铜锌硫化矿浮选分离过程及动力学分析.pdf

第3 3 卷第2 期 2 0 1 3 年0 4 月 矿冶工程 ⅡN 町N GA N DM 匝T A L L U R G I C A LE N G 矾E E R 州G V 0 1 ．3 3 №2 A p r i l2 0 1 3 铜锌硫化矿浮选分离过程及动力学分析① 邱廷省1 ，邱仙辉1 ”，尹艳芬1 ，匡敬忠1 1 ．江西理工大学资源与环境工程学院，江西赣州3 4 1 0 0 0 ；2 ．北京科技大学土木与环境工程学院，北京1 0 0 0 8 3 摘要通过纯矿物浮选动力学试验，研究了黄铜矿与闪锌矿在捕收剂Q P J D 2 体系中的浮选动力学行为。研究表明，黄铜矿、闪锌 矿在合适的矿浆体系中，浮选速度差异较明显，可以利用其浮选速度的差异结合流程结构优化实现铜锌高效分离。根据动力学研 究结果对江西某铜锌硫化矿石采用部分黄铜矿快速浮选、铜粗精矿再磨、铜精选尾矿选锌的工艺方案开展了试验研究，结果表明， 采用该分离技术，铜锌分离效果明显，获得了铜品位为2 6 ．7 4 ％、回收率为9 0 ．8 0 ％的铜精矿和锌品位为4 5 ．2 0 ％、回收率为8 1 ．5 7 ％ 的锌精矿。 关键词铜锌分离；动力学；快速浮选；硫化矿；捕收剂；黄铜矿；闪锌矿 中图分类号T D 9 2 3 文献标识码Ad o i l O ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．0 2 5 3 硼9 ．2 0 1 3 ．0 2 ．0 1 1 文章编号0 2 5 3 6 0 9 9 2 0 1 3 0 2 0 0 4 4 一0 4 P r o c e s sS t I 岫，锄d Ⅺ玳t i c sA n a l y s i sf o rF l o t a t i o nS e p a r a t i o n o fC h a l c o p y r i t ea I l dS p h a l e r i t e Q I UT i n g s h e n 9 1 ，Q I UX i a n - h u i l ’2 ，Y I NY a I l f e n l ，K U A N GJ i n g z h o n 9 1 1 ．＆‰Z 妒如o u r c e 口蒯踟i r o ，l 胱，抛ZE n g 妇洲增，胁，移i 跏姚邢妙妒＆抬凡c e 口以死以n o 幻g y ，能砒似3 4 1 0 0 0 ， 施，彬i ，现i m ；2 ．蹴D D Z 旷C 蒯Z 口以E 锄洳n 批砒以凸驴黜一昭，‰跏蚵矿＆诧耽e 口以死如加锄＆彬，l g ， 彬，l g 1 0 0 0 8 3 。饥汛8 A b s ；t 鞠d W i t hQ P 旬2a st I l ec o l l e c t o r ，n o t a t i o nk i n e t i c so fa r t i f i c i a lc h a l c o p y I i t ea n ds p h a l e r i t eh 蠲b e e ni n v e s t i g a t e d ． T h er e s u l ts h o w st l l a t ，i naw e U c o n d i t i o n e dp u l p ，t l l en o t a t i o no fc h a l c 叩徊t ei ss i 印i f i c a I l t l y ‰t e rt l I 锄t l l a t0 fs p 蹦e I i t e ， w h i c hc a nb eu t i l i z e di nc 0 0 r d i n a t i o nw i t } lt h eo p t i m i z a t i o no ff l o w s h e e ts t m c t u r et oa c t u a l i z et l l eC u ／Z ns e p 删t i o n ． B 船e do nt } I i ss t u d y ，t e c h n i q u e si n c l u d i n gp a r t i a ln 鹪hn o t a t i o no fc h a l c 叩y r i t e ，r e 鲥n d i n go fc o p p e rr o u g hc o n c e n 妇t e ， a n dZ n n o t 撕o n 舶mt a i l i n g so fC u c l e a n i n g ，w e r ea d o p t e dt 0n ℃a taC u Z ns u l f i d eo r ef 而mJ i a n 弘i ，a n dac 叩p e r c o n c e n t r a t e 埘t l lC u 伊a d eo f2 6 ．7 4 ％a n dr e c o v e r yo f9 0 ．8 0 ％，a n daz i n cc o n c e n t r a t e 访t l lZ ng r a d eo f4 5 ．2 0 ％a n d r e c o v e r yo f8 1 ．5 7 ％，c 吼b ep r e p a r e d ，s h o w i n gt h a tt h eC u ／Z ns e p a r 撕o ni s 幽c i e n tw i 也t h i st e c h n i q u e ． K e yw o r d s C u Z ns e p 锄t i o n ；n o t a t i o nk i n e t i c s ；n 嬲hn o t a t i o n ；s u l f i d eo r e ；c o Ⅱe c t o r ；c h a l c o p y 五t e ；s p h a l e r i t e 铜锌分离是目前选矿领域的难题之一，分离的难 易程度主要取决于铜矿石的状况，对于原生硫化铜矿 则铜锌分离相对较容易，对于次生硫化铜矿则分离较 困难。其原因主要是次生铜矿物会溶解在矿浆中，溶 解的铜离子会活化闪锌矿，被活化的闪锌矿与黄铜矿 具有相似的可浮性，使得铜锌难以分离- 。采用新药 剂强化对黄铜矿的捕收和闪锌矿的抑制以及选别工艺 流程及流程内部结构优化是铜锌浮选分离研究的重 点。利用黄铜矿与闪锌矿表面性质的差异，合成与配 制对黄铜矿捕收能力强、对闪锌矿捕收能力弱的高效 捕收剂是非常重要的途径。 黄铜矿捕收剂是国内外研究的重点，运用计算机 软件辅助分子设计和研究黄铜矿与黄铁矿高选择性捕 收剂【2 。3 1 越来越普遍。一系列高选择性捕收剂在黄铜 矿、黄铁矿的分选中发挥了重要作用H ‘8J 。铜锌分离 则主要偏重工艺流程的改进旧。1 1 | 。对黄铜矿、闪锌矿 的浮选动力学研究鲜见报道。本文通过对黄铜矿、闪 锌矿在新捕收剂Q P 旬2 体系下浮选动力学的研究，利 用黄铜矿与闪锌矿浮选特性的差异，制定一种新的浮 选流程，实现复杂铜锌硫化矿高效、清洁的分离。 1 试样及主要研究方法 1 ．1 试样 黄铜矿、闪锌矿单矿物试样取自江西、广东某矿 ①收稿日期2 0 1 2 ．1 0 1 3 基金项目国家自然科学基金资助项目 5 0 6 6 4 0 吆 ；福建省区域科技重大计划项目 2 0 1 0 I { 4 ∞6 ；江西省自然科学基金资助项目 2 0 嘲髭c 锄o 作者简介邱廷省 1 9 6 2 一 ，男，福建上杭人，教授，博士后，主要从事矿物加工和湿法冶金领域的教学科研工作。 万方数据 第2 期邱廷省等铜锌硫化矿浮选分离过程及动力学分析 山，经手工拣选，并研磨至一0 ．0 7 4m m 粒级占7 5 ％， 黄铜矿的纯度为9 5 ．6 3 ％，闪锌矿的纯度为9 3 ．6 5 ％。 实际矿石取自江西某铜锌矿山。矿石中主要金属 矿物有黄铜矿 C u F e S 、闪锌矿 Z I l s 、黄铁矿 F e S 及少量的方铅矿 P b S 和黑钨矿 M n ，F e W O 。；脉石 矿物主要以石英为主，还有少量绢云母、绿泥石、方解 石等。矿石的多元素分析结果见表1 。 裹1 原铜锌矿多元素分析结果I 质量分数 ／％ C uz nP bF eSM nC a M g 2 ．9 93 ．3 00 ．3 81 2 ．7 91 4 ．8 6O ．0 1 6O ．2 20 ．0 2 1 1 ．2 浮选试验 纯矿物试验在容积为5 0H 正的挂槽式浮选机中进 行，每次称取矿样5g ，用超声波清洗1 5l l l i n 。取出后 用蒸馏水清洗，静置5 ⅡI i n 后吸取上清液，反复3 次。 然后将单矿物移入浮选槽中进行试验。黄铜矿与闪锌 矿单矿物选取1 0 个不同的浮选点进行分批刮泡。各泡 沫产品经干燥后称重计算累积回收率。人工混合矿则 将泡沫产品及槽内产品分别干燥，化验，计算回收率。 1 ．3 浮选动力学模型 铜锌浮选动力学过程采用前人的4 种经典浮选动 力学模型2 。1 引进行分析，其表达式分别为 经典一级动力学模型 模型1 占 占。 1 一e 砘 一级矩形分布模型 模型2 占 占。【1 一吉 1 “缸 J 二级动力学模型 模型3 占。2 缸 占2 丌i 忑 二级矩形分布模型 模型4 82 占* 【1 - 亩h 1 眈 J 2 结果与讨论 2 ．1 捕收剂种类对闪锌矿和黄铜矿浮选过程的影响 进行了Q P 旬2 、Z ．2 0 0 、丁基黄药等3 种捕收剂对 闪锌矿和黄铜矿浮选过程的影响试验，结果如图1 所示。 从图l 可以看出，丁基黄药、Z - 2 0 0 、Q P 旬2 三种捕 收剂对闪锌矿的捕收能力相差较大，Q P 旬2 对闪锌矿 的捕收能力要小于丁基黄药和Z - 2 0 0 。三种捕收剂对 黄铜矿的捕收能力相当。虽然Q P 旬2 对闪锌矿的捕收 能力弱，但是在铜锌分选中仍须添加抑制剂。 零 ＼ 褥 擎 国 愫 m 匿 捕收剂浓度／ m g L 1 图1不同捕收剂下闪锌矿和黄铜矿的浮选行为 2 ．2 Q P 舵捕收剂体系中黄铜矿、闪锌矿的浮选动力学 在应用Q P 也的实践中，发现Q P 貌作捕收剂时， 黄铜矿与闪锌矿的浮选速度也存在大的差异，为考察黄 铜矿、闪锌矿在Q P 舵捕收剂体系中的浮选动力学行 为，进行了黄铜矿、闪锌矿的动力学浮选试验。Q P 旬2 用量为8 ．4 3m g ／L ，2 。油用量为2 0 叫L ，浮选机转速 为40 0 0r ／I I l i n ，矿浆浓度为1 0 ％，试验结果见表2 。 表2Q P 旬2 捕收剂体系中黄铜矿、闪锌矿的累积浮选回收率 浮选时间／8 累计回收率／％ 黄铜矿闪锌矿 从表2 可以看出，Q P 也对黄铜矿具有良好的捕 收作用，回收率能达到9 7 ．8 1 ％。同时在Q P 也捕收 剂浮选体系中，黄铜矿的浮选速度较快，当浮选时间为 1 0 0s 时，黄铜矿的浮选回收率达到了9 0 ．5 8 ％。在 Q P 旬2 捕收剂浮选体系中，闪锌矿的浮选速度较黄铜 万方数据 矿冶工程 第3 3 卷 矿慢，当浮选时间达到1 8 0s 时，闪锌矿的浮选累计回 收率为8 9 ．4 6 ％。 将黄铜矿与闪锌矿在Q P D 2 下得到的累积回收率 与浮选动力学模型进行拟合，拟合曲线见图2 ，黄铜矿 与闪锌矿的浮选速度差异试验结果见图3 。 l O O 9 0 誉8 0 锝7 0 娶6 0 三5 0 略4 0 墓3 0 瓤2 0 1 0 0 誉 ＼ 静 擎 国 去 礞 锰 皴 区 浮选时间／s 图2Q P _ 0 2 捕收剂体系中各模型拟合曲线 图3 黄铜矿与闪锌矿浮选速度差异 应用M A T L A B 拟合黄铜矿在Q P 旬2 捕收剂体系 中的浮选动力学模型，从图2 可以看出，其与模型2 拟 合度最高。得到方程为 s 9 9 ．9 8 2 7 【1 一打‰ 1 一e m l l l 4 ‘ 】 在Q P 也捕收剂体系中，闪锌矿的浮选行为与各 个模型的模拟情况都很好。从图2 可以看出，拟合最 佳的浮选动力学模型为模型1 。此时其方程为 s 9 8 ．6 7 4 8 1 一e 加。0 1 1 5 ‘1 从图3 可以看到，黄铜矿在Q P 旬2 作为捕收剂的 体系中浮选速度最快，与闪锌矿在Q P 舵体系中回收 率差值达到4 0 ．4 7 ％，而在以丁基黄药为捕收剂的浮 选体系中回收率相差较小。利用Q P 旬2 的这个特点， 可以为铜锌分选工艺的改进提供良好的捕收剂。 2 ．3 人工混合矿试验 从黄铜矿、闪锌矿的单矿物试验可以看出，利用它 们浮选速度的差异，可以实现黄铜矿的部分快速浮选。 为了考察黄铜矿、闪锌矿的分离情况，进行了黄铜矿、闪 锌矿人工混合矿试验，黄铜矿与闪锌矿质量比例为1 l ， 在自然p H 条件下，2 。油用量2 0m g ／L ，由于存在铜离子 对闪锌矿的活化作用，需添加组合抑制剂 N a 2 s O ， z n S O 。6 4 0 6 4 0m g ／L 。试验结果见图4 ～5 。 图4Q P _ 0 2 用量对人工混合矿的影响 享 ＼ 碍 擎 国 图5浮选时间对人工混合矿的影响 从图4 5 可以看出，人工混合矿浮选时，黄铜矿与 闪锌矿的试验结果均恶化，可能的情况是由于溶解的铜 离子造成闪锌矿的可浮性及浮选速度变好，可浮性好的 闪锌矿对黄铜矿造成干扰，黄铜矿的浮选指标均有所下 降。从闪锌矿与Q P 旬2 作用前后的红外光谱 图6 也 可以看出，减少捕收剂用量，同时缩短浮选时间，也可 以实现部分黄铜矿的快速浮选，当Q P 旬2 用量减少至 2m g ／L ，浮选时间减少至3 0s 时，仍然能够获得铜精 矿品位2 8 ．2 6 ％、含锌2 ．3 5 ％，回收率为3 2 ．0 3 ％的选 别指标。 ∞帅舯加∞蜘加如加m o ∞帅舯加砷鳓∞∞加m o 万方数据 第2 期 邱廷省等铜锌硫化矿浮选分离过程及动力学分析 4 7 2 ．4 Q P 旬2 与黄铜矿及闪锌矿作用的红外光谱分析 Q P 旬2 与黄铜矿及闪锌矿作用的红外光谱测试结 果如图6 ～7 所示。 波数／c 吖1 图6 闪锌矿与Q P d 0 2 作用前后光谱图 图7黄铜矿与Q P J 0 2 作用前后红外光谱图 从图6 ～7 可以看出，在黄铜矿与Q P 舵作用后， 出现了波数为l5 2 7c m ‘1 的吸收峰，l5 2 7c m 。1 为 C 岛伸缩振动的吸收峰，由此可知，黄铜矿表面的铜 离子与捕收剂Q P 旬2 发生了化学吸附，Q P 旬2 和黄铜 矿发生化学吸附的活性点是硫代羰基c _ s 。而闪锌 矿与Q P 北作用不强。这是捕收剂Q P 旬2 对黄铜矿、 闪锌矿具有选择性的原因。 2 ．5 实际矿石浮选试验 根据黄铜矿、闪锌矿的浮选动力学分析结果，利用 Q P 也捕收剂浮选黄铜矿速度快的特点，在适宜的矿 浆条件下可以实现部分黄铜矿优先浮选。因此，实际 铜锌矿石浮选分离试验方案和流程为采用Q P 旬2 作 为铜选择性捕收剂，先快速选出部分上浮速度快的黄 铜矿得到部分高质量铜精矿，再优先浮铜，铜粗精矿再 磨精选得到合格铜精矿，铜精选尾矿进人选锌流程，减 少中矿返回，经浮选得到合格的锌精矿。试验流程如 图8 所示，试验结果见表3 。 原矿 锌精矿 尾矿 图8 实际矿石的浮选流程 表3 铜锌矿石浮选分离闭路流程试验结果 从表3 可以看出，采用快速优先浮选工艺获得了 铜品位2 6 ．7 4 ％、回收率9 0 ．8 0 ％的铜精矿和锌品位 4 5 ．2 0 ％、回收率为8 1 ．5 7 ％的锌精矿。说明该矿石采 用部分铜快浮一铜粗精矿再磨再选工艺，无论是铜精矿 和锌精矿的品位还是回收率都取得了较好的指标。 3 结论 1 Q P 旬2 捕收剂体系中黄铜矿、闪锌矿在一定的 时间范围内浮选速度差明显。Q P 舵可以作为黄铜矿 捕收剂实现铜锌高效分离。 2 通过对黄铜矿、闪锌矿浮选动力学的研究，制 定了与其浮选性质相应的回收流程，避免不必要的细 磨、强抑制及强活化，实现了复杂铜锌硫化矿的清洁 分离。 3 充分利用矿物的浮选特性，合成新药剂和优化 选别流程，是实现难分离硫化矿回收的重要途径。 参考文献 [ 1 ]s r d j 蛐M ．B l l l a t o v i c ，H 蛐d b ∞ko fn o t a t i o nr 龃g e n t [ M ] ．E l s e v i e r S c i e n c e ＆‰h 呐l o 舒B ∞k 8 ，2 0 0 7 ． [ 2 ] 邵福国，王福良．黄铜矿和黄铁矿高选择性捕收剂计算机辅助分 子设计[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 1 0 2 4 1 4 3 ． [ 3 ] 孙伟，杨帆，胡岳华，等．前线轨道在黄铜矿捕收剂开发中的 应用[ J ] ．中国有色金属学报，2 0 0 9 8 1 5 2 4 一1 5 3 2 ． 下转第5 1 页 万方数据 第2 期黄保平高压浓密机在梅山尾矿浓缩中的应用 5 l g ／‘干矿为宜。 表9 溢流清水层高度试验 H R c _ 2 5m 高压浓密机的最大台时处理能力应不 小于1 2 0t ，并能达到5 5 ％的较高浓度。 3 ．4 经济效益 以年均处理湿尾矿9 0 万吨来计算，改造前后输出 浓度见表1 0 。 表1 0 湿尾矿年均输送浓度及总体积 经济效益计算如下 1 与改造前相比，减少了矿浆输送量，节约长江 原水补充 2 7 3 一1 6 5 1 0 8 万立方米 。 按1 形t 原水计算，节水1 0 8 万元。 2 与改造前相比，减小隔膜泵开车时间 1 0 8 1 0 4m 3 1 4 0m 3 ／h 77 1 4h S G M B l 4 0 ／7 隔膜泵流量 1 4 0m 3 ／h ，以隔膜泵生产实际负荷每小时1 1 0k w h 、 电单价0 ．7 3 形k 矾计算，年节约电费 77 1 4 1 1 0 0 ．7 3 6 1 ．9 4 万元 3 年消耗药剂量 改造前年均消药剂量 3 0 4 0 0 0 0 ／l0 0 0 0 0 0 1 2 t 冬天使用 改造后年均消药剂量 5 0 9 0 0 0 0 ／10 0 0 0 0 0 4 5 t 全年使用 按梅山自产絮凝剂1 76 0 0 形t 计算，与改造前相 比，年药剂消耗费用 4 5 1 2 1 76 0 0 5 8 ．1 万元 4 与改造前相比，综合年经济效益为 1 0 8 6 1 ．9 4 5 8 ．1 1 1 1 ．8 4 万元 5 随着即将实施的尾矿高浓度长距离输送的投 产，可比效益会更大。 4 结语 H R C - 2 5m 高压浓密机在梅山选矿厂的应用，较 大地提高了梅山湿尾矿浓缩处理能力，改变了以前浓 缩能力不足的状况，显著地提高了浓密机底流浓度，并 获得了可观的经济效益，为即将实施的尾矿高浓度长 距离稳定输送创造了有利条件。 参考文献 [ 2 ] 长沙矿冶研究院．梅山尾矿高浓度浓缩与输送系统研究报告 [ R ] ．2 0 0 5 ． A 拉什顿，A s 沃德，R C 霍尔迪奇．固液两相过滤及分 离技术[ M ] ．朱企新，许莉，谭蔚，等译．北京化学工业出 版社，2 0 0 5 ． 上接第4 7 页 [ 4 ] 孙小俊，顾帼华，李建华，等．捕收剂c s u 3 1 对黄铜矿和黄铁矿浮 选的选择性作用[ J ] ．中南大学学报 自然科学版 ，2 0 l O 4 4 0 6 4 1 0 ． [ 5 ] 李建华，孙小俊．新型捕收剂D L Z 对黄铜矿和黄铁矿浮选的作用 机理研究[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 1 0 2 4 5 4 7 ． [ 6 ]G u 矾舒i “u ，H o n gz h o n g ，1 酶nD a i ．I n v e s t i g a t i o no ft h ee 任＆to fN 一 叫b s t i t u e n t so np e d b r n l a I l c eo ft h i o n o c a r b 枷a t e s 鹊s e l e c t i v ec o Ⅱe c t o r s f o rc o p p e rs u m d e sb ya bi n i t i oc a l c I l l a t i ∞s [ J ] ．M i n e r a l sE I l g i n e e r i n g ， 2 0 0 8 1 2 1 0 5 0 1 0 5 4 ． [ 7 ] 刘广义，钟宏，戴塔根．乙氧羰基硫代氨基甲酸酯弱碱性条件下 优先选铜[ J ] ．中国有色金属学报，2 0 0 6 1 6 1 1 0 8 1 1 1 3 ． [ 8 ]c h 舳d r a p r a b h aMN ，N a t a m j 柚KA ．s u 如c ec h e I I l i c a l 锄dn o t a t i o n b e h a v i o I l ro fc h a l c o p 巾t e ∞dp y T i t ei nt l l ep I e s e n c eo fA c i d i t h i o b a c i l l u s t h i 0 0 x i d ∞s [ J ] ．H y d m m e t a l l u E 盯，2 0 0 6 ，8 3 1 4 6 1 5 2 ． [ 9 ]罗仙平，付中元，陈华强，等．会理铜铅锌多金属硫化矿浮选新工 艺研究[ J ] ．金属矿山，2 0 0 8 8 4 5 5 0 ． [ 1 0 ]袁明华，普仓凤．多金属复杂铜矿铜锌硫分离浮选试验研究[ J ] ． 有色金属 选矿部分 ，2 0 0 8 1 1 3 ． [ 1 1 ] 马晶，任金菊，原连育．某难选多金属硫化矿浮选分离试验研 究[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 0 8 3 8 1 1 ． [ 1 2 ]罗仙平，何丽萍，周晓文，等．浮选动力学研究进展[ J ] ．金属矿 山，2 0 0 8 4 7 l 一7 4 ． [ 1 3 ] [ 1 4 ] 陶有俊，刘文礼，路迈西．细粒煤浮选数学模型的研究[ J ] ．中国 矿业大学学报，1 9 9 9 6 4 2 5 4 2 6 ． 陶有俊，路迈西，蔡璋，等．细粒煤浮选动力学特性研究[ J ] ． 中国矿业大学学报，2 0 0 3 6 6 9 4 6 9 7 ． 万方数据