氧化铜矿浸出前高梯度磁选抛尾试验研究.pdf

第3 6 卷第1 期 2 0 1 6 年0 2 月 矿冶工程 M I N I N GA N DM E T A L L U R G I C A LE N G I N E E R I N G V 0 1 ．3 6N o l F e b r u a r y2 0 1 6 氧化铜矿浸出前高梯度磁选抛尾试验研究① 潘昊曼，谢建平，武海燕，刘新星 中南大学资源加工与生物工程学院，湖南长沙4 1 0 0 8 3 摘要为解决非洲某风化氧化铜矿目前直接采用加温搅拌浸出能耗高的问题，对该氧化铜矿的性质进行了综合分析，根据其磁 性差异，采用高梯度湿式强磁选机进行抛尾研究。试验结果表明，在矿浆浓度3 0 ％一4 0 ％、磁场强度1 ．6 5T 条件下，采用一粗两扫磁 选流程，对该铜矿细粒级有较好的富集作用，富集产率7 3 ％，铜回收率9 6 ％，不仅提高了搅拌浸出处理能力、降低了能耗、节约了成 本，同时保证了铜金属的回收率。 关键词氧化铜矿；强磁选；抛尾；高梯度磁选机 中图分类号T D 9 2 4文献标识码A d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．0 2 5 3 6 0 9 9 ．2 0 1 6 ．0 1 ．0 0 8 文章编号0 2 5 3 6 0 9 9 2 0 1 6 O 卜0 0 3 3 0 3 A p p l i c a t i o no fH i ．g hG r a d i e n tM a g n e t i cS e p a r a t o rf o rT a i l i n g sD i s c a r d i n g b e f o r eL e a c h i n go fW e a t h e r e dC o p p e rO x i d eO r e P A NH a o m i n ，X I EJ i a n p i n g ，W UH a l y a n ，L I UX i n - x i n g S c h o o lo fM i n e r a l sP r o c e s s i n ga n dB i o e n g i n e e r i n g ，C e n t r a lS o u t hU n i v e r s i t y ，C h a n g s h a4 1 0 0 8 3 ，H u n a n ，C h i n a A b s t r a c t T h ep r o p e r t yo faw e a t h e r e dc o p p e ro x i d eo r ef r o mA f r i c aw a gc o m p r e h e n s i v e l ya n a l y z e dt oc l a r i f yt h ep r o b l e m o fh i s he n e r g yc o n s u m p t i o nb yu s i n gh e a t i n ga g i t a t i o n l e a c h i n gm e t h o d ．H i g h g r a d i e n tw e tm a g n e t i cs e p a r a t o rw a s i n t r o d u c e df o rt a i l i n g sd i s c a r d i n ga c c o r d i n gt ot h ed i f f e r e n c ei nm a g n e t i cp r o p e r t y ．T h er e s u l t ss h o wt h a t ，w i t hp u l p d e n s i t yo f3 0 ％一4 0 ％，m a g n e t i cf i e l di n t e n s i t yo f 1 ．6 5T ，f i n ef r a c t i o no f t h i sc o p p e ro r ec a nb ee f f e c t i v e l ye n r i c h e d a d o p t i n gam a g n e t i cs e p a r a t i o nf l o w s h e e tc o m p r i s i n go n es t a g eo fr o u g h i n ga n dt w os t a g e so fs c a v e n 舀n g ，w i t hap r o c e s s y i e l da n dr e c o v e r yo f7 3 ％a n d9 6 ％，r e s p e c t i v e l y ．T h i so p t i m i z e df l o w s h e e tC a nn o to n l ye n s u r et h ec o p p e rr e c o v e r y ，b u t a l s oe n h a n c et h ec a p a c i t yo fa g i t a t i o nl e a c h i n ga n dr e d u c et h ee n e r g yc o n s u m p t i o na n dp r o c e s s i n gc o s t ． K e yw o r d s c o p p e ro x i d eo r e ；h i g h i n t e n s i t ym a g n e t i cs e p a r a t i o n ；t a i l i n g sd i s c a r d i n g ；h i g hg r a d i e n tm a g n e t i cs e p a r a t o r 非洲某风化氧化铜矿矿体大部分出露地表，露天 采场主要采出风化的氧化铜矿。目前采用加温搅浸 萃取．电积工艺，年产阴极铜1 ．9 万吨。但该工艺搅拌 加温能耗较高以致于整体成本高⋯。 如何提高产量以达到较高的经济效益已成为首要 任务心一] ，而该铜矿处理工艺受制于矿石结构复杂、矿 石种类较多、脉石含量较高等因素，处理量提升受到一 定制约。通过对矿石性质的研究，依据矿石磁性差异， 磁选能有效富集含铜磁性矿物的特性，本文引入了高 梯度湿式强磁选机。1 u 进行抛尾研究。 1 原矿性质 试验所用实际矿石取自非洲某风化的露天氧化铜 矿矿体。原矿有价元素为铜及微量的钴元素。为了查 明其矿物基本组成与性质及其嵌布，将原矿经过磨矿、 分级、冷镶制样，经M L A 检测矿物含量，结果见表1 。 表1 矿物M I _ A 分析结果 质量分数 ／％ 黄铜矿辉铜矿斑铜矿孔雀石假孔雀石含铜绿泥石铜钴硬锰矿 0 ．0 0 90 ．0 0 6O ．0 0 9O ．1 0 0 ．1 01 ．1 40 ．7 2 褐铁矿钾长石绿泥石水胆矾硅孔雀石含铜金云母含铜叶腊石 由表1 可见，矿石中铜的硫化物含量很少，主要为 辉铜矿、黄铜矿和斑铜矿，其含量均低于0 ．0 1 ％；矿石 中铜的氧化物种类很多，主要为孔雀石、假孑L 雀石、硅 ①收稿日期2 0 1 5 1 0 0 9 基金项目国家重点基础研究发展计划项目 “9 7 3 计划” 2 0 1 0 C B 6 3 0 9 0 1 ；国家自然科学基金项目 5 0 7 7 4 1 0 2 作者简介潘吴曼 1 9 8 9 一 ，男，湖南祁阳人，硕士研究生，主要研究方向为有色和黑色金属选矿、选矿尾矿处理、生物冶金。 通讯作者刘新星 1 9 5 5 一 ，女，湖南长沙人，教授，主要研究方向为有色和黑色金属选矿、选矿尾矿处理、生物冶金和生物信息学。 万方数据 矿冶工程 第3 6 卷 孔雀石以及少量水胆矾、赤铜矿；矿石中含有大量铁锰 氧化物，主要为褐铁矿、硬锰矿和铜钴硬锰矿；主要脉 石为金云母、含铜金云母、石英、粘土、含铜叶腊石、含 铜绿泥石以及长石等。 矿物多元素分析结果见表2 。从表2 可见，原矿 铜品位1 ．3 0 4 ％，铁元素含量较高，K 、M g 、S i 、A 1 含量与 矿物x 射线衍射结果所示主要矿物含量峰相符，其中 矿物含有微量的A g 。较高的S i 、M g 、灿、C a 、B a 元素含 量也是搅拌浸出酸耗高的主要因素之一1 。 表2 矿石主要元素分析结果 质量分数 ／％ 由于铁元素含量较高，载铜矿物具有弱磁性，较高 含量的石英、长石等脉石矿物为非磁性矿物，磁选进入 非磁性产品区域㈦1 1 ] 。磁选为矿石选别富集、尾矿抛 除提供了极大的可行性。 2 试验研究 实际矿石试验矿样经混匀、缩分至每袋5 0 0g 。每 次试验用样为5 0 0g 。 2 ．1 磁性产品分布试验 为考察不同场强中磁性产品的种类及分布，对矿 石进行了梯度试验2 I 。磁性产品随场强分布结果见 表3 。 表3 磁性产品与磁场的关系 由表3 可见，铜钴硬锰矿磁性较强，其磁性分选 范围在6 0 0m T ；孔雀石、假孔雀石的磁性分选范围为 6 0 0 - 8 0 0m T ；硅孔雀石磁性较弱，大多在场强10 0 0 12 0 0m T 才能进入磁性产品；辉铜矿、黄铜矿、赤铜矿 等属于非磁性矿物，即较高磁场磁选后，非磁产品中铜 主要来自于辉铜矿、黄铜矿、赤铜矿和极少量硅孔雀 石。试验结果表明，根据矿物磁性差异进行分选，可在 强磁选尾矿中得到较大部分的脉石矿物及含铜量较低 的载铜矿物‘5 例。 2 ．2 矿石筛析试验 为提高磁选效率，考察矿石粒度组成与分布，对矿 石进行了筛析，结果见表4 。 表4 原矿粒度组成 由表4 可见，原矿粒度及铜分布不均匀，一0 ．0 8n l n l 粒级产率6 3 ．4 1 ％，铜含量较高。且该粒级矿石解离度 较好，结合磁场梯度匹配的相关特性，磁选机在分选粒 度匹配的粒级时效果较为明显p ’“1 。仅针对该粒级产 品进行强磁选试验，磁选机作用效率高。分级易于操 作与实现，且未增加磨矿作业，节约了成本。经一段分 级后磁选，可提高效率。 2 - 3 磁选条件试验 为确定最佳磁场强度，进行了不同磁场强度下的 磁粗选试验，结果见图1 。 图1 磁场强度试验结果 由图1 可见，磁感应强度较低时，精矿产率与回收 率均相对较低，随磁感应强度增加，精矿产率及回收率 均随磁感应强度升高而提高，且在磁感应强度超过 1 ．4T 后升高速率较为明显，在1 ．6 5T 时，精矿产率与 万方数据 第1 期 潘吴曼等氧化铜矿浸出前高梯度磁选抛尾试验研究 铜回收率都达到最大值。但因试验所选高梯度湿式强 磁选机的设计磁感应强度最大值已达到，这里选定磁 感应强度为1 ．6 5T 进行磁选试验。 为确定最佳磁选矿浆浓度，在磁场强度1 ．6 5T 时， 对不同浓度下的矿石进行了强磁选试验，结果见图2 。 图2 不同矿浆浓度磁选试验结果 由图2 可见，精矿产率与精矿铜回收率变化趋势 相同，矿浆浓度在3 0 ％以下，产率与铜回收率随矿浆 浓度升高而增加；矿浆浓度在3 0 ％一4 0 ％时，精矿产率 与铜回收率较高；当矿浆浓度超过4 0 ％时，产率与回 收率均随浓度增加而下降。其原因在于，较低的矿浆 浓度下，矿浆流易冲走已吸附于铁磁质钢毛丝上的弱 磁性颗粒，导致产率较低；而较高浓度下，在弱磁性颗 粒还未接触磁极时，较浓的矿浆已通过磁场区域，导致 产率及回收率较低。同时较浓的矿浆浓度易使磁选机 阻塞，不利于磁选继续进行”1 2 - 1 4J ，故选定矿浆浓度为 3 0 ％一4 0 ％。 2 ．4 磁选试验 由条件试验确定磁场强度为1 ．6 5T ，矿浆浓度为 3 0 ％一4 0 ％，在高梯度湿式强磁选机中进行磁选试验， 试验流程如图3 所示。经重复实验后，分级结果见表 5 ，磁选结果见表6 。 糟矿尾矿 图3 矿石分级- 磁选流程 表5 分级结果 名称产率／％铜品位／％铜回收率／％ 由表6 可见，一0 ．0 8m m 粒级矿石经一粗两扫强磁 选，精矿产率3 1 ．6 6 ％，铜品位2 ．4 6 8 ％，尾矿产率2 7 ．6 ％， 尾矿品位0 ．1 5 4 ％，一0 ．0 8m n l 粒级尾矿品位远低于边 界品位。抛除该粒级尾矿理论上可提升2 7 ．6 ％的处理 能力，同时精矿加上 0 ．0 8n l l n 粒级的矿物回收率可达 到9 6 ．7 4 ％。从而大幅提高了搅拌浸出的处理量，节约 了加温搅拌能耗，降低了生产成本，提高了经济效益。 3 结语 1 非洲某风化氧化铜矿具有矿物组成和矿石结 构复杂、载铜矿物多等特点。为提高现场矿石处理能 力，降低搅拌浸出加温能耗，综合分析矿石性质、现场 工艺流程和条件，采用分级．磁选工艺进行抛尾，可有 效提高加温搅拌浸出能力，降低生产成本。 2 采用高梯度湿式强磁选机，在磁场强度1 ．6 5T 、 矿浆浓度3 0 ％～4 0 ％条件下，经分级- 磁选工艺，抛除 一0 ．0 8m m 粒级尾矿量2 7 ．6 0 ％，尾矿品位为0 ．1 5 4 ％， 总铜回收率9 6 ．7 4 ％。该工艺具有工艺简便、抛尾效果 明显、未增加磨矿成本等优点。 3 在试验中发现有部分粗粒级不易粉化，且该部 分矿石大多为大颗粒石英、长石等，部分大颗粒硬度较 高不易磨碎，现场可考虑将该部分矿石置人堆浸工艺。 参考文献 [ 1 ] 傅建华，邱冠周，柳建社，等．细菌浸出氧化- 硫化混合铜矿的研究 [ J ] ．矿冶工程，2 0 0 3 ，2 3 4 3 0 3 4 ． [ 2 ]张华，鹿爱莉，胡德文，等．中国铜矿资源实施全球化战略研究 [ J ] ．中国矿业，2 0 0 3 ，1 2 7 4 9 ． [ 3 ] 姜忠尽．非洲“铜带”铜钻工业地域综合体初步研究[ J ] ．热带地 理，1 9 9 8 ，1 8 1 8 8 9 3 ． [ 4 ]王威，李以科，封宁．全球铜矿资源格局分析[ J ] ．资源与产 业，2 0 1 3 ，1 5 5 2 7 ． [ 5 ] 王淀佐，邱冠周，胡岳华．资源加工学[ M ] ．北京科学出版社， 2 0 0 5 ． [ 6 ] 胡为柏．浮选[ M ] ．北京冶金工业出版社，1 9 8 3 ． [ 7 ] 张凤华，宋宝旭．复杂难选氧化铜矿高效利用工艺研究[ J ] ．矿冶 工程，2 0 1 4 6 2 6 2 8 ． [ 8 ] 乔吉波，王少东，简胜，等．澳大利亚某含硫铁铜矿的选矿工艺 研究[ J 1 ．矿冶工程，2 0 1 4 2 4 6 4 9 ． 下转第4 0 页 万方数据 矿冶工程 第3 6 卷 从图6 可以看出，两者在自然降解过程中的紫外 扫描图是不同的。自然降解时，在波长2 1 0 4 0 0n m 之间可以观察到乙基黄药的特征吸收峰2 2 6 ，3 0 1l l m ， 且特征峰强度随时间延长而降低。经硫化矿吸附作用 后，在波长3 0 1a m 处的特征峰强度与前者的情况一 致，均随时间延长而降低，且峰值能完全消失，但并未 出现2 2 6n m 波长处的特征吸收峰。文献[ 1 9 ] 认为离 子媒介影响2 2 6n m 波长处的特征峰变化，产生这种现 象的原因是硫化矿的吸附作用。 无论是自来水中还是矿石吸附后，在2 1 8n m 波长 处，均未出现短暂吸收峰，说明从整个自然降解试验中 未观察到双黄药等的特征峰。在2 1 0n m 波长左右形 成鲜明对比，另外在2 1 0n m 之前的溶剂吸收峰正在迅 速增加，之后缓慢降低。由此推断在2 0 0 2 1 0n m 波 长处形成某种吸收峰9 | ，特征产物可能是C S 。在自 然降解过程中，3 4 4 ，3 4 5a m 处均产生了峰值，说明降 解过程中产生了过黄药，但之后随时间延长过黄药消 失。通过对自然降解机理的初步探讨认为，过黄药是 自然降解过程中唯一的中间降解产物，但不是最终降 解产物。此外很可能在自然降解过程中产生了C S 。 4 结论 1 在试验条件下，水质基本对乙基黄药的自然降 解没有影响。不同浓度的乙基黄药自然降解速率差别 较大，乙基黄药浓度越高，降解完全所需时间越长；反 之，浓度较低，降解完全所用时间少。试验条件下乙基 黄药的自然降解符合一级动力学。 2 硫化矿作用明显促进黄药的降解水溶液中， 浓度2 7m g ／L 的乙基黄药自然降解时，前8d 降解率 为1 8 ．4 7 ％，第1 6d 降解率只有3 1 ．6 ％，第5 5d 降解率 仅5 5 ．1 ％；加入硫化矿后，7d 降解率为4 3 ．4 4 ％，1 5d 降解率达到7 3 ．1 6 ％，第2 2d 降解率高达9 5 ．3 9 ％。 3 硫化矿吸附作用后乙基黄药的自然降解仍符 合一级动力学，硫化矿作用对于乙基黄药的自然降解 影响显著吸附前黄药的降解速率为0 ．0 1 6 6 4 ，吸附作 用后黄药的降解速率为0 ．0 9 7 9 8 ；吸附作用使得半衰期 明显缩短，由4 1 ．6 6d 缩短到7 ．0 7d 。 参考文献 [ 1 ] P e a r s eMJ ．A no v e r v i e wo ft h eu s eo fc h e m i c a lr e a g e n t si nm i n e r a l p r o c e s s i n g [ J ] ．M i n e r a l sE n 百n e c r i n g ，2 0 0 5 1 8 1 3 9 1 4 9 ． [ 2 ] 姜毛，张覃，李龙江．黄药类捕收剂与载金黄铁矿的作用机理 研究[ J ] ．矿冶工程，2 0 1 5 3 4 4 4 7 ． [ 3 ] 付保军，陈建华．T i 0 2 光催化降解黄药试验研究[ J ] ．矿产保护与 利用，2 0 0 5 2 4 3 一“． [ 4 ] 赵永红，谢明辉，罗仙平．去除水中黄药的试验研究[ J ] ．金属矿 山，2 0 0 6 6 7 5 7 7 ． [ 5 ] 曾艳，唐琳，张明青．选矿废水中残留黄药处理技术及机理 研究进展[ J ] ．工业水处理，2 0 1 0 ，3 0 7 8 1 0 ． [ 6 ] 祁强，王秀艳，赵文辉，等．选矿废水处理技术研究进展[ J ] ．山 西化工，2 0 1 4 ，3 4 1 4 2 4 6 ． [ 7 ] P a r g aJR ，S h u H aSS ，C o r r i U o - 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