重浮联合分选高品位硫精矿试验研究.pdf
重浮联合分选高品位硫精矿试验研究 ① 李茂林1,2, 颜亚梅1 (1.武汉科技大学 冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室,湖北 武汉 430081; 2.长沙矿冶研究院有限责任公司,湖南 长沙 410012) 摘 要 研究了以浮选⁃重选⁃浮选工艺流程分选黄铁矿的可行性,确定了旋流器分选黄铁矿的最佳参数和旋流器溢流浮选的最优 条件。 研究表明使用旋流器处理浮选得到的粗选精矿,在合适的参数配置下,旋流器沉砂硫品位大于 46.5%,成为合格精矿;微细 粒的旋流器溢流经过一粗一精两次浮选,也能得到硫品位大于 47%的精矿;两种精矿混合,即可得到单一的高品位硫精矿产品。 本 流程不仅极大地提高了分选效率,同时因为旋流器能耗低、无需用药剂等特点,使得生产成本得到有效控制。 关键词 重浮联合分选; 黄铁矿; 旋流器 中图分类号 TD92文献标识码 Adoi10.3969/ j.issn.0253-6099.2014.02.008 文章编号 0253-6099(2014)02-0031-04 Beneficiation of High⁃grade Sulfur Concentrate by the Combined Flowsheet of Gravity Separation and Flotation LI Mao⁃lin1,2, YAN Ya⁃mei1 (1.Key Laboratory of Efficient Utilization of Metallurgical Mineral Resources and Agglomeration of Hubei Province, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430081, Hubei, China; 2.Changsha Research Institute of Mining and Metallurgy Co Ltd, Changsha 410012, Hunan, China) Abstract The feasibility of a flowsheet consisting of three sequential processes, namely, the first⁃stage of flotation, a gravity separation and the secondary⁃stage of flotation, to separate pyrite was studied, with parameters for pyrite beneficiation with hydrocyclones and optimal conditions for flotation of hydrocyclone overflow determined. Results show that after the roughing concentrate from the first⁃stage of flotation was treated using hydrocyclones with suitable parameters, the underflow was collected as a qualified sulfur concentrate with sulfur grade over 46.5%, while the microfine overflow was subjected to a further flotation with one stage of roughing and one stage of cleaning, also resulting in a sulfur concentrate with a sulfur grade over 47%. As a result, a high quality sulfur concentrate was prepared by mixing the aforementioned two concentrates. This flowsheet can not only greatly improve separation efficiency, but also realize an effective control in the production cost due to the features of low energy consuming and reagent free in the gravity separation with hydrocyclones. Key words gravity separation⁃flotation combined flowsheet; pyrite; hydrocyclone 黄铁矿含有硫和铁两种元素,分别是化学工业和 钢铁工业的原料。 以黄铁矿为原料制酸过程中,硫元 素得到了充分的利用,但铁元素的利用却存在一些问 题。 图 1 给出了硫酸渣铁品位与硫精矿硫品位的大致 数学关系,由图可知,硫精矿硫品位越高,硫酸渣的铁 品位也越高[1],当硫精矿品位达到 45%以上时,制酸 后的硫酸渣中铁品位能达到 60%以上,这种硫酸渣可 以直接成为炼铁的原料。 在我国,很长一段时间内硫 精矿的品位都在 40%左右,硫酸渣的铁品位只有 50% 左右,如果要利用这种硫酸渣中的铁资源,必须对硫酸图 1 硫精矿品位与硫酸渣铁品位关系 ①收稿日期 2013-11-12 作者简介 李茂林(1963-),男,湖南长沙人,教授,博士研究生导师,长期从事微细粒磨矿与分级方面的研究工作。 第 34 卷第 2 期 2014 年 04 月 矿矿 冶冶 工工 程程 MINING AND METALLURGICAL ENGINEERING Vol.34 №2 April 2014 渣进行选别,而经过焙烧后的硫酸渣的铁矿物与脉石 形成的紧密结合体使得铁矿物的分选十分困难[2]。 因此,含铁量低的硫酸渣既不能直接作为炼铁原料,也 难以用选矿的方法得到高品位铁精矿,使得这类渣中 铁的利用效果极差。 因此,要使黄铁矿中的硫和铁两 种资源都得到高效利用,最简单的方法是在保证回收 率的条件下,将硫精矿的品位提高到 46%左右,这样 不仅充分利用了硫资源,而且硫酸渣中铁品位也达到 了直接炼铁的要求。 1 凡口铅锌矿选硫工艺与问题的提出 凡口铅锌矿是我国著名的铅锌矿山,矿石中富含 黄铁矿。 2010 年以前,该矿采用简单的浮选工艺由铅 锌浮选后的尾矿生产硫品位 40%的硫精矿[3],年产硫 精矿约为 70 万吨标硫。 2010 年该矿采用如图 2 所示 的浮选工艺,得到了一种硫品位大于 47%的高品位硫 精矿和一种硫品位大于 36%的低品位硫精矿,按照标 硫量计算,高品位硫精矿和低品位硫精矿的产量之比 为 55∶45。 由于高品位硫精矿的价格远高于低品位硫 精矿,该流程为凡口铅锌矿资源高效利用和经济效益 的提升发挥了重要作用。 考虑到该流程依然生产约 45%的低硫精矿,仍存在进一步提高高品位硫精矿产 率的空间,因此本文对此进行了研究,旨在探索出一种 合适的选别方法,将凡口铅锌矿选硫双产品结构转变 为单一高品位硫精矿。 图 2 凡口铅锌矿高铁硫精矿工艺 2 旋流器分选试验 传统的黄铁矿分选一般采用全浮选流程或全重选 流程[4],采用旋流器分选时也会将旋流器置于浮选的前 端,作为预富集的手段,剔除矿泥。 本文使用旋流器处 理经一次浮选粗选后的硫粗泡产品,每天从现场截样, 因此给料性质略有差异,其硫品位为 41% ~44%,浓度 为 45%~56%。 试验设备为直径 100 mm 的 CZI-100 旋流器[5],由长沙矿冶研究院设计,专门用于黄铁矿 的重选分离。 2.1 沉砂咀直径试验 旋流器给矿压力为 0.10 MPa,溢流管直径为 22 mm,给矿浓度(即生产中硫粗泡的浓度)为 51.42%,给 矿硫品位为 41.85%时,沉砂咀直径试验结果见表 1。 表 1 旋流器沉砂咀直径试验 沉砂咀直径 / mm 产品 名称 浓度 / % 硫品位 / % 产率 / % 回收率 / % 12 溢流38.4238.1559.6154.44 沉砂81.5047.5040.3945.56 14 溢流33.4235.4342.3535.76 沉砂80.1046.6557.6564.24 16 溢流31.4334.3037.6930.86 沉砂78.6646.4062.3169.14 18 溢流26.8731.6028.6121.57 沉砂77.1845 .9871.3978.43 20 溢流22.8129.6017.0311.98 沉砂73.9344.4082.9788.02 由表 1 可知,沉砂咀直径对沉砂硫品位影响明显, 随着沉砂咀直径增加,沉砂硫品位下降,回收率上升, 反之亦然。 为保证沉砂品位不低于 46%,沉砂咀直径 应不大于 18 mm。 2.2 溢流管直径试验 为保证沉砂硫品位合格且回收率高,确定沉砂咀 直径为 18 mm,并在此基础上进行了溢流管直径试验, 给矿压力为 0.10 MPa,给矿浓度为 52.13%,给矿硫品 位为 41.70%时,试验结果如表 2 所示。 表 2 旋流器溢流管直径试验 溢流管直径 / mm 产品 名称 浓度 / % 硫品位 / % 产率 / % 回收率 / % 22 溢流30.7234.7539.3332.78 沉砂79.2246.2360.6767.22 24 溢流33.7236.3050.2943.81 沉砂80.5947.2049.7156.19 26 溢流35.2837.6554.4449.19 沉砂81.1346.5545.5650.81 28 溢流37.1539.1561.2357.49 沉砂82.7447.4738.7742.51 由表 2 可知,沉砂硫品位受溢流管直径影响较小, 而回收率则随溢流管直径的增大而显著降低,因此,在 确保沉砂硫品位在 46%以上且回收率高的前提下,溢 流管直径确定为 22 mm。 2.3 压力试验 确定了旋流器沉砂咀直径为 18 mm,溢流管直径 为 22 mm 后,在给矿浓度为 51.83%,给矿硫品位为 43 25%时,进行了旋流器压力试验,试验结果如表 3 23矿 冶 工 程第 34 卷 所示。 表 3 数据表明,给矿压力的改变对沉砂硫品位影 响较小,却能在一定幅度上提高硫回收率,考虑到高压 力下旋流器工作的稳定性,选择给矿压力为 0.10 MPa。 表 3 旋流器给矿压力试验 压力 / MPa 产品 名称 浓度 / % 硫品位 / % 产率 / % 回收率 / % 0.04 溢流31.8637.4537.9732.88 沉砂71.7446.8062.0367.12 0.06 溢流30.9636.6535.6130.18 沉砂73.9646.9064.3969.82 0.08 溢流30.7236.3035.0529.41 沉砂75.1647.0064.9570.59 0.10 溢流28.7035.0029.1823.62 沉砂76.9246.6570.8276.38 0.20 溢流25.6732.9025.5419.43 沉砂77.4846.8074.4680.57 综合上述参数试验可知,对于直径为 100 mm 的 CZI-100 旋流器,最佳的参数配置为沉砂咀直径 18 mm,溢流管直径 22 mm,给矿压力 0.10 MPa。 在此状 态下得到的沉砂硫品位能达到 46%以上,可直接作为 高硫精矿产品,而溢流硫品位仅有 37%~42%,需要通 过浮选进一步回收。 3 溢流浮选试验 由旋流器重选得到的沉砂符合高品位硫精矿的要 求,但是得到的旋流器溢流,其浓度为 35% ~40%,硫 品位为 37% ~42%,-74 μm 粒级含量大于 95%,该溢 流粒度组成细,给浮选增加了难度,但正是因为粒度 细,保证了黄铁矿的单体解离度,因此,试验随后进行 了溢流浮选试验。 3.1 粗选时间试验 在浮选时间试验中,捕收剂使用乙黄药,用量为 333 g/ t;起泡剂使用 2#油,用量为 10.83 g/ t,浮选矿浆 pH 值为 7.7~7.8,试验结果如表 4 所示。 表 4 溢流粗选浮选时间试验 浮选时间 / min 产品 名称 硫品位 / % 产率 / % 回收率 / % 粗精矿47.2079.0692.14 3尾矿15.2020.947.86 给矿40.50100.00100.00 粗精矿47.0081.2794.31 4尾矿12.3018.735.69 给矿40.50100.00100.00 粗精矿46.9082.8495.93 5尾矿9.6017.164.07 给矿40.50100.00100.00 粗精矿46.2084.6496.55 6尾矿9.1015.363.45 给矿40.50100.00100.00 该组试验溢流硫品位为 40.50%。 试验结果表明, 不同浮选时间下,精矿品位均达到了 46%以上,且随 着浮选时间的延长,精矿品位降低,回收率提高;对比 浮选时间为 5 min 和 6 min 时,沉砂硫品位下降幅度大 于回收率提高幅度,因此最佳浮选时间选择为 5 min。 3.2 粗选捕收剂用量试验 在乙黄药用量试验中,2#油用量为 10.83 g/ t,浮选 时间为 5 min,浮选矿浆 pH 值为 7.7~7.8,试验结果如 表 5 所示。 表 5 粗选黄药用量试验 乙黄药用量 / (gt -1 ) 产品 名称 硫品位 / % 产率 / % 回收率 / % 粗精矿44.5080.6695.72 333尾矿8.3019.344.28 给矿37.50100.00100.00 粗精矿44.4080.9495.83 400尾矿8.2019.064.17 给矿37.50100.00100.00 粗精矿44.7081.0596.61 500尾矿6.7018.953.39 给矿37.50100.00100.00 粗精矿44.2081.8496.47 600尾矿7.3018.163.53 给矿37.50100.00100.00 该组试验溢流硫品位为 37.50%。 试验数据表明, 随着乙黄药用量增加,精矿硫品位和回收率变化均不 大,故选择最小量 333 g/ t 即可。 同时,上述试验也表 明,在溢流硫品位较低时,一次粗选不能保证精矿硫品 位一定在 46%以上。 因此需要对粗精矿进行精选试验。 3.3 精选捕收剂用量试验 粗选条件为乙黄药 333 g/ t,2#油 10.83 g/ t,浮选 时间 5 min,精选时不添加 2#油,浮选时间为 5 min,精 选捕收剂乙黄药用量试验结果如表 6 所示。 表 6 精选乙黄药用量试验 乙黄药用量 / (gt -1 ) 产品 名称 硫品位 / % 产率 / % 回收率 / % 精选精矿45.60 精矿尾矿46.20 0粗选精矿45.88 粗选尾矿11.20 粗选给矿41.00 精选精矿47.9076.7792.28 精矿尾矿22.306.513.64 167粗选精矿45.9083.2795.92 粗选尾矿9.7316.734.08 粗选给矿39.85100.00100.00 精选精矿47.1082.2094.43 精矿尾矿19.003.731.73 300粗选精矿45.8885.9396.16 粗选尾矿11.2014.073.84 粗选给矿41.00100.00100.00 33第 2 期李茂林等 重浮联合分选高品位硫精矿试验研究 表 6 显示,精选时若不添加乙黄药,得到的精选精 矿品位不合格,甚至低于尾矿品位;添加乙黄药后,精 矿品位能达到 47%以上,且随着捕收剂用量加大,硫 回收率会提高 1%~3%。 因此精选乙黄药用量选择为 300 g/ t。 4 重浮联合流程开路试验 由旋流器试验和溢流浮选试验可发现,不论是旋 流器重选生产的沉砂,还是溢流经过两次浮选得到的 精矿,其硫品位均在 46%以上,若将两者混合即可得 到单一的高品位硫精矿,对此,试验进行了一组重浮联 合开路试验,试验流程如图 3 所示,结果见表 7。 图 3 重浮联合开路实验流程 表 7 重浮联合开路流程实验各产品指标 选别阶段 产物 名称 硫品位 / % 对粗泡产率 / % 对粗泡回收率 / % 沉砂47.4054.6758.89 旋流器重选溢流39.9045.3341.11 硫粗泡44.00100.00100.00 粗精矿45.7037.6739.12 溢流粗选尾矿11.407.671.99 溢流39.9045.3341.11 精矿46.9036.2938.69 溢流精选中矿14.001.370.44 粗精矿45.7037.6739.12 沉砂与精矿混合计算 总精矿47.2090.9697.58 表 7 数据显示,旋流器重选得到的沉砂硫品位为 47.40%,对粗泡回收率 58.89%;溢流硫品位 39.90%, 经过两次浮选后得到硫品位 46.90%,对粗泡回收率 38.69%的浮选精矿;而将沉砂指标与浮选精矿指标混 合计算,可得到硫品位 47.2%,相对于硫粗泡回收率 97.58%的总精矿。 5 结 语 1) 提出了浮选⁃旋流器重选⁃浮选的新工艺,旋流 器分选浮选粗精矿,得到高品位粗颗粒硫精矿,溢流再 用浮选的方法得到高品位细颗粒硫精矿。 本工艺流程 不仅极大地提高了分选效率,同时因为旋流器能耗低、 无需用药剂等特点,使得生产成本得到有效控制。 该 工艺是一种新型的高品位硫精矿生产工艺。 2) 使用旋流器分选硫粗泡,可一次性分选出硫品 位 46%以上的粗颗粒沉砂,能直接作为高硫精矿产 品;对于直径为 100 mm 的 CZI-100 旋流器,其参数配 置为沉砂咀直径 18 mm,溢流管直径 22 mm,给矿压 力 0.10 MPa。 3) 旋流器重选得到的溢流经过一粗一精两次浮 选,能生产出硫品位 47%以上的高硫精矿,溢流粗选 条件为乙黄药用量为 333 g/ t,2#油添加量 10.8 g/ t, 刮泡时间为 5 min;精选条件为乙黄药用量为 300 g/ t, 刮泡时间 5 min。 4) 重浮联合开路试验显示,重浮联合流程能够有 效分离出高品位高回收率的精矿产品,得到的总精矿 硫品位达到 47.20%,相对于硫粗泡回收率为 97.58%。 参考文献 [1] 叶雪均,刘子帅. 提高硫精矿质量实现硫铁双资源利用的研究 [J]. 西安科技大学学报,2013,33(1)112-116. [2] 陈 平,吕宪俊,崔学奇. 硫酸渣选矿的研究与应用[J]. 矿业快 报,2008(5)71-74. [3] 江皇义,叶雪均,罗 升,等. 凡口铅锌矿选硫新工艺研究与实践 [J]. 矿冶工程,2013,33(1)30-33. [4] 欧阳素勤,银星宇. 硫铁矿选矿研究现状[J]. 矿产保护与利用, 2011(5-6)102-107. [5] 庞学诗. 水力旋流器理论与应用[M]. 长沙中南大学出版社, 2005. 43矿 冶 工 程第 34 卷