云母型含钒石煤浮选预富集工艺研究.pdf

第3 4 卷 2 0 1 4 年0 8 月 矿冶工程 M I N I N GA N DM 哐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 4 A u g u s t2 0 1 4 云母型含钒石煤浮选预富集工艺研究① 包申旭，张一敏，边颖 武汉理工大学资源与环境工程学院，湖北武汉4 3 0 0 7 0 摘要针对我国石煤提钒工艺普遍存在着矿石处理量大、酸耗高等问题，本文在对湖北某地云母型含钒石煤工艺矿物学研究的 基础上，进行了浮选预富集工艺研究，以提高后续提钒工艺的入料品位，降低了酸耗量和生产成本。本研究确定了“反浮选方解石一 正浮选含钒云母”的工艺流程，通过闭路试验得到了产率为5 1 ．3 5 ％，V 0 ，品位为1 ．1 5 ％，回收率为7 0 ．8 6 ％的钒精矿。 关键词含钒石煤；云母；浮选；预富集 中图分类号T D 9 2 3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 4 ．0 8 ．0 0 8 文章编号0 2 5 3 6 0 9 9 2 0 1 4 0 8 0 0 3 3 0 4 石煤是我国储量巨大的一种含钒资源，其中V O ， 的储量约为1 ．1 8 亿吨，是我国钒钛磁铁矿中钒储量的 6 ．7 倍1 ，因此从石煤中提取钒是我国钒资源开发利 用的重要方向。据统计，我国大部分石煤中钒的品位 在0 ．3 ％一1 ．0 ％之间，钒品位大于1 ％的石煤只占含钒 石煤总量的2 ．8 ％，因此石煤属于一种低品级的含钒资 源。当前，从石煤中提钒普遍采用的是湿法工艺，即石 煤经过焙烧后采用水浸或酸浸工艺或直接采用酸浸方 式从中浸出钒旧J 。由于石煤中钒的品位低，一些耗酸 矿物含量通常较高，导致石煤提钒存在原矿处理量大， 耗酸量高等问题，制约了石煤提钒行业的发展1 3J 。若 通过有效手段预先对石煤原矿中的钒进行富集，将可 以减少湿法提钒处理量，同时降低酸耗，从而大幅降低 生产成本，促进石煤资源的合理开发利用。 由于石煤的矿物组成和钒赋存状态复杂，从石煤 中预富集钒较为困难，目前在这方面的研究也较少。 本课题组采用焙烧脱碳一摇床分选工艺对湖北某地炭 质和泥质石煤进行了分选，精矿中V 0 ，品位从0 ．7 2 ％ 提高到0 ．9 8 ％，回收率达9 6 ．4 2 ％HJ 。中南大学的孙 伟“ 1 和冯其明M 1 等人分别对陕西和新疆地区的含钒石 煤开展了浮选试验，也均取得了较好的效果。本文针对 湖北某地典型低品级云母型含钒石煤进行了浮选试验， 研究不同条件对选别指标的影响，并探索合理的工艺流 程，为该类型含钒石煤的选矿工艺提供参考与借鉴。 1 矿样性质 本研究所用的含钒石煤来自湖北某地，该矿石为 粉砂质炭质．钙质泥岩，炭质含量较高。由于炭质具有 较好的可浮性，会降低浮选药剂的选择性，需要在浮选 前预先脱炭。将试样破碎至0 3m m ，混匀后在马弗 炉中进行脱炭，脱炭温度为7 0 0o C ，脱炭时间为1h 。 1 ．1 矿石的化学组成 原矿和脱炭样中的总碳和硫含量用碳硫元素分析 仪测定，其他成分利用X R F A x i o sa d v a n c e d 进行分 析，结果见表1 。 表l 矿石的化学组成 质量分数 ／％ 矿物名称V 2 0 5S i 0 2A 1 2 0 sT F eK 2 0N a 2 0C a OM s OT C S 石煤原矿0 ．7 l4 9 ．2 88 ．9 1 3 ．4 9 脱炭石煤0 ．8 25 4 ．3 6 1 0 ．5 94 ．1 5 3 ．0 2O ．3 86 ．2 62 ．1 81 3 ．4 43 ．8 6 4 ．9 00 ．3 57 ．3 53 ．1 32 ．7 31 ．9 0 由表1 可知，原矿中的总碳含量较高，为1 3 ．4 4 ％。 焙烧脱炭后，总碳含量降至2 ．7 3 ％，V 0 ，和C a O 含量 分别提高至0 ．8 2 ％和7 ．3 5 ％。 1 ．2 矿石的矿物组成 石煤原矿和脱炭石煤的X R D 图谱见图l 。利用 Q E M S C A N 矿物定量图像分析仪对样品进行了矿相测 2 Q 一石英 C 一方解石 H - - 蒯“ P 一黄铁矿 F 一长石 M 一白云母 A 一硬石膏 煤出丘赋一盘也{ 2 。卫量 M1 1 1 ．I 一j ‘一 _ _ - 越．五．．j s ．矗姿x j ￡i ．菹釜2 ；． M I } C ．L ．捌- 一一 1 02 03 0 4 0 5 06 07 0 2 0 1 o 图1石煤原矿和脱炭石煤的X R D 图谱 ①收稿日期2 0 1 4 0 6 1 2 基金项目国家“十二五”科技支撑计划重点项目 2 0 1 I B A B 0 5 8 0 1 ；武汉市晨光计划 2 0 1 2 7 1 0 3 1 3 8 作者简介包申旭 1 9 7 9 - ，男，湖北京山人，博士，副教授，研究方向为石煤提钒及水污染治理。 万方数据 矿冶工程 第3 4 卷 定，结合X R D 和样品的化学组成结果，可以确定石煤 原矿中的主要矿物为石英、云母类矿物、长石、煤、方解 石和黄铁矿。焙烧脱炭后，矿物含量发生变化，煤充分 燃烧，黄铁矿大部分氧化为赤铁矿，小部分与方解石分 解生成的C a O 反应生成C a S O 。。 1 ．3 钒的赋存状态 利用石煤中钒的赋存状态分析方法“ 1 并结合电 子探针对原矿中钒的化学物相进行了分析，结果见 表2 。 表2 石煤原矿中钒的化学物相分析 矿物钒占有率／％ 钒的吸附态及其游离氧化物 有机质 方解石 铁氧化物 白云母 其它矿物 总钒 1 ．2 2 ．2 0 ．4 0 ．2 8 8 ．2 7 ．8 1 0 0 ．O 由表2 可以看出，钒主要赋存在白云母中，占总钒 的8 8 ．2 ％，因此本石煤属于典型的云母型含钒石煤。 根据电子探针照片，原矿中白云母矿脉的长度不均匀， 按其长度可分为两部分，一部分脉长在3 0 4 0 斗m ，另 一部分脉长在1 0 m 以下，而脉石矿物的粒径均较 大，属于不等粒嵌布矿石，宜采用阶段磨矿浮选流程， 在较粗的磨矿细度下实现脉石矿物的优先单体解离和 分离，然后在较细的粒度下富集含钒矿物，这样可避免 分离较细的含钒矿物时脉石的干扰，降低矿物的分选 难度。 2 浮选流程的确定 原矿经脱碳焙烧后，需要实现含钒矿物白云 母与主要的脉石矿物石英的分离。云母与石英的分离 一般在较低的p H 值下，但该条件下方解石易与酸发 生反应，增加选矿成本，因此在浮选云母之前需要除去 方解石，故采用“反浮选．正浮选”的工艺流程，即首先 分离方解石，然后在酸性条件下正浮选云母，在浮选云 母的同时抑制石英、长石等脉石矿物。原则工艺流程 见图2 。 3 试验结果及讨论 3 ．1 脱泥方式的确定 为了消除矿泥对浮选方解石的影响，试验对比了 分级脱泥、选择性分散脱泥和浮选脱泥的脱泥效果。 脱泥方式对脱泥效果的影响见表3 。 石煤 钒精矿 尾矿 图2 含钒石煤浮选预富集原则流程图 表3 脱泥方式对脱泥效果的影响 从表3 可以看出，对脱炭石煤而言，采用添加碳酸 钠分散脱泥的技术方案较好。究其原因，可能是碳酸钠 除可以较好地分散矿浆外，还可以调节p H 至碱性，使矿 粒的表面带有一定负电荷，减少了异相凝聚现象旧1 。 3 ．2 反浮选方解石试验 在浮选过程中发现脱炭石煤中的一部分方解石和 白云母表现出了亲油疏水特性，可浮性较好。根据矿 物可浮性差异，采用等可浮工艺，以2 。油为优先浮选 的捕收剂，浮选出部分可浮性好的方解石和白云母并 作为钙钒混合精矿，以免除强抑制剂、活化剂带来的分 选困难，降低浮选难度，同时强化浮选方解石时药剂的 选择性，减少钒的损失。具体流程见图3 。 脱炭石煤 钙精矿1含钒中矿1 钙精矿2 含钒中矿2 图3 脱炭石煤方解石反浮选等可浮流程 万方数据 2 0 1 4 年0 8 月 包申旭等云母型含钒石煤浮选预富集工艺研究 经过条件试验，反浮选最佳工艺参数见图4 ，闭路 试验结果见表4 。 脱炭石煤 药剂用量矿 l 碳酸钠3 0 ∞ 磨矿O - - 0 ．0 7 4 r a m 占6 3 ％ 分散l 脱泥 2 。油2 4 0 泥 水玻璃1 2 0 0 油酸钠l l l 0 0 扫l 选 钙精矿 含钒中矿 图4 脱炭石煤反浮选方解石闭路流程 表4 脱炭石煤反浮选闭路试验结果 闭路试验最终获得产率为1 6 ．7 2 ％、方解石品位为 4 1 ．0 3 ％、回收率为6 8 ．7 2 ％的钙精矿，结合泥的脱除，反 浮选工艺总的抛除产率为2 2 ．3 0 ％，方解石回收率为 8 1 ．8 0 ％，V 0 ，损失率为1 6 ．6 ％，原矿的V 0 ，品位由 0 ．7 1 ％提高至0 ．8 7 ％，较好地达到了分选方解石的 目的。 3 ．3 正浮选白云母试验 由前面的分析可知，原矿中的云母主要分为两部 分，一部分为粒径较大且大部分已单体解离的云母片 集合体，另一部分为粒径很小、呈分散状态的细小云 母，与石英、长石等连生或被其包裹。正浮选时，可将 粒度较粗的云母集合体提前浮出，避免云母集合体过 磨造成回收时钒的损失，然后将槽内产品再磨，使云母 大部分单体解离后，再进行回收，从而提高最终产品的 钒品位和回收率。原则流程见图5 。 3 ．3 ．1白云母一段浮选试验 白云母一段浮选时，选用十二胺作为捕收剂，氟硅 酸钠作为石英、长石的抑制剂，水玻璃作为分散剂，硫 含钒中矿 钒精矿2 中矿1 中矿2尾矿 图5 正浮选白云母流程 酸作为p H 调整剂。通过单因素条件试验，选定最佳十 二胺用量为1 5 0g ／t ，最佳的氟硅酸钠用量为8 0 0g ／t ，矿 浆p H 为3 ，此时硫酸用量为3 0 0g ／t 。在该条件下，获得 的钒精矿V 0 ，品位为1 ．1 5 ％，回收率为6 3 ．8 ％。 3 ．3 ．2 白云母再磨再选试验 1 再磨细度试验。为回收粗尾矿中部分未单体 解离且嵌布粒度较细的白云母，提高钒的回收率，需对 粗尾矿进行再磨再选。磨矿细度试验结果见表5 。 表5 再磨细度对浮选的影响 由表5 可知，随着磨矿细度的增加，精矿的V 0 ， 品位先降低后趋于稳定，回收率呈现先升高后降低的 趋势，在磨矿细度为- 0 ．0 7 4m m 粒级占8 5 ．6 ％时，取得 最大值，此时精矿的V O ，品位为1 ．0 5 ％，钒回收率为 4 9 ．1 9 ％。 咖咖 璃钠玻酸 选水油扫 ★●f一 * }●I_r虬一 咖抛丽一 氯 璃钠一 m 肿 瑚酗一 姻￡j 水油一 璃钠 一 蝴| 雾 万方数据 矿冶工程 第3 4 卷 2 白云母再选试验。白云母再选试验分别考虑 了十二胺和氟硅酸钠的用量对浮选的影响，通过系统 的条件试验，获得的最佳工艺参数见图6 。 钒精矿2中矿1 中矿2尾矿 图6 白云母再选试验结果 3 5 0 0 4 5 0 3 ．4 闭路试验 根据试验确定的工艺和开路流程所得的工艺参 数，进行全流程闭路试验。试验在X F D - Ⅲ型单槽浮 选机中进行，试验流程见图7 ，试验结果见表6 。 钒精矿2 图7 浮选预富集闭路试验流程图 尾矿 表6 全流程闭路试验 由表6 可知，经过闭路试验可以获得产率为 5 1 ．3 5 ％，V O ，品位为1 ．1 5 ％，回收率为7 0 ．8 6 ％的钒精 矿，泥、方解石精矿、尾矿作为最终的尾矿抛除，达到了 提高后续提钒工艺的入料品位、降低了酸耗量和生产 成本的目的。 4 结论 1 湖北某地含钒石煤属于典型的云母型含钒石 煤，原矿中的主要矿物为石英、云母类矿物、长石、煤、 方解石和黄铁矿。钒主要赋存在云母类矿物中，方解 石中不含钒。 2 浮选前对原矿先焙烧脱除炭质，然后采用“反 浮选方解石一正浮选含钒白云母”的工艺流程。反浮选 采用“焙烧脱炭．分散脱泥一2 4 油等可浮选．方解石强化 浮选- 混合精矿钙钒分离”流程，正浮选采用“含钒云母 一次浮选一尾矿再磨再选”流程，粗磨和再磨的磨矿细 度分别为一0 ．0 7 4m m 粒级占6 3 ％和8 5 ．6 ％，最终获得 产率为5 1 ．3 5 ％，V 2 0 5 品位为1 ．1 5 ％，回收率为7 0 ．8 6 ％ 的钒精矿，达到了预富集钒的目的。 参考文献 [ 1 ] 宾智勇．石煤提钒研究进展与五氧化二钒的市场状况[ J ] ．湖南 有色金属，2 0 0 6 ，2 2 1 1 6 - 1 7 ． [ 2 ] B a oSX ，Z h a n gYM ，L i uT ，e ta 1 ．T h et e c h n o l o g yo fe x t r a c t i n gv a n a d i u mf r o ms t o n ec o a li nC h i n a H i s t o r y ，c u r r e n ts t a t u sa n df u t u r e p r o s p e c t s [ J ] ．H y d r o m e t a l l u r g y ，2 0 1 1 ，1 0 9 1 1 6 1 2 4 ． [ 3 ] 边颖，张一敏，包申旭，等．含钒石煤选矿预富集技术[ J ] ．金 属矿山。2 0 1 3 ．4 4 7 9 4 - 9 9 ． [ 4 ] 边颖，张一敏，赵云良，等．湖北某脱碳石煤摇床预抛尾试验 [ J ] ．金属矿山，2 0 1 3 1 9 4 - 9 6 ． [ 5 ] 孙伟，王丽，曹学锋，等．石煤提钒的浮选工艺及吸附机理 [ J ] ．中国有色金属学报，2 0 1 2 ，2 2 7 2 0 7 0 - 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