铜铅硫化 矿浮选分离中的应用[J]. 矿冶工程, 2013(5)50-52. 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